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皖西学院材料与化工学院基础化学实验研究课题报告综合实验项目：解热镇痛药阿司匹林的制备及含量的测定实验项目设计小组成员：队长：闫宁宁队员：张旭朱玉圣单祥礼陆瑞瑞苏强李萍指导老师：黄磊老师课题研究计划：实验研究初始分工任务负责人研究方法时间十五周收集资料闫宁宁张旭参考化学课本，互联网和化学书籍内容一周十六周制定实验计划苏强朱玉圣根据所学知识设计实验三天十六周进行试验探究全体组员合作探究三天十七周改进实验，总结成果李萍陆瑞瑞单祥礼一周第一阶段：准备阶段收集和查阅相关资料和文献阿司匹林发现历史时间人物贡献/发现2300多年前希波克拉底水杨柳树的叶和皮1827年拉罗克斯水杨甙（dài）1853年杰尔赫纯水杨酸1897年霍夫曼乙酰水杨酸——阿斯匹林1899年拜尔工业方法制造阿斯匹林的工艺,并为之取名Aspirin阿司匹林介绍•中文名称：阿司匹林•俗名：醋柳酸、巴米尔、力爽、塞宁、东青等•(中文)普通命名法：乙酰水杨酸，邻乙酰水杨酸•(中文)系统命名法：2-(乙酰氧基)苯甲酸•英文名称：Aspirin•(英文)普通命名法：acetylsalicylicacid•分子式：C9H8O4•结构式：•性质：白色针状或板状结晶或粉末•熔点：135℃•无气味，微带酸味•在干燥空气中稳定，在潮湿空气中缓缓水解成水杨酸和乙酸•能溶于乙醇，乙醚和氯仿，微溶于水，在氢氧化钠溶液或碳酸碱溶液中能溶解，但同时分解阿司匹林的物理性质：•分子C9H8O4分子量180.15。学名乙酰水杨酸。熔点135℃～138℃，密度1.35g/cm3式白色针状或板状结晶或粉末。无气味无臭，微带酸味。在干燥空气中稳定，在潮湿空气中缓缓水解成水杨酸和乙酸。能溶于乙醇，乙醚和氯仿，微溶于水，在氢氧化碱溶液或碳酸碱溶液中能溶解，但同时分解。该品1g能溶于300ml水5ml醇10-15ml醚或17ml氯仿，。安全说明:S26：万一接触眼睛，立即使用大量清水冲洗并送医诊治；S36/37/39：穿戴合适的防护服、手套并使用防护眼镜或者面罩。•阿司匹林的化学性质：•因为阿司匹林结构中不含有游离的酚羟基，所以阿司匹林不与三价铁离子起色反应，但是阿司匹林水解的产物水杨酸中含有酚羟基，可以与三价铁离子起色反应（水解反应）；具有酸的通性阿司匹林的用途：阿司匹林解热镇痛作用迅速而较强，常与其他解热镇痛药制成复合试剂，应用于感冒发热、头痛、牙痛、神经痛、肌肉痛、关节痛、痛经等。小剂量阿司匹林可预防心，脑，血管梗塞（冠状血管及脑血管），血小板环氧合酶对阿司匹林特别敏感，一次剂量即可使环氧合酶不可逆性灭活，而血小板不可能再生酶，因此，很小剂量就可抑制血小板功能。阿司匹林的传统规模生产的工艺•水杨酸是一种具有双官能团的化合物，一个是酚羟基，一个是羧基，羧基和羟基都可以发生酯化，而且还可以形成分子内氢键，阻碍酰化和酯化反应的发生。阿司匹林是由水杨酸（邻羟基苯甲酸）与醋酸酐进行酯化反应而得的。水杨酸可由水杨酸甲酯，即冬青油（由冬青树提取而得）水解制得。本实验就是用邻羟基苯甲酸（水杨酸）与乙酸酐反应制备乙酰水杨酸。乙酰水杨酸用途：乙酰水杨酸又称阿司匹林，是人们熟悉的解热镇痛、抗风湿类药物。合成历史：1859年Kolbe用干燥的苯酚钠和二氧化碳在4～7atm下发生反应，合成了制备乙酰水杨酸的主要原料水杨酸。1898年，霍夫曼用水杨酸与醋酸酐反应首次合成了乙酰水杨酸。目前主要用水杨酸和乙酸酐在浓硫酸或浓磷酸催化下制备而得。然而，传统酸催化法有腐蚀设备、污染环境、反应速度慢、产率低、易发生副反应等缺点。因此，合成方法现在有很大的发展实验初始研究阶段常见制备阿司匹林催化剂的选用常用催化剂有：维生素C、浓硫酸、酸活化膨润土、固体氢氧化钠、无水乙酸钠、草酸、氨基磺酸、柠檬酸、三氯化铝、碘等实验初始研究阶段第二阶段：小组讨论制备实验方法阶段柠檬酸催化剂：优点：在n(水杨酸):n(乙酸酐)=1:2,催化剂用量为1.0g,温度65-70℃催化时间为40分钟，产量最高，可达90%（查阅文献的数据）柠檬酸经济易得，对设备无污染，是良好的催化剂选择。小组最终讨论用柠檬酸作催化剂合成阿司匹林第三阶段：实验分组及实验准备阶段实验分组：采用正交法分组，分为七组，分别探究不同温度下，不同催化剂的量，和不同反应时间合成阿司匹林的产率问题。温度设为三组：60-65℃65-70℃70-75℃催化剂量：0.8g1.0g1.2g反应时间：35分钟40分钟45分钟实验目的：•⑴熟悉酚羟基酰化反应的原理，掌握阿司匹林的制备方案•⑵掌握抽滤装置的安装与操作；•⑶学会利用重结晶纯化固体有机物的操作技术反应原理19实验中，我们使用水杨酸和醋酸酐进行酯化反应COOHOH+CH3COCH3COOCOOHOCCH3OH++CH3COOH反应温度应控制在65～75℃左右，温度过高易发生下列副反应：1.实验基本仪器仪器：电子天平、圆底烧瓶100ml三个、50ml烧杯1个、250ml烧杯4个、100ml烧杯一个、250ml锥形瓶4个、10ml、25ml移液管各1个、减压抽滤装置、250ml容量瓶3个、水浴锅、烘箱、洗耳球、量筒、量杯、表面皿、玻棒、滴定管、试管、超声波合成仪、机械搅拌器。2.试剂：水杨酸（CP），乙酸酐（AR），柠檬酸（AR），碳酸氢钠，三氯化铁，乙酸乙酯，浓HCl，邻苯二甲酸氢钾、氢氧化钠、酚酞、乙醇。实验步骤：1、在100ml圆底烧瓶中加入3.0g水杨酸、6.5ml乙酸酐和1.0g柠檬酸，旋摇圆底烧瓶使水杨酸和乙酸酐、柠檬酸充分混合，然后在水浴上加热并搅拌进行反应40min，首先控制水浴温度为65-70℃。待水杨酸和乙酸酐充分反映后，取出烧瓶，将其冷却至室温，即有乙酰水杨酸晶体析出。如不结晶，可用玻璃棒摩擦瓶壁并将反应物置于冰水中冷却至结晶产生。加入75ml水，将混合物继续在冰水浴中冷却使结晶完全。减压过滤，用滤液反复淋洗锥形瓶，直到所有结晶被收集到布氏漏斗中。每次用少量冷水洗涤结晶几次，继续抽次将溶剂尽量抽干。粗产物转移到表面皿上，在空气中风干。实验步骤：2、乙酰水杨酸能与碳酸氢钠反应生成水溶性钠盐，而副产物聚合物不能溶于碳酸氢钠，这种性质上的差别可用于阿司匹林的纯化。将粗产物转移至50ml烧杯中，在搅拌下加入30ml饱和碳酸氢钠溶液，加完后继续搅拌分钟，直至无二氧化碳气泡产生。抽气过滤副产物聚合物应被滤出，用5-10ml水冲洗漏斗，合并滤液，倒入预先盛有5-6ml浓HCl和12ml水配成溶液的烧杯中，搅拌均匀，即有乙酰水杨酸析出。实验步骤：3、为了得到更纯的产品，可将上述结晶溶于最少量的乙酸乙酯中（约2-3ml），溶解时应在水浴上小心的加热。如有不溶物出现，可用预热过的玻璃漏斗趁热过滤。将滤液冷至室温，晶体析出。如不析出晶体，可在水浴上稍加浓缩并将溶液置于冷水中冷却，抽虑收集产物，干燥。制备过程浏览图原料混合65-70℃水浴加热40min冰水中冷却减压过滤阿司匹林出产品重结晶阿司匹林的提纯•在实验中需要分离的杂质主要有：未反应的水杨酸，副反应的产物，多余乙酸.于是可有饱和碳酸钠溶液去除酸；此时部分副产物也反应生成相应钠盐，在经过减压过滤，就能将副产物滤出；而又再由乙酰水杨酸微溶可使用重结晶法将其析出名称分子量性状熔点沸点溶解性水乙醇醚水杨酸138.12白色结晶粉末156-159℃211℃易溶溶溶乙酸酐102.09无色透明液体1.08-73.1℃138.6℃微溶易溶易溶乙酰水杨酸08.16白色结晶粉末135℃微溶易溶易溶浓硫酸98无色油状1.84-90.8℃338℃易溶微溶阿司匹林的提纯27重结晶搅拌下加入30ml饱和碳酸钠溶液减压抽滤，取滤液预先盛有5-6ml浓盐酸与12ml水配成的溶液，烧杯置于冰浴中冷却减压抽滤，晾干，得产品三组不同催化剂量的对比催化剂催化剂用量产率%0.8g59.14%柠檬酸1.0g68.03%1.2g75.08%三组不同催化剂量的对比0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%0.811.2阿司匹林产率三组反应不同时间对比反应时间产率%35min61.07%40min68.03%45min65.50%三组反应不同时间对比0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%35min40min45min阿司匹林产率三组反应不同温度对比反应温度产率%60-65℃62.99%65-70℃68.03%70-75℃65.14%三组反应不同温度对比0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%60-6565-7070-75阿司匹林产率实验表明：当温度为65-70℃，催化剂量为1.2g,反应时间为40min时的产率最高。•取几粒晶粒加入盛有5ml水的试管中，加入1～2滴1％FeCl3溶液，观察有无颜色反应。•没有颜色变化说明最纯淡紫色是FeCl3与酚羟基所显的特殊颜色纯阿司匹林是2-(乙酰氧基)苯甲酸，当中不含有酚羟基。久置之后，在空气的作用下会产生出酚羟基，使FeCl3显色阿司匹林含量的测定实验背景OCOCH3COOHOCOCH3COOHOHCOOH(CH3CO)2OH2SO4CH3COOH++阿司匹林为经典的解热镇痛药，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。合成路线：阿司匹林结构式杂质在酸、碱条件下可被水解酸性实验方法含量测定方法：两步滴定法实验步骤:称量中性乙醇溶解碱滴粉红色过量碱水浴酸滴实验组:氢氧化钠溶液的标定：准确称取5.100g邻苯二甲酸氢钾，于50ml烧杯中加入20-30ml水溶解后，转移至250ml容量瓶中，用蒸馏水洗涤烧杯3-4次，洗涤液转入容量瓶中，定容。称取氢氧化钠1.0g邻苯二甲酸氢钾，加入250ml的锥形瓶中，加入25ml蒸馏水，加热溶解，配成25ml的溶液。取25ml氢氧化钠溶液于250ml锥形瓶中，滴加1-2滴酚酞试剂，溶液呈微红色，用氢氧化钠滴定邻苯二甲酸氢钾标液，直至溶液变为粉红色，并30s内不褪色即为终点。计算出氢氧化钠溶液的标准浓度。HCl标准溶液的标定：由移液管移取浓HCl溶液25.00ml于250ml锥形瓶中，加入1-2滴酚酞指示剂，用已标定的氢氧化钠溶液滴定至溶液呈粉红色并半分钟不褪色，计算出HCl标液的准确浓度。两步滴定法滴定合成的阿司匹林：将制得的阿司匹林精确称量0.3g置于250ml锥形瓶中，加中性乙醇20ml，振摇使阿司匹林溶解，加酚酞指示剂3滴，用氢氧化钠标准溶液滴定至溶液显示粉红色，在精确加入氢氧化钠标准溶液40ml，置于水浴上加热15min并随时振摇，迅速冷却至室温，用HCl标准溶液滴定至红色刚好消失即为终点。记录所消耗的HCl体积，计算阿司匹林的收率。注意事项：1.酯化反应温度不宜太高。否则，阿司匹林会分解。分解温度为401.15-408.15K。2.在制备阿司匹林时，所用仪器必须干燥。当仪器没有全部干燥时，会导致醋酸酐水解成醋酸，从而影响产率。在制备阿司匹林时，如无晶体析出，可用玻璃棒摩擦瓶壁，待少许晶体析出后，将反应物置于冰水中冷却，即出现大量晶体。讨论分析：从60-65℃、65-70℃、70-75℃水浴温度下制备的阿司匹林与1%三氯化铁溶液的颜色反应可以看出，水杨酸和乙酸酐在柠檬酸的的催化作用下进行的酰化反应在水浴温度在65-70℃时所合成的阿司匹林的产率是最高的，阿司匹林基本上没有水解成水杨酸和乙酸。这与所参考的资料基本吻合。实验总结：制备阿司匹林的催化剂种类繁多，其催化效果也各有不同，一种催化效果良好、简单易得同时对环境污染较小的可以进行工业化的新型催化剂才是人们所需的。本实验探讨了有机酸柠檬酸催化剂在不同的水浴温度下的催化效果以及最终产品的产率和纯度，得出65-70℃、40min、1.2g下柠檬酸的催化效果最好，与参考的文献相符。参考文献：【1】兰州大学,复旦大学.有机化学实验[M].2版.北京:高等教育出版社,1994:163–165【2