Aspirine - Nieuwe scheikunde

Aspirine bestaat 110 jaar. Van een experimenteel geneesmiddel is het uitgegroeid naar een
veel gebruikt geneesmiddel en bron van inkomsten voor de farmaceutische industrie. De
jaarproductie bedraagt momenteel 40.000 tot 45.000 ton.
110 jaar Aspirine, het oneindige verhaal van het uithoudingsvermogen
van een medicijn
Op 6 maart 2009 is het 110 jaar geleden dat
Aspirine in het register van handelsnamen van
het Keizerlijk Octrooibureau in Berlijn werd
opgenomen: Dr. Felix Hoffmann was erin
geslaagd acetylsalicylzuur (ASZ) in pure en
stabiele vorm te synthetiseren. Hij kon toen
niet weten dat hij op die dag het actieve
bestanddeel had gecreëerd voor het in de
gehele wereld bekendste en meest gebruikte
medicijn Aspirine. Aspirine ontwikkelde zich
tot een spannend verhaal zonder einde. Zelfs
nu, 110 jaar later, vindt men voor dat kleine
witte tabletje steeds weer nieuwe
toepassingen.
Pijnstillend, koortswerend en ontstekingsremmend
Aanvankelijk werd Aspirine verkocht in poedervorm, maar het duurde niet lang of er werden tabletten
van gemaakt. Aspirine werd al snel wereldwijd het standaardmedicijn voor het verlichten van pijn, het
verlagen van koorts en het remmen van ontstekingen. De samenstelling van Aspirine werd steeds
verbeterd en er zijn ondertussen verschillende vormen beschikbaar. De "klassieke" Aspirine die snel
hoofdpijn verlicht, Aspirine-C, in combinatie met vitamine C, goed tegen de symptomen van griep en
verkoudheid en Aspirine Duo met coffeïne tegen sterkere pijnen. De meest recente vorm is Aspirine
500 Bruis: door de oplosbare vorm werkt deze nog sneller
Bron: Bayer Health care info
De werkzame stof in het aspirientje is het acetylsalicylzuur (ASZ). De synthese van het
acetylsalicylzuur verloopt al 110 jaar via de reactie tussen salicylzuur en azijnzuuranhydride.
De reactie is hieronder , figuur 1, weergegeven.
HO
HO
O
C
H
C
C
H
C
C
C
C
OH
+
O
H3C
O
O
C
C
O
H
CH3
H
C7H6O 3
Salicylzuur
2pt
3pt
C
C
H
H
4pt
O
C
C
C
C
C
O C
CH3
+
O
H3C
C
OH
H
H
C 4H 6O 3
Azijnzuuranhydride
C 9H 8O 4
Acetylsalicylzuur
C 2H 4 O 2
Azijnzuur
1 Bereken de atoomeconomie (zie bron 1) voor deze reactie in het juiste aantal
significante cijfers .
2 Bereken de E-factor(zie bron 1) voor deze reactie.
3 Bereken de reactiewarmte voor de vorming van één mol ASZ uit salicylzuur en
azijnzuuranhydride. (gebruik bron 2)
317567120
Na zuivering ontstaat bij de reactie uit 1,00 kg salicylzuur 900 g acetylsalicylzuur.
3pt 4 Bereken hoeveel Acetylsalicylzuur kan ontstaan uit 1,00kg salicylzuur als alle
salicylzuur wordt omgezet
2pt 5 Bereken het rendement voor dit deel van de synthese.
De reactie tussen salicylzuur en azijnzuuranhydride, figuur 1, is de laatste stap in de
synthese van aspirine en al jaren ongewijzigd. De synthese van het azijnzuuranhydride is in
de loop van de 110 jaar wel gewijzigd. In het volgende deel van de opgave moet je nagaan
welke van de drie genoemde syntheses de meest groene is. Hiervoor kun je gebruik maken
van de gegevens in bron 2 en het overzicht van de uitgangspunten van de groene chemie in
bron 3 .
Proces A:
O
Reactie 1
H3C
O
+ NaOH
C
- 55 kJ
OH
H3C
C
O
Reactie 2 H3C
+ SOCl2
C
H3C
C
X kJ
-
O Na
+
+ H2O
+
SO2 + HCl
Cl
O
O
O
C
+
O
OH
Reactie 3 H3C
-
O Na
+
H3C
C
H3C
Cl -79kJ
O
C
C
CH3
C
CH3
O
+ NaCl
Proces B :
O
Reactie 1
H3C
O
+ NaOH
C
-55kJ
OH
Reactie 2
2
H3C
H3C
+
C
S2Cl2
-191kJ
C
O
C
O S
S
CH3
+43kJ
H3C
+ 2 NaCl
O
O
verwarmen
C
S
H3C
O
O
O
O S
317567120
O Na
O
O
2
+ H2O
C
O
O Na
Reactie 3
H3C
C
C
O
CH3
+ 3S + SO 2
Proces C :
O
Reactie 1
H3C
O
+ HO CH3
C
OH
+ 32 kJ
H3C
C
O
O
Reactie 2 H3C
C
CH3
O
O
CH3 +
+ H2O
O
Kat
CO
-106 kJ
H3C
C
C
CH3
O
Met uitzondering van reactie 2 in proces A zijn van de reacties in de processen A,B en C de
afzonderlijke reactiewarmtes gegeven.
3pt 6 Bereken de reactiewarmte voor reactie 2 van proces A. Gebruik o.a. gegevens uit
bron 2. Laat je berekening zien of teken het bijbehorende energiediagram..
3pt 7 Bereken voor elk van de processen A,B en C de energieverandering van het totale
proces. Weet je het antwoord op de vorige opgave niet gebruik voor reactie1 in
proces A dan een reactiewarmte van +50kJ
Bij het vaststellen van de Q factor kijk je naar de schadelijkheid van de stoffen. In bron 2 is
een selectie van gegevens opgenomen. In bron 1 staan de regels voor het vaststellen van de
Q factor.
5pt 8 Stel een Q factor vast voor proces C.door de bijlage in te vullen. Voor methanol
stellen we de Q-factor op 250. Ken zelf een Q-factor toe aan de overige stoffen en
vermeld onder toelichting in het kort hoe je hieraan bent gekomen.
Mede aan de hand van de gegevens uit de vorige vragen kun je een uitspraak doen welke
van de drie voorgestelde processen het meest groen is. Gebruik de uitgangspunten voor
groene chemie uit bron 3.
5pt 9 Leg uit welk van de drie processen het best voldoet aan de principes van de groene
chemie. Geef een toelichting die gebaseerd is op minimaal drie van de
uitgangspunten in bron 3.
317567120
Bronnen:
Bron 1 begrippenlijst en definities.
AE 
Atoomeconomie :
Mproduct
Malle producten
 100%
De E-factor geeft de verhouding afval/product en is daarmee de tegenpool van de
atoomeconomie. Waarin de verhouding product / (product + afval) wordt weergegeven
E
E-factor:
M alle reactanten  M gewenst product
M gewenst product
Q factor: maat voor de vervuiling/ milieuschade/ gezondheidsschade die een proces
veroorzaken kan. Hierbij spelen de MAC –waarde*1, Gevarenklasse alsmede de R- en Szinnen*2 een rol.
Uitgangspunten:
 Water Q = 0 ;
 Niet giftige zouten Q=1
 Voor giftige stoffen maak je voor Q, op basis van bekende gegevens ten aanzien van
de gevaarsetting, een schatting die ligt tussen 100 en 1000.
*1
Maximaal aanvaardbare concentratie in lucht. *2 zie BINAS tabel 97E
Bron 2 Data gebruikte chemicaliën
Vormings
Stof
MAC
mg/m3
R zinnen*1
S zinnen*2
gevaren
klasse *3
-795
100
--
---
---
-274
5
11,14,34
9,16,26,45
3
-759
5
25
28,45
6
-487
25
10,35
23,26,45
8
-625
5
10,20,22,34
9,16,26,45
8
warmte
kJ/mol
1,1-dithio-1,1-diacetaat
O
O
C
S S
H3C
O
C
O
CH3
acetylchloride
O
H3C
C
Cl
aceylsalicylzuur
HO
O
C
H
C
C
C
C
H
azijnzuur
C
C
O
C
H
CH3
O
H
O
H3C
C
OH
azijnzuuranhydride
O
O
H3C
C
317567120
C
O
CH3
Stof
Vormings
warmte
kJ/mol
MAC
mg/m3
R zinnen*1
S zinnen*2
gevaren
klasse *3
dizwaveldichloride
S2Cl2
koolstofmono-oxide
CO
methanol
-60
6
29
25,36,37,39
,45
45,53
6
-110,5
14,20,25,29,
35,50
12,23,48
-240
260
11,23,24,25,39 7,16,36,45
2,3
-447
770
11,36,88
16,26,29,33
3
-683
1400
---
---
---
-411
-
---
---
---
-427
2
35
26,37,39,45
8
-589
---
22,36,37,38
26,37,39
---
-246
1
-286
--
14,20,22,29,
35
---
26,36,37,39, 8
45
-----
-92,3
7
36,37,38
3,8
-297
5
23,24
7,16,26,37,
39
26,36,39,45
0
--
11,36,37,38
16,26,37
4
H3C
2,3,6
OH
methylethanoaat
O
H3C C O CH3
natriumacetaat
O
H3C C O Na
natriumchloride
NaCl
natriumhydroxide
NaOH
salicylzuur
HO
O
C
H
C
C
C
OH
C
C
C
H
H
thionylchloride
SOCl2
water
H2O
waterstofchloride
HCl
zwaveldioxide
SO2
Zwavel S
H
*1
Risicofactoren zie BINAS tabel 97E (R van risk)
Veiligheids aspecten zie BINAS tabel 97E (S van safety)
*3
Klasse 1 en 2 explosief / brandbaar gas
Klasse 3 en 4 brandbare vloeistof / vaste stof
Klasse 5 sterk oxiderende stof
Klasse 6 giftige stof
Klasse 7 radioactief
Klasse 8 bijtende/ irriterende stof
*2
317567120
3
Bron 3 12 principes groene chemie
1. Preventie
Werk netjes, in de letterlijke zin van het woord, want dan hoef je ook niet schoon te
maken.
2. Atoomeconomie.
Het eindproduct bevat zoveel mogelijk atomen die in het hele proces worden gebruikt.
3. Minder gevaarlijke chemische productiemethoden
Ontwerp waar mogelijk productiemethoden die mens en milieu zo weinig mogelijk
schaden.
4. Ontwikkelen van veiliger chemische stoffen
Let er bij de ontwikkeling van chemische stoffen op dat ze doen wat ze moeten doen, en
met zo weinig mogelijk schade aan mens en milieu.
5. Veiliger oplosmiddelen
Vermijd tijdens de productie zo veel mogelijk het gebruik van oplosmiddelen of andere
onnodige chemicaliën. Als deze eventueel wel nodig zijn, dan mogen ze niet op een of
andere manier schadelijk zijn voor het milieu.
6. Energie-efficiënt ontwerpen
Minimaliseer de energie die nodig is om een reactie uit te voeren; dit met het oog op
vermindering van kosten en van milieuschade. Zo mogelijk dienen processen te worden
uitgevoerd bij relatief lage temperaturen en lage drukken.
7. Gebruik van hernieuwbare grondstoffen
Grondstoffen moeten zo veel mogelijk hernieuwbaar zijn.
8. Reacties in weinig stappen
Vermijd veel stappen in een reactie, want dit betekent ook dat er meer reagentia nodig
zijn en dus ook dat er meer vervuiling ontstaat.
9. Katalyse
Gekatalyseerde reacties zijn efficiënter dan niet-gekatalyseerde reacties.
10. Ontwerpen met het oog op afbraak
Ontwerp chemische producten waaruit bij afbraak stoffen ontstaan die niet toxisch zijn en
niet accumuleren in het milieu.
11. Tussentijdse analyse met het oog op preventie van milieuverontreiniging
Ontwerp analysemethoden die ervoor zorgen dat milieuverontreinigende (bij)producten
worden gedetecteerd zodra ze beginnen te ontstaan.
12. Veiliger chemie om ongelukken te voorkomen
Kies de stoffen bij een chemisch proces zó, dat het risico van chemische ongelukken zo
klein mogelijk is onder andere wat betreft brand en explosie.
Samengevat betekent dit dat Groene Scheikunde:
 veilig is
 minder grondstoffen en energie gebruikt
 meer kostenbesparend dan traditionele chemie is
317567120
Naam:
Bijlage bij opg 8
Stof
Methanol
Azijnzuur
Methylethanoaat
Water
Koolstofmono-oxide
Azijnzuuranhydride
Totaal Q-factor
317567120
Q Factor
250
Toelichting
NVT = gegeven
Antwoordmodel
Opg 1 4pt
MC9H8O4 = 180,15 g/mol M C2H4O2 = 60,05 g/mol
 Molmassa’s
 Berekening
 Sinificantie
2x1pt
1pt
1pt
Opg 2 2pt
MC7H6O3 = 138,12 g/mol M C4H6O3= 102,09 g/mol MC9H8O4 = 180,15 g/mol
Efactor =


Berekening molmassa’s C7H6O3 en C4H6O3
Berekening Efactor
1pt
1pt
Opg 3 3pt
Reactiewarmte = - vormingswarmte salicylzuur –vormingswarmte azijnzuuranhydride +
vormingswarmte acetylsalicylzuur + vormingswarmte azijnzuur =
589+625-759-487=-32 kJ/mol
 Alle gebruikte vormingswarmten juist
1pt
 Vormingswarmten reactanten > teken wisselen
1pt
 Op juiste manier optellen
1pt
Opg 4 3pt
Molmassa salicylzuur en molmassa acetylsalicylzuur juist
1,00 kg salicylzuur omrekenen naar mol  delen door 138,12
Berekening massa acetylsalicylzuur mol salicylzuur x 180,15
7,24 mol
1,30 kg
Opgave 5 2pt
Rendement: 900 delen door 1304 ( of antwoord opg 4)
vermenigvuldigen met 100% 69,0%
1pt
1pt
1pt
1pt
1pt
Opg 6 3pt
-reactiewarmte azijnzuur - reactiewarmte natriumhydroxide +reactiewarmte
natriumethanoaat + reactiewarmte water= +487+246-274-297-92,3= +70 kJ
Of
elementen
-274
-297
-92,3
kJ
+487
+246
Azijnzuur
Thionyl
chloride
+70
Acetylchloride
Zwaveldioxide
waterstofchloride
Juiste waarden vormingswarmtenwarmten
-teken vormingswarmten reactanten en + reactiewarmte producten
Optellen en juiste teken toekennen aan reactiewarmte
317567120
1pt
1pt
1pt
Opg 7 3pt
Proces A
-55+71-79 = -63kJ
Proces B
-55-191+43=-203 kJ
Proces C
32-106= -74 kJ
per fout – 1pt
doorrekenen met fout antw 6 niet aanrekenen
Opg 8. 5pt
Voorbeeld van een antwoord.
Stof
Methanol
Azijnzuur
Q Factor
250
500
Toelichting
NVT = gegeven
Lagere MAC waarde daarmee een schadelijker
stof. Bijtend vergelijken met brandbaar beiden
brengen met zich mee dat je in een gesloten
systeem moet werken dus nauwlijks verschil. Q
factor dus op basis MAC hoger dan 250 bv 500
Methylethanoaat
50
Veel hogere mac waarde, brandbaar net als
methanol. Dus Q factor lager stellen dan die van
methanol op basis van MAC waarde bv 50
Water
0
Zie uitgangspunt Q factor
Koolstofmono-oxide
650
Hele lage mac waarde vergelijkbaar met
azijnzuur, maar wel giftig en brandbaar dus Q
factor hoger dan azijnzuur en methanol bv 650
Azijnzuuranhydride
800
Mac waarde extreem laag, dus zeer schadelijke
stof . Bovendien bijtende stof net als azijnzuur.
Daarom ook hier heel hoge waarde bv 800
Totaal Q-factor
2250
Alle stoffen een Qwaarde toekennen waarbij
water = 0 en onschadelijke zouten= 1
1pt
Afweging van q waarden schadelijke stoffen t.o.v elkaar minimaal twee aspecten
gebruiken in de afweging (zie omschrijving Q)
3pt
Totaal Q vaststellen door alles op te tellen, reactanten en product
1pt
Als alle afwegingen coreect gebeuren op basis MAC waarde
317567120
Maximaal
4 pt
Opg 9 5pt
 Drie factoren toelichten
per onjuistheid – 1pt
 Verantwoorde afweging
3pt
2pt
Meest voor de hand liggende aspecten die op basis van de gegevens kunnen worden
ingeschat: :
Energie efficiënt
Bij Proces B komt het meeste energie vrij, dit kun je elders bij de productie gebruiken. Dat is
gunstiger dan bij A en C
Katalyse
Alleen proces C kent een katalytisch proces, dit is vaak sneller en kan lopen bij lagere
temperatuur ( minder energie transport/ verlies etc) Dit zou spreken voor proces C
Reactie in weinig stappen.
Proces C verloopt via het minste tussenstappen/ reacties ook dit steekt gunstig af t.o.v
processen A en B
Q factor
Indien vergelijkbare berekeningen gedaan zijn als bij opg 8 kan men een afweging maken.
Ook hier zal bij consequent redeneren proces C het best scoren
317567120