超聲輔助醋酸鈉催化合成阿司匹林工藝探析

孫晉紅

摘 要：在制備阿司匹林的過(guò)程中主要是以水楊酸以及乙酸酐為主要的原材料，選取醋酸鈉作為催化劑，在不同的生產(chǎn)工藝條件在，對(duì)于阿司匹林的產(chǎn)率也是不相同的，所以本文主要是想找到一個(gè)合適的生產(chǎn)條件，結(jié)果顯示將析品時(shí)間控制在2h，將水楊酸以及乙酸酐之間的摩爾比控制在1：2.5，經(jīng)過(guò)20min的反應(yīng)時(shí)間以后，此時(shí)的反應(yīng)溫度應(yīng)該為75℃，在催化劑的用量控制方面，應(yīng)該是水楊酸質(zhì)量的8%，在這樣的環(huán)境在生產(chǎn)的阿司匹林能夠達(dá)到88%的產(chǎn)率。并且與傳統(tǒng)工藝相比較，新的方法不會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕性的影響，并且對(duì)環(huán)境污染較小，能夠在環(huán)境友好的合成作用下生產(chǎn)阿司匹林。

關(guān)鍵詞：醋酸鈉；阿司匹林；超聲

在解熱陣痛的過(guò)程中，經(jīng)常使用的藥物是阿司匹林，這種藥物可以稱(chēng)得上是歷史典型的三大藥物之一，應(yīng)用在感冒、頭痛以及關(guān)節(jié)痛等疾病的治療中能夠獲得顯著的效果。并且在近幾年的研究過(guò)程中，其還有很多方面的用途得到顯現(xiàn)，比如將其應(yīng)用在農(nóng)作物生產(chǎn)的過(guò)程中，可以起到增產(chǎn)的效果，并且抗旱效果良好。將其應(yīng)用在癌癥的治療中，能夠起到很好的預(yù)防效果，所以當(dāng)前相關(guān)學(xué)者對(duì)阿司匹林愈發(fā)感興趣，在現(xiàn)如今其需求量與日俱增，這一藥物的應(yīng)用是十分廣泛的，所以促進(jìn)其產(chǎn)量以及品質(zhì)的提高具有重要的顯示意義。但是在傳統(tǒng)生產(chǎn)的過(guò)程中，會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染，并且消耗也較大，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

1 試劑與儀器

試劑：乙酸酐、水楊酸、濃硫酸、碳酸氫鈉、苯甲酸鈉、無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、醋酸鈉、濃鹽酸、磷酸二氫鈉、亞硫酸氫鈉均為AR級(jí)。

儀器：FTTR-300傅里葉變換紅外光譜儀，日本島津公司；XRD-6000型X射線(xiàn)粉末衍射儀，日本島津公司；DW-3數(shù)顯電動(dòng)攪拌器，鞏義英峪予華儀器廠；ZNHW-Ⅱ電熱套，鞏義英峪予華儀器公司；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵，鞏義英峪予華儀器公司；KQ-100DB型數(shù)控超聲波清洗器，昆山超聲儀器公司；DZF-6050型真空干燥箱，上海三發(fā)科學(xué)儀器公司。

2 實(shí)驗(yàn)

首先是要對(duì)阿司匹林進(jìn)行合成，在合成的過(guò)程中，要先向冷凝管以及電磁攪拌器中加入適量的乙酸酐與水楊酸還有催化劑，在超聲輔助的作用下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的冷卻以后達(dá)到室溫的標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上加入適量的冰水，在反應(yīng)體系得到穩(wěn)定以后將去離子水加入其中，讓三口瓶冷卻下來(lái)產(chǎn)生結(jié)晶的效果，經(jīng)過(guò)過(guò)濾以后就能獲得阿司匹林的粗品，在經(jīng)過(guò)重結(jié)晶以后，就能得到色澤為純白色晶體的產(chǎn)品，對(duì)其進(jìn)行干燥以及稱(chēng)重以后，能夠?qū)a(chǎn)率計(jì)算出來(lái)，這就是阿司匹林的基本合成。

在選擇催化劑的過(guò)程中，需要保證實(shí)驗(yàn)條件相同，在其中先后加入濃硫酸、亞硫酸氫鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、醋酸鈉等，最終按照獲得產(chǎn)率的高低進(jìn)行排列，選擇出最為合適的催化劑。

3 結(jié)果與討論

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，水楊酸和乙酸酐之間的摩爾比為1：2.5，將反應(yīng)溫度以及反應(yīng)時(shí)間分別控制在75℃以及20min。這一條件下的析晶時(shí)間為2h，選擇催化劑的用量應(yīng)該控制在水楊酸質(zhì)量的8%，此時(shí)再其中加入適量的濃硫酸、亞硫酸氫鈉等作為催化劑，得到不同結(jié)果的阿司匹林產(chǎn)率。結(jié)果顯示加入醋酸鈉獲得的產(chǎn)率最高，加入濃硫酸為催化劑獲得的產(chǎn)量最低，苯甲酸鈉的產(chǎn)率第二高，緊接著是磷酸二氫鈉以及亞硫酸氫鈉、氫氧化鈉。所以在本實(shí)驗(yàn)中最終選擇醋酸鈉作為催化劑，產(chǎn)率為85.58%。

對(duì)合成以后的阿司匹林進(jìn)行工藝條件的優(yōu)化，在實(shí)驗(yàn)中依然是按照先前的實(shí)驗(yàn)條件為基礎(chǔ)，反應(yīng)溫度為75℃，反應(yīng)時(shí)間為20min，水楊酸以及乙酸酐之間的摩爾比為1：2.5，催化劑的加入量為水楊酸質(zhì)量的8%，在這樣的環(huán)境下控制析晶時(shí)間分別為1.0h，1.5h，2.0h，2.5h以及3.0h，將阿司匹林的產(chǎn)率計(jì)算出來(lái)。結(jié)果顯示在2h之前，析晶速率呈現(xiàn)出較快的發(fā)展，但是在2h以后，析晶速率呈現(xiàn)出緩慢的發(fā)展，對(duì)析晶時(shí)間加以延長(zhǎng)，并沒(méi)有對(duì)阿司匹林的產(chǎn)率產(chǎn)生過(guò)多的影響，并且還會(huì)造成耗時(shí)耗能的現(xiàn)象，因此綜合多方面的考慮，最終決定將析晶時(shí)間控制在2h左右。

在對(duì)物料摩爾比進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，將水楊酸以及乙酸酐之間的比例控制在1：1.5，1：2.0，1：2.5，1：3.0，1：3.5，對(duì)阿司匹林的產(chǎn)率進(jìn)行分析，結(jié)果顯示當(dāng)水楊酸與乙酸酐之間的摩爾比率增加的過(guò)程中，阿司匹林的產(chǎn)率也會(huì)隨之增大，當(dāng)達(dá)到1：2.5時(shí)，產(chǎn)率是最大的，在此后的觀察中發(fā)現(xiàn)，摩爾比例雖然增加了，但是產(chǎn)率反倒呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，并且如果摩爾比率越大，所產(chǎn)生的副產(chǎn)物也就越多，因此本實(shí)驗(yàn)中最終選擇水楊酸與乙酸酐之間的摩爾比為1：2.5。

以水楊酸與乙酸酐摩爾比1∶2.5，反應(yīng)溫度75℃，催化劑用量為水楊酸質(zhì)量的8%，析晶時(shí)間2h條件下，反應(yīng)時(shí)間分別為10min、15min、20min、25min、30min合成阿司匹林。反應(yīng)時(shí)間在10～20min之間時(shí)，阿司匹林產(chǎn)率隨著反應(yīng)時(shí)間增加而增大，在20min后，阿司匹林產(chǎn)率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而變低，副產(chǎn)物增多，故本實(shí)驗(yàn)最佳反應(yīng)時(shí)間為20min。

在上述較優(yōu)條件下，催化劑用量為水楊酸質(zhì)量的8%，反應(yīng)溫度分別為50℃、60℃、70℃、75℃、80℃合成阿司匹林，阿司匹林產(chǎn)率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增大，75℃以前，阿司匹林產(chǎn)率增長(zhǎng)速率較快，隨后增長(zhǎng)緩慢。75℃以后，隨著反應(yīng)溫度增加，能耗增加，而產(chǎn)率增加較緩慢，故本實(shí)驗(yàn)選擇最佳反應(yīng)溫度為75℃。

在以上較優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，催化劑用量分別為水楊酸質(zhì)量的4%、8%、12%、16%、20%，在催化劑用量為水楊酸質(zhì)量的4%～8%之間時(shí)，阿司匹林產(chǎn)率隨著催化劑用量的增加而增大，當(dāng)催化劑用量大于水楊酸質(zhì)量的8%以后，隨著催化劑用量的增加阿司匹林產(chǎn)率降低，由上分析可得最佳催化劑用量為水楊酸質(zhì)量的8%。

4 結(jié)論

4.1 以水楊酸和乙酸酐為原料，分別以濃硫酸、亞硫酸氫鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、醋酸鈉和苯甲酸鈉為催化劑在同反應(yīng)條件下合成阿司匹林，選擇最優(yōu)催化劑為醋酸鈉。

4.2 以醋酸鈉為催化劑，考察析晶時(shí)間、水楊酸與乙酸酐摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量對(duì)水楊酸酰化反應(yīng)的影響。最優(yōu)條件，析晶時(shí)間2h，水楊酸與乙酸酐摩爾比1：2.5，反應(yīng)溫度75℃，反應(yīng)時(shí)間20min，催化劑用量為水楊酸質(zhì)量的8%。在此條件下阿司匹林產(chǎn)率達(dá)88%。

4.3 通過(guò)紅外光譜和XRD對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析表征，說(shuō)明其為目的產(chǎn)物。醋酸鈉催化效果較傳統(tǒng)方法好，無(wú)腐酸排放，對(duì)環(huán)境污染小，是一種環(huán)境友好合成阿司匹林的催化劑。

參考文獻(xiàn)

[1]任春暉，高文革.阿司匹林的用途及進(jìn)展[J].中華臨床內(nèi)科雜志，2004，12（6）：1045-1046.

[2]鄭明花，金京一.阿司匹林系列綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革[J].廣州化工，2010，38（9）：242-244.