超声辅助醋酸钠催化合成阿司匹林工艺探析

孙晋红

摘 要：在制备阿司匹林的过程中主要是以水杨酸以及乙酸酐为主要的原材料，选取醋酸钠作为催化剂，在不同的生产工艺条件在，对于阿司匹林的产率也是不相同的，所以本文主要是想找到一个合适的生产条件，结果显示将析品时间控制在2h，将水杨酸以及乙酸酐之间的摩尔比控制在1：2.5，经过20min的反应时间以后，此时的反应温度应该为75℃，在催化剂的用量控制方面，应该是水杨酸质量的8%，在这样的环境在生产的阿司匹林能够达到88%的产率。并且与传统工艺相比较，新的方法不会对设备造成腐蚀性的影响，并且对环境污染较小，能够在环境友好的合成作用下生产阿司匹林。

关键词：醋酸钠；阿司匹林；超声

在解热阵痛的过程中，经常使用的药物是阿司匹林，这种药物可以称得上是历史典型的三大药物之一，应用在感冒、头痛以及关节痛等疾病的治疗中能够获得显著的效果。并且在近几年的研究过程中，其还有很多方面的用途得到显现，比如将其应用在农作物生产的过程中，可以起到增产的效果，并且抗旱效果良好。将其应用在癌症的治疗中，能够起到很好的预防效果，所以当前相关学者对阿司匹林愈发感兴趣，在现如今其需求量与日俱增，这一药物的应用是十分广泛的，所以促进其产量以及品质的提高具有重要的显示意义。但是在传统生产的过程中，会对环境造成极大的污染，并且消耗也较大，因此需要进一步优化生产工艺。

1 试剂与仪器

试剂：乙酸酐、水杨酸、浓硫酸、碳酸氢钠、苯甲酸钠、无水乙醇、氢氧化钠、醋酸钠、浓盐酸、磷酸二氢钠、亚硫酸氢钠均为AR级。

仪器：FTTR-300傅里叶变换红外光谱仪，日本岛津公司；XRD-6000型X射线粉末衍射仪，日本岛津公司；DW-3数显电动搅拌器，巩义英峪予华仪器厂；ZNHW-Ⅱ电热套，巩义英峪予华仪器公司；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵，巩义英峪予华仪器公司；KQ-100DB型数控超声波清洗器，昆山超声仪器公司；DZF-6050型真空干燥箱，上海三发科学仪器公司。

2 实验

首先是要对阿司匹林进行合成，在合成的过程中，要先向冷凝管以及电磁搅拌器中加入适量的乙酸酐与水杨酸还有催化剂，在超声辅助的作用下，经过一段时间的冷却以后达到室温的标准，在此基础上加入适量的冰水，在反应体系得到稳定以后将去离子水加入其中，让三口瓶冷却下来产生结晶的效果，经过过滤以后就能获得阿司匹林的粗品，在经过重结晶以后，就能得到色泽为纯白色晶体的产品，对其进行干燥以及称重以后，能够将产率计算出来，这就是阿司匹林的基本合成。

在选择催化剂的过程中，需要保证实验条件相同，在其中先后加入浓硫酸、亚硫酸氢钠、磷酸二氢钠、氢氧化钠、醋酸钠等，最终按照获得产率的高低进行排列，选择出最为合适的催化剂。

3 结果与讨论

在相同的实验条件下，水杨酸和乙酸酐之间的摩尔比为1：2.5，将反应温度以及反应时间分别控制在75℃以及20min。这一条件下的析晶时间为2h，选择催化剂的用量应该控制在水杨酸质量的8%，此时再其中加入适量的浓硫酸、亚硫酸氢钠等作为催化剂，得到不同结果的阿司匹林产率。结果显示加入醋酸钠获得的产率最高，加入浓硫酸为催化剂获得的产量最低，苯甲酸钠的产率第二高，紧接着是磷酸二氢钠以及亚硫酸氢钠、氢氧化钠。所以在本实验中最终选择醋酸钠作为催化剂，产率为85.58%。

对合成以后的阿司匹林进行工艺条件的优化，在实验中依然是按照先前的实验条件为基础，反应温度为75℃，反应时间为20min，水杨酸以及乙酸酐之间的摩尔比为1：2.5，催化剂的加入量为水杨酸质量的8%，在这样的环境下控制析晶时间分别为1.0h，1.5h，2.0h，2.5h以及3.0h，将阿司匹林的产率计算出来。结果显示在2h之前，析晶速率呈现出较快的发展，但是在2h以后，析晶速率呈现出缓慢的发展，对析晶时间加以延长，并没有对阿司匹林的产率产生过多的影响，并且还会造成耗时耗能的现象，因此综合多方面的考虑，最终决定将析晶时间控制在2h左右。

在对物料摩尔比进行优化的过程中，将水杨酸以及乙酸酐之间的比例控制在1：1.5，1：2.0，1：2.5，1：3.0，1：3.5，对阿司匹林的产率进行分析，结果显示当水杨酸与乙酸酐之间的摩尔比率增加的过程中，阿司匹林的产率也会随之增大，当达到1：2.5时，产率是最大的，在此后的观察中发现，摩尔比例虽然增加了，但是产率反倒呈现出降低的趋势，并且如果摩尔比率越大，所产生的副产物也就越多，因此本实验中最终选择水杨酸与乙酸酐之间的摩尔比为1：2.5。

以水杨酸与乙酸酐摩尔比1∶2.5，反应温度75℃，催化剂用量为水杨酸质量的8%，析晶时间2h条件下，反应时间分别为10min、15min、20min、25min、30min合成阿司匹林。反应时间在10～20min之间时，阿司匹林产率随着反应时间增加而增大，在20min后，阿司匹林产率随着反应时间的增加而变低，副产物增多，故本实验最佳反应时间为20min。

在上述较优条件下，催化剂用量为水杨酸质量的8%，反应温度分别为50℃、60℃、70℃、75℃、80℃合成阿司匹林，阿司匹林产率随着反应时间的增加而增大，75℃以前，阿司匹林产率增长速率较快，随后增长缓慢。75℃以后，随着反应温度增加，能耗增加，而产率增加较缓慢，故本实验选择最佳反应温度为75℃。

在以上較优实验条件下，催化剂用量分别为水杨酸质量的4%、8%、12%、16%、20%，在催化剂用量为水杨酸质量的4%～8%之间时，阿司匹林产率随着催化剂用量的增加而增大，当催化剂用量大于水杨酸质量的8%以后，随着催化剂用量的增加阿司匹林产率降低，由上分析可得最佳催化剂用量为水杨酸质量的8%。

4 结论

4.1 以水杨酸和乙酸酐为原料，分别以浓硫酸、亚硫酸氢钠、磷酸二氢钠、氢氧化钠、醋酸钠和苯甲酸钠为催化剂在同反应条件下合成阿司匹林，选择最优催化剂为醋酸钠。

4.2 以醋酸钠为催化剂，考察析晶时间、水杨酸与乙酸酐摩尔比、反应温度、反应时间、催化剂用量对水杨酸酰化反应的影响。最优条件，析晶时间2h，水杨酸与乙酸酐摩尔比1：2.5，反应温度75℃，反应时间20min，催化剂用量为水杨酸质量的8%。在此条件下阿司匹林产率达88%。

4.3 通过红外光谱和XRD对产物进行分析表征，说明其为目的产物。醋酸钠催化效果较传统方法好，无腐酸排放，对环境污染小，是一种环境友好合成阿司匹林的催化剂。

参考文献

[1]任春晖，高文革.阿司匹林的用途及进展[J].中华临床内科杂志，2004，12（6）：1045-1046.

[2]郑明花，金京一.阿司匹林系列综合性实验的教学改革[J].广州化工，2010，38（9）：242-244.