微波合成阿司匹林的工艺研究

微波合成阿司匹林的工艺研究李秋荣高志辉佟琦(燕山大学环境与化学工程学院，秦皇岛，066004)摘要(本论文采用微波方法合成阿司匹林·用无水碳酸钠作催化剂t研究了微波在有机合成中的应99第六届全国微型化学实验研讨会学术论文用及其加热原理。利用了交互的正交试验方法，在反应物配比、微波功率、辐射时间和催化剂用量这四个闻素中寻找出摄佳合成工艺条件，从而提高了阿司匹林的产率，实现了有效地利用微波技术促进有机合成反应。关键词微波；正交试验j碳酸钠：乙酰水杨酸阿司匹林有着广泛的药用价值，其市场需求量也不断增加．这就要求采用先进方法，提高产率，以满足人们的需要。本试验采用有交互作用的正交试验法，目的在于选取合适的催化剂用量．适宜的原料水杨酸与乙酸酐的配比，最佳的辐射时间以及微波炉的使用功率，从而达到摄高的收率。设计本试验的另一目的是弄清楚微波加热的原理I。31，即研究为什么微波辐射可以在极短的时间内达到反应条件，使反应速率提高了几十倍。从而可以进一步研究微波辐射应用于其它的有机化学反应，促进微波技术在有机台成中的广泛应用。1．实验部分l1主要仪器与药品格兰仕WD900BS电脑烧烤微波炉：HH—s型水浴锅；sHz—D(III)循环水式真空泵；101A—lE电热鼓风干燥箱：RY一1熔点仪：E55+FRAl06红外光谱仪：乙酸酐(化学纯)；水杨酸(分析纯)：无水碳酸钠(优级纯)。l：止交试验设计当试验的因子数和水平数较少时，我们可以将所有可能的搭配都进行试验，然后将试验结果加以比较和讨论，就可寻找出最好的反应条件。而当试验的因子数和水平数较多时，若还要对所有的搭配都进行试验，那么工作量就太大了，必定会影响工作的效率，这时就可以用正交试验设计方法”’，选择一个合适的正交表来进行整体设计、综合比较、统计分析，寻求出最佳的工艺条件。本实验考虑了各方面的因素，设计了交互的L2，(3”)正交表，正交实验的因子数和水平数见表1。表1正交试验的因子数和水平数Table2-1Thefactorsandhorizontaldataoforthogonalexperiments因子数A【n(水杨酸)：B【微波炉C【辐射时间D【催化剂＼11(乙酸酐)】功率／w]／s]用善A／g]l1：l360450．1540720607502032实验结果与讨论2．1实验结果和正交表的计算与分析按照L2，(3”)正交表规定的反应物用量，按照上述的实验步骤进行操作，记录下每一次实验的产量，根据反应方程式，计算出反应的产率，记录于表2中。本试验考虑了四个因子数和三个水平数，设计了L27(3”)正交表进行试验，试验中涉及到了10n发明与创新徽型化学实验专辑]nvenlionandInnovation任意两个因子的交互作用，若用直观分析法。就不能估计试验过程中以及试验结果测定中必然存在的误差的大小，即不能区分某因子各水平所对应的试验结果问的差异究竟是真正由因子水平不同所引起的，还是由试验的误差所引起的，因此不能知道试验的精度，并且直观分析就无法考察交互作用影响的大小。为了解决上面提到的问题，我们可以采用方差分析的方法，此方法是将因子水平(或交互作用)的变化所引起的试验结果间的差异与误差的波动所引起的试验结果间的差异区分开来的一种方法。利用多因子试验的方差分析方法对正交表进行计算．结果见表3。将各因子及其有交互作用的因子间的F比与从F表中查得的数据相互比较。其显著性检验的过程见表4的方差分析。本实验通过对L2，t3”)正交表的方差分析，可以得知：(1)因子A对产物收率无显著影响，可任意选取。(2)因子B对产物收率有显著影响，根据I”II”ⅢB的大小可以看出t选取I水平或2水平。(3)因子C对产物收率有显著影响，根据Ic、IIc、ⅡIc的大小可以看出，选取2水平。(4)因子D对产物收率有显著影响，根据ID、IID、ⅢD的大小可以看出，选取1水平。(5)考虑A【n(水杨酸)：n(乙酸酐)】与B【微波炉功率船】的交互作用，B选取2水平，A选取2水平。(6)考虑B【微波炉功率／w】与C【辐射时f司／s]的交互作用，C选取I水平，B还是选取2水平。从各因子及其交互的F比可以判断出各因子对产率的影响大小顺序为：影响乙酰水杨酸产率的主次因素为：A×B——。卜B——一{．．B×c——≯C———卜D——_卜A且最佳生产条件为：B2CIDlA2，即水杨酸为5．0克，乙酸酐为6．8mLt微波功率为540W，辐射时间为45s，催化剂无水碳酸钠用量为0．Ig。表2正交表实验产率的数据记录Table2Theyieldoftheorthogonalexperiments第六届全国微型化学实验研讨会学术论文表3L：，(3,3)正交表的计算Table4-2Thecalculationsof也eorthogonaltableL”，(3¨)5．925．976．3l35．05356439．8212．2796．366．125．7240．4537．4532．7212．29l5．776．495．9433．2942．1235．286．335．48639400730．0340．836．156。225。84376．126．06602375．746．236．22326．066．2359l366．435．865．9l4l8238．6934．1l4536．7236．249538．8l38．697238．8l34．933434．3434．935．996．176．0435．8838．0736．486．2l5．636．3738．5631．6940．580．0080．02812．2990．02812．3260．05512，2910．02012268—0．00312．2720．00l12．2730．00212．2900．01912．27—0．00l123140．0435．836．026．3633．9936．12404512．2840．013136．276．1l5．8239．3l37．3333．8712．263—0．008产率的和G=￡Y，=18．202：G2=331．3l：CT=G2／27=12．271表4方差分析表Table5Theanalyzingtableofsquaremargin方差来源偏差平方和自由度F比显著性A【n(水杨酸)：n(乙St=S．=0．00821．65无显著影响酸酐)】B【微波炉功率／w]S|=s。=0．02825．79C【辐射时间／s】sc=s5=O．020D【催化荆用量／g]So=S。=0．019AXB交互作用SⅢ=S。+S，=0083B)(C交互作用s眦=s。+s。=001324．14239348．5844．65显著影响显著影响显著影响高度显著影响显著影响误差Se=O，029122．2产品的表征———————————。。。。。。。。。。。。。。。。。。_。。。。。。。。。。。。。。_。。。。。。。_。。。__。--_-。。。__-_。-_。_-。-●_。_-__-______一1021234S6789∞U挖丝塑兰型至燮型些兰壅整主塑!!：!!!!竺竺!!!!!：型竺图1产品的红外光谱图Figure1TheinfraredspectrumoftheproductA1360～1355cm—Ctt。一co一官能团中与氢键结合的主要吸收带：B1605cml苯环C1690cm。1共轭的一c00H：D1750cm。1酯键，E3060amll芳香C—H伸缩：F段3100～2900cm—CH；一c0一中与氢键结合的非常弱的吸收带；G段3000～2500cm～一c∞H中的一oH键的伸缩，由于组合吸收带等而出现特征的小吸收带：H750cm。1苯环上的官能团处于邻位结论(1)采用L27(3”)正交表，用微波方法多次合成阿司匹林，最后通过对正交表的方差计算得出了生产阿司匹林的最佳工艺条件：水杨酸59，乙酸酐6．8mL，微波功率540．W，辐射时间45s，无水碳酸钠的用量O．19。用此生产工艺，可以大大节约生产时间，提高生产效率，且节约能耗。(2)本论文采用无水碳酸钠作为催化剂，它首先进攻水杨酸，破坏分子内氢键的形成，使酚羟基活泼，加速反应的进行．从而起到催化效果。(3)无水碳酸钠为弱碱，对设备不会造成腐蚀，且不会污染环境，从环保的角度考虑，我们也应该选用无水碳酸钠作为催化剂。参考__