乙酰水楊酸合成工藝研究

張 歡，王 俏

（1.延安大學(xué) 西安創(chuàng)新學(xué)院,陜西 延安7160002.延安大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院,陜西 延安716000）

引 言

乙酰水楊酸醫(yī)藥名阿斯匹林，是一種常用的解熱鎮(zhèn)痛藥，近年來小劑量阿斯匹林還被用來預(yù)防和防治心腦血管疾病，其使用量和消費(fèi)量均很大。傳統(tǒng)的制備方法是以硫酸作為催化劑由水楊酸和乙酸酐或乙酰氯反應(yīng)制得。此方法的特點(diǎn)是產(chǎn)率較低，僅為65%～67%，而且使用濃硫酸作催化劑，存在著對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，后處理麻煩和嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題[1]。為解決上述問題，人們研究了用路易斯酸[2]、對(duì)甲基苯磺酸[3～4]、氨基磺酸[5]、吡啶[6]以及用硫酸氫鉀[7]、碳酸鈉[8]、乙酸鈉[9]和稀土氯化物[13～14]的催化，還有用微波輻射[10～11]，超聲波輔助[12]合成等等。本文采用冰乙酸作為催化劑來合成乙酰水楊酸，對(duì)合成乙酰水楊酸的諸因素進(jìn)行了研究，取得了較理想的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

冰乙酸CP級(jí)；水楊酸CP級(jí)；乙酸酐CP級(jí)；無水氯化鋁；硫酸氫鈉；氯化銫；硫酸；乙酸乙酯；碳酸氫鈉。

電子天平；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；XT-4雙目顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀；循環(huán)水真空泵。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在250mL錐形瓶中，加入干燥的水楊酸和新蒸的乙酸酐，再加入催化劑，充分搖動(dòng)。水浴加熱，水楊酸全部溶解，保持瓶?jī)?nèi)一定溫度，反應(yīng)一定時(shí)間后，停止反應(yīng)。待冷卻后有乙酰水楊酸晶體析出，加入一定量冰水，結(jié)晶完全后抽濾。用少量冷水洗滌結(jié)晶幾次，得乙酰水楊酸粗產(chǎn)品。

將粗產(chǎn)品轉(zhuǎn)移至燒杯中，在攪拌下加入飽和碳酸氫鈉溶液，加完后繼續(xù)攪拌幾分鐘，直至無二氧化碳?xì)馀莓a(chǎn)生。抽濾，副產(chǎn)物被濾出，用少量水洗滌，合并濾液，倒入預(yù)先盛有濃鹽酸和水配成溶液的燒杯中，攪拌均勻，即有乙酰水楊酸沉淀析出。將燒杯置于冰水浴中冷卻，使結(jié)晶完全。減壓過濾，用潔凈的玻璃塞擠壓濾餅，再用冷水洗滌2～3次，抽干。將結(jié)晶移至表面皿上，干燥后稱重。取少量結(jié)晶加入盛有少量水的燒杯中，滴加幾滴三氯化鐵，觀察有無顏色反應(yīng)。

將結(jié)晶溶于乙酸乙酯中，在水浴中加熱回流，當(dāng)瓶中剛有不溶物出現(xiàn)時(shí)，停止加熱趁熱過濾。將濾液冷卻，有乙酰水楊酸晶體析出。抽濾收集產(chǎn)物，干燥后測(cè)熔點(diǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑的確定

反應(yīng)條件：水楊酸用量2g，n(水楊酸)∶n(乙酸酐)=1∶2，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為10min。考察不同催化劑對(duì)產(chǎn)品收率的影響，結(jié)果見表1。

表1 不同催化劑對(duì)產(chǎn)品收率的影響Table 1 The effect of different catalysts on the yield of product

由表1可知，不同的催化劑對(duì)乙酰水楊酸的收率影響各不相同。催化效率最高的為冰醋酸和硫酸。其中硫酸的催化效率最高，但是冰醋酸的催化效果和硫酸相差不多，且相比硫酸可能更加環(huán)保，后處理也相對(duì)簡(jiǎn)單。本試驗(yàn)選用冰醋酸作為催化劑。

2.2 反應(yīng)物物質(zhì)的量比對(duì)收率的影響

反應(yīng)條件：水楊酸用量為2g，反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為10min，催化劑冰醋酸用量為2mL，改變反應(yīng)物物質(zhì)的量比考察不同物質(zhì)的量比對(duì)乙酰水楊酸收率的影響，結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)物物質(zhì)的量比對(duì)產(chǎn)品收率的影響Table 2 The effect of molar ratio of reactants on the yield of product

由表2可見，隨著乙酸酐的量的增加，乙酰水楊酸的收率不斷增高，當(dāng)乙酸酐水楊酸物質(zhì)的量比為3.5時(shí)，收率達(dá)到最高點(diǎn)。再逐漸增加酸酐的量的時(shí)候，收率又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。原因可能是部分產(chǎn)品溶于乙酸酐造成收率降低。因此適合的反應(yīng)物物質(zhì)的量比為3.5。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響

反應(yīng)條件為：水楊酸用量為2g，n(酸酐)∶n（水楊酸）=3.5，反應(yīng)時(shí)間為10min，冰醋酸用量為2mL。改變反應(yīng)溫度考察不同反應(yīng)溫度對(duì)乙酰水楊酸收率的影響，結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響Table 3 The effect of reaction temperature on the yield of product

由表3可以看出在反應(yīng)溫度在70℃以下時(shí)乙酰水楊酸的收率隨著反應(yīng)溫度升高而提高，但是超過70℃后，乙酰水楊酸的收率又有所降低，而且反應(yīng)物中有黃色的副產(chǎn)物生成，分析其原因應(yīng)該是較低的反應(yīng)溫度不利于打開分子內(nèi)的氫鍵，而較高的溫度則易于發(fā)生分子間的縮合反應(yīng)，均對(duì)提高收率不利，因此適宜溫度在65～70℃之間。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響

反應(yīng)條件：水楊酸用量為2g，n(酸酐)∶n（水楊酸）=3.5，冰醋酸用量為2mL，反應(yīng)溫度為70℃時(shí)，改變反應(yīng)時(shí)間，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)乙酰水楊酸收率的影響。結(jié)果見表4。

表4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響Table 4 The effect of reaction time on the yield of product

由表4可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間逐漸增加，乙酰水楊酸的收率是不斷提高的，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在30min時(shí)收率達(dá)到最大值，在30min以后，收率不再提高且有下降趨勢(shì)，原因可能為反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物分子間聚合增多，使收率降低。因此，適合的反應(yīng)時(shí)間為30min。

2.5 催化劑用量對(duì)收率的影響

反應(yīng)條件：水楊酸用量為2g，n(酸酐)∶n（水楊酸）=3.5，反應(yīng)時(shí)間為30min，反應(yīng)溫度為70℃時(shí)，改變催化劑的用量，考察催化劑用量對(duì)乙酰水楊酸收率的影響，結(jié)果見表5。

表5 催化劑用量對(duì)收率的影響Table 5 The effect of catalyst amount on the yield of product

由表5可以看出，當(dāng)催化劑用量增加時(shí)，收率也在不斷增高，當(dāng)增加至3～4mL時(shí)，收率的提高基本不變，如果繼續(xù)增加催化劑的用量反而會(huì)使收率下降。因此，催化劑的用量選3mL為宜。

2.6 優(yōu)化反應(yīng)條件下的平行實(shí)驗(yàn)

通過以上多個(gè)條件的逐步優(yōu)化，最終得出了本實(shí)驗(yàn)的較佳反應(yīng)條件，即：n(水楊酸)/n(乙酸酐)=1∶3.5，V（冰醋酸）=3mL，反應(yīng)30min，反應(yīng)溫度為70℃。最佳條件下五次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 優(yōu)化反應(yīng)條件的平行實(shí)驗(yàn)Table 6 The parallel test under the optimum conditions

對(duì)五次平行實(shí)驗(yàn)求平均值，可得此較佳條件下乙酰水楊酸的收率可達(dá)91.23%。

2.7 產(chǎn)品的分析鑒定

按此方法合成的乙酰水楊酸為白色針狀晶體，在XT-4雙目顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀上測(cè)得熔程為133～135℃。與文獻(xiàn)值[13]基本相符。測(cè)得的紅外譜圖如圖1。

圖1 乙酰水楊酸的紅外譜圖Fig.1 The IR spectra of acetylsalicylic acid

由圖1可知：在其紅外光譜圖中分別有芳烴的C-H伸縮振動(dòng)峰3061cm-1，-COOH的伸縮振動(dòng)峰為1695cm-1， 酯羰基C=O 的伸縮振動(dòng)峰為1761cm-1。

3 結(jié) 論

通過以上實(shí)驗(yàn)得出了合成乙酰水楊酸較佳合成條件：即以冰醋酸作為催化劑，水楊酸用量為2g，n(水楊酸)/n(乙酸酐)=1∶3.5，V（冰醋酸）=3mL，反應(yīng)30min，反應(yīng)溫度70℃時(shí)，乙酰水楊酸的收率可達(dá)到91.23%。

用冰醋酸催化合成乙酰水楊酸反應(yīng)具有催化性能好，用量少，反應(yīng)時(shí)間較短，酯收率高，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備腐蝕小，環(huán)境污染少的優(yōu)點(diǎn)。

［1］黃濤.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.北京：高等教育出版社，1998:174～175.

［2］喬永鋒，夏麗娟，高妹.乙酰水楊酸合成方法改進(jìn)［J］.云南民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,17（3）：244～245.

［3］李繼忠.對(duì)甲苯磺酸催化合成乙酰水楊酸的研究［J］.化學(xué)世界，2005（6）：365～366.

［4］馮艷輝，王清斌.對(duì)甲苯磺酸催化合成乙酰水楊酸的研究［J］.齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，22（2）：29～30.

［5］楊樹.氨基磺酸催化合成乙酰水楊酸的研究［J］.昆明師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2007，29(4)：108～109.

［6］林沛和.吡啶催化合成乙酰水楊酸的研究［J］.化工中間體，2006（9）：18～19.

［7］鐘路平.硫酸氫鉀催化合成乙酰水楊酸的研究［J］.井岡山學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，27（10）：56～57.

［8］唐寶華，肖風(fēng)娟.碳酸鈉催化微波合成阿司匹林［J］.河北化工，2006，29（6）：24～25.

［9］林沛和，李承范.乙酸鈉催化合成阿司匹林［J］.河北化工，2006，29（4）：19～20.

［10］李西安，李丕高.微波輻射催化合成乙酰水楊酸［J］.延安大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（3）：49～50.

［11］楊新斌，鐘國(guó)清，曾仁權(quán)，等.微波輻射合成乙酰水楊酸的研究［J］.精細(xì)石油化工，2003（4）：17～19.

［12］葉曉鐳，韓彬.阿司匹林制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與充實(shí)［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2004（4）:92～93.

［13］YASUDA Y,IHARA E.Rare earth metal initiated polymerizations of polar and non－polar monomers to give high molecular weight polymers with extremely narrow molecular weight distribution［J］.Macromol.Chem.Phys,1995,196(8)：2417～2421.

［14］張武，李紅喜，顧巍,等.三氯稀土催化合成乙酰水楊酸［J］.化學(xué)世界，2002，4（8）：422～423.