乙酰水杨酸的制备方法探究检测版(9页).doc

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1、-乙酰水杨酸的制备方法探究检测版-第 9 页乙酰水杨酸的制备方法探究化学专业学生 李贝贝指导教师 周芳霞摘要：乙酰水杨酸是日常生活中非常重要的药物之一，文章系统的探究了关于阿司匹林的制备方法。从发展历程、作用、危害三方面对阿司匹林进行了介绍，简单讲述了传统制备乙酰水杨酸的化学方法。针对传统方法，对微波辐射和利用共沸物进行水浴加热合成乙酰水杨酸的两种改进方法进行了研究。考察了草酸、硫酸氢钠和路易斯酸NiSO4作催化剂制备乙酰水杨酸的可实施性，通过分析前人实验数据，系统的探究了硫酸氢钠作催化剂条件下，催化剂用量、反应摩尔比、微波辐射功率、辐射时间等多种因素对乙酰水杨酸的合成的影响。关键词：乙酰水杨

2、酸 制备 催化剂 合成引言乙酰水杨酸自从问世以来一直深受各界欢迎，到目前为止，阿司匹林已应用百年，成为医药史上三大经典药物之一，至今它仍是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药，也是作为比较和评价其他药物的标准制剂。随着科技的发展与时代的进步，它的作用不断被发现，作为一种日常药物之一，其具有解热镇痛、抗炎、抗风湿等作用。在临床上乙酰水杨酸被用来进行多种疾病的治疗，本品可以有效防治食道癌、直肠和结肠癌等癌症，还具有抑制血小板聚集的作用，防止血栓形成。从古至今科学家们对乙酰水杨酸的研究就未停止过。许多院校都开设了乙酰水杨酸的制备的有机化学实验教学，通过此项教学，可以帮助学生掌握有机化学物质分离提纯的

3、方法，为以后课程、教学打下坚实的基础、但目前的实验效果都不理想，传统的制备乙酰水杨酸的化学方法，耗时耗材，而且其产物的提取纯度也非常有限，不尽人意。针对这些问题，科学家们致力于改进合成方法的研究，力求生产效率提高，减少副产物 ，避免环境的污染，使得实验得以更加准确 ，大大提升实验的有效性。随着人们对其需求的增加，乙酰水杨酸的合成产率开始受到各界研究者们的重视。传统的合成方法产率有限，且用浓硫酸1作催化剂，各种实验数据都表明对环境造成一定的破坏，随后研究者们通过实验探究了多种新型合成方法，为了能够找出绿色高效的乙酰水杨酸的合成技术，,寻找新的催化剂成为研究的新课题，有用对甲苯磺酸2，3，乙酸钠4

4、，三氯稀土5，钨硅酸6等作催化剂合成乙酰水杨酸的研究，还有 用微波辐射合成乙酰水杨酸7,8 的研究。论文对浓硫酸、草酸、硫酸氢钠以及路易斯酸NiSO4作催化剂的条件下的实验优缺点进行了整理与探究，此外还介绍了两种新型乙酰水杨酸的合成实验方法：微波辐射下的乙酰水杨酸合成、利用共沸物加热的乙酰水杨酸合成。1 乙酰水杨酸 11 乙酰水杨酸的简介111 化学中的乙酰水杨酸 化学名称:2-(乙酰氧基)苯甲酸，也叫作乙酰基柳酸、醋柳酸。乙酰水杨酸作为日常生活用药之一，是历史悠久的解热镇痛药，是一种闻名世界的老资格药品，很受人们欢迎。其分子相对质量是180.16，熔点是1.35。 乙酰水杨酸为白色结晶或结晶

5、性粉末，味微酸，微带醋酸臭，性质不稳定，易溶于乙醇，溶于氯仿和乙醚，微溶于水。化学性质主要分为三个大的方面（1）酸的通性；（2）酯化反应；（3）水解反应 。还能够与NaOH发生反应 ，被碳酸钠和氢氧化钠溶液溶解和分解。通常以水杨酸为原料，使它与乙酸酐经过乙酰化直接反应即可制备出阿司匹林。在潮湿的空气中会慢慢分解成水杨酸和醋酸并带轻微酸臭味，因此贮藏时应该注意置于密闭、干燥处，以防止其分解。112 医用中的阿司匹林 在医用中，一般阿司匹林用以口服后从而达到其解热、止痛、抗血小板聚集等的作用，止痛这是乙酰水杨酸最基本的作用，能够缓解头痛、神经痛、肌肉痛、关节痛、类风湿性关节炎及牙痛 。乙酰水杨酸可

6、有效防止血栓形成，在临床中，常用于预防心脑血管疾病的发作或其他手术后的血栓形成。还可用于胆道蛔虫治疗。值得注意的是，阿司匹林虽然有如此大的价值，但是它仍存在着不可忽视的危害和缺陷，作为一种药物和化学品，它有着一定的毒性和副作用，服用不当可能会会刺激 胃黏膜从而引起溃疡病，或诱发间质性肾炎等。因此在使用阿司匹林治疗一般感冒和疼痛以外的疾病 ，一定要在医生的指示下服用。12 乙酰水杨酸的研发历史121 乙酰水杨酸的问世 阿司匹林自1899年上市以来，一直深受人们追捧 ，作为历史上三大经典药物之一，即使是在科技发达的现在，虽然出现了各种各样的新的止痛药物，它凭借物美价廉的特点仍然得到人们的青睐。18

7、98年，由德国化学家霍夫曼成功合成出乙酰水杨酸，霍夫曼查阅了大量资料，对水杨酸及其一系列化合物的性能进行了多次实验分析，他发现水杨酸经过酯化生成的乙酰水杨酸，不仅酸性、毒性和副作用都降低了，而且很好的保持了水杨酸治病的作用。其后由拜耳公司推向市场，并命名为阿司匹林。阿司匹林上市以后，需求量迅速增加，这为拜耳公司带来了巨大的收益，同时霍夫曼也因为发现了乙酰水杨酸而名扬天下。 在这之前法国的化学家热拉尔在1853年首先合成了乙酰水杨酸，但是当时并没有引起人们的重视。122 从杨柳到乙酰水杨酸 乙酰水杨酸的合成最终追溯到杨柳，从杨柳到乙酰水杨酸，这一路的研究过程经过了无数科学家们的努力。杨柳中含有水

8、杨苷C13H18O7,水杨苷在人体内分解为水杨醇和葡萄糖分子，然后水杨醇被氧化成水杨酸，水杨酸在当时已经被人们用于止痛。随后又有科学家从其他植物中提取出了水杨酸，但是天然植物中含有的水杨酸提取过程并不简单，耗时耗力，不仅如此，水杨酸用于治病副作用很强，它容易刺激胃，造成胃出血，严重者导致胃溃疡。后来，德国化学家赫尔曼 -柯尔柏发明了以苯酚为原料合成水杨酸9的方法 ，实现了水杨酸的工业化生产，使得水杨酸的价格大大降低。其后，法国化学家热拉尔在1853年用水杨酸和乙酸酐反应制得乙酰水杨酸，热拉尔发明的方法一直沿用到了今天。2 乙酰水杨酸的作用 21 乙酰水杨酸的医用价值 乙酰水杨酸在医学中叫做阿司

9、匹林，是一种常见的解热、止疼及抗风湿类的药物，所以常用来治疗各种疼痛，如牙疼、头疼、肌肉酸痛等。另外，阿司匹林还可以预防和治疗冠心病、糖尿病、白内障、老年痴呆、心肌梗死过后的长期治疗。经研究，服用阿司匹 林能大大降低使胆道再次结石的可能性，能够有效的防治乳腺癌、肺癌、皮肤癌等疾病。有医生曾做过相关实验观察发现乙酰水杨酸对冠心病的治疗起到了很大的作用。研究证明阿司匹林对前列腺素合成有抑制作用，能够起到了止痛的作用。 它的这种抑制作用可以治疗对前列腺素增多而引起的腹泻。乙酰水杨酸也是其他药物的中间体，以乙酰水杨酸为主药的多种复方制剂也受到大家的欢迎。比如：复方阿司匹林、扑尔感冒片、复方扑尔敏、小儿

10、退热片等药，都属于阿司匹林 “家族”。22 乙酰水杨酸的其他价值乙酰水杨酸除了上述的药用价值外，还具有许多其他不可忽视的珍贵价值。银杏是世界上珍稀裸子植物之一，具有很高的药用价值，我国近年来对银杏的开发利用十分活跃，但是天然银杏生产周期长，且幼苗易患苗木茎腐病，无法满足市场对银杏的需要。同时还能降低幼苗茎腐病发病率；产量提高，有效改善银杏品质。不仅仅是对于银杏而言，在农业上，阿司匹林对农作物有良好的增产，抗旱等特殊功效，可增强农作物的抗旱、抗扛倒伏能力，起到了提高农作物产量的作用。到目前为止，它的作用还在一直被不断的发现中。3 乙酰水杨酸的危害口服阿司匹林可直接剌激胃黏膜引起胃肠道症状，这是阿

11、司匹林最常见的不良反应，会引起恶心呕吐等症状。个别患者服用阿司匹林后会引起皮疹、哮喘等过敏反应。这是因为阿司匹林抑制前列腺素的生成。阿司匹林服用量过大时会出现水杨酸反应，会导致晕眩、耳鸣，严重者更是会出现精神错乱、昏迷等，一般停药2-3天后便可完全恢复。阿司匹林用于治疗儿童流感或水痘治疗时可能引起瑞氏综合征。瑞氏综合征一般认为与下列因素有关：如病毒、水杨酸盐、外源性病毒、内在代谢缺陷等，各因素可相互影响而造成。因此临床上病毒性感冒时不提倡使用阿司匹林。乙酰水杨酸的不当使用还有可能破坏肝、肾功能，造成出血、溶血、造血功能障碍。因此，阿司匹林虽然是一种有效地解热镇痛药物，但是其危害也不容小觑。4

12、乙酰水杨酸的制备自乙酰水杨酸问世以后，就有很多研究者对其合成制备方案不断进行改进，力求达到更高的产率，并尽可能对环境造成较小的危害，本文作者阅读了大量相关文章以后，对以下几种方法进行了简单论述。41 关于催化剂 在乙酰水杨酸的制备试验中，传统的方法中所用催化剂是浓硫酸，但是此种方法反应时间长，耗能多，反应过程中产生副作用，对环境造成很大危害。随着科技与知识的发展，研究者们开始尝试用其他更好的化学物来代替浓硫酸，从而达到提高产物、减小破坏的新局面。411 草酸与硫酸氢钠 称取一定物质的量比的水杨酸和新蒸馏的乙酸酐，分别与一定量的草酸、硫酸氢钠一起加入干燥的圆烧瓶中，置于恒温水浴锅中保持回流温度在

13、最佳反应条件下反应一段时间，观察试验现象。反应结束后，缓慢冷却至室温，加入适量蒸馏水搅拌，充分冷却，使之完全结晶。进行抽滤，用少量蒸馏水洗涤滤渣数次，加入饱和碳酸氢钠溶液至无气体放出，搅拌，过滤除去副产物，经干燥后得到乙酰水杨酸粗产品。将粗产品用乙醇水溶液进行重结晶提纯，经干燥后得到白色晶体。称量计算产率。通过前人实验数据10,11：草酸催化剂下，乙酰水杨酸产率达到66.5%，硫酸氢钠催化剂下，乙酰水杨酸的产率达到了77.3%。经过比较分析，发现硫酸氢钠与草酸催化下的乙酰水杨酸的产率都得到了不同程度的提高，相比较而言，硫酸氢钠的效果更好一些，做到了有机实验低危害的效果。另外研究表明由水杨酸与乙

14、酐酯化合成阿司匹林，用一水硫酸氢钠为催化剂，硫酸氢钠作催化剂合成阿司匹林的效果与浓硫酸催化剂下的阿司匹林合成其效果是差不多的，但是前者实验操作更加安全，硫酸氢钠难溶于有机溶剂，这使得实验能够成功分离回收，可重复使用，并且极少有碳酸氢钠的不溶副产物产生，呈现纯白晶体，。通过该种方法制得的阿司匹林产率产率较高，因此这种方法12在追求绿色和谐发展的二十一世纪里受到人们的青睐。412 路易斯酸NiSO4 研究者们通过大量实验13证明了通过控制用量与条件，路易斯酸NiSO4可以作为一种很好的催化剂投入生产。其实验室制备的最佳条件是：2.0g的水杨酸与5.0mL的乙酸酐反应，在0.4g的催化剂NiSO4催

15、化作用下, 在80 温度下反应 30 min,则乙酰水杨酸的产率可高达 85.2%。路易斯酸作催化剂对比传统的浓硫酸 作为催化剂合成阿司匹林有更好的效果 ,且对实验设备不会造成腐蚀, 对环境污染小, 更符合二十一世纪绿色化学的要求。 42 传统制备方法探究 本实验制备是在浓硫酸作催化作用下，水杨酸 (邻羟基苯甲酸 )与乙酸酐进行酯化反应 ,乙酸酐在酸性条件下，形成稳定的中间体，增加了羰基碳原子 的电正性。水杨酸分子中酚羟基氧上存在孤对电子，通过乙酰化反应使水杨酸分子中酚羟基上的氢原子被乙酰基取代生成乙酰水杨酸。浓硫酸作催化剂 ,其作用是破坏水杨酸分子中羧基与酚羟基间形成的氢键 ,从而使酰化反应

16、容易完成，43 改进制备方法探究 传统的合成方法不仅产率受限，而且对环境也会造成很大的危害。第一点，实验过程中，催化剂浓硫酸对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。试验结束后其废液若进入到土地中，会破坏土壤，进而影响植物生长，破坏水质，不管是人类还是自然界都会因此受到伤害。第二点，实验过程中需要进行水浴加热，而温度控制如果做的不好，此反应会产生副反应，得到副产物，会直接影响实验结果，从而降低乙酰水杨酸的合成产率，对实验设备也会有一定的腐蚀。这些都是传统方法中会出现的不可避免的问题。为此，研究者们经过不断努力，对实验方法又进行了改进，在此对以下两种方法进行了分析探究。431 微波辐射下乙酰水杨

17、酸的快速合成 为了建立乙酰水杨酸的快速合成方法，有研究者进行了以下实验方法：将水杨酸和乙酸酐作为反应原料，以浓硫酸作催化剂，采用不同的微波辐射功率、反应时间及原料摩尔配比等合成乙酰水杨酸，经过实验验证14了解这些因素对收率的影响。结果发现使用140 W的微波辐射功率，在n（水杨酸）：n（乙酸酐）=1：2.0的条件下，5 g水杨酸中加0.36 g浓硫酸（为水杨酸质量的6%），反应时间为60 s时，反应效果最佳，产品收率为90.8%。微波辐射条件下乙酸水杨酸的快速合成法有效的改善了传统方法反应时间长、产率低、能耗大的缺陷。但是因为该法仍以浓硫酸为催化剂，仍存在环境污染与腐蚀设备问题，不适合21世纪

18、绿色合成的可持续发展要求。 在这里有研究者提出使用无水三氮化铝作催化剂15，控制微波功率为650W，辐射反应时间为2min，n（水杨酸）：n（乙酸酐）=1：3.0的实验条件，此时乙酰水杨酸产率达到69.2%。虽然产率不如浓硫酸作催化剂时的产率高，但是解决了环境污染的问题。查阅文献报道得知在微波辐射的实验条件下，选择不同的催化剂合成乙酰水杨酸，实验的辐射功率一般 都会不下于400 w 7,16, 此外，通过分析前人16的实验数据，由表1可见，硫酸氢钠的催化效果较浓硫酸很好，只需要添加0.05 g就可使产率达82 .2 %，添加0 .2 g可使产率提高89 .5 %，再继续增加催化剂用量，产率变化

19、不明显，因此催化剂用量以0 .2g/5g水杨酸为宜，即催化剂用量为水杨酸质量的4 %。 由表2可见, 增加乙酸酐用量有利于产率的提高，但其比例在大于 12 后 ,即使增加乙酸酐的用量，产率变化趋势也不大, 因此在该实验条件下,最佳条件为 n(水杨酸)n(乙酸酐)=12 .0 。由表3看出，微波辐射功率为288W时产率较低,功率为648W时，产率较464W时降低，分析可知，这可能是由于温度过高, 发生了聚合反应，造成产率的降低，,并给分离带来困难。因此最优的辐射功率为 464 W 。由表4看出，产率随微波辐射时间的变化趋势与微波辐射功率的影响基本一致，辐射时间短或辐射时间长，都会影响乙酰水杨酸的

20、产率。因此适宜辐射时间为 60s 。 由上述可得出以下结论：A、用硫酸氢钠催化和微波辐射合成乙酰水杨酸最佳实验条件为n(水杨酸):n(乙酸酐)=1:2.0，催化剂用量为水杨酸的 4 %，微波输出功率为464W，辐射时间为 60s，产率可达 89.5 %。B、此方法具有操作简单、反应迅速、对设备腐蚀作用小、能源消耗少、产率较高等优点。生成的乙酸还可用碱回收制备乙酸钠，符合环境友好、绿色化学的要求。432 利用共沸物进行水浴加热 实验过程中为了保证药品受热均匀，需要进行水浴加热，此实验其温度要控制在80到90摄氏度之间才能保证实验顺利进行，因此在进行这个环节时我们用水与异丙醇的二元共沸物代替水浴加

21、热中的水，这样就可以控制温度区间在8090摄氏度，有效地增加了产率。第一步要量取定量的水杨酸和乙酸酐，将其放入锥形瓶中，滴入合适的催化剂，轻轻晃动锥形瓶使得反应物固体得以溶解，然后在85摄氏度左右的异丙醇与水的共沸物中加热约20分钟，移出锥形瓶，当内容物温热时慢慢地入 35ml 冰水，此时反应放热，直至沸腾。反应平稳后，再加入40ml 水，用冰水浴冷却并用玻璃棒不断搅拌，使结晶完全析出。抽滤，用少量冰水洗涤两次。利用此方法可减少副产物，减轻对仪器的腐蚀，体现21世纪低碳环保、绿色化学的理念。433 多因素对合成实验的影响 通过分析探讨上述两种合成方法可以得知，在乙酰水杨酸的制备过程中，会受到多

22、种因素的影响，这些影响都会造成乙酰水杨酸的产率或大或小，例如：水杨酸与乙酸酐的配比、催化剂的选择、温度、反应时间等都对乙酰水杨酸的产率造成很大影响。而研究者们的工作便是通过大量的实验去验证和发现这些实验条件是如何对实验结果造成影响以及造成什么样的影响的。由图标可以明显看出各种单一因素对乙酰水杨酸合成产率的影响，因此在实验时一定要要综合考虑各种因素，寻找最佳合成条件，已达到最优的效果。5 结论通过上述所述，对乙酰水杨酸（阿司匹林）有了进一步深刻的了解，不仅仅在医学上，阿司匹林是一种珍贵的药品，在其他方面也具有很大的作用。了解了不同催化剂对阿司匹林的制备具有不同的影响，根据具体情况制定最佳合成方案，才能高效的合成乙酰水杨酸，掌握了不同的制备乙酰水杨酸的实验方法及所得产率。参考文献：1张彩华，张晓萍.乙酰水杨酸(阿斯匹林)的制备J.萍乡高等专科学校学报,2006.67-68