乙酰水杨酸的制备与纯化
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设计性实验报告
题 目:乙酰水杨酸的制备与纯化 课程名称:有机化学实验
姓 名:
学 号:2009122112
系 别:化学系
专 业:应用化学
班 级:093班
实验学期:2011至 2012学年 第一 学期
乙酰水杨酸的制备与纯化
﹙ 化学系 , 应用化学, 093班,学号 2009122112﹚
摘要 本次实验的目的是熟悉酰化反应的原理和实验操作方法,并且学会用重结晶的方法提纯有机物。实验 中,将水杨酸与乙酐作用,以浓硫酸作催化剂,通过乙酰化反应制得到乙酰水杨酸,再分别加入饱和碳酸钠 水溶液和 20%的盐酸进行粗产品的纯化。该实验方法简便易行且实验原料容易得到,得到的产品纯度较高, 基本符合制备要求。
关键词 酰化反应,乙酰水杨酸,制备,纯化 1 引言
乙酰水杨酸 , 通常称为阿斯匹林 (aspirin,是由水杨酸 (邻羟基苯甲酸 和乙酸酐合成 的。早在十八世纪,人们已从柳树皮中提取了水杨酸,注意到它可以作为止痛、退热和抗炎 药,不过对肠胃刺激作用较大。水杨酸是 1838年第一次由强碱作用于相应的醛后经酸化得到 的一种化合物。 1859年 Kolbe 使用干燥的苯酚钠盐粉末和二氧化碳在 4— 7atm(1atm= 101.325kPa 下进行反应,制备成水杨酸,现在工业上都用
Kolbe 合成法生产。直到目前,阿 斯匹灵仍然是一个广泛使用的具有解热止痛作用、用于治疗感冒的药物。常用于治疗风湿病 和关节炎。近年来还发现阿斯匹林能抑制血小板凝聚,可防止血栓的形成。
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。能进行两种不同的 酯化反应,而且还可以形成分子内氢键,阻碍酰化和酯化反应的发生。当与乙酸酐反应时, 可以得到乙酰水杨酸,即阿斯匹林;如与过量的甲醇反应,生成水杨酸甲酯,它是第一个作 为冬青树的香味成分被发现的,因此通称为冬青油。
阿斯匹林又名乙酰水杨酸,分子式:C 9H 8O 4,分子量为:180.16,是白色针状结晶或结晶 性粉末。熔点:135℃, PKa=2.98,其酸性比苯甲酸强,微溶于水,易溶于乙醇、氯仿、乙醚 及碱液等。其分子内的羟基和羧基都可以进行酯化反应。本实验用乙酸酐对水杨酸的酚羟基 进行酰化制备乙酰水杨酸,即阿斯匹林。
乙酰水杨酸(阿斯匹林的相关光谱图:
乙酰水杨酸的红外光谱图
乙酰水杨酸的核磁共振碳谱图 乙酰水杨酸的质谱图 乙酰水杨酸(阿斯匹林的应用价值:
阿司匹林英文名称:aspirin 其他名称:乙酰水杨酸,醋柳酸。适应症:阿司匹林是使 用最多、使用时间长的解热、镇痛和消炎药物,能抑制体温调节中枢的前列腺素合成酶,使 前列腺素(pge1合成、释放减少,从而恢复体温中枢的正常反应性,使外周血管扩张并排 汗,使体温恢复正常。本品尚具抗炎、抗风湿作用,并促进人体内所合成的尿酸的排泄,对 抗血小板的聚集。适用于解热,减轻中度疼痛如关节炎、神经痛、肌肉痛、头痛、偏头痛、 痛经、牙痛、咽喉痛、感冒及流感症状 经过查阅资料,可知利用不同的催化剂均可以制备乙酰水杨酸。总结如下: 1.1
方案一:苯甲酸钠催化法
温热条件下,使水杨酸、乙酸酐和苯甲酸钠混合物全部溶解后,低速匀速搅拌,在适当 水浴加热反应一定时间。反应结束后,加入冰水,并置于冰水浴中冷却。晶体析出完全后抽 滤得乙酰水杨酸粗产品。加入饱和碳酸氢钠溶液,搅拌,过滤,将得到的滤液缓慢倒入盛有 浓盐酸的烧杯中,把烧杯置冰水浴中充分冷却得到乙酰水杨酸产品。 [2]
反应式如下:
1.2 方案二:对甲苯磺酸催化法
在干燥的锥形瓶中依次加入定量的水杨酸,乙酸酐和对甲苯磺酸,充分摇动。水浴上加 热,待水杨酸溶解后,保持瓶内温度在 81~85℃ (或热水浴水温在 85℃左右 ,磁力搅拌。反 应结束后,加入定量的蒸馏水,并用冰水冷却,抽滤得乙酰水杨酸粗品。粗产品用乙醇—水 混合溶剂重结晶,得到白色晶体即为纯乙酰水杨酸。 [3]
反应方程式:
1.3 方案三:浓硫酸(或浓磷酸催化法
将水杨酸、乙酸酐和浓硫酸混合物置于热水浴中加热。反应结束后,加入水,放在冷水 浴中冷却,抽滤得乙酰水杨酸粗产品。在粗产品中加入饱和碳酸氢钠水溶液,向抽滤得到的 滤液中加入 20%盐酸,并置于冰水浴中,抽滤。取少量乙酰水杨酸,用 1%三氯化铁溶液鉴 定水杨酸是否存在。如存在,产物可用乙醇-水混合溶剂重结晶得到纯的乙酰水杨酸。 [4]
反应方程式:
方案选择 :这三种方案都较简单,本次试验采用方案三,原因如下:方案一所采用的为有机 催化剂,且浓盐酸具有挥发性,对人体有害;方案二也是采用有机催化剂,并且须用水浴保 持温度,操作稍显复杂;方案三仍需采用水浴加热,但采用无机催化剂,对人体危害较小, 且步骤较少,实验原料容易得到。因此本次实验采用方案三制备乙酰水杨酸。
2实验原理
水杨酸是一种具有双官能团的化合物,一个是酚羟基,个是酸酸基。羟基和羧酸基都会 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。将水杨酸与乙酐作用, 通过乙酰化反应,使水杨酸分子中酚羟基上的氢原子被乙酰基取代生成乙酰水杨酸。加入少 量浓硫酸作催化剂,其作用是破坏水杨酸分子中羧基与酚羟基间形成的氢键,从而使酰化反 应容易完成。
反应方程式为:
副反应方程式为:
O
OH
2
OH
O
O
O
H +O
H 2O
3
O
OH +
OCOCH 3
O
O
O
H
此实验可能的副产物:乙酰水杨酸酐,水杨酸,乙酰苯脂,水杨酸苯脂,乙酰水杨酸苯脂。
物理常数
药品名称
分子量
(mol wt
用 量
(ml、 g 、 mol
熔点
(℃
沸点
(℃
比重 (d420
水溶解度
(g/100ml 水杨酸
138.12
2g (0.014mol
159
211/2.66kpa
1.443
微溶于冷水
易溶于热水
乙酸酐
102.09
5ml
(5.4g,0.05mol
-73
139
1.082
在水中逐渐
分解 乙酰水杨酸 180.16
--
135-
138
--
1.350
微溶于水
浓硫酸 98 5d -- -- 1.84 易溶于水 浓盐酸 36.46 4-5ml -- -- 1.187 易溶于水 乙酸乙酯 88.12
2-3ml
-83.6
77.1
0.9005
微溶于水
其它药品
饱和碳酸钠溶液、 1%三氯化铁溶液
3 实验用品
3.1 仪器:三角烧瓶(100mL 、温度计 (250℃ 、烧杯 (100mL、布氏漏斗、吸滤瓶、水泵、 量筒、台秤、安全瓶、表面皿、试管、玻璃棒 3.2 液体试剂 :乙酐 5mL(约 0.05mol 、浓硫酸、饱和碳酸钠水溶液、 20%盐酸
10mL 、 95%
乙醇、0.06mol/L 三氯化铁溶液 3.3 固体药品：水杨酸 2g(约 0.016mol 3.4 材料：水，滤纸 4 实验步骤 4.1 乙酰水杨酸的制备 在锥形瓶中依次加入 2g 干燥的水杨酸、5 mL 乙酐、10 滴浓硫酸，充分振荡使水杨酸溶 解，在 80℃水浴加热 20 分钟，并且不断振荡。在室温中冷却后，加入 5 mL 水，且边加边振 摇。注意：此过程反应放热，操作时应小心。将上述锥形瓶放在冷水浴中冷却，使晶体完全 析出（约需 5min） ，抽滤，并用少量冷水洗涤，抽干，即可得到乙酰水杨酸粗产品。
4.2 乙酰水杨酸的纯化 将制得的粗产品转入到 100mL 烧杯中，加入饱和碳酸氢钠水溶液，边加边搅拌，直到不 再有二氧化碳产生为止。抽滤，除去不溶性聚合物(水杨酸自身聚合。再将滤液倒入 100mL 烧杯中，缓缓加入 10mL20％盐酸，边加边搅拌，这时会有晶体逐渐析出。将此反应混合物置 于冰水浴中，使晶体尽量析出。抽滤，用少量冷水洗涤 2～3 次。抽干后，取少量乙酰水杨酸, 加几滴乙醇使其溶解，再滴加 1～2 滴 1％三氯化铁溶液，观察是否发生显色反应。 如果发生显色反应，则说明仍有水杨酸存在。此时产物可用乙醇－水混合溶剂重结晶。 即先将粗产品溶于少量沸腾的乙醇中，向乙醇溶液中添加热水，直至溶液变混浊。加热至溶 液澄清透明。注意：加热不能太久，以防乙酰水杨酸分解。静置慢慢冷却，晶体析出完全后 过滤、干燥、称重、并计算产率。 5 实验数据记录与处理 O O OH +
(CH 3CO 2O 浓H2SO4 OH + CH 3COOH OH OCOCH 3
0.047 mol 0.047mol m 理论=0.047×180.16=8.47g 5.1 固体的量取 水杨酸 物质的量/mol 用量情况 5.2 数据的处理 粗产 表面皿 质量/g 表面皿+粗 品质 产品质量/g 量/g /g 产品质量 质量/g 论产量/g /% 表面皿+纯 纯产品 乙酸水杨酸的理 酸的产率 乙酸水杨 0.014 不足 乙酐 0.05 过量 6 实验结果与讨论 6.1 实验结果 本实验采用浓硫酸催化法制备乙酰水杨酸，其中制得粗产品的质量为_______g，纯产品 的质量为_______g，本次实验的产率为_______%。 6.2 误差分析 6.2.1 系统误差：使用台秤、量筒、量取药品时产生误差； 6.2.2 随机误差：反应未进行完全，有副反应发生；结晶、纯化及过滤时，有部分产品损失。 6.3 注意事项 6.3.1 由于分子内氢键的作用，水杨酸与醋酸酐直接反应需在 150～160℃才能生成乙酰水杨 酸，而加入酸的目的主要是破坏氢键的存在，使反应在较低的温度下(90℃就可以进行，而 且可以大大减少副产物，因此实验中要注意控制好温度； 6.3.2 此反应开始时，仪器应经过于燥处理，药品也要事先经过干燥处理； 6.3.3 如粗产品中混有水杨酸，用
1％三氯化铁检验时会显紫色。 6.3.4 粗产品可用乙醇—水，或 1：1(体积比的稀盐酸，或苯和石油醚(30～60℃的混合溶 剂进行重结晶。
6.3.4 o 乙酰水杨酸受热后易发生分解，分解温度为 126～135 C，因此在烘干、重结晶、熔点 测定时均不宜长时间加热； 6.4 收获体会 在本次实验中，我了解了如何设计一个实验，学会了用酰化反应制取乙酰水杨酸，掌握 了利用重结晶的方法提纯有机物。在实验中，我感受到了设计并完成一个实验的辛苦与喜悦。
参考文献 [1] /question/1406090908746.html [2] [3] 田旭，林沛和．苯甲酸钠催化合成乙酰水杨酸的研究[J]． 《延边大学学报》 ，32(3． 李继忠．对甲苯磺酸催化合成乙酰水杨酸的研究[J]．化学世界,2005(6：365～367． [4]
/boya123000/blog/item/7ecdcf9564133f4ed0135e30.html；
http://202.203.160.57/jpkc/yjhx/needs/jxzy/实验 Preparation and purification of acetyl
salicylic acid Fan Qianfeng (Chemistry department, Applied chemistry,class094,
Learning numbers 2009122210 The abstract The purpose of this experiment are familiar
