Acetylsalicylsäure (Aspirin ®) - Helmholtz

Acetylsalicylsäure (ASPIRIN®)
Chemie Grundkurs Abschlussjahr 2012 - Helmholtz-Gymnasium Bonn
unter Anleitung von Hr. Th. Kompa
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Geschichte des ASPIRIN® _ _ _ _ _ _ S.02
Verwendung von ASS
_ _ _ _ _ _ _ _ S.03
Wirkungsweise von ASS _ _ _ _ _ _ _ _ S.04
Versuch zur Darstellung von ASS_ _ _ _ S.05
Versuchsdeutung _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ S.06
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Die Geschichte des ASPIRIN®
Die Entwicklung der ASPIRIN®verpackungen von 1899 bis 2004
1899
1919
1934
2004
Acetylsalicylsäure wurde schon im Altertum von den Griechen bei Schmerzen und Fieber
angewandt. Hippokrates teilte die Meinung, dass die Extrakte auch bei Geburtswehen
wirken würden. Auch die Ägypter kannten das Mittel und versuchten mit Blättern und mit
der Rinde des Weidenstrauches Schmerzen zu stillen. Im Mittelalter wurde es auch
gebraucht, jedoch wurde später das Pflücken der Weide bestraft, wodurch das Heilmittel
erstmals vergessen wurde. Die Salicylsäure wurde 1897 vom Bayer-Chemiker Dr. Felix
Hoffman und seinem Team von Wissenschaftlern zu Acetylsalicylsäure „veredelt“. Er hatte
eine Methode entwickelt, womit er Acetylsalicylsäure mit industriellem Maßstab
synthetisieren konnte. Sein Team und er suchten damals nach einem Rheumamittel für
den Vater des Bayer-Chemikers. Die Salicylsäure wurde aus der Rinde der Silberweide
gewonnen. Es stellte sich raus, dass die Salicylsäure unerwünschte Nebenwirkungen mit
sich trug. Es konnte zu Verätzungen der Magenschleimhaut beitragen. Die Herstellung
Derivate Acetylsalicylsäure in einer reinen, chemischen und stabilen Form von Hoffmann
ermöglichte es die Nebenwirkungen zu umgehen. C.F.GERHARDT stellte 1853 schon das
erste Mal vor Hoffmann Acetylsalicylsäure her, wobei jedoch der Stoff nicht chemisch rein
war, weshalb es nicht haltbar und somit als Medikament nicht eingesetzt werden konnte.
„Aspirin“ erhielt offiziell seinen Namen am 6. März 1899 und wurde in die
Warenzeichenrolle des Kaiserlichen Patentamtes aufgenommen. Die Bildung des Namen
lässt sich folgendermaßen erklären: „A“ für Acetyl (à Grundsubstanz), „spir“ geht auf die
Geschichte des Stoffes ein und stellt eine Anlehnung an die Spirsäure dar und die
ebenfalls chemisch identisch mit Salicylsäure ist, „in“ gibt das gebräuchliche Suffix der
Zeit.
1918 verlor Deutschland die Markenrechte des Aspirins wegen den Reparationslasten und
den Forderungen des Versailler Vertrags. Anfangs kannte man ASPIRIN® als Pulver in der
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Flasche auf dem Markt, jedoch wurde es kurze Zeit später mit Stärke als Tablette
gepresst. Aus diesem Grund zählt ASPIRIN® zu den ersten erfolgreichen und
großindustriellen Tabletten weltweit. Die Wirkung der Tabletten hat dazu geführt, dass
ASPIRIN® zu den besten Schmerztabletten gehört und Marktführer in Europa ist. In
Europa sowie in Lateinamerika ist es das meistverkaufte Schmerzmittel. 200 Hersteller
verarbeiten den Wirkstoff, der vor allem unter dem Markennamen ASPIRIN® des
Leverkusener Bayer-Konzerns bekannt ist.
Anwendung von ASS
Acetylsalicylsäure (Aspirin®) dient zur Behandlung von folgenden Symptomen:
Kopfschmerzen
Muskel- und Gelenkschmerzen
Nervenschmerzen
Fieber
Insgesamt ist Aspirin® ein altbekanntes Mittel zur Bekämpfung von Erkältungskrankheiten
und grippalen Infekten. Weitere Forschungsergebnisse zeigen, dass Acetylsalicylsäure
auch bei Gefäßkrankheiten wie Herzinfarkt, Schlaganfall und Thrombosen angewendet
werden kann, da sie vor lebensbedrohlichen Verklumpungen des Blutes schützt und somit
in vielen Fällen das Risiko für Herzinfarkte und Schlaganfälle verringert. Nach neueren
Untersuchungen soll sie auch die Häufigkeit des Dickdarmkrebses verringern. Also kann
Aspirin zur Prophylaxe eingenommen werden. Dies sollte aber nur mit dem Einverständnis
des Hausarztes erfolgen, da die ärztliche Beratung individuelle Krankengeschichten
einbezieht.
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Wirkungsweise von Acetylsalicylsäure
Acetylsalicylsäure (ASS) gehört zu der Wirkstoffklasse der antipyretischen Analgetika.
ASS entfaltet seine Wirkung im peripheren Nervensystem bzw. am verletzten oder auch
entzündeten Gewebe. ASS verändert die Struktur von Cyclooxigenase, einem Enzym das
bei einer Verletzung ausgeschüttet wird, wodurch es nicht mehr die Synthese von
Prostaglandinen katalysieren kann. Prostaglandine lösen keinen direkten Schmerzreiz
aus, doch sie erhöhen die Empfindlichkeit der Rezeptoren (Nozizeptoren), die für das
Empfinden von Schmerz eine Rolle spielen, gegenüber chemischen und physischen
Reizen.
Die Struktur der Cyclooxigenase wird insofern verändert, dass die Acetylsalicylsäure ihren
Acetylrest auf einen Aminosäurerest kurz vor dem aktiven Zentrum des Enzyms überträgt,
und somit die Arachidonsäure nicht mehr an das Enzym binden kann. Nun kann die
Arachidonsäure nicht mehr zu einem Prostaglandin synthetisiert werden. Das Ergebnis ist:
Man fühlt keinen Schmerz.
Da Prostaglandine auch entzündungsauslösend bzw. –verstärkend wirken, können
Entzündungsreaktionen durch Verabreichung von ASS gehemmt werden. Auch eine
erhöhte Körpertemperatur kann mithilfe von ASS gesenkt werden. Das hängt mit der
indirekten Hemmung der Cyclooxigenase zusammen: Die Arachidonsäure wird zu
körpereigenen Antipyretika umgewandelt, die eine fiebersenkende Wirkung haben. Leider
hat ASS nicht nur positive Eigenschaften für den menschlichen Körper:
Somit kann eine Überdosis oder ein zu häufiges Einnehmen von ASS die Nebenwirkung
haben, dass man Magenbeschwerden bis hin zu Magenblutungen haben kann. Die
Probleme kann man auf die Hemmung der Prostaglandinen zurückführen, denn sie sind
auch zur Regelung der Magenschleimhaut mitverantwortlich.
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Darstellung von ASS:
Wir geben 5 g Salicylsäure mit 10 g Essigsäureanhydrid in einen Erlemeyerkolben. Nach
der Zugabe von Schwefelsäure erhitzen wir die Lösung. Man stellt fest, dass die Lösung
die vorher unklar und relativ trüb war, immer klarer wird und nach Essig riecht.
Nach dem Erhitzen kühlt man den Erlenmeyerkolben zunächst unter fließendem Wasser,
daraufhin in Eiswasser ab. Die klare Lösung wird wieder trüb, dann fest und weiß.
Daraufhin wird der Inhalt mit ca. 400 ml Wasser in ein Becherglas gegeben und zum
sieden gebracht. Die Lösung wird wieder klarer und es entsteht an der Oberfläche eine
klumpige weiße Masse. Nach ca. 15-20 Minuten ist die Lösung im Becherglas klar. Nun
wird das Becherglas wieder zunächst unter fließendem Wasser, daraufhin in Eiswasser
abgekühlt. Die Lösung wird wieder trüb.
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Versuchsdeutung:
Edukte und ihre Eigenschaften
Salicylsäure: R: 22 - 41 ; S: 22 - 24 - 26 - 39
Salicylsäure kommt als Pflanzenhormon in Blüten, Blättern und Wurzeln verschiedener
Pflanzen, wie Weiden und Spieren vor. Sie hat eine antimikrobielle Wirkung und ist mit bis
zu 2% ein häufiger Bestandteil in Kosmetika. Auf der Haut bewirkt die Salicylsäure in
größeren Mengen Reizungen oder sogar Gewebeschäden. Bei oraler Einnahme wirkt sie
sich negativ auf das Nervensystem, chronisch auch auf den Magen-Darm-Trakt aus.
Meistens findet die Salicylsäure in Form eines Esters Verwendung, die wohl bekannteste
Veresterung ist die Acetylsalicylsäure, der Wirkstoff von Aspirin.
Essigsäureanhydrid: R: 10 - 20/22 - 34; S: (1/ 2) – 26 - 36/37/39 – 45
Essigsäureanhydrid ist ein Derivat der Essigsäure, bei dem sich zwei Moleküle der
Essigsäure unter Eliminierung von Wasser zu Essigsäureanhydrid verbinden. Die meiste
Verwendung findet Essigsäureanhydrid bei der Umsetzung von Alkoholen zu Acetaten.
Weitere
häufige
Einsatzgebiete
sind
bei
der
Herstellung
von
Celluloseacetat,
Acetylsalicylsäure und bei der Absolutierung von Eisessig.
Produkt und seine Eigenschaften
Acetylsalicylsäure (ASS): R: 22
Acetylsäure ist ein Derivat der Salicylsäure, das als schmerzlindernder Wirkstoff in Aspirin
vorhanden ist. Durch die Hemmung der Cyclooxygenasen unterbindet sie die
Prostaglandinsynthese und somit auch die Bildung von Thromoboxan A2.
Mikroblutungen und Magenbeschwerden sind mögliche unangenehme Nebenwirkungen
des Wirkstoffes.
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Reaktionsmechanismus zur Herstellung von Acetylsalicylsäure
Die Veresterung von Acetylsalicylsäure mit Essigsäureanhydrid stellt eine nukleophile
Substitution dar:
Durch den Katalysator Schwefelsäure wird ein Proton an die Keto-Gruppe des
Essigsäureanhydrids angelagert. Dadurch „entzieht“ das Sauerstoff-Atom dem
benachbarten Kohlenstoff-Atom einen Teil seiner Elektronen, so dass am C-Atom
eine positive Ladung entsteht, welche die Carbonylaktivität des Moleküls steigert.
Erst dann sind die weiteren Reaktionen möglich.
Die positive Ladung des Essigsäureanhydrids bewirkt einen nukleophilen Angriff an
der Salicylsäure. Dabei lagert sich zunächst das Essigsäureanhydrid mit seinem
positiv geladenen C-Atom an die OH-Gruppe (am Ring) der Salicylsäure an.
Anschließend wird ein Teil dieses Molekül-Komplexes zu Essigsäure und einem
Carbokation abgespalten.
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Das Produkt hat zwei Grenzstrukturen: Das Carbokation und die eigentliche
Acetylsalicylsäure, bei der (im Vergleich zum Carbokation) ein Proton abgespalten
wird, welches sich mit dem Katalysator Schwefelsäure wieder verbindet, so dass
die Acetylsalicylsäure keine Ladung mehr trägt und als Feststoff ausfällt.
Gesamtreaktion:
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Prozentualer Umsatz unter schülernahen Versuchsbedingungen
Um die erhaltene Acetylsalicylsäure auf ihre Reinheit zu überprüfen, wird in einem Versuch
die Substanz erhitzt und die Temperatur des Schmelzpunktes bestimmt. Das gleiche wird
mit reiner Acetylsalicylsäure untersucht. Der Schmelzpunkt der reinen Acetylsalicylsäure
liegt bei 136°C, der unserer hergestellten Substanz bei 128°C. Die Differenz weist darauf
hin, dass es „Verunreinigungen“ in unserem Produkt gibt, das heißt, dass ein Teil der
Edukte nicht umgesetzt wurde.
In einem weiteren Versuch wird reine Salicylsäure in Wasser gelöst und mit einigen
Tropfen Eisen-(III)-Chlorid sowie Ethanol versehen. Es entsteht eine stark violette Färbung
der Lösung.
Als nächstes wird der Versuch mit der hergestellten Acetylsalicylsäure
wiederholt. Je schwächer dabei die Violettfärbung ist, desto reiner ist das Produkt. In
unserem Fall ist die Lösung schwach violett (siehe Bild).
Quellen:
http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/aspirin/aspirin.htm#3
http://www.artikel-base.de/medizin/aspirin.aspx
spass.de/projekte/Moerderische_Chemie/gruppe3/aspirin.htm
http://schulen.eduhi.at/chemie/cus497-1.htm
http://www.hschickor.de/aspirin.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Acetylsalicyls%C3%A4ure#Wirkmechanismus
Striebel, Hans Walter: Therapie chronischer Schmerzen. Ein praktischer Leitfaden.
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