超聲法制備乙酰水楊酸的條件研究

韓小見

（長(zhǎng)治學(xué)院 化學(xué)系，山西 長(zhǎng)治 046011）

乙酰水楊酸（俗稱阿司匹林）作為解熱鎮(zhèn)痛藥的代表，其安全性和有效性上的優(yōu)良表現(xiàn)使其具有接近100年的臨床使用歷史。近年來它的其他用途不斷被發(fā)現(xiàn)，不僅廣泛用于治療傷風(fēng)、感冒、神經(jīng)痛、頭痛、消炎和抗風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎，還可用于乳腺癌、直腸結(jié)腸癌、食道癌等多種癌癥的防治，其稀溶液還可用于澆灌果樹，具有防落花、落果等功效。此外，有研究發(fā)現(xiàn)阿司匹林為不可逆的花生四烯酸環(huán)氧醚抑制劑，具有很強(qiáng)的抗血小板凝聚的作用，還能抑制血小板中血栓素A2的合成。因此，阿司匹林已經(jīng)開始用于心血管系統(tǒng)疾病的治療和預(yù)防，引起了人們的極大興趣[1]。

傳統(tǒng)的乙酰水楊酸是在濃硫酸催化條件下以水楊酸和乙酸酐為原料合成的[1]。雖然方法經(jīng)典，工藝成熟，但它存在如下缺點(diǎn)：1）設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，有排酸污染。2）操作條件苛刻。濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，反應(yīng)要嚴(yán)格控制加料速度和攪拌轉(zhuǎn)速，否則會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物炭化。3）產(chǎn)品干燥時(shí)，會(huì)因?yàn)榱蛩岱蛛x不完全而導(dǎo)致部分產(chǎn)品氧化，引起產(chǎn)品顏色變壞，甚至殘余的濃硫酸會(huì)催化水解乙酰水楊酸為水楊酸[2]。為避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，尋找新的環(huán)保型催化劑并實(shí)現(xiàn)阿司匹林的“綠色生產(chǎn)”，化學(xué)工作者做了大量的研究工作：1）用其它酸作催化劑，如對(duì)甲基苯磺酸、酸性離子液體、草酸等[2-3]。2）用堿作催化劑，如氫氧化鉀、乙酸鈉、苯甲酸鈉、吡啶、碳酸氫鈉[4]和固體碳酸鈉[5]等。3）用無機(jī)氧化物及鹽類作催化劑，如氧化錫、三氯化鋁、三氯稀土、復(fù)合無機(jī)離子交換劑、硫酸氫鈉、膨潤土、磷酸二氫鈉等。還有用固體超強(qiáng)酸、雜多酸和分子篩催化合成乙酰水楊酸的研究等[6]。

維生素 C（Vitamin C,Ascorbic acid，抗壞血酸）屬于多羥基內(nèi)酯類化合物，分子中含有一雙烯醇式羥基極易解離而釋出氫陽離子，是呈酸性和還原性的維生素類藥物，對(duì)化學(xué)試劑具有廣泛的反應(yīng)性能，尤其對(duì)酯化反應(yīng)有一定的催化作用，在一定條件下能活化反應(yīng)底物[7]。作為一種價(jià)廉易得的綠色環(huán)保催化劑，具有反應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)單、無需回收、對(duì)設(shè)備無腐蝕和產(chǎn)率相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的對(duì)環(huán)境無污染的環(huán)保催化劑[8-9]。文章利用超聲法以維生素C作催化劑制備乙酰水楊酸，并探討了制備乙酰水楊酸的最佳條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品：水楊酸（石家莊市有機(jī)化工廠A.R）；乙酸酐（山西太原藥業(yè)有限公司A.R）；維生素C（山西太原藥業(yè)有限公司C.R）；95%的乙醇（天津市凱通化學(xué)試劑有限公司A.R）。

1.2 主要儀器：KQ2200DE型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；DF-101S型集熱式磁力加熱攪拌器（常州市普天儀器制造有限公司）；202型電熱恒溫干燥箱（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；FA2004N電子天平（上海菁海儀器有限公司）；WRX-4顯微熔點(diǎn)儀（上海易測(cè)儀器設(shè)備有限公司）；NICOLET380FT-IR紅外光譜儀（天津市拓普儀器有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

以水楊酸、乙酸酐為原料，維生素C為催化劑合成乙酰水楊酸。反應(yīng)式如下：

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

在4.7 mL（49.72 mmol）乙酸酐中加入一定量的維生素C，攪拌使維生素C溶解，再加入3.5 g（25.34 mmol）干燥的水楊酸充分振蕩，超聲加熱使水楊酸溶解，保持溫度在70℃約30分鐘，停止超聲后，攪拌直至冷卻，加入20 mL冷蒸餾水，在冷水浴中冷卻出現(xiàn)白色晶體，抽濾，得到粗乙酰水楊酸，用95%的乙醇重結(jié)晶得純乙酰水楊酸，產(chǎn)率約88%，熔點(diǎn)為135.2～136.1℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波溫度對(duì)產(chǎn)率的影響

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響Figure 1Temperature effect on the yield of acetyl salicylic acid

原料配比（水楊酸∶乙酸酐）為1∶3，維生素用量為0.2 g，反應(yīng)時(shí)間為30 min，考察不同溫度對(duì)產(chǎn)率的影響。得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示：反應(yīng)產(chǎn)率隨著溫度的上升先升高后下降，當(dāng)反應(yīng)溫度在50℃以下時(shí)水楊酸有部分未溶解，仍成渾濁狀態(tài)。較低的溫度不利于打開分子內(nèi)氫鍵，過高的溫度則有利于分子間的縮合反應(yīng)從而對(duì)提高產(chǎn)率不利，產(chǎn)率分別為 40 ℃，65.6%；50℃，71.9%；60℃，63.9%；70℃，54.0%；80℃，42.7%。故反應(yīng)體系最佳溫度為50℃。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

原料配比（水楊酸∶乙酸酐）為1∶3，維生素用量為0.2 g，反應(yīng)溫度為最優(yōu)化溫度50℃，考察時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響。得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示：當(dāng)時(shí)間分別為 20 min，25 min，30 min，35 min，40 min，時(shí)，產(chǎn)率分別是52.4%；57.2%；62.1%；61.0%；58.4%。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響Figure 2 Time effect on the yield of acetyl salicylic acid

由圖2知，產(chǎn)率隨時(shí)間增加先升后降，最佳反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為30 min。

2.3 催化劑用量對(duì)產(chǎn)率的影響

原料配比（水楊酸∶乙酸酐）為1∶3，反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為30 min，考察催化劑用量對(duì)產(chǎn)率的影響。得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示：當(dāng)催化劑用量分別為 0.1 g，0.2 g，0.3 g，0.4 g，0.5 g 時(shí)，產(chǎn)率分別是52.4%；57.2%；62.1%；61.0%；58.4%。

圖3 催化劑用量對(duì)乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響Figure 3 The effect of the catalyst amount on the yield of acetyl salicylic acid

由圖3可知，產(chǎn)率隨催化劑用量先增大后降低。0.2 g有較好產(chǎn)率。過多過少的催化劑均會(huì)降低催化效果，過少的催化劑會(huì)使反應(yīng)不完全，過多的催化劑會(huì)促使乙酰水楊酸分解。

2.4 原料摩爾比對(duì)產(chǎn)率的影響

圖4 原料摩爾比對(duì)產(chǎn)率的影響Figure 4 The effect of the ratio of starting materials on the yield of acetyl salicylic acid

反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為30 min，催化劑用量0.2 g，考察原料摩爾比對(duì)產(chǎn)率的影響。得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示：當(dāng)原料摩爾比分別為1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶5 時(shí)，產(chǎn)率分別是 46.3%；76.1%；88.0%；74.6%；66.4%。

由圖4可知，隨著乙酸酐用量的增加，反應(yīng)的產(chǎn)率先增加后降低，等摩爾比為1∶3時(shí)，產(chǎn)率達(dá)到最大值。當(dāng)乙酸酐的用量增加時(shí)，產(chǎn)率反而下降，因?yàn)樗狒脑黾硬糠謺?huì)溶解產(chǎn)品，產(chǎn)率下降，且浪費(fèi)原料。所以最佳摩爾比為1∶3。

2.5 產(chǎn)物紅外光譜表征

用溴化鉀壓片法測(cè)定產(chǎn)品的紅外光譜，3235.23 cm-1為羧基O-H鍵伸縮振動(dòng)峰，2997.87 cm-1為甲基 C-H伸縮振動(dòng)吸收峰，1755.46cm-1，1694.16 cm-1為羰基的伸縮振動(dòng)吸收峰，1430.46 cm-1，1470.41 cm-1，1483.03 cm-1，1608.13 cm-1為苯環(huán)骨架的吸收峰。所列IR譜圖與文獻(xiàn)基本一致[9]。

3 結(jié)論

在超聲波輻射下，以維生素C為催化劑，由水楊酸和乙酸酐為原料合成乙酰水楊酸，探究了溫度、時(shí)間、原料的摩爾比、催化劑量等因素對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響。確定了反應(yīng)的較佳條件：溫度為50℃，時(shí)間為30 min，水楊酸和乙酸酐的摩爾比1∶3，催化劑量0.2 g，產(chǎn)率為88.0%。結(jié)果表明，維生素C作催化劑產(chǎn)率高于傳統(tǒng)的濃硫酸作催化劑的產(chǎn)率，并且具有廉價(jià)易得、對(duì)設(shè)備無腐蝕、對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)。