乙酰水杨酸的合成及表征

实验四乙酰水杨酸的合成及检测（4学时）阿司匹林为解镇痛药，用于治疗伤风、感冒、头痛、发烧、神经痛、关节痛及风湿病等。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大到预防血栓形成，治疗心血管疾患。阿司匹林化学名为2-乙酰氧基苯甲酸，化学结构式为：广丁OCOCl^COOH阿司匹林为白色针状或板状结晶，mp.135〜140°C，易溶乙醇，可溶于氯仿、乙醚，微溶于水。合成路线如下：COOH(CH3CO)2OCOOH(CH3CO)2OCOOHCH3COOH一、实验目的1．了解酯类的合成方法，熟悉酰化反应的原理和实验操作；2．掌握有机化合物的纯化机理和基本操作，掌握其纯度的检测方法3．了解工业化生产与实验室小试工艺间的区别与联系；二、实验原理1、合成：原料水杨酸是双官能团化合物，它即是酚又是芳香族羧酸，因此它能进行两种不同的酯化反应。既可与甲醇反应生成水杨酸甲酯（即冬青油），又可与乙酸酐作用，使水杨酸分子中酚羟基上的氢原子被乙酰基取代，从而得到乙酰水杨酸。本实验采用将水杨酸和乙酸酐，在少量浓硫酸催化作用下，通过破坏水杨酸分子中羧基与酚羟基间形成的氢键，从而使得乙酰化反应容易完成，其机理式：_OCOOH CH3—C"OOH+CH3-C「酸分子中羧基与酚羟基间形成的氢键，从而使得乙酰化反应容易完成，其机理式：_OCOOH CH3—C"OOH+CH3-C「O3—H+-失质子消除o^cxch3LCOOH+CH3-O-——+H+——-ch3cooh2、纯化：由于水杨酸的苯环上既有羟基又有羧基，在反应过程中会形成一种高聚物副产物：OH/\—(n—1)HQ-聚物副产物：OH/\—(n—1)HQ-OH0—C—O—Hjn可以利用乙酰水杨酸与NaHCO3反应生成水溶性的钠盐，而高聚物不溶于NaHCO3溶液的原理，通过过滤将高聚物分离出去。然后再用酸将乙酰水杨酸沉淀出来，从而达到纯化产品的目的，其反应式如下：LCOOH+NaHCO3H3+NaHCO3COONaH+LCOOH+NaHCO3H3+NaHCO3COONaH+H0+C023O\Z-COOHC-ch3+NaClO白色晶体3、重结晶：在最终产物中最有可能产生的杂质是水杨酸本身，这是由于乙酰化反应不完全或是产物在分离步骤中发生水解造成的。因此还可以用乙醇、丙酮或乙酸乙酯对最终产物进行重结晶，从而得到纯度更高的产品——阿司匹林。由于阿司匹林的生产是一个成熟的工艺，将它与实验室制备作对比，从而了解化工产品的工业生产与实验室制备的联系与区别。三、实验预习题1．酰化反应的条件是什么？2．浓硫酸在反应中的作用是什么？能否用稀硫酸代替？3．本实验中所用的水杨酸和玻璃仪器必需是干燥的，为什么？4、本实验中可产生什么副产物？四、实验设备、仪器、试剂1．设备、仪器：旋转蒸发仪、循环水泵、电子天平、干躁箱，显微熔点仪、红外、布氏漏斗及抽滤装置；100ml锥型烧瓶、10-50ml量筒、250ml烧杯、100°C温度计等；2．试剂：水杨酸、乙酸酐、硫酸，碳酸氢钠、盐酸、95％乙醇、1%三氯化铁丙酮或乙酸乙酯等；1．乙酰水杨酸的合成：1） 酯化：称量2g水杨酸（0.045mol）放入干燥的锥形瓶中，慢慢加入5ml乙酐（5.4g0.053mol）,并滴加5〜6滴浓硫酸，轻轻摇荡锥形瓶使溶解，在80〜85°C水浴中加热约15min,从水浴中移出锥形瓶，当内容物温热时慢慢滴入3~5mL冰水，此时反应放热，甚至沸腾。反应平稳后，再加入40〜50mL水，用冰水浴冷却，并用玻棒不停搅拌，使结晶完全析出，若无晶体或出现油状物，可用玻棒（在冰水浴中）摩擦内壁以助沉淀，抽滤，用少量冰水洗涤两次，得阿斯匹林粗产物。2） 纯化：将阿斯匹林的粗产物移至烧杯中，加入25mL饱和NaHCO3溶液搅拌,直至无CO2气泡产生，抽滤，用少量水洗涤，保留将洗涤液与滤液，弃去滤渣（此滤渣为何物?）。3） 首先在烧杯中放大约5mL浓盐酸并加入l0mL水，摇匀此盐酸水溶液，再将步骤（2）的滤液倒入此烧杯中，阿斯匹林随即重复沉淀析出；再用冰水冷却令结晶完全析出，抽滤，冷水洗涤，压干滤饼，自然晾干为佳。（产率约80%，熔点134〜136°C）4） *重结晶：此内容供同学选做，选做的同学须在预习报告中提出并写清实验方法；（提供的试剂为95％乙醇或丙酮）2．乙酰水杨酸纯度的检测与测定：由于水杨酸的酚羟基可与FeCl3稀试剂呈现颜色反应，产生Fe（II）—酚深紫色络合物，所以可用1%FeCl3溶液来定性检验产品的纯度。1） 检验：将少量（少于0.05g）的水杨酸放入试管A，再将少量产品放入试管B内，然后在A、B试管里各加入1ml左右的乙醇使其溶解，再在各试管里滴加几滴1%FeCl3水溶液，观察和记录颜色变化，鉴定产品纯度；（可在合成与纯化后，各做一次检验，进行比较）2） 熔点的测定*（略）3） 产品的红外表征*（略）注：由于课时所限，凡标注*号的内容不做。七、实验数据记录及处理表1、为什么使用新蒸馏的乙酸酐？加入浓硫酸的目的是什么？2、乙酰水杨酸还可以使用溶剂进行重结晶？重结晶时需要注意什么？3、通过什么样的简便方法可以鉴定出阿斯匹林是否变质？4、若在硫酸的存在下，水杨酸于乙醇作用将得到什么产物？写出反应方程式。5、本实验是否可以使用乙酸代替乙酸酐？一、实验预习报告（要求：①简述实验目的和原理；②简述实验内容及步骤、仪器设备及试剂的名称；③简述实验装置或流程；④了解注意事项，回答预习题）二、实验记录与数据处理（要求：根据化学反应方程式，计算理论产量，并与实际产量对比分析误差原因；写