lebattajan prosessi blogi: 01/21/16

OPINPOLKU 5.

Aspiriinin valmistaminen ja analysointi

Tässä opinpolussa harjoiteltiin yksikköprosesseja esteröinti, liuotus, kiteytys ja suodatus.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Ester%C3%B6inti

Esteröinti on kemiallinen reaktio, jossa tuotteena muodostuu esteri. Tyypillisiä esteröintireaktioita ovat muun muassa Fischer-esteröinti, vaihtoesteröinti ja karboksyylihappojen alkylointi.

Sisällysluettelo

[piilota]

Karboksyylihappojen, happoanhydridien ja happokloridien esteröinti

Yksi yleisimpiä esteröintireaktioita on niin kutsuttu Fischer-esteröinti, joka kuuluu kondensaatioreaktioihin. Siinä karboksyylihappo reagoi alkoholin tai fenolin kanssa muodostaen esterin. Katalyyttinä käytetään usein happoja, kuten rikkihappoa, p-tolueenisulfonihappoa, happamia ioninvaihtohartseja tai Lewis-happoja. Katalyytteinä voidaan käyttää myös dehydraavia yhdisteitä, kuten disykloheksyylikarbodi-imidiä. Reaktion reaktiomekanisminensimmäisessä vaiheessa happokatalyytti protonoi karboksyyliryhmän karbonyylihapen, mikä tekee siitä elektrofiilisemman. Nukleofiilinen alkoholi reagoi karbonyyliryhmän kanssa nukleofiilisella additiolla ja muodostuu tetraedrimäinen välivaihe. Tämä välivaihe muuntuu molekyylinsisäisten protoninsiirtojen seurauksena toiseksi tetraedrimäiseksivälivaiheeksi, jonka hydroksyyliryhmävastaanottaa protonin. Tällöin hydroksyyliryhmästä tulee parempi lähtevä ryhmä ja se irtoaa vetenä ja muodostuu esteri.Fischer-esteröinnin ongelmana on se, että se on tasapainoreaktio, minkä vuoksi hyvien saantojen saavuttamiseksi tulee käyttää toista lähtöainetta ylimäärin tai poistaa tuotteena muodostuvaa esteriä tislaamalla tai poistaa vettä atseotrooppisella tislauksella. Veden poistoon voidaan käyttää myös molekyyliseuloja.[1][2][3][4][5] Fischer-esteröinti on usein hidas reaktio, jota voidaan nopeuttaa käyttämällä mikroaaltoasäteilytystä lämmitysmenetelmänä.[6]

Alkoholit reagoivat myös happoanhydridien ja happokloridien kanssa muodostaen estereitä. Anhydridit ja happokloridit ovat karboksyylihappoja reaktiivisempia ja tällöin reaktio on usein nopeampi verrattuna Fischer-esteröintiin. Happokloridit ja happoanhydridit ovat tärkeitä erityisesti, jos karboksyylihappo on muuten liian vaikeasti reagoiva, ja niitä käytetään erityisesti steroidien esteröinnissä. Näissä reaktioissa käytetään nukleofiilisena katalyyttinä usein joko pyridiiniä tai 4-dimetyyliaminopyridiiniä eli DMAP:ia.[1][2][4][5]

Vaihtoesteröinti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaihtoesteröinnissä eli transesteröinnissä esterit reagoivat kuumennettaessa alkoholien kanssa muodostaen uuden esterin ja alkoholin. Tätä reaktiota katalysoivat niin hapot, emäkset kuin siirtymämetallitkin. Käytettyjä katalyyttejä ovat muun muassa rikkihappo, ioninvaihtohartsit ja DBU eli 1,8-diatsabisyklo[5.4.0]undek-7-eeni. Mekanismiltaan vaihtoesteröinti muistuttaa esterihydrolyysin mekanismia.[3][4][5]

Karboksyylihappojen alkylointi

Kolmas tapa valmistaa esteröinti on karboksyylihappojen alkylointi käyttäen alkyylihalogenidia tai jotain muuta alkyloivaa yhdistettä, kuten dimetyylikarbonaattia. Reaktio vaattii emäskatalyytin ja usein katalyyttinä käytetään DBU:ta tai natriumvetykarbonaattia tetra-alkyyliammoniumsuolan läsnäollessa. Tetra-ammoniumsuola toimii tässä tapauksessa faasinsiirtokatalyyttinä.[4]

Liuottimeksi sanotaan ainetta, johon joko kiinteä aine, neste tai kaasu liukenee. Jos liuottimeen liuennut kiinteä aine halutaan erottaa, voidaan käyttää tislausta tai vain haihduttaa liuotin kuumentamalla, ellei sitä haluta ottaa talteen.

Puhdas vesi on yksi maailmankaikkeuden monipuolisimpia sekä yleisimmin esiintyviä liuottimia. Se pystyy liuottamaan esimerkiksi mineraaleja kalkkikivestä ja muodostamaan luoliin tippukiviä.

Kemiassa liuotin-sanaa käytetään yleensä lähinnä tapahtumaympäristönä, ei reagoivana aineena. Esimerkiksi suolan liukeneminen veteen tuottaa suolaliuoksen, mutta kuparin liukeneminen typpihappoon ei tarkalleen ottaen tuota "kupariliuosta", vaan kuparisuolaa liuottimessa. Monet kuparisuolat liukenisivat aivan yhtä hyvin veteen, joten liuotin sattuu vain olemaan happo. Kaikki korroosiota aiheuttavat aineet eivät välttämättä liuota syöpyvää ainetta. Esimerkiksi happipitoinen vesitippa ei liuota rautaa, mutta ruostuttaa sen kyllä. Siksi on eroteltava se prosessi, kun aine korrodoituu, ja se prosessi, kun se liukenee.

Liuotin pystyy murtamaan aineen sisäiset sidokset, jolloin itse liuotinmolekyylit menevät liuotettavan aineen molekyylien väliin. Vastaavasti liuottimen omien sisäisten sidosten täytyy olla niin heikkoja, että liuotettava aine pystyy särkemään ne ja menemään väliin. Jos tämä ei onnistu, aine ei liukene. Esimerkiksi sokeri ei liukene bensiiniin, koska sokerin sisäiset voimat ovat "vetisiä" vetysidoksia, joita bensiinin sisäiset van der Waalsin voimat eivät pysty särkemään. Vastaavasti PE-muovi ei liukene veteen, koska veden sisäiset sidokset ovat niin voimakkaita, etteivät muovin heikot van der Waalsin voimat pysty rikkomaan niitä.

Liuottimien jaottelu

Liuottimet voidaan jakaa

vedellisiin ja vedettömiin
poolisiin ja poolittomiin
proottisiin ja aproottisiin

Proottisissa liuottimissa on ionisoituva vety, aproottisissa ei ole.

Puhdas vesi on yksi maailmankaikkeuden monipuolisimpia sekä yleisimmin esiintyviä liuottimia. Se pystyy liuottamaan esimerkiksi mineraaleja kalkkikivestä ja muodostamaan luoliin tippukiviä.

Liuottimien jaottelu

Liuottimet voidaan jakaa

vedellisiin ja vedettömiin
poolisiin ja poolittomiin
proottisiin ja aproottisiin

Proottisissa liuottimissa on ionisoituva vety, aproottisissa ei ole.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Kiteytt%C3%A4minen

iteyttämisellä tai kiteytyksellä (joskus myös kristallisoinnilla) tarkoitetaan jonkin aineen saattamista kiteiseen muotoon. Kiteisellä muodolla tarkoitetaan tässä yhteydessä usein vielä yksittäiskidettä, jossa kappaleen kaikki atomit tai molekyylit kuuluvat yhteen ainoaan kidehilaan. Kiteytetyn aineen rakennetta voidaan tutkia korkealla resoluutiolla (usein atomitasolla) kristallografian (erityisesti röntgenkristallografian) menetelmin.

Kiteyttämisellä saadaan epäpuhtaudet jäämään liuottimeen. Aine liuotetaan sopivaan liuottimeen tai niiden seokseen. Liuosta jäähdytetään, jolloin aineen liukoisuus pienenee ja voidaan myös lisätä pieni kide ainetta, jonka halutaan kiteytyvän. Sitten odotetaan. Liuoksessa alkaa vähän kerrassaan muodostua kiteitä, jotka lopuksi suodatetaan liuoksesta erilleen. Jos halutaan erittäin puhdasta ainetta, on kiteyttäminen tehtävä muutamia kertoja uudestaan.

https://fi.wikipedia.org/wiki/Suodatus

Suodatusta käytetään kemiassa erottamaan liuoksesta epäpuhtauksia tai erottamaan aineet toisistaan.

Suodatus voidaan suorittaa käyttämällä Büchnersuppiloa. Büchner-suppiloon laitetaan sopiva suodatinpaperi, liuos suodatetaan sen läpi imussa.

Myös tavallinen suppilo soveltuu suodatukseen. Siihen voidaan laittaa suodatinpaperi, jonka läpi nesteen annetaan valua. Suodatinpaperin asemasta voidaan käyttää myös pumpulia.

Mikäli kiinteä aine ei liukene nesteeseen, muodostuu heterogeeninen seos, josta liukenematon aine voidaan erottaa suodattamalla.

Suodatuksessa hyödynnetään hiukkasten kokoeroja.

Reaktio on seuraava:

salisyylihappo asetanhydridi asetosalisyylihappo etikkahappo

Salisyylihappo on fenolihappo, joka sisältää bentseenirenkaaseen kiinnittyneen karboksyyliryhmän ja fenoleille tunnusomaisen hydroksidiryhmän. Salisyylihappo esteröityy tässä reaktiossa asetanhydridin eli etaanihappoanhydridin avulla. Katalyyttinä käytetään rikkihappoa. Reaktio ei onnistu vesiliuoksessa, joten lähtöaineiden on oltava kuivia.