超声法制备乙酰水杨酸的条件研究

韩小见

（长治学院 化学系，山西 长治 046011）

乙酰水杨酸（俗称阿司匹林）作为解热镇痛药的代表，其安全性和有效性上的优良表现使其具有接近100年的临床使用历史。近年来它的其他用途不断被发现，不仅广泛用于治疗伤风、感冒、神经痛、头痛、消炎和抗风湿关节炎，还可用于乳腺癌、直肠结肠癌、食道癌等多种癌症的防治，其稀溶液还可用于浇灌果树，具有防落花、落果等功效。此外，有研究发现阿司匹林为不可逆的花生四烯酸环氧醚抑制剂，具有很强的抗血小板凝聚的作用，还能抑制血小板中血栓素A2的合成。因此，阿司匹林已经开始用于心血管系统疾病的治疗和预防，引起了人们的极大兴趣[1]。

传统的乙酰水杨酸是在浓硫酸催化条件下以水杨酸和乙酸酐为原料合成的[1]。虽然方法经典，工艺成熟，但它存在如下缺点：1）设备腐蚀严重，有排酸污染。2）操作条件苛刻。浓硫酸具有强氧化性，反应要严格控制加料速度和搅拌转速，否则会导致反应物炭化。3）产品干燥时，会因为硫酸分离不完全而导致部分产品氧化，引起产品颜色变坏，甚至残余的浓硫酸会催化水解乙酰水杨酸为水杨酸[2]。为避免出现上述现象，寻找新的环保型催化剂并实现阿司匹林的“绿色生产”，化学工作者做了大量的研究工作：1）用其它酸作催化剂，如对甲基苯磺酸、酸性离子液体、草酸等[2-3]。2）用碱作催化剂，如氢氧化钾、乙酸钠、苯甲酸钠、吡啶、碳酸氢钠[4]和固体碳酸钠[5]等。3）用无机氧化物及盐类作催化剂，如氧化锡、三氯化铝、三氯稀土、复合无机离子交换剂、硫酸氢钠、膨润土、磷酸二氢钠等。还有用固体超强酸、杂多酸和分子筛催化合成乙酰水杨酸的研究等[6]。

维生素 C（Vitamin C,Ascorbic acid，抗坏血酸）属于多羟基内酯类化合物，分子中含有一双烯醇式羟基极易解离而释出氢阳离子，是呈酸性和还原性的维生素类药物，对化学试剂具有广泛的反应性能，尤其对酯化反应有一定的催化作用，在一定条件下能活化反应底物[7]。作为一种价廉易得的绿色环保催化剂，具有反应速度快、操作简单、无需回收、对设备无腐蚀和产率相对较高等优点，是一种新型的对环境无污染的环保催化剂[8-9]。文章利用超声法以维生素C作催化剂制备乙酰水杨酸，并探讨了制备乙酰水杨酸的最佳条件。

1 实验部分

1.1 药品：水杨酸（石家庄市有机化工厂A.R）；乙酸酐（山西太原药业有限公司A.R）；维生素C（山西太原药业有限公司C.R）；95%的乙醇（天津市凯通化学试剂有限公司A.R）。

1.2 主要仪器：KQ2200DE型数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；DF-101S型集热式磁力加热搅拌器（常州市普天仪器制造有限公司）；202型电热恒温干燥箱（北京中兴伟业仪器有限公司）；FA2004N电子天平（上海菁海仪器有限公司）；WRX-4显微熔点仪（上海易测仪器设备有限公司）；NICOLET380FT-IR红外光谱仪（天津市拓普仪器有限公司）。

1.3 实验原理

以水杨酸、乙酸酐为原料，维生素C为催化剂合成乙酰水杨酸。反应式如下：

1.4 实验步骤

在4.7 mL（49.72 mmol）乙酸酐中加入一定量的维生素C，搅拌使维生素C溶解，再加入3.5 g（25.34 mmol）干燥的水杨酸充分振荡，超声加热使水杨酸溶解，保持温度在70℃约30分钟，停止超声后，搅拌直至冷却，加入20 mL冷蒸馏水，在冷水浴中冷却出现白色晶体，抽滤，得到粗乙酰水杨酸，用95%的乙醇重结晶得纯乙酰水杨酸，产率约88%，熔点为135.2～136.1℃。

2 结果与分析

2.1 超声波温度对产率的影响

图1 反应温度对乙酰水杨酸产率的影响Figure 1Temperature effect on the yield of acetyl salicylic acid

原料配比（水杨酸∶乙酸酐）为1∶3，维生素用量为0.2 g，反应时间为30 min，考察不同温度对产率的影响。得到实验结果如图1所示：反应产率随着温度的上升先升高后下降，当反应温度在50℃以下时水杨酸有部分未溶解，仍成浑浊状态。较低的温度不利于打开分子内氢键，过高的温度则有利于分子间的缩合反应从而对提高产率不利，产率分别为 40 ℃，65.6%；50℃，71.9%；60℃，63.9%；70℃，54.0%；80℃，42.7%。故反应体系最佳温度为50℃。

2.2 反应时间对产率的影响

原料配比（水杨酸∶乙酸酐）为1∶3，维生素用量为0.2 g，反应温度为最优化温度50℃，考察时间对产率的影响。得到的实验结果如图2所示：当时间分别为 20 min，25 min，30 min，35 min，40 min，时，产率分别是52.4%；57.2%；62.1%；61.0%；58.4%。

图2 反应时间对乙酰水杨酸产率的影响Figure 2 Time effect on the yield of acetyl salicylic acid

由图2知，产率随时间增加先升后降，最佳反应时长为30 min。

2.3 催化剂用量对产率的影响

原料配比（水杨酸∶乙酸酐）为1∶3，反应温度为50℃，反应时间为30 min，考察催化剂用量对产率的影响。得到的实验结果如图3所示：当催化剂用量分别为 0.1 g，0.2 g，0.3 g，0.4 g，0.5 g 时，产率分别是52.4%；57.2%；62.1%；61.0%；58.4%。

图3 催化剂用量对乙酰水杨酸产率的影响Figure 3 The effect of the catalyst amount on the yield of acetyl salicylic acid

由图3可知，产率随催化剂用量先增大后降低。0.2 g有较好产率。过多过少的催化剂均会降低催化效果，过少的催化剂会使反应不完全，过多的催化剂会促使乙酰水杨酸分解。

2.4 原料摩尔比对产率的影响

图4 原料摩尔比对产率的影响Figure 4 The effect of the ratio of starting materials on the yield of acetyl salicylic acid

反应温度为50℃，反应时间为30 min，催化剂用量0.2 g，考察原料摩尔比对产率的影响。得到的实验结果如图4所示：当原料摩尔比分别为1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶5 时，产率分别是 46.3%；76.1%；88.0%；74.6%；66.4%。

由图4可知，随着乙酸酐用量的增加，反应的产率先增加后降低，等摩尔比为1∶3时，产率达到最大值。当乙酸酐的用量增加时，产率反而下降，因为酸酐的增加部分会溶解产品，产率下降，且浪费原料。所以最佳摩尔比为1∶3。

2.5 产物红外光谱表征

用溴化钾压片法测定产品的红外光谱，3235.23 cm-1为羧基O-H键伸缩振动峰，2997.87 cm-1为甲基 C-H伸缩振动吸收峰，1755.46cm-1，1694.16 cm-1为羰基的伸缩振动吸收峰，1430.46 cm-1，1470.41 cm-1，1483.03 cm-1，1608.13 cm-1为苯环骨架的吸收峰。所列IR谱图与文献基本一致[9]。

3 结论

在超声波辐射下，以维生素C为催化剂，由水杨酸和乙酸酐为原料合成乙酰水杨酸，探究了温度、时间、原料的摩尔比、催化剂量等因素对反应产率的影响。确定了反应的较佳条件：温度为50℃，时间为30 min，水杨酸和乙酸酐的摩尔比1∶3，催化剂量0.2 g，产率为88.0%。结果表明，维生素C作催化剂产率高于传统的浓硫酸作催化剂的产率，并且具有廉价易得、对设备无腐蚀、对环境无污染等优点。