Salicylzuur Azijnzuuranhydride Acetylsalicylzuur Azijnzuur

Transcriptie

1 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 tot ton. 110 jaar Aspirine, het oneindige verhaal van het uithoudingsvermogen van een medicijn p 6 maart 2009 is het 110 jaar geleden dat Aspirine in het register van handelsnamen van het Keizerlijk ctrooibureau in Berlijn werd opgenomen: Dr. Felix offmann was erin geslaagd acetylsalicylzuur (ASZ) in pure en stabiele vorm te synthetiseren. ij 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-, in combinatie met vitamine, 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 ealth 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 Salicylzuur Azijnzuuranhydride Acetylsalicylzuur Azijnzuur 4pt 2pt 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. 3pt 3 Bereken de reactiewarmte voor de vorming van één mol ASZ uit salicylzuur en azijnzuuranhydride. (gebruik bron 2)

2 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. iervoor 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: 3 + Na 3-55 kj - Na Sl2 3 X kj l + S2 + l 3 - Na l -79kJ + Nal Proces B : 3 + Na -55kJ 3 Na S 2 l 2 Na -191kJ 3 S S Nal 3 S S 3 Δverwarmen +43kJ S + S 2

3 Proces : kj Kat -106 kj 3 3 Met uitzondering van reactie 2 in proces A zijn van de reacties in de processen A,B en 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 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.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.

4 Bronnen: Bron 1 begrippenlijst en definities. Mproduct Atoomeconomie : AE = 100% M alle producten 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-factor: E = M alle reactanten M M gewenst product gewenst product Q factor: maat voor de vervuiling/ milieuschade/ gezondheidsschade die een proces veroorzaken kan. ierbij spelen de MA waarde *1, Gevarenklasse alsmede de R- en S- zinnen *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 *1 Maximaal aanvaardbare concentratie in lucht. *2 zie BINAS tabel 97 E *1 Bron 2 Data gebruikte chemicaliën Stof Vormings MA S zinnen *2 gevaren warmte mg/m 3 R zinnen klasse *3 kj/mol 1,1-dithio-1,1-diacetaat S S 3 acetylchloride 3 l aceylsalicylzuur azijnzuur ,14,34 9,16,26, , ,35 23,26,45 8 azijnzuuranhydride ,20,22,34 9,16,26,45 8

5 3 3 Stof dizwaveldichloride S 2 l 2 koolstofmono-oxide methanol 3 methylethanoaat 3 3 natriumacetaat 3 Na natriumchloride Nal natriumhydroxide Na salicylzuur thionylchloride Sl 2 water 2 waterstofchloride l Vormings warmte kj/mol MA R zinnen *1 mg/m 3 S zinnen *2 gevaren klasse * ,20,25,29, 25,36,37, ,50,45-110, ,23,48 45,53 2,3, ,23,24,25,39 7,16,36,45 2, ,36,88 16,26,29, ,37,39, ,36,37,38 26,37, ,20,22,29, 26,36,37,39, ,3 7 36,37,38 7,16,26,37, 3,8 39 zwaveldioxide ,24 26,36,39,45 3 S 2 Zwavel S ,36,37,38 16,26,37 4 *1 Risicofactoren zie BINAS tabel 97E (R van risk) *2 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

6 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. et eindproduct bevat zoveel mogelijk atomen die in het hele proces worden gebruikt. 3. Minder gevaarlijke chemische productiemethoden ntwerp waar mogelijk productiemethoden die mens en milieu zo weinig mogelijk schaden. 4. ntwikkelen 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. ntwerpen met het oog op afbraak ntwerp 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 ntwerp 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

7 Naam: Bijlage bij opg 8 Stof Q Factor Toelichting Methanol 250 NVT = gegeven Azijnzuur Methylethanoaat Water Koolstofmono-oxide Azijnzuuranhydride Totaal Q-factor

8 Antwoordmodel pg 1 4pt M 984 = 180,15 g/mol M 242 = 60,05 g/mol Molmassa s 2x Berekening Sinificantie pg 2 2pt M 763 = 138,12 g/mol M 463 = 102,09 g/mol M 984 = 180,15 g/mol E factor = Berekening molmassa s en Berekening E factor pg 3 3pt Reactiewarmte = - vormingswarmte salicylzuur vormingswarmte azijnzuuranhydride + vormingswarmte acetylsalicylzuur + vormingswarmte azijnzuur = =-32 kj/mol Alle gebruikte vormingswarmten juist Vormingswarmten reactanten > teken wisselen p juiste manier optellen pg 4 3pt Molmassa salicylzuur en molmassa acetylsalicylzuur juist 1,00 kg salicylzuur omrekenen naar mol delen door 138,12 7,24 mol Berekening massa acetylsalicylzuur mol salicylzuur x 180,15 1,30 kg pgave 5 2pt Rendement: 900 delen door 1304 ( of antwoord opg 4) vermenigvuldigen met 100% 69,0% pg 6 3pt -reactiewarmte azijnzuur - reactiewarmte natriumhydroxide +reactiewarmte natriumethanoaat + reactiewarmte water= ,3= +70 kj f kj Azijnzuur Thionyl chloride elementen ,3 Acetylchloride Zwaveldioxide waterstofchloride Juiste waarden vormingswarmtenwarmten -teken vormingswarmten reactanten en + reactiewarmte producten ptellen en juiste teken toekennen aan reactiewarmte

9 pg 7 3pt Proces A per fout = -63kJ doorrekenen met fout antw 6 niet aanrekenen Proces B =-203 kj Proces = -74 kj pg 8. 5pt Voorbeeld van een antwoord. Stof Q Factor Toelichting Methanol 250 NVT = gegeven Azijnzuur 500 Lagere MA 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 MA 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 MA waarde bv 50 Water 0 Zie uitgangspunt Q factor Koolstofmono-oxide 650 ele 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 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 Als alle afwegingen coreect gebeuren op basis MA waarde Maximaal 4 pt

10 pg 9 5pt Drie factoren toelichten 3pt per onjuistheid Verantwoorde afweging 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 Katalyse Alleen proces kent een katalytisch proces, dit is vaak sneller en kan lopen bij lagere temperatuur ( minder energie transport/ verlies etc) Dit zou spreken voor proces Reactie in weinig stappen. Proces 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. ok hier zal bij consequent redeneren proces het best scoren