二氧化硅負載硫酸氫鈉催化合成乙酰水楊酸

陳盛余 藍姣玉 趙丹丹 李 麗 韋 唯 肖彩玲 張才蓮

（百色學(xué)院，廣西 百色 533000）

二氧化硅負載硫酸氫鈉催化合成乙酰水楊酸

陳盛余 藍姣玉 趙丹丹 李 麗 韋 唯 肖彩玲 張才蓮

（百色學(xué)院，廣西 百色 533000）

研究了以二氧化硅負載硫酸氫鈉為催化劑，水楊酸和乙酸酐為原料合成乙酰水楊酸的工藝?？疾炝舜呋瘎┯昧俊⒎磻?yīng)時間、反應(yīng)溫度的影響。當(dāng)固定水楊酸為7.0 g，乙酸酐為11.0 g時，乙酰水楊酸的優(yōu)化合成條件為：催化劑用量0.6 g，反應(yīng)時間為50 min，反應(yīng)溫度為80 ℃。在此條件下，乙酰水楊酸產(chǎn)率為80.1%。催化劑能夠重復(fù)使用3次。該工藝將改善乙酰水楊酸的生產(chǎn)。

硫酸氫鈉；乙酰水楊酸；二氧化硅

1 引言

乙酰水楊酸又稱阿司匹林，是經(jīng)典合成藥物之一，具有消炎、鎮(zhèn)痛等功效，在臨床醫(yī)學(xué)上有廣泛應(yīng)用。乙酰水楊酸的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法是采用水楊酸和乙酸酐為原料，以硫酸為催化劑進行催化合成得到[1]。該工藝操作簡單、成本低廉，但是使用硫酸催化，對設(shè)備腐蝕性強，廢水等后處理復(fù)雜，不符合當(dāng)今環(huán)保要求，因此迫切需要一種新型催化劑代替硫酸，以符合當(dāng)今生產(chǎn)的理念。為此，人們進行了大量替代硫酸催化劑的研究。

目前，替代硫酸的催化劑有對甲苯磺酸[2]、硅鎢鉬酸[3]、氨基磺酸[4]、硫酸氫鈉[5]等。其中硫酸氫鹽是固體酸，在合成后容易分離，對設(shè)備腐蝕性小，后續(xù)廢水量少[5，6]，并且其催化性能與硫酸相近，是符合要求的催化劑之一。但直接加入硫酸氫鹽進行合成，比表面積較小，催化性能不能充分發(fā)揮。有報道將硫酸氫鈉負載到二氧化硅上進行催化酯化仍能保持較高催化活性[7]，而該催化劑應(yīng)用在乙酰水楊酸的合成上卻未曾有報道。因此本研究將硫酸氫鈉負載到二氧化硅上作為催化劑，替代硫酸催化劑，消除硫酸催化的缺點，并探討最佳合成條件，保持較好的收率，為開發(fā)合成乙酰水楊酸的新技術(shù)提供參考。

2 實驗部分

2.1試劑和儀器

試劑：硫酸氫鈉、乙酸酐、水楊酸、九水偏硅酸鈉、鹽酸等均為分析純。實驗用水為一次蒸餾水。

儀器：DF-2數(shù)顯集熱式磁力攪拌器；SHZ-D型循環(huán)水式真空泵；DZF-6032型真空干燥箱；BSA224S電子分析天平；SX2-5-12馬弗爐。

2.2實驗方法

2.2.1二氧化硅粉體制備

稱取 57gNa2SiO3·9H2O加入到 1L水中配制成 5%的Na2SiO3溶液，將溶液加熱到55℃，攪拌下滴加18 mL乙酸乙酯，繼續(xù)攪拌至形成溶膠完全轉(zhuǎn)化為凝膠，再滴加稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至4左右，停止攪拌。將凝膠溶液抽濾，用蒸餾水洗滌至無Cl-為止，低溫真空烘干得到白色SiO2粉體[7]。

2.2.2催化劑制備

取10 g“1.2.1”SiO2粉體，經(jīng)馬弗爐200℃活化2 h，冷卻后放入30 mL10%NaHSO4溶液中浸泡24 h,抽濾，低溫真空干燥，再放入馬弗爐200℃活化3 h[7]，在干燥器中冷卻，得到NaHSO4/SiO2固體催化劑，備用。采用重量法測得催化劑中NaHSO4的負載量為40%。

2.2.3乙酰水楊酸的合成

在圓底燒瓶中按比例加入一定量水楊酸、新蒸乙酸酐和催化劑，設(shè)置好溫度水浴反應(yīng)一定時間，趁熱過濾，去除固體催化劑。濾液冷卻后加入冰水，待晶體完全析出后抽濾得粗品。粗品放置燒杯內(nèi)，加入適量飽和碳酸氫鈉溶液并攪拌，直至無氣泡產(chǎn)生，抽濾，回收濾液，濾液緩慢倒入盛有濃鹽酸的燒杯中并攪拌，有晶體析出，繼續(xù)在冰水浴中冷卻20 min等晶體完全析出，抽濾，干燥即得乙酰水楊酸產(chǎn)品[8]。

3 結(jié)果與分析

3.1催化劑用量的影響

在燒瓶加入水楊酸7.0 g和11.0 g新蒸乙酸酐，分別加入不同量的催化劑，75 ℃下水浴反應(yīng)60 min，對比不同催化劑用量的影響，產(chǎn)品收率見表1。

表1　催化劑用量的影響

由表1可知，催化劑從0.2 g增加1.0 g時，乙酸水楊酸收率一直在增大，但在0.6 g至1.0 g時產(chǎn)率增大變化不明顯，趨于最大值，因此，催化劑用量選擇0.6 g比較好。

3.2反應(yīng)時間的影響

在燒瓶中入水楊酸7.0 g和11.0 g新蒸乙酸酐，再加入0.6 g的催化劑，75 ℃下水浴反應(yīng)不同時間，對比不同反應(yīng)時間的影響，乙酰水楊酸收率見表2。

表2　反應(yīng)時間的影響

由表2可知，反應(yīng)時間從30 min增大到50 min時，產(chǎn)品收率隨反應(yīng)時間增大而增大，當(dāng)時間大于50 min后，產(chǎn)品收率下降，原因可能是反應(yīng)時間大于50 min后副反應(yīng)增多，所以反應(yīng)時間選擇50 min比較合適。

3.3反應(yīng)溫度的影響

在燒瓶中入水楊酸7.0 g和11.0 g新蒸乙酸酐，再加入0.6 g的催化劑，分別設(shè)置不同溫度水浴反應(yīng)50 min，考察不同溫度的影響，見表3。

表3　反應(yīng)溫度的影響

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)溫度從65 ℃增大到80 ℃，產(chǎn)品收率達到最大值80.1%。繼續(xù)增加溫度，收率下降，同時反應(yīng)液色澤加深，所以確定80 ℃作為反應(yīng)溫度較合適。

3.4催化劑重復(fù)使用活性評價

在優(yōu)化好的條件下合成乙酰水楊酸，催化劑重復(fù)使用次數(shù)對產(chǎn)品收率的影響見表4。

表4　催化劑重復(fù)使用次數(shù)對產(chǎn)品收率的影響

由表4可知，催化劑使用3次后產(chǎn)品收率已經(jīng)下降到75%以下，原因可能是硫酸氫鈉負載在二氧化硅的牢固度不夠，而在合成乙酰水楊酸過程中有少量水生成，容易將活性組分帶走，導(dǎo)致總收率下降。

4 結(jié)論

（1）當(dāng)固定水楊酸為7.0 g，乙酸酐為11.0 g時，乙酰水楊酸的優(yōu)化合成條件為：催化劑用量 0.6 g，反應(yīng)時間為 50 min，反應(yīng)溫度為80 ℃。在優(yōu)化條件下，產(chǎn)品收率為80.1%，該工藝可以應(yīng)用于乙酰水楊酸合成。

（2）本研究制備的催化劑具有后處理方便、對儀器設(shè)備腐蝕性小、價格低廉等優(yōu)點，催化劑重復(fù) 3次使用仍具有較好催化活性。

[1] 耿濤,蔡紅,蔡艷飛.乙酰水楊酸的制備[J].光譜實驗室, 2012,29(2):1102-1105.

[2] 李繼忠.對甲苯磺酸催化合成乙酰水楊酸的研究[J].化學(xué)世界,2005,2(6):365-366.

[3] 楊水金,王榮,程銀芳.二氧化硅負載硅鎢鉬酸催化合成乙酰水楊酸[J].化工中間體,2013,4(8):16-19.

[4] 李繼忠,王俊梅,田曼.氨基磺酸催化合成乙酰水楊酸的研究[J].2008,16(11):61-63.

[5] 翁文,林德娟,尤秀麗.硫酸氫鈉催化合成阿司匹林[J].應(yīng)用化工,2003,32(2):15-16.

[6] 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(自然科學(xué)),2006,27(10):56-57.

[7] 孔祥文,李召靜,閻峰,等.二氧化硅負載硫酸氫鈉催化合成壬酸乙二醇單酯[J].分子科學(xué)學(xué)報,2010,26(3):208-212.

[8] 關(guān)燁第,李翠娟,葛樹豐,等.有機化學(xué)實驗[M].北京:北京大學(xué)出版社,2002:190.

Synthesis of acetyl salicylic acid with silica supported sodium bisulfate as catalyst

The synthesis of acetyl salicylic acid with salicylic acid and acetic anhydride as reactants and sodium bisulfate as catalys supported by silica was studied.The factors influencing its catalytic performance were investigated and optimized , including reaction time, reaction temperature, the amount of catalyst.When the amount of salicylic acid was 7.0 g and the amount of acetic anhydride was 11.0 g,the optimum reaction conditions were as follows: the amount of catalyst was 0.6 g;the reaction time was 50 min , the reaction temperature was 80 ℃.The yield of acetyl salicylic acid was 80.1%.The catalyst could be recycled and used for 3 times.The process would improve the production of acetyl salicylic acid.

Sodium bisulfate;acetyl salicylic acid; silica

O625.52

A

1008-1151(2015)11-0042-02

2015-10-10

百色學(xué)院院立項目（2013KB03），大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（201510609020、201510609045）。

陳盛余（1984－），男，廣西桂平人，百色學(xué)院講師，碩士，從事天然產(chǎn)物和有機合成研究。

趙丹丹（1985－），女，吉林通化人，百色學(xué)院講師，碩士，從事有機合成和電化學(xué)分析研究。