阿司匹林合成及提純后產品中水楊酸含量分析的實驗設計

齊東來 陳雷

摘要：以水楊酸和乙酸酐為原料，對甲苯磺酸為催化劑合成了阿司匹林，用乙醇/水溶液重結晶對產物純化，并使用分光光度法對產物中殘留雜質水楊酸的含量進行了分析。通過此類綜合性化學實驗，加深學生對有機化學和分析化學中重要知識點的理解和運用，提高學生的實踐能力和創新能力，為培養實用型人才打下基礎。

關鍵詞：阿司匹林;有機合成;水楊酸;分光光度法

阿司匹林化學名稱為乙酰水楊酸，是常用的安全有效的解熱鎮痛藥及抗風濕藥，用來治療頭痛、發燒，是醫藥史上“三大經典藥物”之一。近年來，阿司匹林的用途不斷擴展，研究發現阿司匹林除了具有預防心機梗死的功效外，還可降低某些癌癥的患病風險，其衍生物對某些癌癥具有潛在的治療功效。這些研究成果大大拓展了阿司匹林的應用范圍，引起了人們極大的關注[1]。

阿司匹林的合成是化工、制藥類專業學生必修的有機實驗，其經典合成方法以水楊酸和乙酸酐為原料，用濃硫酸做催化劑。但是濃硫酸有腐蝕作用，污染環境，而且濃硫酸的強氧化性可能導致反應物部分碳化，造成收率偏低。因此，尋找催化效果好的環境友好型催化劑一直受到科研工作者的關注，相關研究已有較多報道[2，3]。在這次啟智創新夏令營項目中，我們從培養學生的能力出發，選擇了阿司匹林的合成純化及雜質分析為課題內容，以對甲苯磺酸為催化劑合成阿司匹林，通過分光光度法對產品中殘留水楊酸的含量進行了分析。課題通過合理設計綜合性實驗，著重鞏固學生有機化學和分析化學的基礎知識，強化實驗操作能力，培養學生分析問題和解決問題的能力，提高學生的綜合素質。

1. 實驗過程

1.1阿司匹林的合成

本課題采用水楊酸與乙酸酐為反應原料，通過查閱文獻，選擇對甲苯磺酸為催化劑。對甲苯磺酸是一種固體有機強酸，具有催化活性高、經濟易得、使用方便安全、便于保存等特點。在實驗過程中學生們分小組進行合成，對甲苯磺酸用量控制在水楊酸用量的5%，乙酸酐用量為水楊酸的1.5～2倍，反應溫度控制在75～80℃，反應時間為20～25分鐘。產物經飽和NaHCO3溶液溶解后過濾，除掉不溶性副產物，再經酸化得到初次提純產物。提純產物經乙醇/水溶液重結晶后得到最終產物。實驗結果表明對甲苯磺酸具有很好的催化活性，教師的多次實驗中，阿司匹林初次提純產率能穩定在80%以上，重結晶后產率穩定在70～80%之間。產品為白色針狀或片狀結晶，外觀形態和顏色均很好，熔點測定值與文獻相符合。用1%FeCl3溶液檢驗產品，其顯色反應均不明顯，說明產品中殘余的水楊酸量已經很少。

1.2阿司匹林中水楊酸的分光光度法分析

阿司匹林產品經過純化后，大多數副產物已被除掉，殘留的水楊酸是影響原料藥質量的主要雜質。水楊酸是阿司匹林引起消化道刺激的主要因素，也是控制阿司匹林制劑質量的重要指標之一[4]。水楊酸不僅對人體有毒性，而且分子中的酚羥基在空氣中逐漸被氧化成一系列醌型有色物質，可使阿司匹林制劑變色[5]。因此準確、快速測定阿司匹林制劑中水楊酸的含量具有重要意義。水楊酸可與FeCl3定量反應生成藍紫色配合物，其含量與吸光度在稀溶液范圍內符合朗伯-比爾定律。可利用這一原理，采用分光光度法測定殘留的水楊酸含量。

分光光度法是分析化學中重要的知識章節，在課堂教學中學生們已經學習了相關理論，基礎實驗中也進行了操作練習。本課題通過阿司匹林中水楊酸含量的測定，進一步加深學生對分光光度法理論知識的理解，并鞏固多項分析化學實驗操作。實驗結果表明，初次提純的產品即可達到較高純度，大多數學生分析結果水楊酸含量低于0.5%，重結晶后水楊酸的含量可進一步降低到0.3%以下。教師的預作實驗同樣達到了這樣的結果，表明合成的阿司匹林具有很高的純度。

2.課題主要研究內容

在實驗開始前，教師向學生們講述了阿司匹林的發現、合成和研究應用的歷史，使學生們對所研究的對象有了更深入的了解。本課題將有機化學和分析化學的內容進行了充分融合，理論知識涉及了有機合成的酯化反應原理，分析化學的分光光度法。實驗內容包括了加熱控溫、攪拌、過濾、洗滌、重結晶、測熔點等有機實驗的基本操作，以及天平稱量、移液、定容、分光光度計使用等分析實驗的基本操作。這些操作覆蓋面廣、針對性強，不僅有效的鞏固了學生的化學實驗技能，提高了實際操作的能力，而且對進行其他實驗也有很好的幫助。

由于對理論知識理解的不夠充分，部分學生在合成實驗及提純產品的過程中不可避免的出現了一些失誤，影響了產率。教師在實驗后會對學生容易出現的問題進行解釋，幫助學生更好的理解實驗原理，掌握實驗技能。

3.課題總結及展望

參加本次夏令營項目的學生都并順利完成了課題研究，得到了高純度的阿司匹林并分析了產品中主要雜質水楊酸的含量。實驗報告由教師統一要求格式，從背景知識、實驗原理、操作步驟、數據記錄和計算、實驗結果的誤差分析和個人心得體會等六個方面對課題進行了全面的總結。學生們對課題設計反映良好，表示通過實驗鞏固了理論并學到了很多課外知識，增長了實驗技能，對未來的學習產生了更多的興趣，提高了對科研創新的認識。

本次課題學生的實驗為統一模式，試劑及用量固定，并未進行分組對照。今后可在實驗中選擇不同的催化劑進行效果對照，使學生對催化劑有更全面的了解。另外，教師在預做實驗時將對甲苯磺酸進行了回收并重復利用，回收催化劑重復使用兩次，依然得到了很好的產率。由于時間原因，該內容并未在本次研究中進行實踐。今后可以在類似的課題研究中加以實踐，提高學生對于綠色化學和節約試劑的認識理解。

參考文獻

[1] 張蕓溪， 高湖川， 張程瑞等. 阿司匹林的結構修飾與生物活性研究進展[J].有機化學， 2020， 40： 300～326.

[2] 謝文娜. 酸催化合成阿司匹林的研究進展[J]. 醫藥化工， 2018， 44（10）： 196-197.

[3] 謝文娜. 堿催化合成阿司匹林的研究進展[J]. 化工管理， 2018， 31： 184-185.

[4] 朱柳騰， 呂翠盈， 孫龍生等. 可見分光光度法測定阿司匹林中水楊酸含量的探究[J]. 山東化工， 2009， 38（10）： 38-41.

[5] 吳祎， 鄧冬莉， 鄧灝等. 阿司匹林腸溶片中水楊酸和乙酰水楊酸含量測定[J]. 山東化工， 2018， 47（21）： 92-93， 105.