💎아스피린 유래와 효능
기원전 1500년 부터 이집트에서 고통을 줄이거나 열을 내릴때 버드나무 껍질을 사용해 왔지만 버드나무 껍질속 약효능을 가진 물질인 살리신을 분리한후 살리실산( Salicylic acid)을 합성 할수 있던 시기는 1800년대 였습니다. 천연물질인 살리신의 진통효과는 미미하지만 몸안에서 살리실산으로 전환되면서 그 효과가 강해지게 됩니다. 살리실산은 진통효과는 좋지만 위장 출혈 등를 발생시킬수도 있었으며 아세톤(=매니큐어 지우는 용액 등에 사용)과 비슷한 냄새로 인해 복용이 힘들었습니다. 물론 현대에 이르러 살리실산(Salicylic acid)의 한 종류인 베타살리실산(BHA)이 피부 각질을 제거해주는 역할에 사용되며 바디워시나 폼클렌싱, 여드름 기능성 화장품 등에 사용되는 건 반전입니다. ^^:
아스피린은 효소인 COX-2(Cyclooxygenase)의 억제를 통해 프로스타글란딘(Prostaglandin, PG)생성을 감소시킵니다. PG는 통증, 발열, 염증과 관련된 신호전달 물질이기 때문에 아스피린이 진통, 해열, 염증 완화 효능이 있게 되는 것입니다.
또한 비교적 최근에 아스피린이 혈소판의 활성을 억제하여 피를 묽게하기 때문에 심혈관 질환 발병율을 낮추는 효과가 있다는 사실이 알려지면서 그 사용성이 확장되었습니다. 이러한 것은 아스피린이 혈소판 응집과 위장 점막 보호에 관여하는 효소인 COX-2 를 억제 함으로 생기는 효능입니다. 정상인이 아스피린을 과다복용한다면 위점막 보호가 억제되니 위장 장애를 가져올수도 있고, 혈액 응집이 잘안되어 출혈 발생시 멈추기 어려워 지는 상황에 처하게 됩니다. 이러한 이유로 수술이 예정 되어있거나 수술 후의 환자는 아스피린을 복용하면 안됩니다.
💎[ 아스피린 합성 실험 보고서 해석]
아스피린 합성 원리
살리실산의 페놀성 하이드록시기(-OH)와 아세트산 무수물의 카르복실기(-COOH)가 반응하여 에스테르 결합(R-COO-R')을 형성하는 에스테르화 반응을 이용하여 아스피린을 제조합니다. 에스테르와 반응의 역반응은 가수분해(물이 첨가되어 분해되는 반응)이라 합니다.
위 반응에서 감소하는 각각의 반응물과 각각의 생성물들 계수비가 1:1:1:1 이므로 감소하는 살리실산의 양(mol)과 생성되는 아세틸살리실산(아스피린)의 양(mol)이 같게 됩니다. 여기서 몰(mol)같다는 건 갯수가 같다는 거지 질량이 같다는게 아니라는 걸 주의하세요.😆🤣😘
실험 도구 및 재료
살리실산, 아세트산 무수물(무수아세트산=아세트산 2분자가 물이 빠져 나가면 결합하여 생성되는 물질), 인산 또는 황산 , 삼각플라스크, 비이커, 온도계, 중탕기, 여과장치, 히터, 얼음 , 증류수 등등
실험 과정
1단계 아스피린 합성 과정
- 정확히 2.0g의 살리실산을 50mL 삼각 플라스크에 넣는다.
- 3.0mL의 아세트산 무수물을 첨가하고 부드럽게 흔들어 섞는다.
- 85% 인산 5방울 또는 진한 황산 3 방울을 촉매로 첨가하고 잘 섞는다
- 삼각 플라스크를 60-80°C의 물 중탕에서 15분간 가열한다.-온도를 높여 반응속도가 빠르게 하기 위함.
🍭위의 비율로 살리실산과 아세트산 무수물을 반응시킬때 아래 자료를 이용해 각각의 몰수를 계산해보면 사용된 살리실산의이 한계반응물이 되기 때문에 살리실산의 질량은 정확히 측정해야 합니다. 이렇게 하면 사용된 살리실산의 양(mol)이 이론적으로 얻을수 있는 최대값의 아세틸살리실산의 양(mol)이 되기 때문입니다.
살리실산의 분자량 : 138.12 g/mol >>>>살리실산 질량 2g을 분자량 138.12로 나누면 사용된 살리실산의 양(mol)이 값이 나옵니다. 우리는 실험설계상 살리실산의 양(mol)을 적게 하여 사용된 살리실산의 양(mol)으로 생성가능한 살리실산의 최대 양(mol)값을 구하게 되는 거죠.
아세트산 무수물의 밀도 : 1.08 g/mL,
아세트산 무수물의 분자량 : 102.09 g/mol
>>>아세트산무수물 6mL에 밀도 1.08을 곱해 질량으로 바꾼후 분자량 102.09로 나누면 사용된 아세트산 무수물의 양(mol)이 나옵니다.
2 단계 아스피린 정제
- 가열 중간에 조심스럽게 물을 2mL정도 넣어 준다.
- 가열 시간이 끝난후 삼각플라스크를 꺼내 물을 20mL 넣고 얼음물에 담아 식힌다.
- 이때 결정이 생기지 않으면 유리 막대로 플라스크 벽을 긁어 결정 형성을 촉진한 한다.
- 생성된 결정을 거름종이로 여과한후 찬 증류수로 2-3회 더 세척한다.
- 여과된 아스피린 결정을 건조시킨후 질량을 잰다.
🍭가열 중간에 물을 넣어주면 반응하지 않고 남아있는 아세트산 무수물을 모두 아세트산으로 분해됩니다.
>>> 이때 뜨거운 아세트산 증기가 발생하므로 주의 해야 합니다. 이렇게 생성된 아세트산은 증기상태로 날아가게 됩니다.
🍭 삼각플라스크를 얼음물에 담근후 유리막대로 플라스크 벽을 긁는 이유는 과포화상태의 아스피린을 결정화시키기 시키기 위한 과정입니다.
🍭 생성된 아스피린의 질량을 아스피린의 분자량인 180.15으로 나누면 생성된 아스피린의 양(mol)을 구할수 있습니다.
결과 처리 및 분석
- 수율 계산:
- 실험 1단계에서 사용된 살리실산의 몰수를 계산하여 이론적인 아스피린 생성 몰수(=이론적 수율)를 구합니다.
- 실험 2단계에서 얻은 아스피린의 몰수(=실제수율)를 구합니다
- 아스피린의 실제 수율과 이론적 수율을 비교하여 백분율 수득율을 계산한다.
수득률(%) = (실제 수율 / 이론적 수율)×100
>>이 실험을 아주 간단히 요약하면 사용된 살리실산의 몰로 아스피린의 이론적 몰을 구한후 실제 얻은 아스피린의 몰과 비교하여 수득율을 구하는 실험입니다. 이과정에서 수득률이 좋게 나오는 것만큼이나 수득률이 낮게 나왔을때 실험적 오차를 찾아내는 과정이 매우 중요합니다.
참고로 실험과정에 다음의 아스피린 정제(재결정)과정이 포함될수 있습니다.
- 여과된 아스피린 결정을 최소량의 뜨거운 에탄올에 녹인다 >>아스피린에 들어있는 유기화합물들을 용해도차에 의해 에탄올이나 헥세인 같은 용매에 녹여 제거하기 위함
- 불용물이 있으면 뜨거운 상태에서 여과하여 제거한다.
- 용액을 천천히 식히고 얼음물에 담가 재결정을 유도한다.
- 생성된 순수한 아스피린 결정을 여과하고, 찬 에탄올로 1-2회 세척한다.
- 정제된 아스피린 결정을 건조기 또는 공기 중에서 완전히 건조시킨다.
- 합성된 아스피린의 녹는점을 측정하여 순도를 확인한다 (순수한 아스피린의 녹는점: 135-136°C).
🍭아스피린의 순도를 정색반응을 통해 확인할수도 있습니다.
페놀은 약산성으로 이온화하여 생성된 페녹사이드 음이온이 Fe +3와 반응하여 짙은 청자색의 Fe(OPh)3를 형성합니다. 따라서 페놀기를 포함하고 있는 살리실산이 남아있다면 정색반응이 일어나 색이 변할것입니다.
토의 사항
- 아스피린 합성 반응에서 촉매의 역할은 무엇인가?
- 아세트산 대신 아세트산 무수물을 사용하는 이유는 무엇인가?
- 한계반응물은 무엇인가?
- 가열 중간에 물을 첨가하는 이유는 무엇인가?
- 합성된 아스피린의 수율에 영향을 주는 요인들을 논의하시오.
참고 문헌
- Organic Chemistry textbook (대학 유기화학 교재)
- Analytical Chemistry textbook (대학 분석화학 교재)
- Journal of Chemical Education - Aspirin Synthesis 실험 관련 논문
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