Органический синтез.. Автор: Кутилова Ксения. Работа №355113

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

учащегося 9 класса

Кутиловой Ксении

По предмету: химия

На тему: “ Органический синтез”

ВЫПОЛНИЛ:

Кутилова Ксения

ПРОВЕРИЛА:

Шарабуркина Екатерина

Владимировна

КОХМА

2022

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Содержание…………………………………………………………………….

Введение………………………………………………………………………

Литературный обзор………………………………………………………….

Исследовательская часть…………………………………………………….

Список литературы……………………………………………………………

Приложение………………………………………………………………….

Заключение…………………………………………………………………….

ВВЕДЕНИЕ

В современной органической химии проектирование и создание новых типов органических молекул с заданными структурными характеристиками, получившее название «молекулярный дизайн», приобретает все большее и большее значение. О впечатляющих успехах в данной области говорит синтез органических молекул в виде правильных многогранников, необычных молекулярных конструкций и узлов. Имеются сообщения о создании молекулярных структур, обладающих формой листа Мёбиуса. Получение молекулярных структур различных типов, с одной стороны, обогащает теоретическую органическую химию новыми идеями, с другой стороны, может иметь практический выход, например, в решении задач по синтезу биологически активных препаратов, органических катализаторов, материалов для регистрации информации и т.д. В связи с этим, цель органического синтеза - получение веществ с ценными физическими, химическими и биологическими свойствами или проверка предсказаний теории. Современный органический синтез многогранен и позволяет получать практически любые органические молекулы. Сам термин «органический синтез» подразумевает, что задачей этой области органической химии является построение органических молекул.

Органический синтез - очень своеобразный вид интеллектуальной деятельности, творческой во всех смыслах: поиск решений здесь базируется не столько на логических, сколько на эвристических (не формализуемых) основах и его результатом является создание объектов новой, искусственной природы. Здесь воедино слиты такие разнородные подходы, как строгий научный анализ - основа предвидения - в исследовании природных явлений, реакций органических соединений, так и почти художественный дизайн эстетически привлекательных целей и поиск внутренне красивых решений, лаконичных и целесообразных. Разумеется, огромную роль играет и экспериментальное мастерство, которое в свою очередь предполагает не только владение техническим арсеналом своего дела, но и развитое «чувство вещества» - тонкое, почти интуитивное понимание особенностей его поведения. Недаром органический синтез называли и называют искусством.

У меня возникли вопросы «Зачем?» «Из чего?» «Каким образом?». Проще всего ответить на вопрос: «Из чего?» Очевидно - из более простых молекул. «Из более простых » чаще всего означает и из более доступных. Доступные природные источники органических соединений - это ископаемое органическое сырье (нефть, газ, уголь) и живые организмы. Их состав и состав продуктов их переработки в конечном счете и определяют тот спектр соединений, которые могут быть синтезированы на этой основе. «Зачем?» чтобы получить новые вещества. А вот на вопрос «Каким образом?» мы попытаемся ответить, проведя учебное исследование.

Цель моей работы: выяснить, каким образом происходит синтез веществ

Для достижения поставленной цели мне придется выполнить следующие задачи:

• рассмотреть этапы развития органического синтеза;

• изучить какими реакциями пользуются чаще всего химики-синтетики;

• выявить перспективы развития органического синтеза.

Актуальность. Благодаря органическому синтезу происходят такие операции как: крупномасштабное производство полупродуктов для других отраслей промышленности и получение целевых продуктов общего назначения. Поэтому, в настоящее время нет ни одной отрасли народного хозяйства, в которой не использовались бы продукты промышленного органического синтеза и его переработки. 

Серьезность моего исследования заключается в том, что

Практическая значимость: полученные результаты исследования можно будет использовать для того, чтобы узнать, каким образом происходит синтез веществ, что такое органический синтез и узнать перспективы его развития.

Возможные риски: затрудненный поиск информации

Объектом моего исследования является органический синтез

Новизна моей работы заключается в

Методы, которые я использовал в своей работе: теоретический анализ, изучение Интернет-ресурсов, исследование, обобщение, описание.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Открытие органического синтеза

По предложению шведского химика Й.Я. Берцелиуса , который экспериментально проверил и доказал достоверность закона постоянства состава вещества и закона кратных отношений применительно к оксидам и органическим соединениям ,с 1808 года науку , изучающую органические вещества стали называть органической химией.

Идея химического единства живых организмов на земле так восхитила ученых , что они создали ложное учение-витализм ,согласно которому считалось, что для получения(синтеза) органических соединений из неорганических необходима особая «жизненная сила».Ученые полагали, что жизненная сила обязательный атрибут только живых организмов. Отсюда следовал и ложный вывод о том, что синтез органических соединений из неорганических, вне живых организмов - в пробирках или промышленных установках - невозможен.

Виталисты резонно утверждали , что фотосинтез невозможен вне зеленых растений 6 CO2+6 H2O=C6H12O6+6 O2.

Невозможны, по утверждению виталистов и любые другие синтезы органических соединений вне живых организмов. Однако дальнейшее развитие химии и накопление новых научных фактов доказало, что виталисты глубоко заблуждались.

В качестве самостоятельной дисциплины органический синтез начал оформляться после знаменитого синтеза карбамида (мочевины) из типичного неорганического вещества (цианата аммония), осуществленного немецким химиком Фридрихом Вёлером. В 1824году, желая приготовить цианово-кислый аммоний NH4CNO, Вёлер получил бесцветное кристаллическое вещество, которое не давало ни одной из реакций на аммоний и циановую кислоту. В 1828году установил, что оно по составу и свойствам тождественно с мочевиной. Таким образом , Вёлер впервые синтезировал из неорганического вещества органическое соединение и тем самым нанёс удар распространённому виталистическому учению о так называемой жизненной силе. Однако синтез мочевины долгое время оставался единичным фактом и не мог поколебать веру в жизненную силу. В 1851 г. Бертло начал свои работы по синтезу органических соединений из элементов. Бертло синтезировал многие простейшие углеводороды -- метан(CH4), этилен(C 2H4), ацетилен(C2H2), бензол(C6H6), а затем на их основе -- более сложные соединения. В 1853--1854 гг. взаимодействием глицерина и жирных кислот Бертло получил аналоги природных жиров и таким образом доказал возможность их синтеза. Попутно он установил, что глицерин -- трёхатомный спирт. Принципиальное значение имел синтез этилового спирта гидратированием этилена в присутствии серной кислоты C 2H4+H2OC2H5OH (1854); до этого этиловый спирт получали только брожением сахаристых веществ под действием ферментов C6H12O62 С2H5OH+2 CO2. Этими синтезами Бертло нанёс окончательное поражение представлениям о «жизненной силе».

Развитие органического синтеза

Органический синтез начал развиваться после формулирования русским химиком Бутлеровым А. М. основ структурной теории строения веществ, которая позволила планомерно синтезировать молекулы заданного строения. Основы этой теории сформулированы таким образом:

• «Полагая, что каждому химическому атому свойственно лишь определённое и ограниченное количество химической силы (сродства), с которой он принимает участие в образовании тела, я назвал бы химическим строением эту химическую связь, или способ взаимного соединения атомов в сложном теле»

• «… химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением»

Дальнейшее развитие органического синтеза происходит параллельно с развитием органической химии. Успехи теорий строения атомов и молекул, химической связи, квантовая химия, кинетика и др. способствовали развитию методов синтеза. С другой стороны, ряд сложных синтезов как известных в природе веществ (уксусная кислота, индиго, аспирин и др.), так и не имеющих своих аналогов (, многие элементоорганические соединения, синтетические антибиотики и др.), оказал влияние на смежные разделы науки (химия биологически активных веществ, фармакология , физика и химия твердого тела и др.), показав самостоятельность и высокую ценность этого направления органической химии.

Выход органического синтеза за рамки лабораторий произошёл после развития химической технологии и признания промышленной значимости продуктов: карбоновых кислот, полимеров, растворителей, красителей и др. -- веществ, объём производства которых характеризуется числами со многими нулями.

История развития промышленного органического синтеза

Производство органических веществ, используемых для нужд человека, зародилось в древности и в дальнейшем развивалось вместе с развитием теоретической органической химии. Первоначально оно базировалось на процессах переработки растительного или животного сырья, путем выделения из него ценных продуктов (жиры, масла, сахар) или расщепления содержащихся в сырье веществ на более простые (спирт, уксусная кислота, глицерин, мыла).

Промышленный органический синтез или производство более сложных веществ из ограниченного набора простых органических соединений появился в середине XIX века на базе успехов синтетической органической химии. "Едва ли можно говорить о промышленной органической химии до 1855 года. Некоторое число природных продуктов подвергалось очистке или переработке другими способами, но лишь немногие впервые созданные соединения изготавливались в масштабах больших, чем в лаборатории".

Первоначально органическая химия могла решать прямые технологические задачи только в отдельных редких случаях, как например, разработка К.С. Кирхгофом способа осахаривания крахмала, синтез У.Г. Перкиным красителя мовеина и некоторые другие. Создание и развитие структурной теории органической химии имело решающее значение для развития и промышленного органического синтеза. Теоретическая органическая химия с ее мощным теоретическим аппаратом и возможностью предсказывать неизвестные соединения, обогащенная в XX веке новыми синтетическими методами, нашла множество практических приложений. На ее основе выросла промышленная органическая химия в виде основного и тонкого органического синтеза, наложившая отпечаток на всю историю человечества XX столетия, как это предсказывал А.М Бутлеров, анализируя значение синтеза ализарина из антрацена каменноугольной смолы: "Это отразится, без сомнения, на состоянии промышленности целых стран и на приложении труда тысяч рук (А.М. Бутлеров речь "О практическом значении научных химических работ", 1871 год).

Успехи органического синтеза вызвали поворот химической промышленности к органической химии. Перед ней была поставлена задача целенаправленных поисков новых органических соединений и разработки новых методов получения уже известных веществ, имеющих практическое значение и производимых в промышленных масштабах. При этом от процессов, направленных на замену природных продуктов (красителей, лекарственных и душистых веществ) синтетическими, промышленность органического синтеза переходит к процессам производства новых, не встречающихся в природе соединений и структурных аналогов уже известных.

В последующие годы в своем развитии ранее единая промышленность органического синтеза разделяется на ряд отраслей, которые и составляют основной органический и нефтехимический синтез и тонкий органический синтез.

В процессе развития промышленности органического синтеза изменялась и ее сырьевая база. Место каменного угля все более и более занимало нефтяное сырье и природный газ. В процессе этого переходя и появился термин "нефтехимический синтез". В нашей стране основы промышленности основного органического синтеза закладываются в 30-е годы XX века, а как самостоятельная отрасль она оформляется только в 40-е годы. До этого времени ассортимент и объем, вырабатывавшихся на основе кокса и пищевого сырья, органических продуктов был незначителен. Так, в 1913 году было произведено всего 200 т сырого бензола, 112 т сырого фенола, 90 т ацетона, 56 т нафталина и 1000 т уксусной кислоты. В 1914 году из 5754 коксовых печей только на 98 печах было организовано полное улавливание химических продуктов коксования, а основными продуктами нефтепереработки являлись керосин и мазут.

Развитие сырьевой базы основного органического в нашей стране начинается с восстановления и пуска коксохимических заводов Донбасса с полным улавливанием летучих продуктов коксования, что позволило организовать промышленное производство ряда органических продуктов: бензола толуола, ксилолов, фенола, нитробензола и др. и к 1932 году отказаться от их импорта. В последующие годы выпуск этих и других продуктов на базе коксохимического сырья продолжает возрастать. В 1943 году начинаются исследования по промышленной химической переработке нефтяных газов (синтез толуола деалкилированием ксилола и др.). Ввод в строй промышленных установок каталитического риформинга нефтепродуктов позволил изменить структуру сырья для производства ароматических углеводородов и уменьшить долю коксохимии в их сырьевом балансе. Так с 1963 по 1970 год доля ароматических углеводородов, получаемых из нефтяного сырья, возрастает бензола с 1 до 37%, толуола с 48,7 до 76,5%, ксилолов с 74,2 до 93,6%.

Методика органического синтеза

Реализация органического синтеза включает следующие научные, организационные и технологические этапы: задание структуры целевой молекулы, рассмотрение возможных схем синтеза, подбор продуктов, аппаратуры, проведение химических реакций, выделение промежуточных и целевых продуктов, их анализ и очистку, модифицирование, принятие мер безопасности, экологический контроль, экономический анализ и др..

Окончательный выбор метода синтеза происходит после всестороннего комплексного анализа этих этапов и их оптимизации.

Реакции органического синтеза

К реакциям органического синтеза относят:

• Гидрирование-присоединение водорода по кратной связи. Дегидрирование -- отщепление водорода с образованием кратной связи.

• Гидратация-присоединение воды по кратной связи с образованием спирта.

• Дегидратация-отщепление воды с образованием кратной связи.

• Алкилирование-обмен водорода на углеводородный радикал.

• Ацилирование-введение в молекулу остатка карбоновой кислоты (ацильной группы).

• Ацетилирование-частный случай ацилирования, введение в молекулу остатка уксусной кислоты(ацетильной группы).

• Циклизация-образование циклической структуры в молекуле.

• Галогенирование-введение атома галогена в молекулу посредством обмена водорода на галоген или присоединения по кратной связи.

• Нитрование-обмен водорода на группу NO2.

• Этерификация-взаимодействие органической кислоты со спиртом с получением сложных эфиров.

• Окисление-в узком смысле - внедрение кислорода в молекулу, в широком - любое изменение в молекуле , приводящее к увеличению степени окисления углерода, например, дегидрирование, повышение кратности связи углерод-углерод.

• Сульфирование-обмен водорода на сульфогруппу.

• Полимеризация-процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Планирование синтеза органической молекулы

Любой органический синтез представляет собой определенную последовательность отдельных реакций, приводящих к заданной молекулярной структуре. Составление схемы того или иного синтеза является обычно результатом логического химического мышления. Однако существует много весьма сложных синтезов, планирование которых требует не только знаний, но и больших навыков.

При синтезе соединения В из соединения А используют ряд отдельных, логически оправданных стадий. Часто, когда схема синтеза составлена знающим и опытным синтетиком, работа идет настолько легко и быстро, что кажется, будто автор писал интуитивно, не задумываясь над поставленной задачей. Но такое впечатление ошибочно: умение быстро логически мыслить является результатом приобретенного опыта.

Синтез-это конструирование молекулы, имеющей определенное строение. Иногда это конструирование представляет собой довольно простую операцию, например, если нужно лишь заменить одну функциональную группу на другую или когда требуется провести перегруппировку углеродного скелета простой молекулы.

Однако одновременное изменение и углеродного скелета, и функциональных групп может потребовать значительно больших усилий при планировании. К счастью, обычно имеется не один путь синтеза соединения В из соединения А. Фактически часто приходится решать, какой из двух или трех равно возможных путей лучше выбрать. В таких случаях необходимо рассмотреть следующие вопросы:

1.Насколько доступны исходные вещества?

2.Какой путь дает наибольший суммарный выход?

3.Какой путь связан с наименьшим числом отдельных стадий?

4.Какова стоимость исходных веществ и реагентов?

5.Какой из путей требует наименьших затрат времени и труда?

6.Кроме того, необходимо учитывать легкость очистки продуктов реакций, их устойчивость, безопасность проведения тех или иных операций, токсичность используемых реагентов и т. д.

План синтеза соединения можно представить схемой, иногда называемой деревом синтеза. Для его построения можно использовать два пути:

1.Синтетический, то есть соответствующий переходу от исходных соединений к целевой молекуле;

2. Ретросинтетический, направленный противоположно реальному синтезу от целевой молекулы к исходным веществам.

Обычно в реальном синтезе можно обнаружить элементы и того, и другого подхода.

Создание органических молекул с заданными структурными характеристиками

Создание новых типов органических молекул с заданными структурными характеристиками, получившее название "молекулярный дизайн", приобретает всё большее и большее значение. О впечатляющих успехах в данной области говорит синтез органических молекул в виде правильных многогранников (призман, кубан, тетраэдран, додекаэдран), необычных молекулярных конструкций типа катенанов, ротоксанов, узлов. Имеются сообщения о создании молекулярных структур, обладающих формой листа Мёбиуса. Получение молекулярных структур различных типов, с одной стороны, обогащает теоретическую органическую химию новыми идеями, с другой стороны, может иметь практический выход, например, в решении задач по синтезу биологически активных препаратов, органических катализаторов, материалов для регистрации информации и т.д.

Выделяют два направления, сложившиеся в этой области:

· "структурно-ориентированным дизайн"

· "функционально-ориентированным дизайн".

К структурно-ориентировавнному дизайну относятся работы по созданию молекул с необычными структурными характеристиками, причем не обязательно в связи с какими-то полезными свойствами получающихся новых веществ. Такое направление немедленно ассоциируется с множеством классических исследований, таких, как синтезы цик- лоокгатетраена, бензола Дьюара или астерана, новые синтезы додекаэдрана и производных теграэдрана. Цель исследований в этой области состоит в том, чтобы придумать и затем синтезировать некоторые нетривиальные молекулы, имеющие определенные уникальные особенности. Очень часто уникальность целевых структур состоит в общей форме молекул (таких, как додекаэдран или катенаны), которые во всех остальных отношениях построены в соответствии с классическими концепциями структурной теории. В то же время целый ряд беспрецедентных по структуре соединений появился недавно в результате исследований, направленных на выяснение пределов применимости классического описания структуры молекул органических соединений. Нельзя, однако, упускать из виду того, что работы в области структурно-ориентированного дизайна в действительности проводятся вблизи границы, которая в органической химии отделяет известное от неизвестного. Таким образом, их непосредственным результатом является существенное расширение многообразия объектов, изучаемых этой наукой. Еще более важно, что проникновение в эту область новых соединений и новых структурных типов оказывается исключительно плодотворным, приносящим множество неожиданных открытий с важными последствиями как для академической, так и прикладной науки.

Функционально-ориентированный дизайн решает задачу синтеза соединений, которые должны обладать набором четко определенных, заранее заданных свойств. Здесь конечная цель состоит в оптимизации структуры целевого соединения с тем, чтобы добиться максимальной эффективности в выполнении им требуемой функции. Это могут быть такие важные физические свойства, как электропроводность (создание органических металлов) или способность образовывать жидкие кристаллы; химические свойства, как, например, каталитическая активность, подобная активности биологических катализаторов (ферментов), или просто определенная реакционная способность, отвечающая тем или иным нуждам синтеза; биологическая активность, в конечном счете направленная на лечение определенных болезней или на борьбу с насекомыми-вредителями. Здесь снова можно сказать, что все это -- наиболее обычные задачи, с которыми органическая химия имела дело уже в течение столетия, задолго до появления термина "молекулярный дизайн". Однако традиционный поиск полезных соединений ранее шел в основном методом проб и ошибок, а потому поглощал огромное количество труда и времени на синтез тысяч аналогов, необходимых для нахождения одного из них, отвечающего поставленной задаче. В настоящее время ясно обнаруживается тенденция двигаться в этой области гораздо более экономными путями. Достаточно часто еще в начале подобных проектов теперь применяют разнообразные методы молекулярного моделирования, позволяющее с разумной вероятностью установить тот набор структурных параметров, наличие которых должно обеспечить целевому соединению способность выполнять заданную функцию. Результаты первоначальных экспериментов используют далее для корректировки исходных планов и более точного фокусирования направлений исследования. При этом иной раз удается сузить область поиска целевой структуры до всего нескольких многообещающих кандидатов. При этом сплошь и рядом функционально-ориентированный дизайн получает плодотворные импульсы от своего структурно-ориентированного собрата в виде открытий новых классов структур с набором новых, потенциально полезных свойств (как это имело место, например, в случае жидких кристаллов или органических металлов).

Основные тенденции развития промышленного органического синтеза

Современный промышленный органический синтез решает две основные задачи: крупномасштабное производство полупродуктов для других отраслей промышленности и получение целевых продуктов общего назначения. Поэтому, в настоящее время нет ни одной отрасли народного хозяйства, в которой не использовались бы продукты промышленного органического синтеза и его переработки.

Развитие промышленного органического синтеза имеет большое значение для сохранения биосферы Земли и установления разумных и взаимополезных отношений человека с окружающей живой природой. Органический синтез позволяет выпускать в промышленных масштабах вещества, которые редко встречаются в природной среде, а также новые вещества, значительно превышающие природные по полезным свойствам. Это особенно важно в производстве лекарственных препаратов.

Наиболее важным фактором развития промышленного органического синтеза является доступность его сырья. Поэтому, возникает необходимость поиска нового, более доступного сырья, а также его рациональной переработки.

В связи с этим возникает необходимость изучения перспектив развития промышленного органического синтеза.

Основные тенденции развития промышленности ООС, направленного на повышение экономической эффективности производства и качества продукции, связаны с экономией сырья, энергии и снижением капитальных затрат. Важнейшими из них являются следующие:

1. Создание новых технологических процессов, базирующихся на более доступном и дешевом сырье. Например, переход от дорогого ацетилена к ароматическим углеводородам, алкенам, алканам и, наконец, синтез-газу в соответствии со шкалой их ценности.

2. Переход к прямым методам синтеза, исключающим потребление неорганических реагентов. Например, замена сернокислотной гидратации этилена прямой каталитической в производстве этанола.

3. Повышение селективности процессов за счет оптимизации параметров, выбора аппаратуры и подбора высокоселективных катализаторов.

4. Сокращение числа стадий производства. Например, замена двухстадийного процесса синтеза ацетальдегида из этилена через этанол одностадийным окислительным процессом:

5. Увеличение единичной мощности аппаратов и снижение за счет этого капитальных затрат. Например, в производстве метанола до 300-500 тыс. т/год.

6. Экономия энергии и повышение коэффициента полезного действия агрегатов, в частности за счет использования вторичных энергоресурсов и внедрения энерготехнологических схем.

Синтетический путь

Иллюстрацией синтетического пути может служить синтез циклооктатетраена C8H8 , осуществленный Вильштеттером в 1911 году в десять стадий по приведенной ниже схеме:

Поскольку в исходной молекуле уже существовал восьмичленный цикл, то необходимо было удалить мостик с атомом азота и ввести в цикл четыре двойные связи. Для этой цели были использованы следующие методы: гидрирование (1), дегидратация (2), образование четвертичных аммониевых солей и их расщепление, приводящее к расщеплению связи C-N или образованию С=С-связи (3-6, 9, 10), бромирование (7) и замещение брома на диметиламиногруппу (8)

Ретросинтетический путь

Ретросинтетический путь более перспективен, поскольку дает возможность прийти к нескольким исходным соединениям и тем самым увеличивает выбор путей синтеза. Построение дерева синтеза осуществляется по стадиям, называемым трансформациями. Трансформация - переход от соединения к ближайшему предшественнику, который используется в качестве исходного соединения в реальном синтетическом процессе.

На схеме синтеза витамина А двойными стрелками показаны трансформации, а цветом выделены изменяющиеся при этом связи. Фрагменты остова в целевой молекуле, которые создаются в результате синтеза и присутствуют в реагенте, носят название синтона. Реальный реагент, который содержит синтон, называется его синтетическим эквивалентом.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

АЦЕТИЛСАЛИЦИЛОВАЯ (2-(АЦЕТИЛОКСИ)-БЕНЗОЙНАЯ) КИСЛОТА - белое кристаллическое вещество, температура плавления 133-136оС;при нагревании свыше 140оС разлагается, малорастворимое в воде, хорошо растворимо в спирте, в растворах щелочей, при хранении во влажной атмосфере гидролизуется. Это вещество получают взаимодействием салициловой кислоты с уксусным ангидридом:

Ацетилсалициловая кислота уже более 100 лет широко применяется как лекарственное средство - жаропонижающее, обезболивающее и противовоспалительное. Существует более 50 названий - торговых марок препаратов, основным действующим началом которых является это вещество. Ацетилсалициловая кислота - долгожитель в мире лекарств, в 1999 официально отметила свой столетний юбилей, и до сих пор это самое популярное лекарство в мире. Еще одна особенность ацетилсалициловой кислоты - это первое синтетическое лекарственное вещество. Человек испокон веков использовал лечебные растения, затем научился выделять из экстрактов растений лекарственные вещества в чистом виде, но первым лекарством, полного аналога которому не существует в природе, стала ацетилсалициловая кислота. В природе есть похожее вещество - салициловая кислота. Это соединение содержится в коре ивы, и его целебные свойства были известны с древности. Отвар коры ивы как жаропонижающее, обезболивающее и противовоспалительное средство рекомендовал применять еще Гиппократ. В 1828 немецкий химик Бюхнер из коры ивы выделил вещество, которое назвал салицин (от латинского названия ивы - Salix). Чуть позже из салицина была получена чистая салициловая кислота, и доказано, что она обладает лечебными свойствами. В 1860 немецкий химик А.Кольбе разработал метод синтеза салициловой кислоты взаимодействием фенолята натрия с углекислым газом, и вскоре в Германии появился завод по производству этого вещества:

В 1893 Феликс разработал методику получения чистой ацетилсалициловой кислоты, и после испытаний препарата на животных (кстати, они проводились тоже впервые в истории) в 1899 фирма «Bayer» запатентовала торговую марку аспирин - имя, под которым наиболее известно это лекарство. Считается, что название лекарству дали в честь святого Аспиринуса - покровителя всех страдающих головной болью. Ацетилсалициловая кислота понижает температуру, уменьшает местные воспалительные процессы, обезболивает. А еще разжижает кровь и поэтому применяется при опасности возникновения кровяных тромбов. Доказано, что длительный прием небольшой дозы ацетилсалициловой кислоты людьми, склонными к заболеваниям сердечнососудистой системы, значительно снижает риск инсульта и инфаркта миокарда. Но ни в коем случае нельзя забывать, что лекарственными средствами, нельзя злоупотреблять. Как и любое лекарственное средство, ацетилсалициловая кислота небезопасна. Передозировка может привести к отравлению, проявляющемуся тошнотой, рвотой, болями в желудке, головокружением, а в тяжелых случаях - к токсическому воспалению печени и почек, поражению центральной нервной системы (расстройство координации движений, помрачение сознания, судороги) и кровоизлияниям.

Во многом раздражающее действие аспирина проявляется из-за его плохой растворимости. Если глотать таблетку, она медленно усваивается, нерастворенная частичка вещества может на какое-то время «прилепиться» к слизистой оболочке, вызывая ее раздражение. Чтобы уменьшить этот эффект, достаточно просто растолочь таблетку аспирина в порошок и запить его водой, иногда рекомендуют для этой цели щелочную минеральную воду, или купить растворимые формы аспирина - шипучие таблетки. Несмотря на то, что ацетилсалициловая кислота так давно известна и очень широко применима в качестве лекарственного средства, объяснение механизма ее действия на организм появилось лишь в 1970-х. Британский ученый Дж.Вейн за свои работы по изучению физиологического действия ацетилсалициловой кислоты в 1982 получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине и титул рыцаря от королевы Елизаветы II. Вейн обнаружил, что ацетилсалициловая кислота блокирует в организме синтез некоторых гормоноподобных веществ - простагландинов, ответственных за регуляцию многих функций организма, в частности, тормозит синтез простагландинов, вызывающих воспалительные явления. Побочные действия ацетилсалициловой кислоты объясняются замедлением синтеза других простагландинов, ответственных за свертываемость крови и регуляцию образования в желудке соляной кислоты.

Дальнейшие исследования показал, что далеко не все свойства данного вещества связаны с блокировкой синтеза простагландинов. Механизм действия ацетилсалициловой кислоты сложен и не до конца изучен, и ее свойства до сих пор являются объектом исследования многих научных коллективов. Только в 2003 было опубликовано около 4000 научных статей, посвященных тонкостям физиологического действия этого вещества. Ученые, с одной стороны, находят новые применения старому лекарству. С другой стороны, на основе исследований разрабатываются новые лекарственные препараты ацетилсалициловой кислоты, побочные эффекты которых сведены к минимуму. Очевидно, ацетилсалициловая кислота обеспечит работой еще не одно поколение ученых - физиологов и фармацевтов.

Синтез ацетилсалициловой кислоты (аспирина)

Вещества:

• Салициловая кислота (т.пл. 157-159 °C) 13,8 г (100 ммоль)

• Уксусный ангидрид (т.кип. 138-140,5 °C) 12,8 г (11,9 мл, 125 ммоль)

• Конц. серная кислота (96%) 3 капли

• Гидроксид натрия 5 г

• Этанол для перекристаллизации примерно 30 мл

• Водный раствор хлоридажелеза (III) (0,1 M) несколько миллилитров

Исходное вещество

Молекулярная масса (г/мол)

Используемое количество

Салициловая кислота

138 г/моль

13,8 г

Уксусный ангидрид

102г/моль

12,8 г

Гидроксид натрия

40 г/моль

5 г

Серная кислота

98 г/моль

3 капли

Этанол

46 г/моль

30 мл

Расчет синтез

Ход работы

Реакционный прибор включает двугорлую колбу на 100 мл, оснащенную магнитной мешалкой, датчиком температуры и интенсивным охлаждением. Смесь 13,8 г салициловой кислоты и 12,8 г уксусного ангидрида помещают в реакционную колбу и добавляют три капли концентрированной серной кислоты. Прибор устанавливают в микроволновую систему с помощью стеклянной трубки. Реакционную смесь нагревают при перемешивании в течение 90 секунд при 900 Вт и 140°C. Во время последующего охлаждения прозрачный желтоватый раствор затвердевает в компактную белую кристаллическую массу.

Выделение продукта

После охлаждения до комнатной температуры твердое вещество измельчают в колбе и перемешивают в течение 30 минут с 50 мл воды. Затем твердое вещество отсасывают через стеклянный фильтр. Остаток на фильтре промывают на фильтре трижды порциями по 30 мл воды, так, что промывные воды проходят сквозь фильтр без вакуума, и затем тщательно отсасывают. Фильтрат утилизируют.

Неочищенный продукт на фильтре анализируют на возможное содержание салициловой кислоты, используя раствор хлорида железа (III). Если результат теста отрицательный, продукт сушат в эксикаторе над гранулированным гидроксидом натрия при пониженном давлении до постоянной массы. Во время осушки также удаляется связанная продуктом уксусная кислота.

Выход: 16,0 г (89%); т.пл. 136 °C.

С целью дальнейшей очистки, если продукт все еще содержит салициловую кислоту, его перекристаллизовывают из смеси этанол-вода. Для этого неочищенный продукт растворяют при нагревании в примерно 30 мл этанола, затем добавляют через обратный холодильник примерно 60 мл горячей воды. Смесь медленно охлаждают и колбу помещают на ледяную баню для завершения кристаллизации. Продукт отсасывают и сушат.

Выход: 14,6 г (81%), т.пл. 136 °C.

Без прибавления серной кислоты выход неочищенного продукта составляет примерно 83%, причем он все еще содержит большие объемы салициловой кислоты. После перекристаллизации выход ниже 70%.

Если влажный продукт предварительно осушить с помощью фильтровальной бумаги под вытяжкой, для эксикатора потребуется значительно меньше осушителя.