黃飛，屈飛強，任曉瓊，姚兵，孫金余，王溪溪 （黃山學院化學化工學院，安徽黃山245041）

乙酰水楊酸，俗稱阿司匹林，化學名為2－乙酰氧基苯甲酸，是常用的鎮(zhèn)痛、解熱、消炎藥物，廣泛用于治療傷風、感冒、頭痛等。研究表明，乙酰水楊酸可以預防和治療皮膚粘膜淋巴結綜合癥、消化道腫瘤等疾?。?］，還可以治療突發(fā)性耳聾、結膜炎、膽道蛔蟲等疾?。?］。近年來有關研究發(fā)現(xiàn)，乙酰水楊酸和其他非甾體抗炎藥對防治老年癡呆癥以及肝癌、肺癌、結腸癌、皮膚癌等有較好的效果［3］。在農(nóng)業(yè)上，乙酰水楊酸可以提高農(nóng)作物的發(fā)芽率、減少落花落果、增強抗旱能力、增加產(chǎn)量、延長保鮮期等特殊作用［4］。

乙酰水楊酸經(jīng)典合成方法是以水楊酸和醋酸酐為原料，在濃硫酸催化下經(jīng)過O－?；铣芍频谩Ｔ摴に嚤容^成熟，產(chǎn)率在50%～65%左右，以濃硫酸作為催化劑，不僅副反應多，不利于產(chǎn)品提純，而且濃硫酸具有強氧化性和強脫水性，對實驗設備腐蝕嚴重，廢酸液的排放造成環(huán)境嚴重污染。因此，科研工作者開發(fā)了 H6P2W18O62／高嶺土［5－6］、WO3／ZrO3固體超強酸［7］、氨基酸離子液體［8］、L－組氨酸［9］、三氟甲磺酸［10］、對甲苯磺酸鋁［11］、三氯稀土［12］等一系列新型催化劑和超聲波輔助法［13］、微波輻射法［14］等一些新催化合成方法。下面，筆者通過單因素試驗法和正交試驗法，探究了合成乙酰水楊酸的最佳催化合成反應條件。

1 試驗部分

1.1 儀器和試劑

1）儀器 NICOLET－380傅里葉變換紅外光譜儀 （美國尼高力公司）；WRS－1B顯微熔點測定儀（上海精密科學儀器有限公司）；DF－101D集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 （河南鞏義市予華儀器有限公司）；SHZ－DⅢ真空循環(huán)抽濾泵 （河南鞏義市予華儀器有限責任公司）。

2）試劑 乙酸酐，水楊酸，草酸，維生素C，三氯化鐵，無水乙酸鈉，無水碳酸鈉，碳酸氫鈉，無水乙醇等均為分析純。

1.2 試驗原理

在催化劑的作用下，乙酸酐對水楊酸進行?；磻铣梢阴Ｋ畻钏?，其化學反應方程式如下：

1.3 試驗方法

稱取一定物質(zhì)的量比的水楊酸和新蒸餾的乙酸酐，與一定量的催化劑一起加入干燥的100ml圓底燒瓶中，置于恒溫水浴鍋中，反應一段時間，觀察試驗現(xiàn)象。反應結束后，緩慢冷卻至室溫，加入適量蒸餾水充分攪拌，使之完全結晶。減壓抽濾，用少量蒸餾水洗滌濾渣數(shù)次，加入飽和碳酸氫鈉溶液至無氣體放出，攪拌，過濾除去催化劑等副產(chǎn)物，干燥后得到乙酰水楊酸粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品用乙醇－水溶液進行重結晶提純，經(jīng)干燥后得到白色晶體。稱量計算產(chǎn)率，測定其熔點及紅外光譜等［15］。

2 單因素試驗結果與討論

2.1 催化劑種類對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響

保持反應溫度為70℃，反應時間為60min，水楊酸與乙酸酐的物質(zhì)的量比為1∶3，分別稱取質(zhì)量相同的無水乙酸鈉、草酸、無水碳酸鈉、維生素C 4種催化劑進行反應?？疾齑呋瘎┓N類對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響，其結果見表1。由表1可知，催化劑種類對乙酰水楊酸的產(chǎn)率有顯著影響，其中草酸的催化效率最高，催化合成乙酰水楊酸的產(chǎn)率最高可達66.7%，無水乙酸鈉催化效率最低，無水碳酸鈉和維生素C催化效率稍高于無水乙酸鈉。4種催化劑相比，草酸作為催化劑時后處理較為簡單，且環(huán)保無污染，因此筆者選用草酸作為催化劑合成乙酰水楊酸。

表1 催化劑種類對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響

2.2 反應溫度對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響

以草酸作為催化劑，保持反應時間為60min，水楊酸與乙酸酐的物質(zhì)的量比為1∶3，改變反應溫度，考察反應溫度對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響，結果見表2。由表2可知，反應溫度對乙酰水楊酸的產(chǎn)率影響較大，反應溫度為70℃時，乙酰水楊酸的產(chǎn)率最高可達87.5%。反應溫度在70℃以下時，乙酰水楊酸的產(chǎn)率隨著反應溫度升高而升高，但是超過70℃時，乙酰水楊酸的產(chǎn)率下降，且反應物中有黃色的副產(chǎn)物。這是因為反應溫度較低時，不利于打開分子內(nèi)的氫鍵，反應物沒有完全參加反應；反應溫度較高時，易于發(fā)生分子間的縮合反應，導致反應的副產(chǎn)物增多。由此可見，反應溫度過高、過低均不利提高乙酰水楊酸的產(chǎn)率。

表2 反應溫度對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響

2.3 反應時間對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響

以草酸作為催化劑，保持反應溫度為70℃，水楊酸與乙酸酐的物質(zhì)的量比為1∶3，改變反應時間，考察反應時間對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響，結果見表3。由表3可知，隨著反應時間逐漸增加，乙酰水楊酸的產(chǎn)率逐漸升高，當反應時間為60min時，產(chǎn)率達到最高為87.3%。隨著反應時間的繼續(xù)增加，乙酰水楊酸產(chǎn)率反而降低，其原因可能是反應時間過長，導致產(chǎn)物分子間的聚合物增多，致使乙酰水楊酸產(chǎn)率降低。

表3 反應時間對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響

2.4 反應物物質(zhì)的量比對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響

以草酸作為催化劑，保持反應溫度為70℃，反應時間為60min，改變水楊酸和乙酸酐物質(zhì)的量比，考察水楊酸和乙酸酐物質(zhì)的量比對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響 （見表4）。由表4可知，隨著水楊酸和乙酸酐物質(zhì)的量比的增加，乙酰水楊酸的產(chǎn)率逐漸升高，當水楊酸和乙酸酐物質(zhì)的量比為1∶3時，乙酰水楊酸的產(chǎn)率達到最高為88.2%。繼續(xù)增加水楊酸和乙酸酐物質(zhì)的量比，乙酰水楊酸的產(chǎn)率呈現(xiàn)下降趨勢，其原因可能是部分產(chǎn)品溶解于乙酸酐中，造成乙酰水楊酸產(chǎn)率降低。

表4 反應物物質(zhì)的量比對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響

3 正交試驗結果與討論

根據(jù)單因素試驗結果，考察催化劑種類、反應溫度、反應時間、水楊酸與乙酸酐的物質(zhì)的量比4種因素對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響。其影響因素和水平表見表5。

為了提高乙酰水楊酸的產(chǎn)量，考察各反應因素對試驗的影響情況，設計了4因素3水平的L9（34）正交試驗［16］，其正交試驗表及結果見表6。

表5 正交試驗因素和水平表

3.1 極差分析

表6中的R為各試驗因素的極差值，該極差值越大，說明該試驗因素對乙酰水楊酸產(chǎn)率的影響越大。由表6極差分析結果可以看出，以合成乙酰水楊酸的產(chǎn)率為考察指標，4種試驗因素對合成乙酰水楊酸的影響程度順序依次為：反應溫度（B）＞水楊酸和乙酸酐物質(zhì)的量比（D）＞ 催化劑種類（A）＞ 反應時間（C）。其正交試驗最佳合成條件為B2D2A1C2，即反應溫度為70℃，水楊酸和乙酸酐物質(zhì)的量比為1∶3，草酸為催化劑，反應時間為60min，乙酰水楊酸的產(chǎn)率為88.2%。

表6 L9（34）正交試驗表及結果

3.2 方差分析

方差分析是用于2個及2個以上樣本均數(shù)差別的顯著性檢驗。由表7方差分析可得出，反應溫度和水楊酸與乙酸酐物質(zhì)的量比對試驗結果影響非常顯著；催化劑種類和反應時間對試驗結果影響不顯著。各因素對試驗結果的影響顯著性次序為：因素B （反應溫度）＞因素D （水楊酸與乙酸酐物質(zhì)的量比）＞因素A （催化劑種類）＞因素C （反應時間）。由極差和方差分析可以得出，反應溫度對催化合成乙酰水楊酸的影響最大，當反應溫度為70℃時產(chǎn)率最高；水楊酸與乙酸酐物質(zhì)的量比對催化合成乙酰水楊酸次于反應溫度的影響；催化劑種類和反應時間對催化合成乙酰水楊酸也有影響，但影響不顯著；隨著反應溫度和水楊酸與乙酸酐物質(zhì)的量比的增加，乙酰水楊酸的產(chǎn)率逐漸增加。

表7 方差分析表

4 產(chǎn)品分析

將氯化鐵溶液 （質(zhì)量分數(shù)1%）加入提純后的乙酰水楊酸產(chǎn)品中，無藍紫色現(xiàn)象出現(xiàn)，說明該產(chǎn)品純度較高。所得產(chǎn)品經(jīng)熔點儀進行熔點測試，其熔點為135.4～136.2℃，與乙酰水楊酸的熔點文獻值一致［15］。將所得乙酰水楊酸產(chǎn)品用KBr壓片法測試其紅外光譜，其紅外光譜圖如圖1所示。

從圖1可看出，3000～2500cm－1為—COOH特征峰，1755.50cm－1為酯基＝C O伸縮振動峰，1689.48cm－1為羧基＝C O伸縮振動峰，1605.79、1483.73cm－1為苯環(huán)＝C C吸收峰，1305.64、1187.46cm－1為羧酸和酯的C—O吸收峰，755.59cm－1為苯環(huán)的鄰位取代基吸收峰，與乙酰水楊酸標準圖譜的吸收峰位置和強度基本一致［15］，由此可以確定合成的白色晶體為乙酰水楊酸。

圖1 乙酰水楊酸的紅外光譜圖

5 結論

1）以水楊酸和乙酸酐為原料，經(jīng)O－?；磻铣闪艘阴Ｋ畻钏帷７治隽舜呋瘎┓N類、水楊酸與乙酸酐的物質(zhì)的量比、反應時間和反應溫度對催化合成的影響。合成乙酰水楊酸的最優(yōu)條件為：草酸作為催化劑，水楊酸與乙酸酐的物質(zhì)的量比為1∶3，反應溫度為70℃，反應時間為60min，乙酰水楊酸產(chǎn)率可達88.2%。

2）該方法操作簡單，經(jīng)濟環(huán)保，產(chǎn)品質(zhì)量好，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

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