아스피린 합성

살리실산 2.00 g에 아세트산 무수물을 넉넉히 넣고 진한 황산 몇 방울을 떨어뜨려 물중탕에서 데웠다. 찬물을 부어 식히자 흰 결정이 생겼고, 걸러 말리니 2.05 g이었다. 그런데 이 결정 몇 알을 녹여 염화 철(III) 용액을 떨어뜨리니 연한 보라색이 나타났다. 순수한 아스피린은 이 시약에 색을 내지 않는다고 한다. 결정은 몇 %의 수득률로 얻었고, 보라색은 무엇을 뜻할까?

4.6.1이론 수득량과 수득률

버드나무 껍질에서 얻는 살리실산은 열과 통증을 줄이지만 위를 심하게 자극한다. 살리실산의 페놀성 -OH를 아세트산 무수물과 반응시켜 에스터로 바꾼 것이 아스피린이다. 살리실산 1 mol에서 아스피린 1 mol이 생기며, 아세트산 무수물을 넉넉히 넣으므로 살리실산이 생성물의 양을 정하는 한계 반응물이다. 살리실산이 모두 아스피린이 될 때의 질량이 이론 수득량이고, 실제로 얻은 질량을 이것으로 나눈 비율이 수득률이다.

실제 수득률이 100%에 이르지 않는 까닭은 여러 가지이다. 반응이 끝까지 가지 않거나, 거르고 옮기는 동안 결정을 잃거나, 결정이 찬물에 조금 녹아 나간다. 반대로 결정이 덜 말라 물이 남았거나 반응하지 않은 살리실산이 섞이면 질량이 커져 수득률이 실제보다 높게 계산된다. 그래서 수득률과 함께 순도를 확인해야 한다.¹

4.6.2순도 확인과 정제

염화 철(III)은 페놀성 -OH와 보라색 착물을 만든다. 살리실산에는 이 -OH가 있지만 아스피린에는 없으므로, 보라색이 나타나면 반응하지 않은 살리실산이 섞여 있다는 뜻이다. 녹는점도 순도를 알려 준다. 순수한 아스피린은 약 135 °C에서 녹지만, 불순물이 섞이면 더 낮은 온도에서 넓은 범위에 걸쳐 녹는다. 순도가 부족하면 결정을 적은 양의 따뜻한 에탄올에 녹였다가 물을 더해 천천히 식히는 재결정으로 정제한다.

4.6.3예제 풀이

살리실산은 \(2.00/138.12 \approx 0.01448\) mol이므로 이론 수득량은 \(0.01448 \times 180.16 \approx 2.61\) g이다. 처음 결정의 수득률은 \(2.05/2.61 \approx 78.5\)%이고, 재결정한 결정은 \(1.78/2.61 \approx 68.2\)%이다.

처음 결정에는 살리실산이 섞여 있었으므로 78.5%에는 아스피린이 아닌 질량이 들어 있다. 순도를 확인한 재결정 결정의 68.2%가 실제로 얻은 아스피린의 수득률이다. 재결정으로 0.27 g을 잃었지만, 그 가운데는 불순물과 함께 용액에 남은 아스피린이 섞여 있다. 즉 합성 실험의 결과는 얼마나 얻었는지와 얼마나 순수한지를 함께 보고해야 하며, 순도를 확인하지 않은 수득률은 믿을 수 없다.

아래 탐구 카드에서 아스피린을 합성하여 수득률을 구하고, 염화 철(III) 시험과 녹는점으로 순도를 확인해 보자.

1. 1897년 독일 바이엘 회사의 호프만이 살리실산을 아세틸화하여 위 자극이 적은 아스피린을 순수하게 합성했고, 1899년부터 약으로 팔렸다. 그 뒤 120년 넘게 진통제와 심혈관 질환 예방약으로 쓰이고 있다.