吳夏茂，肖柑媛，尹紅梅，何光力，吳 勇，金 輝

(1.成都市第三人民醫(yī)院 藥劑科，成都 610031；2.四川大學(xué) 華西藥學(xué)院，成都 610041)

合成貝諾酯實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化與實(shí)踐

吳夏茂1，肖柑媛2，尹紅梅2，何光力2，吳 勇2，金 輝2

(1.成都市第三人民醫(yī)院 藥劑科，成都 610031；2.四川大學(xué) 華西藥學(xué)院，成都 610041)

藥物化學(xué)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)——合成貝諾酯的實(shí)驗(yàn)效果不理想，擬對其進(jìn)行優(yōu)化。使用甲苯-水為反應(yīng)溶劑，通過對溶劑中水的用量、甲苯用量、反應(yīng)中氫氧化鈉用量，以及反應(yīng)攪拌情況等多方面單因素篩選，提出新實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后，不僅操作條件易于控制，產(chǎn)率提高近一倍，而且有利于減輕師生教與學(xué)的負(fù)擔(dān)，使學(xué)生在有限的時(shí)間里收獲更大、效率更高。

藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)；貝諾酯；實(shí)驗(yàn)優(yōu)化；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

隨著我國醫(yī)藥科學(xué)和制藥工業(yè)的發(fā)展，藥學(xué)教育的課程體系和人才培養(yǎng)模式也在探索中發(fā)生著深刻的變革[1]。藥學(xué)專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)和造就高素質(zhì)創(chuàng)新型藥學(xué)人才的重要環(huán)節(jié)，不可或缺[2]，它對學(xué)生的實(shí)踐探索能力、科學(xué)思維能力、綜合運(yùn)用能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用[3]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，既要保證教學(xué)質(zhì)量，又要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，這對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置，能否不斷改進(jìn)和完善原實(shí)驗(yàn)方案等都提出了新的挑戰(zhàn)。

解熱鎮(zhèn)痛藥貝諾酯(Benorylate，撲炎痛)是阿司匹林和對乙酰氨基酚的酯化產(chǎn)物，既保留二者原有的治療作用，又有協(xié)同作用，用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎及其他發(fā)熱引起的中等疼痛的治療。貝諾酯的制備是藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)條件不易于學(xué)生控制，后處理煩瑣、產(chǎn)品質(zhì)量較差、收率較低，無法得到理想的教學(xué)效果。為此，我們擬對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)，并修訂實(shí)驗(yàn)講義。

1 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的必要性

貝諾酯制備實(shí)驗(yàn)教程中，貝諾酯的合成分為如圖1所示的三個(gè)步驟：第一步，制備阿司匹林酰氯；第二步，阿司匹林酰氯在堿性條件下與對乙酰氨基酚酯化；第三步，粗品純化。

圖1 貝諾酯合成

1.1 教程原實(shí)驗(yàn)方案[4]

100 mL干燥三頸瓶中加入乙酰水楊酸4.5 g并滴入1～2滴DMF，控制內(nèi)溫≤30 ℃，攪拌下緩慢滴入二氯亞砜4.0 g，繼續(xù)攪拌，并緩慢加熱至65 ℃，保溫?cái)嚢柚翢o尾氣產(chǎn)生。減壓并除去過量二氯亞砜，冷卻得乙酰水楊酰氯。產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到滴液漏斗中，5 mL丙酮洗滌三頸瓶，合并于滴液漏斗中。

1.2 原教學(xué)實(shí)驗(yàn)的不足

原實(shí)驗(yàn)方案第二步中，采用丙酮溶解乙酰水楊酰氯，0 ℃～5 ℃滴加入撲熱息痛堿液中，在攪拌條件不充分時(shí)，生成的貝諾酯將乙酰水楊酰氯包裹，致使乙酰水楊酰氯水解較多；后處理冷水洗滌時(shí)，會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)物pH值由強(qiáng)堿變?yōu)閺?qiáng)酸性，需加堿中和。按照實(shí)驗(yàn)給定的操作方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅操作較煩瑣、實(shí)驗(yàn)用時(shí)長，某一條件沒控制好就會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性差、收率不穩(wěn)定，而且產(chǎn)物的顏色、析晶情況等都不太理想，后處理也較困難。這不僅影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)信心，使學(xué)生對正常的藥物合成反應(yīng)認(rèn)識出現(xiàn)偏差，而且不利于教師對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行客觀公正的評價(jià)。

2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的擬定

2.1 新實(shí)驗(yàn)方案制定的考量

已有文獻(xiàn)報(bào)道[5-6]貝諾酯各種改進(jìn)方法。但是作為本科教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，僅僅參考文獻(xiàn)報(bào)道的內(nèi)容尚不能滿足教學(xué)需求，還需結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，針對原實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足之處，對實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵條件進(jìn)行篩選優(yōu)化，以做到對此條件下實(shí)驗(yàn)過程的全面了解；整理相關(guān)數(shù)據(jù)后設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案；進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，最后確定新實(shí)驗(yàn)方案。確保改進(jìn)后的新實(shí)驗(yàn)方案具有較好的重現(xiàn)性和適用性，同時(shí)使操作簡化易行，產(chǎn)物收率提高，保證教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而減輕教與學(xué)的負(fù)擔(dān)，提高教與學(xué)的效率。

2.2 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案擬定

2.2.1 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案中溶劑的選擇

貝諾酯實(shí)驗(yàn)原方案的第二步酯化反應(yīng)中，撲熱息痛先在堿性條件下成為酚氧負(fù)離子，才具有較強(qiáng)親核性進(jìn)攻酰氯。堿性過強(qiáng)，[OH-]增大，使酰氯水解加劇，同時(shí)，酰氯中的酯鍵水解，導(dǎo)致收率降低；堿性不足或在酸性條件下，撲熱息痛酚氧負(fù)離子生成減少或不解離，乙酰水楊酰氯水解加劇，如圖2所示。

圖2 酯化反應(yīng)機(jī)理

針對貝諾酯實(shí)驗(yàn)原方案第二步的不足，也有文獻(xiàn)報(bào)道合成貝諾酯在此步驟的各種改進(jìn)方法，其中較為合理的方法是：制備得到的乙酰水楊酰氯，在水-有機(jī)兩相溶劑介質(zhì)中與撲熱息痛反應(yīng)合成貝諾酯。反應(yīng)過程中乙酰水楊酰氯溶于有機(jī)相，從而減少乙酰水楊酰氯的水解，同時(shí)，產(chǎn)物貝諾酯于水-有機(jī)溶劑兩相中析出，過濾得到貝諾酯粗品。有機(jī)溶劑可以使用甲苯、醋酸正丁酯等。甲苯具有在堿性條件下穩(wěn)定，幾乎不溶解貝諾酯的優(yōu)點(diǎn)，這使得貝諾酯收率較高。雖然甲苯屬低毒類試劑，但在實(shí)驗(yàn)中降低其用量，操作過程合理，也可以極大地降低對人體的危害。因此，選擇甲苯代替原實(shí)驗(yàn)方案中的丙酮作為乙酰水楊酰氯的溶劑，以甲苯-水作為兩相反應(yīng)介質(zhì)合成貝諾酯。

2.2.2 關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)因素確定

在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下，參照文獻(xiàn)[6]以甲苯-水作為兩相反應(yīng)溶劑預(yù)試，發(fā)現(xiàn)引起產(chǎn)率差異大的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)因素主要有：溶劑水的用量、甲苯用量、反應(yīng)中氫氧化鈉用量，以及反應(yīng)攪拌情況等。

據(jù)此，以產(chǎn)物收率為指標(biāo)，對合成貝諾酯進(jìn)行了單因素多水平的考察，以全面了解該條件下貝諾酯的合成情況。

3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化條件的篩選

3.1 乙酰水楊酰氯的制備

在裝有回流冷凝器(上端附有氯化鈣干燥管、并與U形管和排氣導(dǎo)管依次連接)和溫度計(jì)的250 mL三頸瓶中，加入阿司匹林90 g、滴入3滴DMF(催化反應(yīng)用) ，攪拌下緩慢滴入100 mL二氯亞砜，繼續(xù)攪拌，并緩慢加熱至65 ℃，保溫反應(yīng)2 h，至U形管內(nèi)的液面產(chǎn)生負(fù)壓，并無氣泡冒出，停止反應(yīng)，得到澄清溶液。將溶液轉(zhuǎn)到250 mL圓底燒瓶中，稱重并記下溶液和圓底燒瓶的總重，設(shè)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的溫度為40 ℃，蒸去過量的二氯亞砜，直至溶液和圓底燒瓶的重量恒定，稍冷至40 ℃以下，加蓋防潮備用。

制備好的乙酰水楊酰氯在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中統(tǒng)一使用，以減小因制備乙酰水楊酰氯引起的誤差。

3.2 酯化反應(yīng)一般操作

3.3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化條件的篩選

3.3.1 水量對產(chǎn)率的影響

水量是影響酯產(chǎn)率的主要因素之一。加水量太小， 不利于撲熱息痛鈉鹽負(fù)離子的生成和分散， 對成酯反應(yīng)不利；但加水量過大， 易使鈉鹽負(fù)離子溶劑化, 亦不利于成酯反應(yīng)。在不同水量條件下分別進(jìn)行貝諾酯的合成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，可知，適宜的加水量為35～50 mL。

表1 加水量對酯產(chǎn)率的影響

3.3.2 甲苯量對產(chǎn)率的影響

甲苯對成酯反應(yīng)也有重要影響。當(dāng)酰氯直接滴加到撲熱息痛的NaOH堿性溶液中時(shí)，由于酰氯自身分子中存在一個(gè)不穩(wěn)定的酯基，使酰氯部分水解而使總收率降低。加入一定量的甲苯，由于甲苯在水中有一定的溶解度，且酰氯易溶于甲苯中，甲苯能將溶解的酰氯帶到水相中與撲熱息痛鈉鹽反應(yīng)，并且水及堿在甲苯中的溶解度不大，這樣甲苯對酰氯起到了很好的保護(hù)作用，并起到相轉(zhuǎn)移作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示，可知，在實(shí)驗(yàn)條件下，適宜的甲苯加入量為10～20 mL，并且在實(shí)驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)，如果加入的甲苯量大于水量，成酯反應(yīng)時(shí)，無法生產(chǎn)白色絮狀產(chǎn)物，只得到白色油滴狀物質(zhì)，并且不能通過抽濾使其與濾液分離。

表2 加入甲苯量對酯產(chǎn)率的影響

3.3.3 氫氧化鈉量對產(chǎn)率的影響

加入NaOH的量也影響著酯產(chǎn)率。反應(yīng)過程中控制pH≥10，是為了防止酰氯水解成酸，但是NaOH的量過多時(shí)，易使酰氯水解和貝諾酯中的酯基水解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，可知，在實(shí)驗(yàn)條件下，NaOH量為1.52 g時(shí)，貝諾酯產(chǎn)量最高。在此條件下，加入的堿恰好能完全中和酰氯中無法被完全蒸除的二氯亞砜，并使酚完全轉(zhuǎn)化成酚鈉。NaOH量為1.3 g時(shí)，在反應(yīng)過程中，檢測pH<3；NaOH量為1.98 g時(shí)，pH試紙顯示過堿，pH>13.5。

表3 NaOH的量對酯產(chǎn)率的影響

3.3.4 攪拌情況對產(chǎn)率的影響

攪拌情況對成酯反應(yīng)有著極重要的影響。攪拌情況不好，造成酰氯與撲熱息痛接觸不充分，反應(yīng)不完全，影響收率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示，實(shí)驗(yàn)過程中，不斷調(diào)整甲苯和水的量及其比例，使其能達(dá)到最好的攪拌效果。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甲苯和水的量過多時(shí)，無論怎樣調(diào)整攪拌速度，反應(yīng)體系均達(dá)到良好的攪拌效果，當(dāng)逐步減小溶劑的量并控制其他條件，使反應(yīng)體系能形成均勻漩渦時(shí)，貝諾酯的產(chǎn)率最高。

表4 攪拌情況對酯產(chǎn)率的影響

4 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案的確定及驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案的確定

通過以上一系列實(shí)驗(yàn)條件的篩選，得出以下最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案：

100 mL干燥三頸瓶中加入乙酰水楊酸4.5 g和滴入1～2滴DMF，控制內(nèi)溫≤30 ℃，攪拌下緩緩滴入二氯亞砜4.0 g，繼續(xù)攪拌，并緩緩加熱至65 ℃，保溫?cái)嚢柚翢o尾氣產(chǎn)生。減壓除去過量二氯亞砜，冷卻得乙酰水楊酰氯。產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到滴液漏斗中，10 mL甲苯洗滌三頸瓶，合并于滴液漏斗中。

在100 mL圓底燒瓶中加1.52 g的NaOH，加水量為35 mL，在0 ℃～5 ℃左右緩緩加入3.2 g撲熱息痛，溶液至澄清，加入催化劑四丁基溴化銨。在0 ℃～5 ℃時(shí)，將酰氯的甲苯溶液在10 min內(nèi)逐步滴加入撲熱息痛鈉鹽的水溶液中。加畢，保持反應(yīng)溫度(0 ℃～5℃)，充分?jǐn)嚢?0 min，反應(yīng)過程保持pH≥10，抽濾，用冷水洗至中性。

4.2 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案的驗(yàn)證

按照篩選出的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行20次平行操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案平行操作結(jié)果

5 結(jié)束語

通過該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改進(jìn)，既達(dá)到節(jié)約、高效的目的，也有利于減輕師生教與學(xué)的負(fù)擔(dān)，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對“反應(yīng)機(jī)理決定實(shí)驗(yàn)方案”這一基本原則的理解。將優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)用于本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能使學(xué)生在有限的時(shí)間里收獲更大、效率更高，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的不斷深化[7]。

[1] 徐曉媛，吳曉明．中國高等藥學(xué)教育模式的改革與展望[J]．中國大學(xué)教學(xué)，2008(1): 24 -26．

[2] 王淑靜，郝建民，柳洪潔．依托國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心搭建創(chuàng)新人才培養(yǎng)平臺(tái)[J]．實(shí)驗(yàn)室科學(xué)， 2010, 13(2): 1-3．

[3] 尹紅梅， 金輝，何光力， 等．藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理體系的改革與探索[J]． 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011, 9(2):76-79．

[4] 吳勇， 成麗． 現(xiàn)代藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M]．成都：四川大學(xué)出版社， 2008: 251 -252．

[5] 徐敏.貝諾醋的制備及應(yīng)用 [J]．化學(xué)工程與裝備，2009(4)：104-105．

[6] 陳旭冰，陳光勇，施貴榮，等.貝諾酯的合成工藝改進(jìn)[J].大理學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，8(6)：12-14．

[7]尹紅梅，金輝，齊慶蓉，等.合成藜蘆醛實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化與實(shí)踐[J]．實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014，12(2)：16-18.

Optimization and Practice of the Experiment for the Synthesis of Benorylate

WU Xiamao1, XIAO Ganyuan2, YIN Hongmei2, HE Guangli2, WU Yong2, JIN Hui2

(1.Department of Pharmacy,The Third People’s Hospital of Chengdu, Chengdu 610031, China; 2.West China School of Pharmacy,Sichuan University，Chengdu 610041，China)

In the teaching of medicinal chemistry experiment, the drug synthesis of Benorilate is not very satisfactory. A new experiment scheme which takes toluene and water as the reaction solvent is proposed and tested, by the sodium hydroxide dosage, the toluene solvent dosage, solvent of water dosage and the stirring conditions of the reaction screening. The results showed that with the experimental optimization, the operating condition is not only easy to control, but also the yield is increased nearly doubled. Meanwhile, it is helpful for reducing the burden of teaching and learning, so that students can harvest more efficient in the limited time.

medicinal chemistry experiment; synthesis of Benorilate; experiment optimization; reform of experiment teaching

2014-07-16

四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)基金資助項(xiàng)目(2013 - 131)；中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)教育分會(huì)、中國高等教育學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)教育專業(yè)委員會(huì)2012年度醫(yī)學(xué)教育研究基金資助項(xiàng)目(2012-FF-122)； 2013年四川大學(xué)新世紀(jì)高等教育教學(xué)改革工程(第六期)研究基金資助項(xiàng)目(SCUY158)。

吳夏茂(1983-)，女，本科，藥師，研究方向：藥學(xué)。

TQ460.6；G642.423

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.008