阿司匹林的合成

1、阿司匹林的制備一、實驗?zāi)康模?、了解阿司匹林制備的反應(yīng)原理和實驗方法。2、通過阿司匹林制備實驗，初步熟悉有機化合物的分離、提純等方法。3、鞏固稱量、溶解、加熱、結(jié)晶、洗滌、重結(jié)晶等基本操作。4、了解合成中的副產(chǎn)物以及相應(yīng)的除雜方法。5、了解阿司匹林合成中可使用的催化劑二、實驗原理：阿司匹林的合成原理是在催化劑作用下 ,以醋酐為?；瘎?, 與水楊酸羥基酰 化成酯。傳統(tǒng)的合成阿司匹林的催化劑為濃硫酸，它存在如下缺點：1）收率較低（65%70%）,腐蝕設(shè)備 ,有排酸污染；2）操作條件要求嚴格。濃硫酸具有強氧化性 , 反應(yīng)要嚴格控制其加入速度和攪拌 速度, 否則會導(dǎo)致反應(yīng)物碳化；3）粗產(chǎn)品干燥時 ,由

2、于硫酸分離不完全而導(dǎo)致部分產(chǎn)品氧化 , 引起產(chǎn)品成色不好；4）產(chǎn)品不能加熱干燥 , 否則產(chǎn)品中殘余的濃硫酸會催化乙酰水楊酸水解成水楊 酸。因而尋找一類新的催化活性高、 環(huán)保型的催化劑來代替質(zhì)子酸催化合成乙酰 水楊酸必要的， 改進后的催化劑大體可分為酸性催化劑、 堿性催化劑和其他類型 催化劑。酸性催化劑酸性催化劑催化合成阿司匹林的機理如下 :在酸作用下 ,乙酸酐中羰基碳原 子的正電性增強 ,使乙酸酐中酰基容易向羥基轉(zhuǎn)移形成酯基 , 即完成乙酰水楊酸 的合成。催化劑酸性越強 , 氫質(zhì)子流動性越好 , 越易于催化酯基的生成 , 但在乙酰 水楊酸的合成中 , 催化劑酸性太強 , 也會造成水楊酸分子中羧

3、基與另一水楊酸分 子中的酚羥基脫水酯化 ,生成較多的酯聚合副產(chǎn)物。 因此,以濃硫酸為催化劑合成 阿司匹林的反應(yīng)為基礎(chǔ) , 人們對酸性化合物替代濃硫酸為催化劑合成阿司匹林進 行了大量研究 , 取得了可喜成果。酸性催化劑包括路易斯酸、固體酸、有機酸、酸性無機鹽、酸性膨潤土等。1、酸性膨潤土的催化效果膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產(chǎn)資源， 具備二維通道和大孔 分子篩的性質(zhì) , 用酸處理后所得的酸性膨潤土催化酯化反應(yīng)最大優(yōu)點是收率高 , 催化劑經(jīng)熱過濾與產(chǎn)品分離后 ,再經(jīng)干燥、凈化、活化處理,可反復(fù)使用 ,成本低, 不污染環(huán)境 , 是一種綠色催化劑，該方法消除了環(huán)境污染 , 產(chǎn)品質(zhì)量但收率中

4、等。2、對甲苯磺酸的催化效果對甲苯磺酸為固體有機酸 , 經(jīng)濟易得, 污染少,收率高，操作方便 ,具有較好的 工業(yè)化前景。對甲苯磺酸具有催化活性高，選擇性好，操作方便，污染少等顯著 優(yōu)點。3、活性二氧化錫固體酸的催化效果用微波輻射法制備的活性二氧化錫固體酸為催化劑 ,85 下,反應(yīng) 45 min 可 使阿司匹林收率達到 81.6%,產(chǎn)物中酯聚合物的含量較少 , 所得產(chǎn)品為純白色， 可 在干燥箱中加熱干燥而且乙酰水楊酸極少水解。活性二氧化錫性質(zhì)穩(wěn)定, 操作安全, 所得產(chǎn)品容易分離 ,回收的二氧化錫除去少量雜質(zhì)可重復(fù)使用。4、NaHSO4催化用硫酸氫鉀催化合成乙酰水楊酸， 具有催化劑在反應(yīng)過程保持固

5、態(tài)， 反應(yīng)完 畢經(jīng)熱過濾即可與產(chǎn)品分離、 不溶于反應(yīng)體系、 易回收等特點， 克服了濃硫酸對 設(shè)備的強腐蝕性、 對環(huán)境的污染等缺點， 符合綠色化學(xué)的發(fā)展方向， 具有工業(yè)應(yīng) 用的前景。堿性化合物堿性化合物為催化劑基于堿性化合物能與水楊酸反應(yīng)、 能破壞水楊酸分子內(nèi) 氫鍵、活化水楊酸的羥基機理 , 許多堿性化合物可以作為催化劑合成阿司匹林。 常見的催化劑包括強堿、弱堿和弱酸強堿鹽。1、吡啶催化效果吡啶催化效果優(yōu)良，收率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)，但較易吸水形成共物，形成80，共沸物，使反應(yīng)溫度較難控制，且反應(yīng)中產(chǎn)生難聞的氣味。反應(yīng)溫度為 反應(yīng)時間為 30min，催化劑用量為 5%，試劑摩爾比為 1:4.2 時

6、產(chǎn)率最高。吡啶作 催化劑為水楊酸質(zhì)量的 5%時，產(chǎn)率為 80.2%。弱堿性吡啶催化劑合成乙酰水楊 酸產(chǎn)率高于濃硫酸催化劑產(chǎn)率。2、碳酸鈉催化微波合成阿司匹林的效果 采用無水碳酸鈉作為催化劑以微波合成法合成乙酰水楊酸的實驗技術(shù)比用 濃硫酸作催化劑的加熱合成法速度快數(shù) 10 倍，產(chǎn)率和純度均較高， 不污染環(huán)境， 避免濃硫酸存在造成的設(shè)備腐蝕和操作的不安全因素，適合21 世紀綠色合成，經(jīng)濟環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求。其他類型催化劑1、 維生素 C 為催化劑維生素 C 是一種內(nèi)酯類化合物，分子中有一雙烯醇結(jié)構(gòu) ,呈酸性和還原性 ,對 酯化反應(yīng)有一定的催化作用 ,催化效率與溫度有關(guān)。用維生素 C 為催化劑催化

7、的 該反應(yīng)，反應(yīng)速度快，操作簡單，催化劑無需回收，反應(yīng)條件溫和，不腐蝕儀器 設(shè)備，對環(huán)境無污染。維生素 C 是一種常見的維生素類藥，價廉易得，以其作 為催化劑具有獨特的優(yōu)勢，具有一定的工業(yè)應(yīng)用前景。 2、以三氯稀土為催化劑三氯稀土是一種簡單、便宜和易得的 Lewis 酸，具有可溶性強、可回收再使 用、對設(shè)備腐蝕輕、無污染等優(yōu)點，是一種可望用來解決傳統(tǒng) Lewis 酸造成環(huán)境 污染問題的環(huán)境友好催化劑， 符合綠色化學(xué)的時代潮流。 用三氯稀土作催化劑與 用濃硫酸作催化劑效果相當(dāng)，但同時又克服了濃硫酸作催化劑所具有的腐蝕設(shè) 備，污染化境的缺點。 其中稀土中 YCl3 的催化效果較好。 用三氯稀土作催

8、化劑， 其優(yōu)點在于反應(yīng)結(jié)束分離出產(chǎn)品后， 將水溶液蒸干， 剩余物可再次用于該反應(yīng)的 催化，采用相同的反應(yīng)條件，重復(fù)利用 3 次，產(chǎn)率不變，但成本較高。3、以碳酸鉀為催化劑實驗原理：用碳酸鉀代替濃硫酸或濃磷酸作催化劑合成阿司匹林。 分析及比 較：（1）K2CO，作為催化劑合成阿司匹林具有較好的催化效果。克服了濃酸作催 化劑時對設(shè)備的腐蝕，造成環(huán)境污染等缺點。4、以活性炭固載 SnCl4·5H2O 為催化劑通過用活性炭固載 SnCl4 · 5H20 作為催化劑催化合成阿司匹林。該催化劑具有催化活性高、反應(yīng)時間短、易分離、無污染的特點，符合綠色生產(chǎn)的要求， 且具有較高的實用價值，

9、 可代替其它催化劑。 其催化效果良好， 不僅改善了傳統(tǒng) 用的催化劑硫酸帶來的腐蝕設(shè)備，環(huán)境污染等缺點，而且比活炭固載A1C1，催化的產(chǎn)率高 1 引。該催化劑還可以通過簡單的操作便可回收利用，符合綠色生 產(chǎn)的要求，具有投入工業(yè)生產(chǎn)的價值。5、強酸樹脂環(huán)境友好催化 用強酸性陽離子交換樹脂作催化劑比傳統(tǒng)的濃硫酸作為催化劑合成阿司匹 林有更高的收率， 且無腐蝕性，不污染環(huán)境， 反應(yīng)重現(xiàn)性好強酸性陽離子交換樹 脂作為一種綠色催化劑催化活性高， 后處理簡單， 可重復(fù)利用 3 次，所得產(chǎn)品結(jié) 晶色擇好。在工業(yè)生產(chǎn)中， 可簡化生產(chǎn)工藝， 節(jié)省能源最主要的是它可以避免如 濃硫酸催化時，對經(jīng)基苯甲酸的破壞以及引起

10、自身縮合等副反應(yīng)。6、以離子液體為催化劑可使用的離子液體有 Brnsted 酸性離子液體 HmimBF4、bmimHSO4 和 bmimH2PO4，例如采用 Br 離子液體對阿司匹林的合成有較好的催化作用。 產(chǎn)物 和離子液體不溶而分層 , 便于分離 , 且離子液體可以重復(fù)使用。離子液體不僅是 一種綠色溶劑，在反應(yīng)中還顯示出反應(yīng)速率快，轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)的選擇性高，催 化體系可循環(huán)重復(fù)使用等優(yōu)點。阿司匹林的工業(yè)制法： 苯酚與二氧化碳在氫氧化鈉存在下在高溫高壓的條件下反應(yīng)， 得到水楊酸二 鈉鹽（ Kolbe-Schmidt 反應(yīng)）。反應(yīng)后加入稀硫酸中和。加入乙酸酐進行乙酰化，得到阿司匹林。這是由酚羥基

11、的特殊性質(zhì)決定， 酚羥基很難直接和乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)。 該反 應(yīng)實際上依然是酯化反應(yīng)。阿司匹林的其他合成方法就是以不同的催化劑來催化合成。 本實驗采用傳統(tǒng)法來合成阿司匹林。 水楊酸分子中含羥基 （ OH）、羧基（COO）H，具有雙官能團。本實驗采用以強酸為硫酸作為催化劑，以乙酐為乙?；?試劑，與水楊酸的酚羥基發(fā)生?；饔眯纬甚ァ７磻?yīng)如下：COOHOOH2SO4OH + CH3C O CCH3 7580COOH水楊酸乙酸酐OOCCH3 + CH3COOH 乙酰水楊酸 乙酸引入?；脑噭┙絮；噭?，常用的乙酰化試劑有乙酰氯、乙酐、冰乙酸 本實驗選用經(jīng)濟合理而反應(yīng)較快的乙酐作?；瘎８狈磻?yīng)有：水楊酸聚

12、合物本實驗可能產(chǎn)生的副產(chǎn)物有：乙酰水楊酸酐，水楊酸，乙酸苯酯，水楊酸苯 酯，乙酰水楊酸苯酯； 可能的副反應(yīng)： 原料水楊酸可能帶入脫羧產(chǎn)物苯酚和水楊 酸苯酯，與原料醋酸酐酸化， 生成乙酸苯酯和水楊酸苯酯。 另外苯酚和水楊酸苯 酯有可反應(yīng)生成乙酰水楊酸苯酯，三者不溶于碳酸鈉。制備的粗產(chǎn)品不純，除上面兩副產(chǎn)品外，可能還有沒有反應(yīng)的水楊酸等雜質(zhì)。本實驗用 FeCl3 檢查產(chǎn)品的純度。 雜質(zhì)中有未反應(yīng)完酚羥基， 遇 FeCl3 呈紫 藍色。如果在產(chǎn)品中加入一定量的 FeCl3，無顏色變化，則認為純度基本達到要 求。三、主要儀器及試劑試劑： 水楊酸 2.00g（0.015mol） ，乙酸酐 5mL（0.0

13、53mol） ，NaHCO3（aq，） 4mol/L 鹽酸，濃流酸，冰塊， 95%乙醇，蒸餾水， 1%FeCl3 。儀器： 150mL 錐形瓶， 5mL 吸量管（干燥，附洗耳球） ，100mL、250mL、 500mL燒杯各一只，加熱器，橡膠塞，溫度計，玻璃棒，布氏漏斗，表面皿， 50mL 量筒，烘箱四、實驗步驟1. 乙酰水楊酸制備（1）稱取水楊酸 1.98g 于錐形瓶（ 150mL）；在通風(fēng)條件下用吸量管取乙酸 酐 3mL，加入錐形瓶，滴入 5 滴濃流酸， （ 濃硫酸用量要控制（ V<0.2mL） , 附乙 酰水楊酸分解 126-135 ，水楊酸與乙酐混合后沒有及時加硫酸并加熱，會發(fā)

14、生較多副反應(yīng) ） 搖動使固體全部溶解，蓋上帶玻璃管的膠塞，在事先預(yù)熱的水浴 中加熱約 10-15min 。水浴裝置： 500mL燒杯中加 100mL水、沸石，用溫度計控制 85-90 。（2）取出錐形瓶，將液體轉(zhuǎn)移至 250mL燒杯并冷卻至室溫（可能會沒有晶 析出）。加入 50mL水，同時劇烈攪拌 （ 攪拌要激烈，否則會析出塊狀物體，影響 后續(xù)實驗 ）, 冰水中冷卻 10min，晶體完全。（3）抽濾。冷水洗滌幾次，盡量抽干，固體轉(zhuǎn)移至表面皿，風(fēng)干 .2. 乙酰水楊酸提純（1）粗產(chǎn)品置于 100mL燒杯中緩慢加入飽和 NaHCO3溶液，產(chǎn)生大量氣體， 固體大部分溶解。共加入約 5mL 飽和 Na

15、HCO3（aq攪） 拌至無氣體產(chǎn)生。（2）用干凈的抽濾瓶抽濾，用 5-10mL 水洗（可先轉(zhuǎn)移溶液，后洗） 。將濾 液和洗滌液合并并轉(zhuǎn)移至 100mL燒杯中，緩緩加入 15mL 4mol/L 的鹽酸（ 加入鹽 酸要滴加，加入過快會導(dǎo)致析出過大的晶粒影響干燥 ） 。邊加邊攪拌，有大量氣 泡產(chǎn)生。（3）用冰水冷卻 10min 后抽濾， 2-3mL 冷水洗滌幾次，抽干。干燥 （ 烘箱 55min） 。稱量（產(chǎn)品秤量理論： 2.58g ）。（4）產(chǎn)品純度檢驗：取幾粒結(jié)晶，加 5mL水，加少量乙醇增加其解度，滴 加 1%FeCl3溶液。檢驗純度。（5）雜質(zhì)的含量是 =所得產(chǎn)物的總質(zhì)量產(chǎn)品的理論值。五、實驗注意事項及參考數(shù)據(jù)1、參考數(shù)據(jù)：名稱分子量m.p. 或 b.p.水醇醚水楊酸138158(s)微易易醋酐102.09139.35(l)易溶乙酰水楊酸180.17135(s)溶、熱溶微2、注意事項1）、實驗在通風(fēng)櫥中進行， 因為乙酸酐具有強烈刺激性， 并注意不要粘在皮 膚上。2）、