Jeg vil i denne opgave redegøre for smertelindringen frem til aspirinens opdagelse, med henblik på en analyse af hvorfor firmaet Bayer fik succes med produktet Aspirin. Jeg vil herefter fremstille og oprense acetylsalicylsyre. Til sidst vil jeg undersøge den historiske udvikling af stoffets anvendelse som lægemiddel, og en kort diskussion af forbruget af smertemedicin i det moderne samfund.
Hovedafsnit
Fra Pilebark til Aspirin
1500 år før vores tidsregning, er så langt vi skal tilbage for at finde de første beskrivelser af de droger, som salicylsyren i den moderne tid kunne isoleres. I drogerne som f.eks. hvidpil (Salix alba) og mjødurt (Spiræa ulmaria), findes Salicylsyren i form af glykosidet salicin. Oldtidens civilisationer var bekendt med den analgetiske antiinflammatoriske og antipyretiske virkning af, bark, blade og blomster fra piletræet . Det var Hippokrates fra det gamle Grækenland 400 år før Kristi fødsel, der ordinerede et pulver lavet af pilebark som et effektivt middel med smerte og feber.
I middelalderen, helt præcist år 476-1453, blev pilebarkudtræk kun brugt i folkemedicin, den blev glemt af lægerne, men overlevede blandt folkene. Men i 1763 blev pilebarken taget i brug igen, inden for den medicinens verden. Det var den gigtramte engelske præst Edward Stone, der gjorde et stort gennembrud, han kunne som den første give en videnskabelig beskrivelse af dens antipyretiske effekt , altså en febernedsættende effekt . Stone udførte omhyggelige forsøg med 50 patienter med feber, dette var det første skridt mod evidansbaseret medicin prøvet gennem klinisk afprøvning, med effekt.
Den schweiziske farmaceut Johann S.F Pagenstecher, kunne i det 1820’erne prale med, at have isoleret et stof fra planten Spiræa ulmaria. Pagenstecher lavede en rapport over denne isolation, i et videnskabeligt tidsskrift. Dette tidsskrift blev i 1835 læst af den tyske kemiker Karl Jacob Löwig, han blev inspireret, og begyndte at arbejde med det isolerede stof. Det lykkedes Löwig at isolere en syre ud af ekstraktet, denne syre kaldte han spirsäure, det er den syre, der senere blev kendt som salicylsyre. Det lykkedes så for den italienske kemiker Raffaele Piria, at vise at salicin var en glykosid, hvor man kunne fraspalte den aromatiske del. Det gjorde han så, og navngav den aromatiske syre, L’acid salicylique. Han viste også at salicin var det aktive stof, i pilebarken. Efter Piria’s opdagelse, lykkedes det en anden italiensk kemiker at fremstille salicylsyre ud fra Salicin.
Den molekylære opbygning klarlagde Karl Friedrich Gerhardt i 1853, han var professor i kemi ved det franske Montpellier universitet. Det var en uren og ustabil form som blev syntetiseret ud fra pilebark. Gerhardt forsøgte også at ændre på stoffet, for at fjerne den alvorlige bivirkning med at irritere mavesækkens slimhinde. Det lykkedes ham dog ikke, de han følte det var for tidskrævende, så han opgave stoffet, og gav det titlen, uden betydning for fremtiden. Salicylsyren blev derfor, grundet bivirkninger, kun brugt af mennesker, hvis smerter var værre en de gener salicylsyren forårsagede. En af de mennesker der brugte salicylsyren var Hr. Hoffmann, der boede i den tyske by Elberfeld, han var hårdt ramt af sygdommen gigt.
Seks år efter at Gerhardt klarlagde den molekylære opbygning, identificerede Hermann Kolbe, salicylsyrens kemiske struktur, den første fabrik til produktion af salicylsyre blev etableret i 1874. Produktionen af salicylsyre gik rigtig godt, og i 1876 blev det offentliggjort af Franz Stricker, at der var sket en succesfuld behandling af akut reumatisme med små doser salicylsyre dagligt. Reumatisme er en sygdom, der giver smerter i led, muskler, nerver og sener. Men bivirkningerne var stadig et stort problem, salicylsyren besad nemlig ikke den kurative effekt, som man håbede på. Den ekstremt dårlig smag, og den stor irritation af maven gav derfor stadig problemer, især med compliance og tolerabilitet.
Felix Hoffmann søn af salicylbruger, Hr. Hoffman, besluttede sig for at ændre på salicylsyres kemiske opbygning. Felix arbejdede som kemiker på den store lægemiddelfabrik Bayer og Arthur Eichengrüns assistent. Han vil ændre på den kemiske formel for at mindske bivirkningerne af maven, det samme som Gerhardt prøvede på, Felix gjorde det dog for at hjælp sin far. Felix simplificerede Gerhardts metoder, han acetylerede hydroxygruppen på benzen-ringen i salicylsyre, ved kemisk at lade det reagere med eddikesyre. Dette lykkedes ham den 10. august 1897, at fremstille acetylsalicylsyre i en stabil og ren kemisk form. Felix hældte indholdet på en lille medicinflaske, og gav det til sin far, Hr. Hoffmann. Det resulterede i at Hr. Hoffmann fik sin første smertefri nat i meget lang tid, og det vidste sig også at acetylsalicylsyren ikke kun var smertelindrende med også febernedsættende og betændelsesdræbende.
På dette tidspunkt var det dog stadig uklart, hvad det nye lægemiddel gjorde inde i kroppen. Felix Hoffmanns kollega Heinrich Dreser mente, at acetylsalicylsyren blev spaltet til to stoffer inde i blodet. Men dette var kun en teori, og han valgt derfor at efterprøve den på sig selv. Han indtog selv stoffet, og undersøgte så sin urin i de næste 12 timer, i sin urin fandt han spor af salicylsyre. Dette tydet på at hans teori var rigtig altså, at acetylsalicylsyren rent faktisk spaltes i kroppen . Denne opdagelse gav håb inden for den kemiske verden, og det nye middel fik navnet aspirin, a -acetyl, spir for planten Spiræa og endelsen in. Det var Hoffmann og Dreser der navngav deres Aspirin i 1899, og i samme år tog Bayer Patent på acetylsalicylsyre, på mellemprodukter under dets fremstilling og på udformningen af fremstillingsapparaturet. Bayer begyndte dermed fremstillingen, og det blev en kæmpe succes verden over. Aspirinen blev først sendt på markedet i pulverform, men året efter, lykkedes det Bayer at fremstille en ny doseringsform, tabletter. Aspirin er det første store lægemiddel som blev solgt i tablet form, og første gang en medicin blev massemarkedsført. Bayer valgte nemlig at sende information om Aspirin ud til 30.000 læger.
For lige at tage et lille gik på Danmark, så fik Acetylsalicylsyre en stor betydning i terapien. I november 1913 gjorde apoteker Alfred Wöhlk der klart, at han havde kompositionen på præparatet Magnyl, det blev fremstillet ved en neutralisering af acetylsalicylsyre med magnesiumoxid.
I år 1914, begyndte sammenarbejde mellem briterne og tyskerne at gå dårligt, og den britiske regering, havde formodning og et snarligt krigsudbrud. De acetylsalicylsyren blev produceret i Tyskland, kunne briterne hurtigt regne ud, at de måtte finde deres egen måde at fremstille acetylsalicylsyre på. Den britiske regering udskrev derfor en pris på 20.000 pund, til den der kunne fremstille acetylsalicylsyre. Der var bare lige det problem, at Bayer havde patent på Acetylsalicylsyre, og fremgangsmetode. Det var derfor svært at finde en, der vil give sig i kast med opgaven. Den australske regering lugtede også dette krigsudbrud, og smed 5000 pund oveni puljen, så der var nu 25.000 pund, til den der kunne fremstille Acetylsalicylsyre på en ny måde. Dette fik kemikeren George Nicholas til at tage udfordringen op. Nicholas havde dog en del udfordringer, han var nemlig næsten blind, efter en ætereksplosion i laboratoriet. Nicholas primitive udstyr gjorde heller ikke opgave lettere, men det lykkedes ham alligevel at fremstille en exceptionelt ren acetylsalicylsyre. Han vandt de 25.000 pund for denne opgave, det det også lykkedes ham at komme uden om Bayers patenter.
Dette krigsudbrud som briterne have lugtet, var det der endte med at blive 1. verdenskrig. Storbritannien og Tyskland erklærede krig den 04.08.1914 . Storbritanniens begrundede krigen officielt som værende startet, grundet deres forpligtelser til at beskytte Belgien neutralitet. Den dybereliggende baggrund viste sig dog at være, at hvis Tyskland tog sejren i en europæisk krig, ville magtbalance på kontinentet rykke sig, det var ikke i briternes interesse, og derfor erklærede de krig. Krigen varede i 4 år, og havde store konsekvenser. Erindringen og om krigen, var det meningsløse myrderi, dette skulle dog vise sig at være en afgørende baggrund for den britiske udenrigspolitik i mellemkrigstiden. Især appeasement overfor Tyskland. Tyskland tabt krigen, men det betød ikke at der kun var succes for briterne, krigen havde tage hårdt økonomisk på den, og den indenlandske statsgæld blev tidoblet under krigens forløb.
Tysklands nederlag betød også at briterne konfiskerede navnet Aspirin, og Bayer mistede sine eksklusive rettigheder til både navnet og fremstillingen af midlet. Der var derfor nu nye firmaer, som begyndte af sælge aspirin. Medicinfirmaet Sterling fortsatte dog med, at markedsføre den ’originale’ acetylsalicylsyre i USA, selvom de ikke længere havde forbindelse til Firmaet Bayer. Blandt de nye firmaer der begyndte at sælge stoffet, var George Nicholas’ som havde navngivet sit produkt Aspro, aspro gik hen og blev det mest sælgende produkt uden for USA.
Efter alle disse opdagelse og viderebygninger på hinandens opdagelser og teorier, kunne man altså opnå det aktive stof både ud fra pil og mjødurt. I dag fremstilles acetylsalicylsyren syntetisk, ud fra phenol. Denne metode med phenol, adskiller sig dog ikke langt fra den metode, som Herman kolbe brugte i Strasbourg i 1874.
I 1895, da Felix Hoffmann syntetiserede acetylsalicylsyre, gjorde han det ud fra eddikesyre og salicylsyre. Jeg har dog valgt at lave min syntese ud fra, eddikesyreanhydrid og salicylsyre, altså en organisk syntese. Ved en organisk syntese, fremstilles en organisk forbindelse ud fra bestemte udgangskemikalier i et eller flere trin. Jeg vælger at springe en syntese over, da jeg har eddikesyreanhydrid til rådighed, og jeg ved at eddikesyreanhydrid er mere reaktionsvilligt. Hvis jeg dog havde valgt at fremstille eddikesyreanhydrid selv, havde jeg at gøre med en kondensationsreaktion. Det er en reaktion hvor to molekyler kombineres, som her er to syrer, der fraspaltes et mindre molekyle, i dette tilfælde vand. Kondensationsreaktionen af eddikesyreanhydrid vil se således ud:
Altså eddikesyreanhydrid består grundlæggende af to eddikesyremolekyler, bundet sammen af oxygen.
Jeg vælger som sagt at bruge eddikesyreanhydrid, da den er mere reaktions villig. Salicylsyren reagerer spontant med Eddikesyreanhydrid ved stuetemperatur, hvor der dannes acetylsalicylsyre, men der dannes også eddikesyre. Denne eddikesyre kan igen reagere med salicylsyre og danne acetylsalicylsyre. Denne reaktion, mellem eddikesyre og salicylsyre sker dog kun ved hjælp fra en katalysator. Jeg har derfor valgt, at bruge katalysatoren Svovlsyre〖(H〗_2 SO_4). Det er H^+ -ionerne i svovlsyren, som går ind og katalysere esterificeringen af salicylsyre og eddikesyre. Den første reaktion ser således ud:
(2)
Overordnet går eddikesyreanhydrid ind og reagerer med salicylsyrens hydroxygrupper, og en ester bliver derved tilføjet til salicylsyren og man har dermed acetylsalicylsyre. Hvis man kigger på tegningen kan man se, at der i denne proces vil blive fraspaltet et vandmolekyle. Dette vandmolekyle vil så gå ind og reagere med resten af eddikesyreanhydrid, og danne eddikesyre.
Jeg starter med at kigge på salicylsyren, som har det systematiske navn 2-hydroxybenzoesyre, da den er navngivet fra hydroxygruppe (OH) og carboxylsyre(O=- OH) derfor sidder på nummer 2. Hydroxygruppen på salicylsyren, gør at der dannes en phenol, en phenol er en meget svag syre, dog betydeligt stærkere end både vand og alkoholer . Phenol i salicylsyre vil jeg udnytte senere, når jeg kigger på acetylsalicylsyre. Overordnet kan man sige at, salicylsyre, består af en carboxylsyre og en phenol. Salicylsyre har mange derivater, altså forbindelse afledt af salicylsyre. Nogle få eksempler er Salicylamid; som dannes ved reaktion med Ammoniak, Methylsalicylat(spearmint); som dannes ved reaktion med Methanol . Den mest populære, og den jeg vil fortælle mere om er Acetylsalicylsyre, som, som sagt dannes ved reaktion med Eddikesyre.
Reaktionen mellem syren og alkoholen er en meget langsomlig proces, man kan derfor forøge reaktionshastigheden, ved hjælp fra en katalysator. Som jeg skrev tidligere bruger jeg katalysatoren svovlsyre, svovlsyre er en stæk syre. Dermed har svovlsyren altså vores katalysator to betydelige virkninger. For det første reagere den med eddikesyre, og for det andet øger den hastigheden af vores reaktion. Det der karakteriserer en esters strukturformel, er det vi kalder en o-bro, den karakteristiske estergrupper COO, ser således ud.
Formålet med at lave en omkrystallisering er at fjerne alle uønskede stoffer fra et ønsket stof. Dette gøres ved at binde det uønskede stof til en væske, og suge det ud af produktet, i mit tilfælde ved hjælp af en sugefiltrering, og senere en tørring i ekssikkator. En omkrystallisering kræver at det pågældende stof, skal have større opløselighed i varmt end i koldt opløselighedsmiddel, stoffet skal derudover også let kunne danne krystaller ved stuetemperatur. Under en omkrystallisering opvarmes stoffet, og under denne opvarmning, opløses det urene stof, i den mindst mulige mængde, af det tilsatte opløselighedsmiddel. Når stoffet igen afkøles, oftest i et vandbad, fældes det rene stof ud som krystaller, mens de opløselige urenheder forbliver i opløsningen. Dettes skyldes, at det rene stof og urenhederne før sad i samme
krystalgitter. Ved opløsning i opløsningsmidlet, opløses krystallerne, og stoffet og urenhederne adskilles. Ved afkølingen er det så kun det rene stof, som sætter sig sammen i et krystalgitter. Produktet kan nu filtres, og krystallerne bliver skilt for opløsningen, og urenhederne er dermed fjernet. I min omkrystallisering, blander jeg mit produkt, med opvarmet ethanol og vand. Jeg ved at Salicylsyre er mere opløselig end acetylsalicylsyre, da salicylsyre indeholder to hydroxygrupper, hvor acetylsalicylsyre kun indeholder en enkelt hydroxygruppe. Da vand og ethanol binder sig til hydroxygruppen ved en hydrogenbinding, betyder det at salicylsyre kan binde sig bedre med vores vand og ethanol blanding, da den som sagt har 2 hydroxygrupper, og derfor kan danne flere bindinger. For vores krystallisering betyder det at salicylsyren binder sig til væsken, og under sugefiltreringen vil den blive frafiltreret og acetylsalicylsyren udkrystalliseres, og bliver liggende tilbage oven på filteret. En ting der også gør ethanol til det perfekte opløsningsmiddel er, at benzen-ringen er upolær, mens carboxylsyregruppern og carbonylgruppen i esteren er polær, er acetylsalicylsyre dermed et halvpolært molekyle. Ethanol er også halvpolær, fordi hydroxygruppen er polær, men carbonkæden, med de to C-atomer er upolær. Efter opvarmningen af vores ethanol vand blanding og vores stof, er det vigtigt at afkølingen ikke sker for hurtigt, fordi krystallisationen er en ligevægt. En ligevægt mellem molekyler i opløsningen og molekyler i krystalgitteret. Når afkølingen får lov til at ske langsomt, indstiller ligevægten sig, og udelukker urenhederne, mens de rene krystaller dannes. Hvis afkølingen sker for hurtigt, vil urenhederne så at sige, blive fanget i krystalgitteret for det rene stof. Når omkrystalliseringen har fundet sted, sugefiltreres krystallerne. Krystallerne ligger nu på toppen af filteret og de skyldes nu med koldt vand, hvis vandet er for varmt, risikerer jeg at nogle af krystallerne vil opløse sige igen. Det er derfor vigtigt at vandet er koldt nok.
Krystallerne der nu er dannet er altså acetylsalicylsyre, det er dog ikke muligt at regne på denne acetylsalicylsyre endnu, da det ikke er et tørt stof. Jeg ligger derfor mit stof over i et urglas, og lader det tørre i en ekssikkator. Efter tørringen, kan jeg nu regne udregne udbytteprocenten.
Først i 1971, lykkedes det at spore sig ind på hvordan acetylsalicylsyren virker i kroppe, det var engelske forskere der lykkedes med denne opdagelse.Acetylsalicylsyre er i den grupper der hedder Perifert-virkende smertemedicin , de perifert-virkende smertestillende, anvendes ved lette til moderate smerter. Altså smerter som hovedpine, tandpine samt muskel og ledsmerter. Acetylsalicylsyren er dog også med i den gruppe der hedder, non-steroide betændelseshæmmende midler . Det vil sige at Acetylsalicylsyren har mange flere funktioner, end bare at fjerne smerten. Det virker nemlig både, antiinflammatorisk, antipyretisk, analgetisk og trombocytaggregationshæmmende via hæmning af enzymet cyclooxygenase(cox) . Dette enzym findes i prostaglandiner, som er en gruppe hormon lignende stoffer, det findes i næsten alt væv. Prostaglandiner består af 20 carbonatomer hvor 5 af dem, sidder som cyclopentan. I modsætning til hormoner ændrer prostaglandiner deres egenskaber afhængigt at celletypen . Der findes derfor forskellige slags prostaglandiner, og alt efter hvilken man ser på, er der mellem en og tre dobbeltbindinger, hvis vi siger den ene af dem sidder i cyclopentan, hvor der også kan sidde en alkoholgrupper eller en keton. Prostaglandiner bliver kemisk syntetiseret ud fra f.eks. arachidonsyre , som er en fedtsyre. Arachidonsyre har cis-dobbeltbinding, dette er med til dannelsen af cyclopentan i prostaglandinerne. Prostaglandiner medvirker til at fremkalde betændelsesreaktioner i vævet. Når acetylsalicylsyren så går ind og hæmmer enzymet cyclooxygenase, hæmmer det dannelsen af prostaglandiner, og det modvirker derved smerte og betændelse.