微波合成阿司匹林的工藝研究

1、微波合成阿司匹林的工藝研究李秋榮高志輝佟琦(燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，秦皇島，066004)摘要(本論文采用微波方法合成阿司匹林·用無水碳酸鈉作催化劑t研究了微波在有機(jī)合成中的應(yīng)99第六屆全國微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研討會學(xué)術(shù)論文用及其加熱原理。利用了交互的正交試驗(yàn)方法，在反應(yīng)物配比、微波功率、輻射時間和催化劑用量這四個聞素中尋找出攝佳合成工藝條件，從而提高了阿司匹林的產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了有效地利用微波技術(shù)促進(jìn)有機(jī)合成反應(yīng)。關(guān)鍵詞微波；正交試驗(yàn)j碳酸鈉：乙酰水楊酸阿司匹林有著廣泛的藥用價值，其市場需求量也不斷增加這就要求采用先進(jìn)方法，提高產(chǎn)率，以滿足人們的需要。本試驗(yàn)采用有交互作用的正交試驗(yàn)法，目的在

2、于選取合適的催化劑用量適宜的原料水楊酸與乙酸酐的配比，最佳的輻射時間以及微波爐的使用功率，從而達(dá)到攝高的收率。設(shè)計(jì)本試驗(yàn)的另一目的是弄清楚微波加熱的原理I。31，即研究為什么微波輻射可以在極短的時間內(nèi)達(dá)到反應(yīng)條件，使反應(yīng)速率提高了幾十倍。從而可以進(jìn)一步研究微波輻射應(yīng)用于其它的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)微波技術(shù)在有機(jī)臺成中的廣泛應(yīng)用。1實(shí)驗(yàn)部分l 1主要儀器與藥品格蘭仕WD900BS電腦燒烤微波爐：HHs型水浴鍋；sHzD(III)循環(huán)水式真空泵；101AlE電熱鼓風(fēng)干燥箱：RY一1熔點(diǎn)儀：E55+FRAl06紅外光譜儀：乙酸酐(化學(xué)純)；水楊酸(分析純)：無水碳酸鈉(優(yōu)級純)。l：止交試驗(yàn)設(shè)計(jì)當(dāng)試驗(yàn)的

3、因子數(shù)和水平數(shù)較少時，我們可以將所有可能的搭配都進(jìn)行試驗(yàn)，然后將試驗(yàn)結(jié)果加以比較和討論，就可尋找出最好的反應(yīng)條件。而當(dāng)試驗(yàn)的因子數(shù)和水平數(shù)較多時，若還要對所有的搭配都進(jìn)行試驗(yàn)，那么工作量就太大了，必定會影響工作的效率，這時就可以用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法”，選擇一個合適的正交表來進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、綜合比較、統(tǒng)計(jì)分析，尋求出最佳的工藝條件。本實(shí)驗(yàn)考慮了各方面的因素，設(shè)計(jì)了交互的L2，(3”)正交表，正交實(shí)驗(yàn)的因子數(shù)和水平數(shù)見表1。表1正交試驗(yàn)的因子數(shù)和水平數(shù)Table 2-1 The factors and horizontal data oforthogonal experiments因子數(shù)A【n(水楊酸

4、)： B【微波爐C【輻射時間D【催化劑 11(乙酸酐)】功率w s 用善Agl 1：l 360 45 0154072060750 20 32實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論21實(shí)驗(yàn)結(jié)果和正交表的計(jì)算與分析按照L2，(3”)正交表規(guī)定的反應(yīng)物用量，按照上述的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，記錄下每一次實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)量，根據(jù)反應(yīng)方程式，計(jì)算出反應(yīng)的產(chǎn)率，記錄于表2中。本試驗(yàn)考慮了四個因子數(shù)和三個水平數(shù)，設(shè)計(jì)了L27(3”)正交表進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)中涉及到了10n發(fā)明與創(chuàng)新徽型化學(xué)實(shí)驗(yàn)專輯nvenlion and Innovation任意兩個因子的交互作用，若用直觀分析法。就不能估計(jì)試驗(yàn)過程中以及試驗(yàn)結(jié)果測定中必然存在的誤差的大小，即不能區(qū)

5、分某因子各水平所對應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果問的差異究竟是真正由因子水平不同所引起的，還是由試驗(yàn)的誤差所引起的，因此不能知道試驗(yàn)的精度，并且直觀分析就無法考察交互作用影響的大小。為了解決上面提到的問題，我們可以采用方差分析的方法，此方法是將因子水平(或交互作用)的變化所引起的試驗(yàn)結(jié)果間的差異與誤差的波動所引起的試驗(yàn)結(jié)果間的差異區(qū)分開來的一種方法。利用多因子試驗(yàn)的方差分析方法對正交表進(jìn)行計(jì)算結(jié)果見表3。將各因子及其有交互作用的因子間的F比與從F表中查得的數(shù)據(jù)相互比較。其顯著性檢驗(yàn)的過程見表4的方差分析。本實(shí)驗(yàn)通過對L2，t3”)正交表的方差分析，可以得知：(1) 因子A對產(chǎn)物收率無顯著影響，可任意選取。(2)

6、 因子B對產(chǎn)物收率有顯著影響，根據(jù)I”II”B的大小可以看出t選取I水平或2水平。(3) 因子C對產(chǎn)物收率有顯著影響，根據(jù)I c、II c、Ic的大小可以看出，選取2水平。(4) 因子D對產(chǎn)物收率有顯著影響，根據(jù)I D、II D、D的大小可以看出，選取1水平。(5) 考慮A【n(水楊酸)：n(乙酸酐)】與B【微波爐功率船】的交互作用，B選取2水平，A選取2水平。(6) 考慮B【微波爐功率w】與C【輻射時f司s的交互作用，C選取I水平，B還是選取2水平。從各因子及其交互的F比可以判斷出各因子對產(chǎn)率的影響大小順序?yàn)椋河绊懸阴Ｋ畻钏岙a(chǎn)率的主次因素為：A×B。卜B一B×cC卜D_卜

7、A且最佳生產(chǎn)條件為：B2CIDlA2，即水楊酸為50克，乙酸酐為68mLt微波功率為540W，輻射時間為45s，催化劑無水碳酸鈉用量為0Ig。表2正交表實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率的數(shù)據(jù)記錄Table 2 The yield ofthe orthogonal experiments第六屆全國微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研討會學(xué)術(shù)論文表3 L：，(3,3)正交表的計(jì)算Table 4-2The calculations of也e orthogonaltableL”，(3¨)592 597 63l 3505 35 64 3982 12279636 612 572 4045 3745 3272 1229l577 649 594

8、 3329 4212 3528633 548 6 39 40 07 3003 4083615 6。22 5。84 37612 606 6 02 37574 623 622 32606 623 5 9l 36643 586 59l 4l82 3869 341l45 3672 362495 388l 386972 388l 349334 3434 3493599 617 604 3588 3807 364862l 563 637 3856 3169 40580008002812299 002812326 005512，291 002012 268 000312272 000l12273 00021

9、2290 00191227 000l12 314 0043583 602 636 3399 3612 40 45 12284 001313 627 61l 582 393l 3733 3387 12263 0008產(chǎn)率的和G=Y，=18202：G2=3313l：CT=G227=12271表4方差分析表Table 5 The analyzing table ofsquare margin方差來源偏差平方和自由度F比顯著性A【n(水楊酸)：n(乙St=S=0008 2 165 無顯著影響酸酐)】B【微波爐功率w S|=s。=0028 2 579C【輻射時間s】sc=s5=O020D【催化荊用量g

10、So=S。=0019AXB交互作用S=S。+S，=0 083B)(C交互作用s眥=s。+s。=0 0132 4142 3 934 8584 465顯著影響顯著影響顯著影響高度顯著影響顯著影響誤差Se=O，029 1222產(chǎn)品的表征。_。_。_。_。-_-。_-_。-_。_-。-_。_-_-_一1021234S6789U挖絲塑蘭型至燮型些蘭壅整主塑!：!竺竺!：型竺圖1產(chǎn)品的紅外光譜圖Figure 1 The infrared spectrum ofthe productA 13601355cm Ctt。一co一官能團(tuán)中與氫鍵結(jié)合的主要吸收帶：B 1605cml 苯環(huán)C 1690 cm。1 共軛的一c00H：D 1750 cm。1 酯鍵，E 3060 amll 芳香CH伸縮：F段31002900cmCH；一c0一中與氫鍵結(jié)合的非常弱的吸收帶；G段30002500cm 一cH中的一oH鍵的伸縮，由于組合吸收帶等而出現(xiàn)特征的小吸收帶：H 750cm。1苯環(huán)上的官能團(tuán)處于鄰位結(jié)論(1) 采用L27(3”)正交表，用微波方法多次合成阿司匹林，最后通過對正交表的方差計(jì)算得出了生產(chǎn)阿司匹林的最佳工藝條件：水楊酸59，乙酸酐68mL，微波功率540W，輻射時間4