超聲輻射法制備阿司匹林

超聲輻射法制備阿司匹林

阿司匹林也被稱為三氟丙烯酸，是治療發(fā)熱、鎮(zhèn)痛劑和抗風(fēng)濕劑的常用藥物。近年來，它的新用途不斷被發(fā)現(xiàn)。作為治療和預(yù)防心腦血管疾病的藥物，已廣泛應(yīng)用于臨床實(shí)踐。隨著國內(nèi)外對阿司匹林研究的不斷深入,有許多新的治療用途得以發(fā)現(xiàn)。阿司匹林的生產(chǎn)是以水楊酸和乙酸酐為原料,在催化劑的作用下經(jīng)?；磻?yīng)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)制備方法是以濃硫酸作催化劑,產(chǎn)率一般在(65%～70%),并且對設(shè)備的腐蝕性較大,對環(huán)境污染較重,且易發(fā)生副反應(yīng)而使產(chǎn)品色澤深,不利于提純。人們對該反應(yīng)使用的催化劑開展了許多研究,已見報(bào)道的催化劑有硫酸氫鈉、檸檬酸、Lewis酸、氫氧化鉀、固體維生素C、三氯稀土、Brφnsted酸性離子液體等,它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)。在文獻(xiàn)報(bào)道中,以固體氫氧化鉀為催化劑合成阿司匹林的收率可以達(dá)到90%,但反應(yīng)需要相對較高反應(yīng)溫度(60～65℃)和較長的反應(yīng)時(shí)間(20min)。聲化學(xué)是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的超聲與化學(xué)的交叉學(xué)科,主要是利用超聲空化效應(yīng)所產(chǎn)生的瞬間內(nèi)爆時(shí)強(qiáng)烈的振動波,產(chǎn)生短暫的高能環(huán)境(據(jù)計(jì)算在毫微秒的時(shí)間間隔內(nèi)可達(dá)2000～3000℃和幾百個(gè)大氣壓)。這些能量可以用來打開化學(xué)鍵,促使反應(yīng)的進(jìn)行,同時(shí)也可通過聲的吸收,介質(zhì)和容器的共振性質(zhì)引起的二級效應(yīng),促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。作為一種新的能量形式用于有機(jī)合成,不僅可以改善反應(yīng)條件、加快反應(yīng)速度和提高反應(yīng)產(chǎn)率,還可以使一些常規(guī)不能進(jìn)行或很難進(jìn)行的反應(yīng)得以順利進(jìn)行。超聲波在有機(jī)合成中得到了廣泛的應(yīng)用,但用超聲輻射來合成阿司匹林還鮮見報(bào)道。本文利用固體氫氧化鈉為催化劑,水楊酸與乙酸酐為原料,采用超聲波合成法合成了阿司匹林,并用正交實(shí)驗(yàn)對合成阿司匹林的最佳條件進(jìn)行了研究。1實(shí)驗(yàn)部分1.1紅外光譜測定乙酸酐、水楊酸、固體氫氧化鈉均為分析純。KQ200KDB型超聲波清洗器;NicoleAvatar360型紅外光譜儀(KBr壓片);XRC-1顯微熔點(diǎn)測定儀;雙量程分析天平。1.2超聲波清洗法實(shí)驗(yàn)用的玻璃儀器用超聲波清洗,恒溫150℃干燥。在50mL圓底燒瓶中按計(jì)量比加入水楊酸、乙酸酐和固體氫氧化鈉,稍加搖動,固定于超聲波清洗器中,在不同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)后加入40mL蒸餾水,攪拌,置于冰水中冷卻,使結(jié)晶完全。抽濾,濾餅用少量蒸餾水洗滌,干燥后得白色針狀阿司匹林粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品加入飽和碳酸氫鈉溶液,攪拌至無氣泡,濾去不溶物,濾液緩慢倒入盛有濃鹽酸的燒杯中,攪拌,將燒杯置于冰水浴中充分冷卻,使固體析出完全,抽濾,干燥得到阿司匹林產(chǎn)品。2結(jié)果與討論2.1標(biāo)準(zhǔn)圖譜lmr對提純、干燥后的阿司匹林產(chǎn)品(m.p.134～136℃)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,結(jié)果如下。IR(KBr,ν/cm-1):2547～3490(—OH);3002,2873(—CH2—H);1757(COCH3),1690(COOH);1605,1458,1515,1575,1605(Ar);1370(—CH3);1305,1187(—OCO—);755(Ar—H)。與標(biāo)準(zhǔn)圖譜吸收峰位置一致。1HNMR(CDCl3,400MHz)δ:2.35(s,3H,—CH3),7.13～7.15(m,1H,Ar—H),7.33～7.37(m,1H,Ar—H),7.60～7.64(m,1H,Ar—H),8.11～8.13(m,1H,Ar—H),11.18～11.26(br,1H,—COOH)。用1%三氯化鐵溶液檢驗(yàn)產(chǎn)物,溶液不發(fā)生顯色反應(yīng),產(chǎn)品純度較好。2.2超聲催化劑用量對阿斯匹林產(chǎn)率的影響經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)得知,超聲輻射功率、輻射時(shí)間、n(水楊酸)∶n(乙酸酐)、催化劑用量和反應(yīng)溫度等因素對乙酰水楊酸的產(chǎn)率均有影響。本文選用正交表L16(45)考察上述5個(gè)因素分別在4個(gè)水平上的正交實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表1和表2。由表2可知,影響阿司匹林產(chǎn)率的主次因素:A>E>D>B>C,說明反應(yīng)物的量比、超聲輻射功率和催化劑的用量對產(chǎn)率影響較大。正交實(shí)驗(yàn)的較佳實(shí)驗(yàn)條件是:即n(水楊酸)∶n(乙酸酐)=1∶2.5,固體氫氧化鈉催化劑為水楊酸質(zhì)量的10%,反應(yīng)溫度40℃,超聲功率為160W,輻射時(shí)間8min。若乙酸酐量少,水楊酸不能充分反應(yīng),產(chǎn)率降低;乙酸酐量過大,可能會消耗氫氧化鈉而影響催化效果,產(chǎn)率也降低。超聲功率為160W,輻射時(shí)間為8min時(shí),反應(yīng)進(jìn)行完全,微波功率過小或時(shí)間過短,水楊酸轉(zhuǎn)化不充分,產(chǎn)品純度不好;微波功率過大或時(shí)間過長,會使反應(yīng)體系的溫度升至過高,時(shí)間過長,會在圓底燒瓶底部結(jié)成固體,難以分離,且產(chǎn)率也會有所降低。若催化劑的量過少,反應(yīng)轉(zhuǎn)化催化不充分;催化劑過量,產(chǎn)率降低。2.3合成阿斯匹林的產(chǎn)率在n(水楊酸)∶n(乙酸酐)=1∶2.5,超聲功率160W,催化劑用量為水楊酸質(zhì)量的10%,輻射時(shí)間8min,反應(yīng)溫度40℃下,平行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果偏離不大,產(chǎn)率穩(wěn)定在93.0%以上(N=3)。與文獻(xiàn)報(bào)道的比較結(jié)果見表3。由表3可知,以氫氧化鈉為催化劑超聲波合成阿司匹林與以氫氧化鉀為催化劑傳統(tǒng)方法合成相比較,反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間都明顯降低,產(chǎn)率有所增加;與以碳酸鈉為催化劑微波合成相比較,反應(yīng)時(shí)間相對較長,超聲波合成使用的功率(160W)比微波合成使用的