阿司匹林合成及提純后產(chǎn)品中水楊酸含量分析的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

齊東來 陳雷

摘要：以水楊酸和乙酸酐為原料，對甲苯磺酸為催化劑合成了阿司匹林，用乙醇/水溶液重結(jié)晶對產(chǎn)物純化，并使用分光光度法對產(chǎn)物中殘留雜質(zhì)水楊酸的含量進(jìn)行了分析。通過此類綜合性化學(xué)實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)中重要知識點(diǎn)的理解和運(yùn)用，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)實(shí)用型人才打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：阿司匹林;有機(jī)合成;水楊酸;分光光度法

阿司匹林化學(xué)名稱為乙酰水楊酸，是常用的安全有效的解熱鎮(zhèn)痛藥及抗風(fēng)濕藥，用來治療頭痛、發(fā)燒，是醫(yī)藥史上“三大經(jīng)典藥物”之一。近年來，阿司匹林的用途不斷擴(kuò)展，研究發(fā)現(xiàn)阿司匹林除了具有預(yù)防心機(jī)梗死的功效外，還可降低某些癌癥的患病風(fēng)險(xiǎn)，其衍生物對某些癌癥具有潛在的治療功效。這些研究成果大大拓展了阿司匹林的應(yīng)用范圍，引起了人們極大的關(guān)注[1]。

阿司匹林的合成是化工、制藥類專業(yè)學(xué)生必修的有機(jī)實(shí)驗(yàn)，其經(jīng)典合成方法以水楊酸和乙酸酐為原料，用濃硫酸做催化劑。但是濃硫酸有腐蝕作用，污染環(huán)境，而且濃硫酸的強(qiáng)氧化性可能導(dǎo)致反應(yīng)物部分碳化，造成收率偏低。因此，尋找催化效果好的環(huán)境友好型催化劑一直受到科研工作者的關(guān)注，相關(guān)研究已有較多報(bào)道[2，3]。在這次啟智創(chuàng)新夏令營項(xiàng)目中，我們從培養(yǎng)學(xué)生的能力出發(fā)，選擇了阿司匹林的合成純化及雜質(zhì)分析為課題內(nèi)容，以對甲苯磺酸為催化劑合成阿司匹林，通過分光光度法對產(chǎn)品中殘留水楊酸的含量進(jìn)行了分析。課題通過合理設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，著重鞏固學(xué)生有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)的基礎(chǔ)知識，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

1. 實(shí)驗(yàn)過程

1.1阿司匹林的合成

本課題采用水楊酸與乙酸酐為反應(yīng)原料，通過查閱文獻(xiàn)，選擇對甲苯磺酸為催化劑。對甲苯磺酸是一種固體有機(jī)強(qiáng)酸，具有催化活性高、經(jīng)濟(jì)易得、使用方便安全、便于保存等特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生們分小組進(jìn)行合成，對甲苯磺酸用量控制在水楊酸用量的5%，乙酸酐用量為水楊酸的1.5～2倍，反應(yīng)溫度控制在75～80℃，反應(yīng)時(shí)間為20～25分鐘。產(chǎn)物經(jīng)飽和NaHCO3溶液溶解后過濾，除掉不溶性副產(chǎn)物，再經(jīng)酸化得到初次提純產(chǎn)物。提純產(chǎn)物經(jīng)乙醇/水溶液重結(jié)晶后得到最終產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對甲苯磺酸具有很好的催化活性，教師的多次實(shí)驗(yàn)中，阿司匹林初次提純產(chǎn)率能穩(wěn)定在80%以上，重結(jié)晶后產(chǎn)率穩(wěn)定在70～80%之間。產(chǎn)品為白色針狀或片狀結(jié)晶，外觀形態(tài)和顏色均很好，熔點(diǎn)測定值與文獻(xiàn)相符合。用1%FeCl3溶液檢驗(yàn)產(chǎn)品，其顯色反應(yīng)均不明顯，說明產(chǎn)品中殘余的水楊酸量已經(jīng)很少。

1.2阿司匹林中水楊酸的分光光度法分析

阿司匹林產(chǎn)品經(jīng)過純化后，大多數(shù)副產(chǎn)物已被除掉，殘留的水楊酸是影響原料藥質(zhì)量的主要雜質(zhì)。水楊酸是阿司匹林引起消化道刺激的主要因素，也是控制阿司匹林制劑質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[4]。水楊酸不僅對人體有毒性，而且分子中的酚羥基在空氣中逐漸被氧化成一系列醌型有色物質(zhì)，可使阿司匹林制劑變色[5]。因此準(zhǔn)確、快速測定阿司匹林制劑中水楊酸的含量具有重要意義。水楊酸可與FeCl3定量反應(yīng)生成藍(lán)紫色配合物，其含量與吸光度在稀溶液范圍內(nèi)符合朗伯-比爾定律?？衫眠@一原理，采用分光光度法測定殘留的水楊酸含量。

分光光度法是分析化學(xué)中重要的知識章節(jié)，在課堂教學(xué)中學(xué)生們已經(jīng)學(xué)習(xí)了相關(guān)理論，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中也進(jìn)行了操作練習(xí)。本課題通過阿司匹林中水楊酸含量的測定，進(jìn)一步加深學(xué)生對分光光度法理論知識的理解，并鞏固多項(xiàng)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，初次提純的產(chǎn)品即可達(dá)到較高純度，大多數(shù)學(xué)生分析結(jié)果水楊酸含量低于0.5%，重結(jié)晶后水楊酸的含量可進(jìn)一步降低到0.3%以下。教師的預(yù)作實(shí)驗(yàn)同樣達(dá)到了這樣的結(jié)果，表明合成的阿司匹林具有很高的純度。

2.課題主要研究內(nèi)容

在實(shí)驗(yàn)開始前，教師向?qū)W生們講述了阿司匹林的發(fā)現(xiàn)、合成和研究應(yīng)用的歷史，使學(xué)生們對所研究的對象有了更深入的了解。本課題將有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行了充分融合，理論知識涉及了有機(jī)合成的酯化反應(yīng)原理，分析化學(xué)的分光光度法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括了加熱控溫、攪拌、過濾、洗滌、重結(jié)晶、測熔點(diǎn)等有機(jī)實(shí)驗(yàn)的基本操作，以及天平稱量、移液、定容、分光光度計(jì)使用等分析實(shí)驗(yàn)的基本操作。這些操作覆蓋面廣、針對性強(qiáng)，不僅有效的鞏固了學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，提高了實(shí)際操作的能力，而且對進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)也有很好的幫助。

由于對理論知識理解的不夠充分，部分學(xué)生在合成實(shí)驗(yàn)及提純產(chǎn)品的過程中不可避免的出現(xiàn)了一些失誤，影響了產(chǎn)率。教師在實(shí)驗(yàn)后會對學(xué)生容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行解釋，幫助學(xué)生更好的理解實(shí)驗(yàn)原理，掌握實(shí)驗(yàn)技能。

3.課題總結(jié)及展望

參加本次夏令營項(xiàng)目的學(xué)生都并順利完成了課題研究，得到了高純度的阿司匹林并分析了產(chǎn)品中主要雜質(zhì)水楊酸的含量。實(shí)驗(yàn)報(bào)告由教師統(tǒng)一要求格式，從背景知識、實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、數(shù)據(jù)記錄和計(jì)算、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差分析和個(gè)人心得體會等六個(gè)方面對課題進(jìn)行了全面的總結(jié)。學(xué)生們對課題設(shè)計(jì)反映良好，表示通過實(shí)驗(yàn)鞏固了理論并學(xué)到了很多課外知識，增長了實(shí)驗(yàn)技能，對未來的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了更多的興趣，提高了對科研創(chuàng)新的認(rèn)識。

本次課題學(xué)生的實(shí)驗(yàn)為統(tǒng)一模式，試劑及用量固定，并未進(jìn)行分組對照。今后可在實(shí)驗(yàn)中選擇不同的催化劑進(jìn)行效果對照，使學(xué)生對催化劑有更全面的了解。另外，教師在預(yù)做實(shí)驗(yàn)時(shí)將對甲苯磺酸進(jìn)行了回收并重復(fù)利用，回收催化劑重復(fù)使用兩次，依然得到了很好的產(chǎn)率。由于時(shí)間原因，該內(nèi)容并未在本次研究中進(jìn)行實(shí)踐。今后可以在類似的課題研究中加以實(shí)踐，提高學(xué)生對于綠色化學(xué)和節(jié)約試劑的認(rèn)識理解。

參考文獻(xiàn)

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