Naturwissenschaft Erleben Teil 3

1. Naturwissenschaft Erleben Teil 3 • Qualitätsüberprüfung durch: • Bestimmung der Reinheit am Fotometer • Bestimmung der Reinheit am HPLC • Bestimmung des Schmelzpunktes Herstellung von 4-Acetaminophenol durch Acetylierung von 4-Aminophenol

2. Allgemeines • 4-Acetaminophenol (Paracetamol) wird in der Medizin wegen seiner schmerzstillenden und fiebersenkenden Wirkung verwendet. Dabei kommt es zum Beispiel unter den Handelsmarken Ben-u-ron, Treupel oder Paracetamol in den Handel. • Eine Verstärkung der schmerzstillenden Wirkung wird in Kombination mit Acetylsalicylsäure erreicht. Dieses Produkt wurde vor allem mit dem Handelsnamen Aspirin bekannt. • Eine zusätzliche hustensenkende Wirkung wird durch Zugabe von Codein erreicht. • Sämtliche Präparate können sowohl als Zäpfchen als auch als Tabletten oder Saft verabreicht werden.

3. Reaktionsgleichung + + CH3COOH H3C-CO-O-OC-CH3 4-Aminophenol Essigsäureanhydrid 4-Acetaminophenol Essigsäure

4. Allgemeine Sicherheitsmaßnahmen im Labor • Geschlossenen Arbeitsmantel tragen • Schutzbrille tragen • Wenn nötig (siehe Betriebsanweisung)Handschuhe tragen • Vor Pausen die Hände waschen • Essen, Trinken oder Rauchen nur in den dafür vorgesehenen Bereichen • Verletzungen sofort bei einem Ausbilder melden • Ruhige Arbeitsweise, keine Hektik

5. Stoffbezogene Betriebsanweisung für 4-Aminophenol Gefahren • Gesundheitsschädlich beim Einatmen und Verschlucken • Kann vermutlich genetische Defekte verursachen • Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung Schutzmaßnahmen • Persönliche Schutzausrüstung tragen • Beim Einwiegen Dermatrilhandschuhe tragen • Handschuhe nach eventueller Benetzung sofort wechseln • Freisetzung in die Umwelt vermeiden Erste Hilfe Maßnahmen • Benetzte Augen und Haut mit viel Wasser spülen Entsorgung • Verschüttetes mit Chemikalienbinder Rotisorb aufnehmen • Gebrauchtes Rotisorb wird in einem speziellen Abfallbehälter gesammelt • Lösungen aus Fehlversuchen werden gesammelt

6. Stoffbezogene Betriebsanweisung für 4-Acetaminophenol Gefahren • Gesundheitsschädlich beim Verschlucken Schutzmaßnahmen • Umfüllarbeiten (trockenes Produkt) im Abzug durchführen • Dermatrilhandschuhe tragen Erste Hilfe Maßnahmen • Benetzte Augen und Haut mit viel Wasser spülen Entsorgung • Verschüttetes wird mit einem nassen Wischtuch aufgenommen, das anschließend mit sehr viel Wasser ausgespült wird • Anfallende Mutterlaugen werden im Waschbecken entsorgt • Das hergestellte Produkt wird abschließend in einem Behälter gesammelt

7. Stoffbezogene Betriebsanweisung für Essigsäureanhydrid Gefahren • Flüssigkeit und Dampf entzündbar • Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden • Gesundheitsgefährlich bei Verschlucken • Gesundheitsschädlich bei Einatmen • Kann die Atemwege reizen Schutzmaßnahmen • Umfüllarbeiten im Abzug durchführen • Bei der Handhabung Dermatrilhandschuhe tragen • Handschuhe nach eventueller Benetzung sofort wechseln Erste Hilfe Maßnahmen • Benetzte Augen und Haut mit viel Wasser spülen Entsorgung • Verschüttetes mit Chemikalienbinder Rotisorb aufnehmen • Gebrauchtes Rotisorb wird in einem speziellen Abfallbehälter gesammelt • Anfallende Mutterlaugen werden im Waschbecken entsorgt

8. Stoffbezogene Betriebsanweisung für Methanol Gefahren • Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar • Giftig bei Einatmen, Hautkontakt und Verschlucken • Schädigt die Organe Schutzmaßnahmen • Umfüllarbeiten im Abzug durchführen • Bei der Handhabung Dermatrilhandschuhe tragen • Handschuhe nach eventueller Benetzung sofort wechseln Erste Hilfe Maßnahmen • Benetzte Augen und Haut mit viel Wasser spülen Entsorgung • Verschüttetes mit Chemikalienbinder Rotisorb aufnehmen • Gebrauchtes Rotisorb wird in einem speziellen Abfallbehälter gesammelt • Lösungen werden im Lösungsmittelabfallkanister gesammelt und im Reststofflager zur Entsorgung abgegeben Gefahr!

9. Arbeitsanweisung für die Umsetzung • Aufbau einer 500 ml Rührapparatur mit Rührkolben, Heizpilz mit Hebebühne, KPG-Rührer, Rührmotor, Thermometer, Kugelkühler, und Tropftrichter • In dem Rührkolben werden 33,0 g 4-Aminophenol in 100 mL dest. Wasser suspendiert. • Unter Rühren werden ohne Kühlung innerhalb von 15 min 37 mL Essigsäureanhydrid zugetropft. • Anschließend wird bei weiterem Rühren auf 90°C erhitzt und die Temperatur 15 min gehalten • Anschließend wird mit einem Eiswasserbad auf 20°C abgekühlt. • Das auskristallisierte Rohprodukt wird über eine Porzellannutsche abgesaugt, verbleibende Reste mit Mutterlauge aus dem Kolben auf die Nutsche gespült. • Nun wird zweimal mit je 50 mL dest. Wasser gewaschen.

10. Arbeitsanweisung für die Umkristallisation • Das Rohprodukt wird in einem 600 mL-Becherglas mit 220 mL dest. Wasser versetzt und unter Rühren mit dem Magnetrührer auf 90°C erhitzt. • Dabei löst sich das 4-Acetaminophenol auf. • Nun wird zur Adsorption von Verunreinigungen 5 g gekörnte Aktivkohle zugesetzt und ca. 5 min bei 90°C - 95°C gerührt • Anschließend wird die Mischung durch einen vorgewärmten Trichter mit Faltenfilter rasch in ein sauberes 400 mL-Becherglas filtriert. • Das Filtrat wird unter Rühren auf 20°C abgekühlt und die Ausfällung abgesaugt. • Das Produkt wird zweimal mit je 50 ml dest. Wasser gewaschen, gut abgepresst, in eine tarierte Porzellanschale gefüllt und bei 120°C ca. 1.5 h bis zur Massenkonstanz getrocknet.

11. Auswaage und Ausbeute Messwerte: • m(4-Aminophenol) = 33.0 g, • M(4-Aminophenol) = 109.1 g/mol • m(Paracetamol / ist) = ................. • M(Paracetamol) = 151 g/mol Berechnung der theoretisch zu erzielenden Masse an Paracetamol M(Paracetamol) : M(4-Aminophenol) = m(Paracetamol) : m(4-Aminophenol) m(Paracetamol / theoretisch) = ...................... Berechnung der Ausbeute an Paracetamol Ausbeute = m(Paracetamol / ist) : m(Paracetamol / theoretisch) · 100%

12. Arbeitsanweisung für die fotometrische Reinheitsbestimmung • ca. 200 mg Paracetamol werden analytisch genau abgewogen, mit 20 ml Methanol in einen 250 ml Messkolben gespült und aufgelöst. • Der Messkolben wird mit dest. Wasser aufgefüllt. • Die hergestellte Lösung wird 1:100 verdünnt, indem mit einer Kolbenhubpipette 1 ml in einen 100 ml Messkolben pipettiert und dieser mit dest. Wasser aufgefüllt wird. • Die Extinktion wird im Fotometer bei einer Wellenlänge von 242 nm gegen dest. Wasser als Blindwert gemessen.

13. Berechnung der Reinheit des Paracetamols bei der Fotometrie Messwerte Einwaage = ............... mg Extinktion = ................ Extinktionskoeffizient = 0.06380 L/mg  cm Küvettendicke = 1 cm Verdünnungsfaktor (FA) = 100 Kolbenvolumen = 0.25 L Berechnung der Massenkonzentration Lambert Beersches Gesetz: E = Extinktionskoeffizient  Massenkonzentration  Küvettendicke • Berechnung der IST-Masse an Paracetamol • IST-Masse = Massenkonzentration  FA Kolbenvolumen Berechnung der Reinheit des Paracetamols % Reinheit = IST-Masse : Einwaage  100 %

14. Arbeitsanweisung für die Reinheitsbestimmung am HPLC • ca. 200 mg Paracetamol werden analytisch genau abgewogen, mit Methanol in einen 100 ml Messkolben gespült und aufgelöst. • Der Messkolben wird mit Methanol aufgefüllt. • Die hergestellte Stammlösung wird 1:20 verdünnt, indem mit einer Vollpipette 5 ml in einen 100 ml Messkolben pipettiert und dieser mit Methanol aufgefüllt wird. • Diese Lösung wird mit Hilfe einer Spritze und einer 20 l Probenschleife in das HPLC injiziert. • Die am HPLC erhaltene Peakfläche wird ausgewertet.

15. Berechnung der Reinheitdes Paracetamols bei der HPLC Messwerte Einwaage = ............... mg Peakfläche = ............... Responsefaktor = 1.810  10-4 mg/L  Counts Kolbenvolumen = 0.1 L Verdünnungsfaktor (FA) = 20 Berechnung der Massenkonzentration ß (Paracetamol) = Responsefaktor  Peakfläche • Berechnung der IST-Masse an Paracetamol • IST-Masse = ß(Paracetamol)  FA Kolbenvolumen Berechnung der Reinheit des Paracetamols % Reinheit = IST-Masse : Einwaage  100 %

16. Arbeitsanweisung für die Schmelzpunktbestimmung • Das Schmelzpunktröhrchen wird gefüllt, indem der offene Schenkel in die Substanz eingedrückt wird. • Nun klopft man vorsichtig auf eine harte Unterlage, bis die Substanz sich am Boden des Röhrchens befindet. • Dieser Vorgang wird wiederholt, bis sich ca. 3 – 5 mm Substanz in dem Röhrchen befinden. • Zur Feststellung des ungefähren Schmelzpunktes wird nun sehr schnell aufgeheizt. • Nachdem ein neues Röhrchen mit Substanz eingesetzt wurde, wird ca. 10°C unter dem vermuteten Schmelzpunkt begonnen aufzuheizen. • Die Heizrate sollte ca. 1°C / min betragen • Schwankungen der Heizrate sollten vermieden werden. Der Schmelzpunkt eines Stoffes ist erreicht, wenn die erste meniskusbildende Flüssigkeit entsteht

17. Ergebnisse des Versuchs Anzugeben sind: • Die Auswaage an getrocknetem Paracetamol in Gramm und die Ausbeute in Prozent bezogen auf das eingesetzte 4-Aminophenol • Die bei der Gehaltsbestimmung am Fotometer eingesetzte Masse an Paracetamol, die gefundene Extinktion und die daraus resultierende Reinheit • Die bei der Gehaltsbestimmung am HPLC eingesetzte Masse an Paracetamol, die gefundene Peakfläche und die daraus resultierende Reinheit • Der Schmelzpunkt des Paracetamols

18. Ergebnissdokumentation Ausbeute an Paracetamol: ...................% Reinheit des Paracetamols am Fotometer: ...................% Reinheit des Paracetamols am HPLC: ...................% Schmelzpunkt des Paracetamols: ...................°C Name: ................... Sollwerte: Ausbeute: ............% Reinheit Fotometer: ............% Reinheit HPLC: ............ % Schmelzpunkt: ............°C Note: