Laboratorio de Química Orgánica: Síntesis del ácido acetilsalicílico (AAS, “aspirina”)

 

Síntesis del ácido acetilsalicílico (AAS, “aspirina”)

1. Introducción

El ácido acetilsalicílico (AAS) es uno de los fármacos más producidos y estudiados. Su síntesis clásica —la acetilación del grupo fenólico del ácido salicílico con anhídrido acético en presencia de un catalizador ácido— es un experimento formativo en cursos de Química Orgánica por integrar conceptos de química de ésteres, mecanismos acilo–transferencia, purificación por recristalización, análisis de pureza (punto de fusión, ensayos cualitativos) y cálculo de rendimientos.
Pedagógicamente, además refuerza la cultura de seguridad (uso de ácidos fuertes y anhídridos corrosivos/inflamables) y la gestión responsable de residuos.

El valor didáctico radica en:

• Comprender cómo la acilación de un fenol (salicílico) origina un éster aromático (AAS), disminuyendo el carácter fenólico libre.
• Contrastar propiedades entre reactivos y producto (solubilidad, acidez, reactividad con Fe³⁺, punto de fusión).
• Practicar recristalización y caracterización básica (p.f., IR opcional, prueba de FeCl₃ para fenoles).

2. Objetivos

2.1 Objetivo general

Sintetizar y purificar ácido acetilsalicílico por acetilación del ácido salicílico con anhídrido acético, evaluando rendimiento y pureza, y aplicando buenas prácticas de seguridad y manejo de residuos.

2.2 Objetivos específicos

• Ejecutar la acetilación catalizada por ácido (H₃PO₄ recomendado; H₂SO₄ como alternativa).
• Purificar el AAS por recristalización y verificar su punto de fusión.
• Emplear la prueba de FeCl₃ para evidenciar fenol libre (control de impurezas de salicílico).
• Registrar datos, realizar cálculos estequiométricos y % de rendimiento.
• Redactar y balancear ecuaciones químicas de las reacciones involucradas.

3. Fundamentos teóricos

El ácido salicílico (2-hidroxibenzoico) (1) contiene un grupo fenol y un carboxilo. En medio ácido, el anhídrido acético (2) actúa como agente acilante, transfiriendo un grupo acetilo al oxígeno fenólico para formar ácido acetilsalicílico (3) y ácido acético (4) como subproducto. El proceso es una acilación de tipo “Fischer–Speier” análoga a la formación de ésteres, pero usando un anhídrido (más reactivo que el ácido). El catalizador ácido (H₃PO₄ o H₂SO₄) activa el anhídrido y estabiliza estados de transición.

Figura 1.- Síntesis del ácido acetilsalicílico (AAS).

Aspectos clave:

• Mecanismo: activación del anhídrido por protonación → ataque nucleófilo del O–fenólico → intermediario tetraédrico → colapso liberando ácido acético → desprotonación al producto.
• Selectividad: el fenol es más nucleófilo que el –OH ácido del carboxilo; por ello se acetila preferentemente el fenol.
• Análisis de pureza:
• Punto de fusión del AAS puro: ~ 135–136 °C (mezclas y humedad lo deprimen/amplían el rango).
• FeCl₃ (ac): el salicílico da complejo violeta intenso; el AAS (fenol acetilado) debe dar negativo o débil.
• IR (opcional): C=O de éster ~ 1750–1735 cm⁻¹; C=O ácido ~ 1715–1680 cm⁻¹; banda ancha O–H ácido ~ 2500–3300 cm⁻¹; desaparición de la banda O–H fenólica (~ 3500–3600 cm⁻¹).

Seguridad y medioambiente:

• Anhídrido acético: corrosivo, lacrimógeno, inflamable; reacciona fuertemente con agua (exotérmico).
• Catalizadores ácidos (H₃PO₄/H₂SO₄): corrosivos; adición lenta y bajo campana.
• AAS: irritante (polvo); evitar inhalación.
• Residuos: separar orgánicos (contienen anhídrido/acético) y acuosos ácidos; neutralizar antes de desechar según normativa institucional.

4. Parte Experimental

4.1 Materiales y reactivos

Equipo y material:

• Matraz de fondo redondo 50–100 mL
• Condensador/reflujo corto (opcional; suele bastar baño caliente)
• Baño maría o placa con control de temperatura
• Termómetro, pipetas Pasteur, varilla, papel parafilme
• Embudo Büchner, kitasato, manguera y vacío
• Papel de filtro, cápsula de porcelana, desecador
• Capilares para punto de fusión; equipo de p.f.
• Campana extractora.

Reactivos (escala típica, 10 mmol):

• Ácido salicílico (1.38 g, 10 mmol)
• Anhídrido acético (3.0–3.5 mL, 32–37 mmol; exceso)
• Ácido fosfórico 85% (3–5 gotas) o ácido sulfúrico conc. (1–2 gotas)
• Agua destilada (fría y caliente)
• Etanol 95% (opcional, para recristalización mixta con agua)
• Cloruro férrico 1% acuoso (prueba de fenoles)
• Bicarbonato de sodio sólido o solución (neutralización de residuos)
• Hielo para cristalización

Precauciones críticas (leer antes de iniciar):

• Anhídrido acético: vapores irritantes; no inhalar; campana; evitar contacto con agua al manipular.
• H₃PO₄ / H₂SO₄: corrosivos; agregar siempre ácido a la mezcla, gota a gota; gafas, guantes, bata.
• Reacción exotérmica: controlar temperatura (baño ≤ 80 °C).
• Mantener fuentes de ignición alejadas (anhídrido/etanol inflamables).
• Residuos ácidos: neutralizar con NaHCO₃ (libera CO₂).

4.2 Procedimientos

A) Síntesis (acetilación)

1. En un Erlenmeyer seco, añadir ácido salicílico (1.38 g).
2. Agregar anhídrido acético (3.2 mL). Mezclar suavemente.
3. Añadir 3–5 gotas de H₃PO₄ 85% (o 1–2 gotas de H₂SO₄). Tapar con parafilme.
4. Calentar en baño maría (70–80 °C) durante 10–15 min, agitando ocasionalmente hasta disolución completa y reacción.
5. Retirar del calor. Con agitación, añadir cautelosamente 10–15 gotas de agua (destruye el exceso de anhídrido → acético).
6. Verter lentamente la mezcla sobre 50–70 mL de agua fría con hielo en un vaso de 250 mL. Agitar; dejar cristalizar 10–15 min.
7. Filtrar al vacío (Büchner), lavar el sólido con pequeñas porciones de agua fría (2 × 5 mL) para remover ácido acético y trazas de catalizador.

B) Purificación (recristalización)

8.     Transferir el sólido húmedo a un vaso; añadir 15–25 mL de agua caliente o mezcla etanol/agua (1:1) caliente, lo justo para disolver.

9.     Si hay impurezas coloreadas, carbón activado (punta de espátula), calentar 2 min y filtrar en caliente.

10.  Dejar enfriar lentamente hasta temperatura ambiente; luego en baño de hielo 10 min para completar cristalización.

11.  Filtrar al vacío, lavar con 3–5 mL de agua fría.

12.  Secar en desecador o estufa suave (≤ 60 °C) hasta masa constante.

C) Caracterización

13.  Determinar masa de AAS seco → rendimiento.

14.  Medir punto de fusión (rango de inicio–fin).

15.  Prueba de FeCl₃ (control de salicílico):

• Preparar dos tubos: disolver pequeña porción (~10 mg) de producto en 2 mL de etanol/agua (1:1); en paralelo, preparar solución de salicílico como control.
• Añadir 2–3 gotas de FeCl₃ 1% a cada tubo.
• Registrar: violeta intenso = fenol libre (salicílico); amarillo pálido = negativo (AAS puro).

16. (Opcional) Registrar IR del sólido.

5. Observaciones y resultados

5.1 Bitácora de reacción

• Masa de ácido salicílico (g): ______
• Volumen anhídrido acético (mL): ______
• Catalizador y nº de gotas: __________________
• Temperatura y tiempo de reacción: ___________
• Observaciones (disolución, color, cristalización): ____________________________

5.2 Cálculos y rendimiento

Tabla 1. Estequiometría

Sustancia	Masa/Volumen utilizados	Densidad (si aplica)	mmoles	Rendimiento %
Ácido salicílico
Anhidrido acético

 

 Producto: Ácido acetilsalicílico (AAS)

• Moles teóricos (mmol): ______
• Masa teórica (g): ______
• Masa obtenida (g): ______
• % Rendimiento: ______ %

5.3 Control de calidad

Tabla 2. Punto de fusion

Muestra	p.f. observado (°C)	Rango (°C)	Observaciones
Producto AAS

 

Tabla 3. Prueba con FeCl₃

Muestra	Observación (color)	Interpretación
AAS sintetizado
Control (Ácido salicílico)

 

Tabla 4. IR (Opcional)

Banda (cm⁻¹) esperada	Observada	Asignación
~1750–1735 (C=O éster)
~1715–1680 (C=O ácido)
2500–3300 (ancha, O–H ácido)
3500–3600 (O–H fenólico) ausente

 

6. Cuestionario

Instrucción: escribe las ecuaciones químicas balanceadas en el orden indicado y responde brevemente cuando se solicite.

1. Ecuación global de síntesis del AAS
• Ejercicio 1: Ácido salicílico + anhídrido acético → AAS + ácido acético. (Ecuación molecular balanceada.)
2. Mecanismo (resumen por pasos, con fórmulas desarrolladas o texto breve):
• Ejercicio 2: Propón el esquema mecanístico de la acetilación (activación por ácido, ataque nucleófilo del O–fenólico, colapso del intermedio).
3. Hidrólisis del exceso de anhídrido
• Ejercicio 3: Anhídrido acético + agua → ________. (Balancea y nombra productos.)
4. Ensayo de fenoles con FeCl₃
• Ejercicio 4: Reacción cualitativa del ácido salicílico con FeCl₃ (aq) formando complejo coloreado. (Esquema o ecuación iónica simplificada.)
• Ejercicio 5: Explica por qué el AAS da negativa o débil con FeCl₃.
5. Comparación estructural–propiedades
• Ejercicio 6: Relaciona punto de fusión y pureza. ¿Por qué una muestra impura muestra p.f. deprimido y rango amplio?
• Ejercicio 7: Sugiere dos mejoras para aumentar el rendimiento o la pureza (p. ej., control de la temperatura, disolvente de recristalización, lavado del sólido, tiempo de cristalización).
6. Seguridad y residuos
• Ejercicio 8: Redacta el procedimiento de neutralización de residuales ácidos (menciona el desprendimiento de CO₂ con NaHCO₃ y las precauciones).

7. Referencias bibliográficas

• Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S., & Engel, R. G. (2015). Introducción a las técnicas de laboratorio de química orgánica (ed. en español). Cengage Learning.
• Zubrick, J. W. (2014). The Organic Chem Lab Survival Manual: A Student’s Guide to Techniques (10th ed.). Wiley.
• Mayo, D. W., Pike, R. M., & Trumper, P. K. (2010). Microscale Organic Laboratory: With Multistep and Multiscale Syntheses (5th ed.). Wiley.
• Furniss, B. S., Hannaford, A. J., Smith, P. W. G., & Tatchell, A. R. (1989). Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry (5th ed.). Longman.
• American Chemical Society (ACS). (2020). Safety in Academic Chemistry Laboratories (8th ed.). American Chemical Society.
• MenteQuímik. (2024, 18 de septiembre). Aspirina: Composición, estructura química y síntesis [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=wBHaaU6347Q
• MenteQuímik. (2023, 4 de enero). Grupos Funcionales presentes en la Aspirina [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=th07rs1JOT4