合成贝诺酯实验的优化与实践

吴夏茂，肖柑媛，尹红梅，何光力，吴 勇，金 辉

(1.成都市第三人民医院 药剂科，成都 610031；2.四川大学 华西药学院，成都 610041)

合成贝诺酯实验的优化与实践

吴夏茂1，肖柑媛2，尹红梅2，何光力2，吴 勇2，金 辉2

(1.成都市第三人民医院 药剂科，成都 610031；2.四川大学 华西药学院，成都 610041)

药物化学本科教学实验——合成贝诺酯的实验效果不理想，拟对其进行优化。使用甲苯-水为反应溶剂，通过对溶剂中水的用量、甲苯用量、反应中氢氧化钠用量，以及反应搅拌情况等多方面单因素筛选，提出新实验方案并进行验证。结果表明：实验优化后，不仅操作条件易于控制，产率提高近一倍，而且有利于减轻师生教与学的负担，使学生在有限的时间里收获更大、效率更高。

药物化学实验；贝诺酯；实验优化；实验教学改革

随着我国医药科学和制药工业的发展，药学教育的课程体系和人才培养模式也在探索中发生着深刻的变革[1]。药学专业是一个实践性很强的专业，实验教学是培养和造就高素质创新型药学人才的重要环节，不可或缺[2]，它对学生的实践探索能力、科学思维能力、综合运用能力、创新能力的培养起着至关重要的作用[3]。在实验教学中，既要保证教学质量，又要激发学生的学习热情和兴趣，培养学生的创新思维，这对实验教学内容的设置，能否不断改进和完善原实验方案等都提出了新的挑战。

解热镇痛药贝诺酯(Benorylate，扑炎痛)是阿司匹林和对乙酰氨基酚的酯化产物，既保留二者原有的治疗作用，又有协同作用，用于类风湿性关节炎及其他发热引起的中等疼痛的治疗。贝诺酯的制备是药物化学实验的内容，在实验教学中发现，实验条件不易于学生控制，后处理烦琐、产品质量较差、收率较低，无法得到理想的教学效果。为此，我们拟对实验方案进行改进，并修订实验讲义。

1 实验优化的必要性

贝诺酯制备实验教程中，贝诺酯的合成分为如图1所示的三个步骤：第一步，制备阿司匹林酰氯；第二步，阿司匹林酰氯在碱性条件下与对乙酰氨基酚酯化；第三步，粗品纯化。

图1 贝诺酯合成

1.1 教程原实验方案[4]

100 mL干燥三颈瓶中加入乙酰水杨酸4.5 g并滴入1～2滴DMF，控制内温≤30 ℃，搅拌下缓慢滴入二氯亚砜4.0 g，继续搅拌，并缓慢加热至65 ℃，保温搅拌至无尾气产生。减压并除去过量二氯亚砜，冷却得乙酰水杨酰氯。产物转移到滴液漏斗中，5 mL丙酮洗涤三颈瓶，合并于滴液漏斗中。

1.2 原教学实验的不足

原实验方案第二步中，采用丙酮溶解乙酰水杨酰氯，0 ℃～5 ℃滴加入扑热息痛碱液中，在搅拌条件不充分时，生成的贝诺酯将乙酰水杨酰氯包裹，致使乙酰水杨酰氯水解较多；后处理冷水洗涤时，会出现产物pH值由强碱变为强酸性，需加碱中和。按照实验给定的操作方法进行实验，不仅操作较烦琐、实验用时长，某一条件没控制好就会使实验结果的重现性差、收率不稳定，而且产物的颜色、析晶情况等都不太理想，后处理也较困难。这不仅影响学生的实验信心，使学生对正常的药物合成反应认识出现偏差，而且不利于教师对学生的实验过程进行客观公正的评价。

2 优化实验方案的拟定

2.1 新实验方案制定的考量

已有文献报道[5-6]贝诺酯各种改进方法。但是作为本科教学的实验教学方案，仅仅参考文献报道的内容尚不能满足教学需求，还需结合实验教学条件，针对原实验教学的不足之处，对实验环节的关键条件进行筛选优化，以做到对此条件下实验过程的全面了解；整理相关数据后设计出合理的实验方案；进行验证实验，最后确定新实验方案。确保改进后的新实验方案具有较好的重现性和适用性，同时使操作简化易行，产物收率提高，保证教学质量，进而减轻教与学的负担，提高教与学的效率。

2.2 实验优化方案拟定

2.2.1 改进实验方案中溶剂的选择

贝诺酯实验原方案的第二步酯化反应中，扑热息痛先在碱性条件下成为酚氧负离子，才具有较强亲核性进攻酰氯。碱性过强，[OH-]增大，使酰氯水解加剧，同时，酰氯中的酯键水解，导致收率降低；碱性不足或在酸性条件下，扑热息痛酚氧负离子生成减少或不解离，乙酰水杨酰氯水解加剧，如图2所示。

图2 酯化反应机理

针对贝诺酯实验原方案第二步的不足，也有文献报道合成贝诺酯在此步骤的各种改进方法，其中较为合理的方法是：制备得到的乙酰水杨酰氯，在水-有机两相溶剂介质中与扑热息痛反应合成贝诺酯。反应过程中乙酰水杨酰氯溶于有机相，从而减少乙酰水杨酰氯的水解，同时，产物贝诺酯于水-有机溶剂两相中析出，过滤得到贝诺酯粗品。有机溶剂可以使用甲苯、醋酸正丁酯等。甲苯具有在碱性条件下稳定，几乎不溶解贝诺酯的优点，这使得贝诺酯收率较高。虽然甲苯属低毒类试剂，但在实验中降低其用量，操作过程合理，也可以极大地降低对人体的危害。因此，选择甲苯代替原实验方案中的丙酮作为乙酰水杨酰氯的溶剂，以甲苯-水作为两相反应介质合成贝诺酯。

2.2.2 关键实验因素确定

在现有的实验条件下，参照文献[6]以甲苯-水作为两相反应溶剂预试，发现引起产率差异大的关键实验因素主要有：溶剂水的用量、甲苯用量、反应中氢氧化钠用量，以及反应搅拌情况等。

据此，以产物收率为指标，对合成贝诺酯进行了单因素多水平的考察，以全面了解该条件下贝诺酯的合成情况。

3 实验优化条件的筛选

3.1 乙酰水杨酰氯的制备

在装有回流冷凝器(上端附有氯化钙干燥管、并与U形管和排气导管依次连接)和温度计的250 mL三颈瓶中，加入阿司匹林90 g、滴入3滴DMF(催化反应用) ，搅拌下缓慢滴入100 mL二氯亚砜，继续搅拌，并缓慢加热至65 ℃，保温反应2 h，至U形管内的液面产生负压，并无气泡冒出，停止反应，得到澄清溶液。将溶液转到250 mL圆底烧瓶中，称重并记下溶液和圆底烧瓶的总重，设置旋转蒸发仪的温度为40 ℃，蒸去过量的二氯亚砜，直至溶液和圆底烧瓶的重量恒定，稍冷至40 ℃以下，加盖防潮备用。

制备好的乙酰水杨酰氯在后续实验中统一使用，以减小因制备乙酰水杨酰氯引起的误差。

3.2 酯化反应一般操作

3.3 实验优化条件的筛选

3.3.1 水量对产率的影响

水量是影响酯产率的主要因素之一。加水量太小， 不利于扑热息痛钠盐负离子的生成和分散， 对成酯反应不利；但加水量过大， 易使钠盐负离子溶剂化, 亦不利于成酯反应。在不同水量条件下分别进行贝诺酯的合成，实验结果如表1所示，可知，适宜的加水量为35～50 mL。

表1 加水量对酯产率的影响

3.3.2 甲苯量对产率的影响

甲苯对成酯反应也有重要影响。当酰氯直接滴加到扑热息痛的NaOH碱性溶液中时，由于酰氯自身分子中存在一个不稳定的酯基，使酰氯部分水解而使总收率降低。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，甲苯能将溶解的酰氯带到水相中与扑热息痛钠盐反应，并且水及碱在甲苯中的溶解度不大，这样甲苯对酰氯起到了很好的保护作用，并起到相转移作用。实验结果如表2 所示，可知，在实验条件下，适宜的甲苯加入量为10～20 mL，并且在实验过程中还发现，如果加入的甲苯量大于水量，成酯反应时，无法生产白色絮状产物，只得到白色油滴状物质，并且不能通过抽滤使其与滤液分离。

表2 加入甲苯量对酯产率的影响

3.3.3 氢氧化钠量对产率的影响

加入NaOH的量也影响着酯产率。反应过程中控制pH≥10，是为了防止酰氯水解成酸，但是NaOH的量过多时，易使酰氯水解和贝诺酯中的酯基水解，实验结果如表3所示，可知，在实验条件下，NaOH量为1.52 g时，贝诺酯产量最高。在此条件下，加入的碱恰好能完全中和酰氯中无法被完全蒸除的二氯亚砜，并使酚完全转化成酚钠。NaOH量为1.3 g时，在反应过程中，检测pH<3；NaOH量为1.98 g时，pH试纸显示过碱，pH>13.5。

表3 NaOH的量对酯产率的影响

3.3.4 搅拌情况对产率的影响

搅拌情况对成酯反应有着极重要的影响。搅拌情况不好，造成酰氯与扑热息痛接触不充分，反应不完全，影响收率。实验结果如表4所示，实验过程中，不断调整甲苯和水的量及其比例，使其能达到最好的搅拌效果。实验中发现，当甲苯和水的量过多时，无论怎样调整搅拌速度，反应体系均达到良好的搅拌效果，当逐步减小溶剂的量并控制其他条件，使反应体系能形成均匀漩涡时，贝诺酯的产率最高。

表4 搅拌情况对酯产率的影响

4 实验优化方案的确定及验证

4.1 实验优化方案的确定

通过以上一系列实验条件的筛选，得出以下最优实验方案：

100 mL干燥三颈瓶中加入乙酰水杨酸4.5 g和滴入1～2滴DMF，控制内温≤30 ℃，搅拌下缓缓滴入二氯亚砜4.0 g，继续搅拌，并缓缓加热至65 ℃，保温搅拌至无尾气产生。减压除去过量二氯亚砜，冷却得乙酰水杨酰氯。产物转移到滴液漏斗中，10 mL甲苯洗涤三颈瓶，合并于滴液漏斗中。

在100 mL圆底烧瓶中加1.52 g的NaOH，加水量为35 mL，在0 ℃～5 ℃左右缓缓加入3.2 g扑热息痛，溶液至澄清，加入催化剂四丁基溴化铵。在0 ℃～5 ℃时，将酰氯的甲苯溶液在10 min内逐步滴加入扑热息痛钠盐的水溶液中。加毕，保持反应温度(0 ℃～5℃)，充分搅拌30 min，反应过程保持pH≥10，抽滤，用冷水洗至中性。

4.2 实验优化方案的验证

按照筛选出的最优实验方案进行20次平行操作，实验结果如表5所示。

表5 最优实验方案平行操作结果

5 结束语

通过该实验项目的改进，既达到节约、高效的目的，也有利于减轻师生教与学的负担，进一步加强学生对“反应机理决定实验方案”这一基本原则的理解。将优化后的实验方案应用于本科实验教学，能使学生在有限的时间里收获更大、效率更高，推动实验教学改革的不断深化[7]。

[1] 徐晓媛，吴晓明．中国高等药学教育模式的改革与展望[J]．中国大学教学，2008(1): 24 -26．

[2] 王淑静，郝建民，柳洪洁．依托国家级实验教学示范中心搭建创新人才培养平台[J]．实验室科学， 2010, 13(2): 1-3．

[3] 尹红梅， 金辉，何光力， 等．药学实验教学管理体系的改革与探索[J]． 实验科学与技术，2011, 9(2):76-79．

[4] 吴勇， 成丽． 现代药学实验教程[M]．成都：四川大学出版社， 2008: 251 -252．

[5] 徐敏.贝诺醋的制备及应用 [J]．化学工程与装备，2009(4)：104-105．

[6] 陈旭冰，陈光勇，施贵荣，等.贝诺酯的合成工艺改进[J].大理学院学报，2009，8(6)：12-14．

[7]尹红梅，金辉，齐庆蓉，等.合成藜芦醛实验的优化与实践[J]．实验科学与技术，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

四川大学实验技术基金资助项目(2013 - 131)；中华医学会医学教育分会、中国高等教育学会医学教育专业委员会2012年度医学教育研究基金资助项目(2012-FF-122)； 2013年四川大学新世纪高等教育教学改革工程(第六期)研究基金资助项目(SCUY158)。

吴夏茂(1983-)，女，本科，药师，研究方向：药学。

TQ460.6；G642.423

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.008