微波辐射法合成阿司匹林的研究

微波辐射法合成阿司匹林的研究

阿司匹林通常与水杨酸和乙酸酸酸反应合成，所使用的催化剂为硫酸。由于硫酸催化剂对设备腐蚀性强且存在废酸排放等缺点,人们对该反应使用的催化剂开展了许多研究,已见报道的催化剂有固体Na2CO3、固体KOH、无水乙酸钠等。传统的酸催化法合成乙酰水杨酸虽然工艺成熟,但产率比较低,副反应多,腐蚀设备严重,同时产生的废液污染环境,因而寻找一类新的催化活性高、环保型的催化剂来代替质子酸催化合成乙酰水杨酸已成为人们研究的新课题。微波辐射是近来人们开发的新的有机合成方法之一,传统加热方式是依靠热传导、对流域辐射逐步由表及里穿入物质内部。而微波加热是一种内源性加热,是对物质的深层加热。相比传统的加热方式,微波加热具有选择性,对各种极性物质,则很容易加热。本实验采用微波辐射法快速合成阿司匹林,采用了3种催化剂(浓硫酸、无水碳酸钠、三氯化铝),试验了催化剂的用量、反应物配比、微波反应功率和微波反应时间的不同对成品产率、产品纯度的影响,从而确立最佳反应条件。1实验部分1.1格兰仕d900bs微波水杨酸;乙酸酐;三氯化铝;无水碳酸钠;无水乙醇(均为分析纯)。格兰仕WD900BS微波炉;尼高力-VATAR-70DTGS红外分光光度计。1.2反应原理由水杨酸与乙酸酐进行乙酸化反应制得,反应如下:1.3乙酰水杨酸的制备在干燥的50mL锥形瓶中加入一定量的水杨酸、乙酸酐和催化剂,放入微波炉中,调整微波功率,调整一定的辐射时间,反应结束后,取出锥形瓶,待冷却至室温,有白色晶体析出。加入冰水,水解过量的乙酸酐。将锥形瓶置于冰水浴中冷却,晶体析出完全,抽滤,得乙酰水杨酸粗产品。将粗产品加入饱和碳酸氢钠溶液,搅拌,滤出不溶杂质。滤液缓慢倒入盛有浓盐酸的烧杯中,并不时搅拌,有产品析出时将烧杯置于冰水浴中冷却20min,以使结晶完全。抽滤、干燥得阿司匹林产品。1.4阿斯匹林的初聚纯度合成粗产品与1%三氯化铁溶液呈阴性反应,即不显红色,可初步判断制得的阿司匹林产品的纯度。测得精致样品红外光谱图,与阿司匹林的红外特征光谱进行对照。2结果与讨论2.1催化合成阿斯匹林的产率微波输出功率160W,辐射时间为50s,使用3种催化剂制备阿司匹林,对产品产率和纯度进行比较,实验结果如下表1。通过实验,可以初步确定三氯化铝和无水碳酸钠得到的产品纯度较以浓硫酸为催化剂的纯,但产率均低于浓硫酸;催化合成阿司匹林的产率,三氯化铝(57.5%)比无水碳酸钠(53.2%)要稍高。由于浓硫酸的腐蚀性较强,在实验过程中极不安全,产品纯度也不高,所以选择三氯化铝作为反应的催化剂。2.2剂用量对阿斯匹林产率的影响微波输出功率为160W,辐射时间为50s,使用三氯化铝作为催化剂,采用不同的催化剂用量进行反应,对阿司匹林的产率进行比较,实验结果如图1所示。由图1可以看出:催化剂三氯化铝在用量为3%时,产品产率最大,为73.8%;而且,以三氯化铝作为催化剂时的产品纯度均较纯。综合考虑,为了获得最大的产率,选择三氯化铝作为最佳催化剂,催化剂用量为3%。2.3不同酸配比对阿斯匹林反应的影响微波输出功率为160W,辐射时间为50s,三氯化铝作催化剂,用量为3%,改变乙酸酐与水杨酸配比,对阿司匹林产率进行比较,实验结果如下图2所示。由图2可见,当n(乙酸酐)∶n(水杨酸)=2.5∶1时,产率为73.6%,均高于其他几组配比,因此选择n(乙酸酐)∶n(水杨酸)=2.5∶1,作为制备阿司匹林反应最佳配比。2.4微波辐射功率采用不同的微波输出功率,辐射时间均为50s,三氯化铝作催化剂且用量3%,n(乙酸酐)∶n(水杨酸)=2.5∶1,实验结果如下图3所示。由图3可见,微波辐射功率为320W时,阿司匹林产率最高,为79.2%,随着功率的升高,产率有所下降;功率为160W时的阿司匹林产率也低于320W。因此选择320W为微波炉的最佳辐射功率。2.5实验结果实验微波输出功率为320W,三氯化铝用量3%,n(乙酸酐)∶n(水杨酸)=2.5∶1,实验结果如下图4所示。由图4可见,随着辐射时间的增加,阿司匹林产率也增加,当辐射时间为60s时,产率为81.1%,达到最大,时间再增加,产率有所下降,因此选择辐射时间60s为最佳辐射时间。2.6微波辐射功率测定结果以三氯化铝为催化剂且用量为3﹪,反应物n(乙酸酐)∶n(水杨酸)=2.5∶1,微波辐射功率为320W,辐射时间为60s时,进行以下几组实验测得产率,实验数据如下表2。由表2实验结果可看出,最佳工艺条件下,实验较稳定,产品纯度较好,平均产率为81.4%,可以最终确定最优工艺条件如表3所示。2.7合成阿斯匹林的红外光谱合成产品与1%三氯化铁溶液呈阴性反应,说明水杨酸在反应中羟基已被酰化。按文献中方法测定产物的熔点,熔点为133～135℃。文献值为133～136℃,产品稍溶于水,溶于乙醇、氯仿,针状结晶,干品无臭,湿品有乙酸臭。图5为所合成阿司匹林的红外光谱图。对该红外光谱图分析如下:1360～1355cm-1,CH3-CO-与氢键结合的主要吸收带;1605cm-1,苯环;1690cm-1,共轭的-COOH;1750cm-1,酯键;3060cm-1,芳香C-H伸缩;3100～2900cm-1,CH3-CO-中与氢键结合的非常弱的吸收带;3000～2500cm-1,-COOH中的-OH键的伸缩,由于组合吸收带等而出现特征的小吸收带;750cm-1,苯环上的官能团处于邻位。3反应条件优化采用微波辐射法,快速合成阿司匹林。考察了催化剂、催化剂用量、反应物配比、微波