Aspirin Synthese: Acetylsalicylsäure herstellen erklärt

Acetylsalicylsäure ist der Wirkstoff vieler bekannter Schmerzmittel. Die Geschichte beginnt bei der Weidenrinde, die schon in der Antike gegen Schmerzen und Fieber genutzt wurde. Ihr Inhaltsstoff Salicin wird im Körper zu Salicylsäure umgewandelt. Reine Salicylsäure reizt aber die Schleimhäute und ist als Arznei ungeeignet.

Der Chemiker Felix Hoffmann veränderte 1897 bei der Firma Bayer die Salicylsäure chemisch und erhielt Acetylsalicylsäure. 1899 wurde der Name Aspirin als Marke eingetragen. Er setzt sich aus dem A von Acetyl, Spir von der Pflanzengattung Spiraea, dem Mädesüß, und der Endung in zusammen.

Im Molekül sitzen an einem Benzolring zwei funktionelle Gruppen nebeneinander: eine Carboxygruppe und eine Estergruppe. Bei der Salicylsäure trägt der Ring statt der Estergruppe eine Hydroxygruppe. Die Synthese verwandelt also eine phenolische OH-Gruppe in eine Estergruppe. Das ist ein klassisches Beispiel für Acetylierung und Veresterung in der Organischen Chemie.

Bei der Reaktion reagiert Salicylsäure mit Essigsäureanhydrid zu Acetylsalicylsäure und Essigsäure. Das Anhydrid liefert die Acetylgruppe, die die OH-Gruppe der Salicylsäure ersetzt. Als zweites Produkt entsteht Essigsäure, deshalb riecht der Ansatz nach Essig.

Die Reaktionsgleichung mit Summenformeln lautet: C₇H₆O₃ + C₄H₆O₃ → C₉H₈O₄ + C₂H₄O₂. Sie ist ausgeglichen, denn links und rechts stehen je 11 Kohlenstoff-, 12 Wasserstoff- und 6 Sauerstoffatome. Das Verhältnis der Stoffmengen beträgt 1 zu 1 zu 1 zu 1.

Die Reaktion läuft langsam, deshalb gibt man als Katalysator wenige Tropfen konzentrierte Schwefelsäure oder Phosphorsäure zu und erwärmt im Wasserbad. Der Katalysator beschleunigt die Reaktion, ohne selbst verbraucht zu werden. Das Essigsäureanhydrid setzt man meist im Überschuss ein, damit die Salicylsäure möglichst vollständig umgesetzt wird.

Im Schulversuch beginnst du mit Schutzbrille und Schutzhandschuhen, denn Essigsäureanhydrid und konzentrierte Schwefelsäure sind ätzend. Du wiegst etwa 2 g Salicylsäure in einen Erlenmeyerkolben ein, gibst unter dem Abzug einige Milliliter Essigsäureanhydrid und danach wenige Tropfen Schwefelsäure zu und schwenkst vorsichtig.

Der Kolben kommt für etwa 15 Minuten in ein Wasserbad von 60 bis 70 °C. Offen erhitzt wird nicht, weil die Dämpfe brennbar und reizend sind. Anschließend kühlst du ab und gibst vorsichtig kaltes Wasser zu. Überschüssiges Essigsäureanhydrid reagiert dabei mit dem Wasser zu Essigsäure, und das Rohprodukt kristallisiert im Eisbad aus.

Die Kristalle saugst du mit der Wasserstrahlpumpe über einen Büchnertrichter ab und wäschst sie mit wenig Eiswasser. Zur Reinigung kristallisierst du sie aus einem Gemisch von Ethanol und Wasser um. Dabei löst du das Rohprodukt in warmem Lösungsmittel und lässt es langsam abkühlen. Verunreinigungen bleiben in der Lösung zurück.

Ein selbst hergestelltes Produkt enthält oft noch Salicylsäure, die nicht reagiert hat. Mit zwei einfachen Methoden prüfst du die Reinheit. Die erste ist der Nachweis mit Eisen(III)-chlorid-Lösung. Phenole wie Salicylsäure bilden mit Eisen(III)-Ionen einen violetten Komplex. Reine Acetylsalicylsäure besitzt keine freie phenolische OH-Gruppe und färbt sich kaum.

Die zweite Methode ist die Bestimmung des Schmelzpunkts. Reine Acetylsalicylsäure schmilzt bei etwa 135 °C, Salicylsäure bei etwa 159 °C. Verunreinigungen senken den Schmelzpunkt und verbreitern den Schmelzbereich. Wer einen niedrigeren oder unscharfen Schmelzpunkt misst, hat noch Verunreinigungen im Produkt.

Beide Prüfungen gehören zusammen. Der Farbtest zeigt schnell, ob noch Salicylsäure vorhanden ist, der Schmelzpunkt liefert ein Maß für die Gesamtreinheit.

Acetylsalicylsäure wirkt schmerzlindernd, fiebersenkend und entzündungshemmend. Der Wirkmechanismus ist gut erforscht: Der Wirkstoff hemmt Enzyme, die Cyclooxygenasen heißen. Diese Enzyme stellen im Körper Prostaglandine her, Botenstoffe, die bei Schmerz, Fieber und Entzündung eine Rolle spielen.

Dabei überträgt ASS seine Acetylgruppe auf das Enzym und blockiert es dauerhaft. Weniger Prostaglandine entstehen, und die Beschwerden lassen nach. Ein verwandter Mechanismus betrifft die Blutplättchen: Sie bilden weniger von einem Stoff, der die Blutgerinnung fördert, und das beeinflusst das Zusammenballen der Blättchen.

Diese Lektion beschreibt nur das chemische und biologische Prinzip. Sie gibt keine Hinweise zu Dosierung oder Einnahme. Wie jeder Wirkstoff kann ASS Nebenwirkungen haben, etwa am Magen. Alles dazu klärst du mit Arzt, Ärztin oder Apotheke und im Beipackzettel des jeweiligen Arzneimittels, nicht in einem Chemieunterricht.

Ein häufiger Fehler ist, die Reaktion mit der Hydrolyse zu verwechseln. Bei der Synthese entsteht der Ester aus Salicylsäure und Essigsäureanhydrid. Die Rückreaktion, die Hydrolyse, spaltet ihn mit Wasser wieder in Salicylsäure und Essigsäure. Das geschieht auch langsam in feuchter Luft. Altes Aspirin riecht deshalb manchmal nach Essig.

Ein zweiter Fehler betrifft das Edukt: Wer Essigsäure statt Essigsäureanhydrid verwendet, bekommt kaum Produkt, weil Essigsäure viel weniger reaktiv ist. Das Anhydrid ist das reaktive Acetylierungsmittel. Ebenso passiert es, dass Schüler zu früh Wasser zugeben, bevor die Reaktion abgeschlossen ist, und so Ausbeute verlieren.

Ein dritter Fehler ist die Deutung des Farbtests. Violett heißt nicht, dass die Reaktion fehlgeschlagen ist, sondern dass noch Salicylsäure vorhanden ist. Auch beim Umkristallisieren gehen Verluste an, deshalb bleibt die Ausbeute unter 100 Prozent. Und der Schmelzpunkt ist nur aussagekräftig, wenn das Produkt trocken ist.

Bei der Synthese gelten besondere Regeln. Essigsäureanhydrid ist ätzend und reizt die Atemwege, konzentrierte Schwefelsäure verätzt die Haut. Du arbeitest daher unter dem Abzug mit Schutzbrille, Handschuhen und Kittel. Wasser gibst du erst zum abgekühlten Ansatz und langsam zu, denn überschüssiges Anhydrid reagiert dabei kräftig.

Das Produkt aus dem Schullabor ist verunreinigt und nicht für Menschen bestimmt. Medikamente werden nach strengen Qualitätsregeln hergestellt und geprüft. Im Alltag begegnet dir Acetylsalicylsäure als Wirkstoff in Arzneimitteln, die du nur nach den Angaben des Beipackzettels und im Zweifel nach ärztlicher Beratung verwendest.

Die Synthese zeigt dir außerdem, wie Chemiker Naturstoffe verbessern: Die Weidenrinde lieferte den Anstoß, die Chemie machte daraus einen verträglicheren Wirkstoff. Dieser Weg vom Naturstoff zum Arzneistoff ist typisch für die pharmazeutische Chemie.