酒石酸鈉鉀為催化劑合成阿司匹林的研究

郭召美等

摘 要：以酒石酸鈉鉀作為催化劑，用鄰羥基苯甲酸和乙酸酐為原料合成阿司匹林。在實(shí)驗(yàn)室條件下，初步探討了催化劑用量、物料配比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度對(duì)乙酰水楊酸收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酒石酸鈉鉀是一類很好的催化劑，當(dāng)酸酐物質(zhì)的量比為1：2，酒石酸鈉鉀用量為0.3g，反應(yīng)時(shí)間為15min，反應(yīng)溫度為75℃，純化后阿司匹林收率達(dá)85.32%。

關(guān)鍵詞：乙酰水楊酸；合成；酒石酸鈉鉀

阿司匹林（Aspirin），學(xué)名乙酰水楊酸（acetylsalicylic acid），因良好的清熱、鎮(zhèn)痛、抗炎效果，被廣泛的應(yīng)用，所以乙酰水楊酸的在化工生產(chǎn)有著很重要的地位。同時(shí)乙酰水楊酸的制備實(shí)驗(yàn)在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中處于十分重要的地位?，F(xiàn)有的合成都采用濃硫酸催化合成法[1]，而濃硫酸作為催化劑在使用的過程中存在：濃硫酸屬于易制毒品；氧化性和脫水性很強(qiáng)，不安全、物料的用量比較大、副產(chǎn)物比較多、反應(yīng)的后處理較麻煩、產(chǎn)品色澤較深、濃硫酸很容易腐蝕設(shè)備等諸多不足。因此人們做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，試圖尋找新的環(huán)境友好型的催化劑來代替濃硫酸，還有用微波輻射，超聲波輔助合成等。酒石酸鉀鈉（Potassium sodium tartrate），是一種很常見的化學(xué)試劑，無毒，易得，作為催化劑在回收利用方面符合所提倡的綠色化學(xué)的要求，比較適用于實(shí)驗(yàn)室合成。通過考察產(chǎn)品的產(chǎn)率、溫度、反應(yīng)耗時(shí)、原料消耗幾個(gè)方面對(duì)催化劑的優(yōu)越性進(jìn)行比較驗(yàn)證。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

無水酒石酸鈉AR級(jí)；鉀水楊酸AR級(jí)；乙酸酐AR級(jí)；硫酸；碳酸氫鈉，乙酸酐AR級(jí)。電子天平；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；予華WC-1X-4型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀；Bruker amZon SL型質(zhì)譜儀；循環(huán)水真空泵。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在裝有事先干燥的水楊酸和新蒸的乙酸酐的250mL三角燒瓶中，加入適量的催化劑，充分震蕩、搖勻，待水楊酸全部溶解在乙酸酐中時(shí)，把三角瓶移至水浴中加熱，保持瓶?jī)?nèi)溫度恒定，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到所需時(shí)間后，將三角燒瓶從水浴拿出，自然冷卻至室溫，有白色的乙酰水楊酸晶體析出，若無晶體析出，可將三角瓶放置在冰水中，同時(shí)用玻璃棒摩擦三角燒瓶?jī)?nèi)壁使晶體生成，然后加入適量冰水，待結(jié)晶后完全抽濾，并用少量冰冷水洗滌三次，得到粗產(chǎn)品，將粗產(chǎn)品轉(zhuǎn)移至150ml燒杯中，邊攪拌邊加入一定量的飽和碳酸氫鈉溶液，直至沒有二氧化碳?xì)馀莓a(chǎn)生，抽濾，并用少量水洗滌，將合并濾液倒入預(yù)先盛有體積分?jǐn)?shù)為33.3%的鹽酸溶液的燒杯中，攪拌均勻，即可得到白色的乙酰水楊酸晶體。將燒杯置于冰水浴中至完全結(jié)晶后減壓過濾，用冷水洗滌2～3 次，用潔凈的玻璃塞擠壓濾餅，抽干水分，干燥后稱重，取少量結(jié)晶溶解在少量水中，并滴加幾滴1%三氯化鐵，觀察顏色變化。將結(jié)晶溶于乙酸乙酯中，水浴中加熱回流，當(dāng)剛有不溶物出現(xiàn)時(shí)，停止加熱并趁熱過濾，冷卻濾液，得到乙酰水楊酸晶體。抽濾并收集產(chǎn)物，干燥后測(cè)熔點(diǎn)，用質(zhì)譜儀檢測(cè)。

1.3 正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

為了得到合成乙酰水楊酸的最佳條件，本實(shí)驗(yàn)選取水楊酸-乙酸酐配料比（mol/mol）A、反應(yīng)溫度（℃）B、恒溫反應(yīng)時(shí)間（min）C和催化劑用量（g）D作為主要考察因素，以純產(chǎn)品乙酰水楊酸的產(chǎn)率作為考察指標(biāo)，進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)（表1），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用直觀分析和方差分析處理并確定最佳試驗(yàn)條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 四因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在充分探索實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇4個(gè)因素為影響乙酰水楊酸的產(chǎn)率的主要因素，每個(gè)因素選擇3個(gè)水平，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從正交實(shí)驗(yàn)表2中可以看出實(shí)驗(yàn)序號(hào)為2時(shí)，乙酰水楊酸的收率最高為77.4%，其反應(yīng)條件為A1B2C2D2（即水楊酸和乙酸酐的摩爾比為1：2、反應(yīng)溫度為75℃、反應(yīng)時(shí)間為15min、催化劑用量為0.2g），由表可知物料比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量四種因素對(duì)乙酰水楊酸的產(chǎn)率的影響順序?yàn)锳>D>B>C。所以物料的配比的影響最大、而反應(yīng)溫度的影響最小。反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度的影響比較小。

隨著乙酸酐用量增加，產(chǎn)率有所下降，當(dāng)配比為1：4時(shí)，粗產(chǎn)物為油狀物，產(chǎn)率有所下降，該合成反應(yīng)的最適物料配比為水楊酸：乙酸酐=1：2；隨著反應(yīng)溫度增加和降低，產(chǎn)率都有所下降，所以該反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度為75℃；隨著反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，產(chǎn)率下降，隨著催化劑的用量的增加，乙酰水楊酸的產(chǎn)率總體是下降的。

3 結(jié)束語

酒石酸鈉鉀對(duì)合成乙酰水楊酸具有良好的催化活性，相對(duì)于傳統(tǒng)的濃硫酸為催化劑，產(chǎn)品收率較高，無廢酸排放，對(duì)設(shè)備無腐蝕性，安全、環(huán)保。完全可以作為大學(xué)有機(jī)實(shí)驗(yàn)的中乙酰水楊酸的制備的催化劑。

參考文獻(xiàn)

[1]龍盛京.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2004：130-131.

[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.

作者簡(jiǎn)介：賀池先，曲靖師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院助教，理學(xué)碩士，主要從事有機(jī)合成學(xué)的研究。