中国海洋大学药物化学实验讲义(共17页)

1、实验(shyn)一 阿司匹林（Aspirin）的合成一、目的(md)要求1. 掌握阿司匹林的性状、特点(tdin)和化学性质。2. 掌握酯化反应的原理及基本操作。3. 进一步巩固和熟悉重结晶的原理和实验方法。4. 了解阿司匹林中杂质的来源及鉴别方法。二、实验原理早在1875年就已发现水杨酸钠具有解热镇痛和抗风湿作用而应用于临床，但其对胃肠道的刺激性较大。1898年德国Bayer公司的Hoffmann从一系列水杨酸衍生物中找到了乙酰水杨酸，其解热镇痛作用比水杨酸钠强，且副作用较低，临床应用至今仍然是比较优良的解热镇痛和抗风湿病的药物。近年来，又证明它具有抑制血小板凝聚的作用，其治疗范围又进一步扩

2、大到预防血栓形成，治疗心血管疾患。阿司匹林为白色针状或板状结晶，熔点135140C，易溶乙醇，可溶于氯仿、乙醚，微溶于水。合成路线如下：三、实验方法化学试剂规格及用量原料名称规格用量摩尔数摩尔比水杨酸药用5g0.0361醋酐CP10mL0.1063蒸馏水适量浓硫酸CP10滴反应温度85-95C原料名称规格用量摩尔数摩尔比水杨酸醋酐蒸馏水对甲苯磺酸药用CPCP5 g7 mL适量0.4g 0.0360.072120.015反应温度80-85C20min原料名称规格用量摩尔数摩尔比水杨酸药用5g0.0361醋酐CP7mL0.0722蒸馏水适量维生素CCP0.2g反应温度75-80C20min原料名称

3、规格用量摩尔数摩尔比水杨酸药用5g0.0361醋酐CP7mL0.0722蒸馏水适量碘CP0.05g0.0039反应温度80-85C30min（二）实验(shyn)操作1. 酯化反应(fnyng)于100mL的三口瓶中，放入水杨酸，醋酐，然后加入催化剂，磁力(cl)搅拌使水杨酸溶解，油浴加热至合适的温度，反应适当的时间。然后移去热源，使其冷却至室温。缓慢加入50mL蒸馏水以破环过量的醋酐，然后将其缓慢地倒入100mL蒸馏水中，并将该溶液放入冰浴中冷却。待冷却充分后，大量固体析出，抽滤得到固体，冰水洗涤，并尽量压紧抽干，得到阿司匹林粗品。2. 纯化(chn hu)处理阿司匹林( s p ln)粗品

4、放在150 mL烧杯(shobi)中，缓慢加入饱和的碳酸氢钠水溶液60 mL，搅拌到没有二氧化碳气体放出为止，滤除不溶的固体并用少量水洗涤。另取150 mL烧杯一只，放入浓盐酸9 mL和水25 mL，将得到的滤液慢慢地分几次到入烧杯中，边倒边搅拌。阿司匹林从溶液中析出。将烧杯放入冰浴中冷却，抽滤固体并用冷水洗涤，抽紧压干固体，得到阿司匹林粗品。3. 精制将所得的阿司匹林放入50 mL起茄形瓶中，加入少量的热的乙酸乙酯或75%的乙醇，在蒸气浴上缓缓的加热直至固体溶解，冷却至室温，阿司匹林渐渐析出，抽滤得到阿司匹林精品。（三）水杨酸限量检查取两支干净试管，分别放入少量的水杨酸和阿司匹林精品。放入1

5、 mL乙醇溶解后，分别在每支试管中加入几滴10%三氯化铁溶液，盛水杨酸的试管中有红色或紫色出现，盛阿司匹林精品的试管中应是无色的。（四）结构确证1. 红外吸收光谱法、标准物TLC对照法。2. 核磁共振光谱法。四、思考题1. 向反应液中加入少量浓硫酸的目的是什么？2. 通过查阅文献列举出5种制备阿司匹林的催化剂。 3. 本反应可能发生那些副反应？产生哪些副产物？4. 阿司匹林精制选择溶媒依据什么原理？为何滤液要自然冷却？5. 药典中规定，成品阿司匹林中要检测水杨酸的量，为什么？本实验(shyn)中采用什么方法测定水杨酸？原理如何？实验(shyn)二 苯乐来 (Benorylate) 的合成一、目

6、的(md)要求1. 掌握Schotten-Baumann酯化反应的原理及基本操作。2. 熟悉反应中产生有害气体的吸收方法，学习无水操作的技能。3. 了解拼合原理在药物化学中的应用，了解酯化反应在药物化学结构修饰中的应用。二、实验原理由于阿司匹林结构中有游离的羧基（pKa 3.49），在口服大剂量时对胃粘膜有刺激性，甚至引起胃出血，为了克服上述缺点，对水杨酸结构进行改造，利用水杨酸分子中的活性功能团羧基和邻位酚羟基进行结构修饰。扑炎痛为一种新型的解热镇痛抗炎药，是由阿司匹林和扑热息痛经拼合原理制成，它既保留了原药的解热镇痛的功能，又减小了原药的毒副作用，并有协同作用。适用于急、慢性风湿性关节炎，

7、风湿痛，感冒发烧，头痛及神经痛等。扑炎痛为白色结晶性粉末，无臭无味。mp.174178C，不溶于水，微溶于乙醇，溶于氯仿、丙酮。合成路线如下：实验(shyn)方法（一）化学试剂规格(gug)及用量原料名称规格用量摩尔数摩尔比阿司匹林药用9g0.051氯化亚砜CP7mL0.051二甲基甲酰胺CP5mL扑热息痛药用9g0.571.13氢氧化钠CP3.3g0.0781.55（二）实验(shyn)操作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、排气导管通入氢氧化钠溶液吸收）的100 mL三口烧瓶中，加入沸石，阿司匹林9g，0-5C下加入氯化亚砜7mL，滴加DMF 5mL，置油浴上

8、缓慢加热，约在50分钟左右升至75C，于70-75C继续搅拌2小时至无气体逸出。反应完毕改成减压蒸馏装置，用水泵减压蒸除过量的氯化亚砜后，冷却，得乙酰水杨酰氯，密封备用。2. 苯乐来的制备 另在有装有搅拌、恒压滴液漏斗(ludu)、温度计的150mL三口瓶中，加入扑热息痛9 g，水50 mL，搅拌并于10-15C缓慢加入(jir)5%氢氧化钠液50 mL，使扑热息痛全部溶解，加入5%的PEG1000，冰浴降温至8-12C，慢慢滴加上述制得的乙酰水杨酰氯无水丙酮(bn tn)液（约20分钟滴毕），调节pH 9-10，于20-25C搅拌1.5-2小时。反应毕，抽滤，用水洗至中性，烘干得粗品，计算收

9、率。3. 精制取粗品置于装有球形冷凝器的100mL圆底烧瓶中，加入10倍量 （W/V）95%乙醇重结晶，加热溶解。稍冷，加入活性炭脱色（用量视粗品颜色而定），加热回流30min，趁热过滤。将滤液转移至烧瓶中，自然冷却，待结晶完全析出后抽滤，压干。计算收率。（三）结构确证1. 红外吸收光谱法、标准物TLC对照法。2. 核磁共振光谱法。四、思考题1. 由羧酸制备酰氯常用哪些方法？应注意哪些事项？苯乐来的合成中为什么采用先制备对乙酰氨基酚钠，再与乙酰水杨酰氯进行酯化，而不直接酯化？ 3. 通过本实验说明酯化反应在结构修饰上的意义。实验(shyn)三外消旋苯乙胺的拆分一、实验(shyn)目的掌握(zh

10、ngw)外消旋体拆分的基本方法及在药物合成中的意义。进一步了解苯乙胺类肾上腺素能激动剂的理化性质。学习通过分步结晶法进行分离的方法。二、实验原理肾上腺素能激动剂是一类使肾上腺素能受体兴奋，产生肾上腺素样作用的药物。主要用于治疗事故性心脏骤停和过敏性休克等症。随着该类药物的进一步研究，逐渐认识到苯乙胺为该类药物的基本结构，进而发现了一系列对受体和受体具有较高选择性、性质稳定、作用强的类似物。由于手性药物消旋体中两种光学异构体具有不同的药理特性，因此，对此类外消旋体化合物通过手性试剂进行拆分得到单一构型的化合物有非常重要的意义。三、实验方法化学试剂规格及用量原料名称规格用量摩尔数摩尔比苯乙胺CP3

11、.0 g0.0251L-()-酒石酸3.8 g0.0251甲醇AR适量乙醚AR适量氢氧化钠50%适量实验(shyn)操作分步结晶(jijng)在盛有50 mL甲醇(ji chn)的锥形瓶中，加入3.8g L-()-酒石酸，搅拌并加热至60C使其溶解，然后小心地溶入3.0 g 苯乙胺，溶解后于室温下放置24 h，即析出白色棱柱状晶体。抽滤，并用少量冷甲醇洗涤，干燥后得()-酒石酸()-苯胺盐，称量并计算产率。胺的分离()-苯乙胺的制备将上述得到的晶体溶于10 mL水中，加入2 mL 50%氢氧化钠，待固体溶解后，将溶液转入分液漏斗中，每次用10 mL乙醚萃取三次。合并乙醚萃取液，用无水硫酸钠干燥

12、。水层倒入指定容器中回收()-酒石酸。将干燥后的醚溶液直接转移到一事先称重的圆底烧瓶中，减压蒸出乙醚，称量烧瓶即可算出()-苯乙胺的质量。测定()-苯乙胺的旋光度，并计算其光学纯度。（2） ()-苯乙胺的制备将上步析出()-酒石酸()-苯胺盐的母液浓缩，在水浴上蒸出甲醇，残留物呈白色固体，用2 mL 50%氢氧化钠，待固体溶解后，将溶液转入分液漏斗中，每次用10 mL乙醚萃取三次。合并乙醚萃取液，用无水硫酸钠干燥。蒸去乙醚，减压蒸馏，收集85-86C（2.8 kPa）的馏分，即得()-苯乙胺的粗品。将粗胺溶于乙醇中，加热沸腾，然后加入硫酸乙醇溶液。得白色片状的()-苯乙胺硫酸盐。过滤后，浓缩母

13、液，将浓缩后得的结晶与前步结晶合并，溶于热水，沸腾后加入丙酮至刚好浑浊。冷却得白色针状结晶。结晶在用50%氢氧化钠溶解，用乙醚提取3次，干燥，蒸出乙醚，减压蒸出无色透明的油状物()-苯乙胺的粗品。（3） 旋光度的测定将所得的化合物测定旋光度(gungd)并计算比旋光度。(S)()苯乙胺的比旋光度为-39.5；(R)()苯乙胺的比旋光度为39.5。计算所得化合物的光学(gungxu)纯度。四. 思考题说明(shumng)本实验拆分外消旋苯乙胺的机理。结合药物化学的知识举例说明外消旋体拆分的意义。 3. 写出手性化合物拆分的几种方法。实验(shyn)四、设计型实验苯佐卡因的合成按照合成药物化学研究

14、的常规步骤，使用Internet、学术期刊和书籍等信息手段，独立查阅相关文献，确定目标化合物的合成路线，设计操作方案，经论证其可行性后，进行操作，通过反应结果比较各个方案的优缺点，讨论反应的主要影响因素。并完成目标化合物的合成与纯度(chnd)检查。本实验以对硝基甲苯为主要(zhyo)原料，通过方案论证、优化进行实验。苯佐卡因为麻醉药，因不溶于水，故不能作浸润麻醉等。多配成510软膏或撒布剂用于创伤、烧伤、皮肤擦裂等以止痛止痒。苯佐卡因白色结晶粉末；无臭，味微苦，随后有麻痺感；遇光色渐变黄；熔点为88-90C；在乙醇、氯仿或乙醚中易溶，在水中极微溶解，在稀酸中溶解。苯佐卡因化学名为对氨基苯甲酸

15、乙酯，化学结构式为： PAGE 26 PAGE 26PAGE 2 PAGE 26PAGE 9附录一 重要(zhngyo)的实验方法一、液体化合物的分离(fnl)与提纯方法有机合成产生的液体化合物其分离纯化(chn hu)一般采用蒸馏的方法。根据待分离组分和理化性性质的不同，蒸馏可以分为简单蒸馏和精馏（分馏）；根据装置系统内的压力不同又可分为常压和减压蒸馏。对于沸点差极小的组分分离或对产物纯度要求极高的分离，则可应用高真空技术。参见有机化学实验。二、固体化合物的提纯方法化学合成药物的纯度和质量是关系到人身安危的重大问题。为了获得高纯度的药品，对最终成品及关键中间体必须进行提纯和精制。固体物质一般

16、采用结晶（重结晶、分级结晶等）或升华的方法进行纯化。参见有机化学实验。三、常用色谱方法色谱（又称层析）是一种物理的分离方法。它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配，其中一相是不动的，称为固定相，另一相是携带混合物流过此固定相的流体，称为流动相。当流动相中所含混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用。由于各组分在性质和结构上有差异，与固定相发生作用的大小、强弱也有差异，因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流出。这种借助在两相间分配差异而使混合物中各组分分离的技术，称为色谱法。（一）薄层色谱薄层色谱（TLC）是一种简单实用的实验技术，

17、属固液层析。一般薄层色谱的固定相是硅胶或氧化铝，属吸附层析。在层析过程中，吸附剂对样品中各组分的吸附力不同，当展开剂流过时，各组分被展开剂从吸附剂上解析下来的难易程度不同，从而造成各组分移动时的速度差别，而达到分离的目的。薄层色谱可以用来分离混合物、鉴定精制化合物、测量混合物中各组分的含量、测定样品纯度。其展开时间短，几十分钟就能达到分离目的，分离效率高， 还可用制备板分离几毫克到几百毫克的样品。在药物合成实验中，还常用来跟踪反应进程和确定反应的终点。薄层色谱特别适用(shyng)于挥发性小的化合物以及在高温下化学性质不稳定的化合物的分析。（二）柱层析色谱(s p)柱层析色谱是通过层析柱来实现

18、分离的，主要用于大量化合物的分离。层析柱内装有固体吸附剂，也就是固定相，如氧化铝或硅胶等。液体样品从柱顶加入，在柱的顶部被吸附剂吸附，然后从柱的顶部加入有机溶剂也就是展开剂进行洗脱。由于吸附剂对各组分的吸附能力不同，各组分以不同速度(sd)下移，被吸附较弱的组分在流动相里的含量较高，以较快的速度下移。各组分随溶剂按一定顺序从层析柱下端流处，分段收集流出液，再用薄层色谱来鉴定各组分。柱层析的分离条件可以套用该样品的薄层色谱条件，分离效果亦相同。（三）纸层析色谱纸层析是以滤纸为载体，用一定的溶剂系统展开而达到分离、分析目的的层析方法。此法可用于定性，亦可用于分离制备微量样品。纸层析的原理是分配层析

19、。滤纸是载体，水为固定相，展开剂为流动相。试样在固定相水与流动相展开剂之间连续抽提，依靠溶质在两相间的分配系数不同而达到分离的目的。物质在两相之间有固定的分配系数，在纸层析色谱上也有固定的比移值。纸层析色谱法的一般操作时，将待试样品溶于适当溶剂，点样于滤纸一端，另用适当挑选的溶剂系统，从点样的一端通过毛细现象向另一端展开。展开完毕，滤纸取出阴干，以适当显色剂显色，即得纸层析色谱。样品层析往往用比移值Rf来表示某一化合物在纸层析色谱中的位置。（四）高效液相色谱高效液相色谱（HPLC）是一种具有高灵敏度、高选择性的高效、快速分离分析技术，广泛应用于医药分析的各个领域。在药品质量控制如主要成分的定性

20、定量分析、杂质的限量检查和测定、稳定性考察等、药物合成反应的监测、药物体内过程和代谢动力学研究、中药的成分研究及人体内源活性物质的测定中，HPLC都是重要的分析手段。 例如(lr)，-肾上腺素受体拮抗剂类药物(yow)均为手性分子的外消旋体，其对映异构体的药效学差异显著。近年来在这些药物的对映体选择性HPLC分析方法研究上取得了令人瞩目的进展。常见的HPLC手性拆分方法有手性固定相直接拆分法、手性试剂衍生化法和手性流动相添加法。例如(lr)，采用柱前衍生化测定普萘洛尔对映体：1. 色谱条件：色谱柱：Micro Pak SP C8柱（15 mm14 mm）流动相：醋酸钠（0.02 mol / L

21、，pH 4.0）乙腈（30:70）流速：2 mL / min检测：荧光，265 nm / 345nm。2. 样品测定：样品经硼酸-磷酸二氢钠缓冲液（0.10 mol / L，pH用氢氧化钠调至8.5）稀释，混合后取样品溶液20 L，加入（+）-1-（9-芴基）-乙基甲酰氯（FLEC）衍生化试剂20 L，反应10 min后，取10 L进样。保留时间：（-）-普萘洛尔衍生物为6.549 min；（+）-普萘洛尔衍生物为7.070 min；FLEC为12.1 min。四、光学异构药物的拆分药物的立体结构与生物活性密切相关。含手性中心的药物，其对映体之间的生物活性往往有很大的差异。研究表明药物立体异构

22、体药效差异的主要原因是他们与受体结合的差异。近年来人们对光学异构体间的药效有了长足的认识，以单一异构体供药用已引起各方面的重视，今后的新药研制将日益朝着单一对应体药物的方向发展。对应异构体的药物一般可以通过不对称合成或拆分方法得到。然而就目前医药工业生产而言，尚未有成熟的不对称合成方法用于药物的大量生产，因此，拆分仍然是获得手性药物的重要方法。常用的光学异构药物的拆分方法与拆分原理包括：（一）播种(b zhng)结晶法在外消旋体的饱和溶液(bo h rn y)中加入其中一种(y zhn)纯的单一光学异构体（左旋或右旋）结晶，使溶液对这种异构体成过饱和状态，然后在一定温度下该过饱和的旋光异构体优

23、先大量析出结晶，迅速过滤得到单一光学异构体。再往滤液中加入一定量的消旋体，则溶液中另一种异构体达到饱和，经冷却过滤后得到另一个单一光学异构体，经过如此反复操作，连续拆分便可以交叉获得左旋体和右旋体。播种结晶法的优点是不需用光学拆分剂，因此原料消耗少、成本低。而且该法操作较简单、所需设备少、生产周期短、母液可套用多次、拆分收率高。但该法仅适用于两种对映体晶体独立存在的外消旋混合物的拆分，对大部分只含一个手性碳原子的互为对映体的光学异构药物，无法用播种结晶法进行拆分。另外，播种结晶法拆分的条件控制也较麻烦，制备过饱和溶液的温度和冷却析晶的温度都必须通过实验加以确定，拆分所得的光学异构体的光学纯度不

24、高。（二）形成非对映异构盐法对映异构体一般都具有相同的理化性质，用重结晶、分馏、萃取及常规色谱法不能分离。而非对映异构体的理化性质有一定差异，因此利用消旋体的化学性质，使其与某一光学活性化合物（即拆分剂）作用生成两种非对映异构盐，再利用它们的物理性质（如溶解度）不同，将他们分离，最后除去拆分剂，便可以得到光学纯的异构体。目前国内外大部分光学活性药物，均用此法生产。（三）酶拆分法利用酶对光学活性异构体选择性的酶解作用，使外消旋体中的一个光学异构体优先酶解，而另一个难酶解，后者被保留而达到分离的目的。（四）色谱拆分法利用气相和液相色谱可以测定光学异构体纯度，进行实验室少量样品制备，推断光学异构体的

25、构型和构象等。附录二 常见化学物质的毒性和易燃性化学实验每天都要接触化学药品，其中很多药品是剧毒、易燃和易爆的。因此在使用和保管工作中，必须严格遵守操作规程，了解这些危险品的性质。根据危险品的分类，大致(dzh)可以分为有毒，易燃和易爆三类。现分述如下：1. 剧毒(j d)化学品日常工作中接触的化学品只有少数属于剧毒品，但很多药品如果长期接触或接触量过大，产生急性或亚急性中毒。对有毒化学品要加强防护措施，避免(bmin)不必要的伤害。（1）有毒气体 常见的有氯气、氟气、氟化氢、氢氰酸、二氧化硫、光气、氨、一氧化碳等均为窒息性或具有刺激性气体。如有着这些气体存在的实验，应在通风橱内进行。反应过程

26、中产生的这些气体，应安装吸收装置。遇气体中毒，应立即到空气流通处，静卧，给氧，严重者应及时到医院治疗。（2）无机药品 氰化物：毒性极强，无论气体还是固体，吸入或误服都可造成中毒甚至死亡。在保存过程中，氰化物能吸收空气中的水气及二氧化碳，变成氢氰酸，因此氰化物必须密封保存。取用时必须有防护措施，戴上厚口罩，防护目镜及手套。切不要让氰化物沾到皮肤上，工作服沾污后要及时清洗更换。汞：汞的蒸气极易造成急性中毒或慢性中毒。使用时必须注意室内通风。一旦打翻盛汞容器，应用水泵减压收集，较小颗粒可用硫粉、锌粉或三氯化铁溶液消除。液溴：极易造成皮肤烧伤，溴蒸气可刺激粘膜组织，严重者可造成双目失明。取用时须在通风

27、橱内进行，皮肤烧伤立即用乙醇洗涤或用甘油按摩，然后涂以凡士林。黄磷：极毒。切不可用手直接取用，否则易引起烫伤。强酸和强碱：硝酸、硫酸、盐酸、氢氧化钾极易烧伤皮肤。吸入强酸烟雾，会刺激呼吸道。应注意避免皮肤直接接触这些物质。如遇皮肤(p f)或眼睛受伤，可速用水冲洗，如是碱伤害可用1%-2%乙酸洗；如果是酸伤害可用3%碳酸钠溶液洗。眼睛受碱伤害可用硼酸溶液冲洗。（3）有机(yuj)药品致癌物：常见(chn jin)致癌物包括三类 = 1 * GB3 烷基化试剂，如硫酸二甲酯，N-甲基-N-亚硝基脲、亚硝基二甲胺、偶氮乙烷等； = 2 * GB3 芳胺类，如2-萘胺，对-N，N-二甲氨基偶氮苯， 4-乙酰氨基联苯，2-乙酰氨基苯酚； = 3 * GB3 某些稠环芳烃类，如3，4-苯并芘、9，10-二甲基-1，2-苯并蒽等。芳香族含氮化合物：苯胺、硝基苯及其衍生物，这类物质吸入或皮肤吸收引起慢性中毒和贫血，刺激皮肤引起湿疹。化合物中硝基基团越多毒性愈大。苯酚：会灼伤皮肤，引起坏死或皮炎，如有皮肤沾染应立即用温水及稀酒精洗。生物碱：绝大多数具有剧毒，少量即可中毒，甚至死亡。有机溶剂：均为脂溶性液