阿司匹林合成表征及含量测定.docx

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阿司匹林合成表征及含量测定

阿司匹林合成表征及含量测定

一、实验原理

1、阿斯匹林合成原理

阿斯匹林是由水杨酸（邻羟基苯甲酸）和乙酐合成的。

水杨酸和醋酸酐反应完后，锥形瓶内混合物的成分为：

乙酰水杨酸，醋酸，硫酸，未参与反应的水杨酸和醋酸酐。

因此必须设法对产物提纯。

乙酰水杨酸和水杨酸在冰水浴中可结晶析出，利用这一性质可除去硫酸，醋酸和醋酸酐。

乙酰水杨酸和水杨酸均含有一个羧基，可以与碱反应生成盐。

又知乙酰水杨酸纳溶于水而水杨酸钠不溶于水。

故可向乙酰水杨酸和水杨酸的混合物中加入饱和碳酸氢钠溶液，经过滤便可除去水杨酸。

再向溶液中加入酸，在冰水浴中使乙酰水杨酸结晶析出。

便可得到较为纯净的阿司匹林晶体。

为了对合成的产品进行表征，需要对其进行进一步纯化。

可以将部分产物溶于最少量的乙酸乙酯，趁热过滤除去不溶物。

滤液经冷却后便可析出纯净的乙酰水杨酸晶体。

2、阿司匹林的表征原理

可以用来表征阿司匹林的方法有很多，常见的有红外光谱法，紫外光谱法，核磁共振谱图法，质谱法，还可以结合折光率，熔点等物化性质进行表征。

本实验采用的是红外光谱法结合熔点表征合成的阿司匹林。

红外光谱测定技术的有关知识

目前红外吸收光谱主要应用于未知化合物的结构测定，是最有效的分

析手段之一。

红外吸收光谱主要是分子的振动产生的，转动运动也影响到振动运动而产生偶极矩的变化，因而在红外光谱区实际所测得的谱图是分子的振动与转动运动的加和表现，因此红外光谱又称为分子的振转光谱。

由于每一种分子中的各个原子之间的振动形式十分复杂，即使是简单的化合物，其红外光谱图也是复杂而又其特征的。

因此可以通过分析化合物的红外谱图获得许多反映分子所带官能团的信息，从而对化合物进行表征。

当用一束具有连续波长的红外光照射物质时，该物质的分子就会吸收一定波长的红外光的能量，并转化为分子的振动能量和转动能量。

以波长或波数为横坐标，以透光率或吸光度为纵坐标，记录其吸收曲线，即得到该物质的红外吸收光谱。

红外光谱中，在4000~1300cm-1范围内，每一红外吸收峰都和一定的官能团相对应，这个区域成为官能团区。

1300~600cm-1区域中虽然一些吸收也对应于一定的官能团，但大量的吸收峰并不与特定官能团相对应，仅显示化合物的红外特征，称为指纹区。

指纹区吸收的峰形和峰强度对判断化合物的结构有重要作用。

乙酰水杨酸，其分子中存在着苯环、芳烃C—H键、羧基、酯键等官能团和化学键，就必然在其红外谱图上出现与它们相应的吸收峰。

图1乙酰水杨酸（阿斯匹林）在HCCl3中的红外光谱图

1.芳烃C—H伸缩振动（～3100cm-1）.羧基COOH中O-H伸缩振动（～2800cm-1）2,3.芳环与酯键C=O（～1750cm-1）羧基（～1700cm-1）伸缩振动4.芳环C=C-O伸缩振动5.芳环与C=O共轭，环振动吸收（～1580cm）6.芳环二元取代（邻位）伸缩振动

要获得一张好的红外光谱谱图，首先要有一台好的红外光谱仪，此外－１还要注意制备样品的方法和技术。

制备样品时特别要注意三点：

一是样品中绝不应含游离水，因为水的存在不仅会损坏吸收池，还会干扰试样的吸收面貌；二是样品应是纯品，若含杂质，由于它们的光谱重叠，无法分析；三是样品的浓度和测试厚度要适当，因为如控制吸收峰的透射率大都处于20％～60％范围内，就能得到很好的谱图。

通常制备固体样品常用压片法和糊状法。

所谓压片法，是将1mg左右的固体样品与100mg左右的KBr混合均匀，在玛瑙研钵中研成2μm左右的细粉，装填在压膜上下垫片之间，而后在油压机上压成透明的薄片（Ф13mm），将此薄片放在固体样品吸收池中进行测定。

由于KBr极易吸潮，所以要特别注意从制样到获得谱图全过程的干燥操作糊状法是指将研细的样品加几滴液体石蜡油或氟化煤油等糊剂在玛瑙研钵中研成糊状，涂到可拆的液体吸收池的盐片上，再盖上另一盐片，制成均匀的薄层用于测定。

固体样品也可以将其配制成溶液进行测定，其测定方法与液体样品测定法相同。

配制溶液时溶剂的选择很重要，一般要求溶剂一要对固体样品有较大的溶解度，二要具备在红外光区域内透明，三要对固体样品不发生强的溶剂效应，四要与固体样品特征峰不重叠，五要不腐蚀吸收池的盐片。

通常用CS2，CCl4，CHCl3等作溶剂，视样品而定。

溶液的浓度多配成0.05％～1.0％。

液体（含溶液）样品通常使用可拆吸收池。

将样品滴在盐片上再盖上另一盐片，借助拧紧吸收池架上的螺丝来夹紧两盐片，使样品形成一薄膜，因此，液体样品法又称薄膜法。

3.阿司匹林的含量测定原理

常见的用于测定化合物含量的方法均可用于测量产物中阿司匹林的含量。

如传统的化学方法，紫外分光光度法，电化学方法，荧光法以及高效液相色谱法。

本实验采用传统化学方法和紫外分光光度法测定粗产品中阿司匹林的含量。

紫外光谱测定技术的有关知识

紫外吸收光谱是分子中价电子产生的，按分子轨道理论，有机物分子中有几种不同的价电子：

形成单键的称为σ电子，形成双键的电子称为Π电子，杂原子含未成对的孤对电子称为n电子。

当他们吸收一定的能量后，价电子将从基态跃迁到激发态，即从成键轨道跃迁到反键轨道。

有机化合物价电子跃迁类型有σ→σ*，n→σ*，n→Π*，Π→Π。

各种跃迁所需能量即吸收波长不同，表示如下：

能量大小顺序σ→σ*＞n→σ*＞n→Π*＞Π→Π*

吸收波长/nm约150约200≥200200~400

紫外吸收光谱灵敏度很高，摩尔吸光系数ε可达104~105，可进行定量分析，其λmax和εmax也是定性分析的根据。

但物质的紫外吸收光谱基本上是分子中生色团及助色团的特性，而不是整个分子的特性。

所以单根据紫外吸收光谱，不能完全决定物质的分子结构，还必须与IR，NMR，MC等方法配合起来，才能得出可开结论。

紫外吸光光度发的定量测定原理及步骤与可见光吸光光度法相同，都遵守比尔定律。

其应用十分广泛，紫外吸光光度法可用来直接测定混合物中某些组分的含量。

再过量的氢氧化钠介质中，阿司匹林定量水解为水杨酸，其在290~300nm处有较强的紫外吸收，且其吸光度在一定条件下，与阿司匹林的浓度呈线性关系，因此，在合适条件下，可用紫外分光光度法测定阿司匹林的含量。

乙酰水杨酸结构式中含有一个羧基，为一元酸，可用化学方法直接进行定量分析。

由于乙酰水杨酸的乙酰基容易水解，产生乙酸和水杨酸。

所以用氢氧化钠溶液滴定时，分析结果将偏高。

实验中可用冰水浴控制反应温度在100C以下，在中性乙醇溶液中以酚酞为指示剂用氢氧化钠标准溶液滴定，可有效防止乙酰基的水解，得到较为理想的结果。

利用紫外分光光度计测定试样中某单组分含量时，其原理与一般比色分析相同:

即将待测试样的纯品配成一系列标准溶液，事先绘制紫外吸收曲线，找出λmax波长。

然后在该波长下测试一系列不同浓度的标准溶液的光密度。

以光密度作纵坐标，浓度作横坐标绘出标准曲线。

由待测未知样品溶液的光密度对照标准曲线，就可以找出其含量。

当测混合物中几个组分含量时，如果这些组分的λ则可按程序逐一在各自不同的λmax处分别测得各组分含量。

max互相不重叠，

max如果这些组分的λ有一定程度的重叠而彼此有干扰时，则用解联立方程的方

2和λ3。

法:

设混合物含有A,B,C3个待测组分。

则事先用A、B及C3种纯粹样品的标准溶液分别求出它们的最大吸收峰（尽可能重叠较小的峰），波长为λ1、λ在这3种波长下各求得A，B和C组分的比消光系数，若测得未知样品溶液在这3种波长处的光密度，则试样中A，B，C组分的浓度CA，CB及CC可由下列3个联立方程求出：

二、实验药品和仪器

1.实验药品

水杨酸（CP），醋酸酐（CP），硫酸（AR），饱和NaHCO3溶液，乙酰水杨酸（AR），KBr（AR），HCl（AR），NaOH（AR），乙酸乙酯（AR），95%乙醇（AR），1%FeCl3溶液，冰醋酸（AR），氯仿（AR），邻苯二甲酸氢钾（AR），0.1%酚酞乙醇溶液，冰。

2.实验仪器

磨口锥形瓶（125ml）,锥形瓶（250ml），烧杯（250ml,20ml）,移液管（2ml,5ml），量筒（100ml）,碱式滴定管（50ml），移液管（25ml）,布氏漏斗，玻璃漏斗，吸滤瓶，,表面皿，定性滤纸,电炉，温度计（150℃），分析天平,红外烘干箱；FW-4A型压片机；TJ270---3A红外分光度计;TU-1800uv-visspectrophotometer。

三、实验步骤

1、阿司匹林的合成

在125ml锥形瓶中加入2g水杨酸、5ml乙酸酐和5滴浓硫酸，摇动锥形瓶使水杨酸全都溶解后，在水浴上加热5-10min，控制浴温在85-90℃。

冷至室温，即有乙酰水杨酸结晶析出。

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使结晶产生。

加入50ml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，直至所有结晶都被收集到布氏漏斗中。

每次用少量冷水洗涤结晶几次，继续抽吸将溶剂尽量抽干。

粗产物转移到表面皿上，在空气中风干，称重。

将粗产物转移至150ml烧杯中，在搅拌下加入25ml饱和碳酸氢钠溶液，加完后继续搅拌几分钟，直至无气泡产生。

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4-5ml浓HCl和10ml水混合液的烧杯中，搅拌均匀，即有乙酰水杨酸结晶析出。

将烧杯置于冰水浴中冷却，使结晶完全。

减压过滤，用洁净的玻璃塞挤压虑饼，尽量抽去滤液，再用冷水洗涤2-3次，抽干水分。

将结晶转移至表面皿上干燥。

取几粒结晶加入盛有5ml水的试管中，加入1-2滴1%FeCl3溶液，观察有无颜色反应。

为了得到更纯的产品，可将上述结晶的一半溶于少量的乙酸乙酯中（约需2~3ml），溶解时应在水浴上小心加热。

如有不溶物出现，可用于热过的玻璃漏斗趁热过滤。

将滤液冷至室温，阿司匹林晶体析出。

如不析出晶体，可在水浴上稍加浓缩，并将溶液置于冰水浴中冷却，活用玻璃棒摩擦瓶壁，抽滤收集产物，干燥后测定熔点。

乙酰水杨酸为白色针状晶体，熔点为135~136℃.

本实验约需4h。

2、乙酰水杨酸的鉴定

（1）阿司匹林熔点的测定

在电热熔点仪上测定熔点，文献值133~135℃乙酰水杨酸易受热分解，因此熔点不很明显，它的分解温度为128~135℃。

测定熔点时，应将热载体加热至120℃左右，然后放入样品测定。

（2）红外光谱鉴定产物

将上述已纯化并以干燥的乙酰水杨酸取出5~10mg，加入50mg溴化钾，在玛瑙研钵中研细，在紫外灯下干燥后，制成半透明的薄片（透光率大于60%），在红外光谱以上扫描，得到产品的红外光谱图。

按同样的方法，得到标准样品的红外光谱图。

比较两种谱图，并指出乙酰水杨酸重要的基团频率。

本实验约需3h。

3、乙酰水杨酸的含量分析

酸碱滴定法测定乙酰水杨酸的含量

（1）中性乙醇溶液的配制。

用量筒量取60ml95%乙醇溶液与烧杯中，加入1~2滴酚酞指示剂，用0.1mol／LNaOH标准溶液滴定至微红色，盖上表面皿，将此中性乙醇溶液冷却至10℃以下备用。

（2）0.1mol/LNaOH标准溶液配制与标定。

量取3.3ml饱和NaOH溶液于试剂瓶中，加入500ml水，摇匀。

称取0.4~0.6g邻苯二甲酸氢钾三份于锥形瓶中，加入约25ml水，在电炉上加热使邻苯二甲酸氢钾完全溶解。

冷却后，加入2滴酚酞，用0.1mol／LNaOH标准溶液滴定至溶液刚变为微红色且30s不退色为终点，记下消耗NaOH标准溶液的体积，根据消耗NaOH标准溶液的体积计算NaOH标准溶液的准确浓度，用mol／L表示。

（3）乙酰水杨酸含量的测定。

准确称取0.5~0.7本实验合成的乙酰水杨酸三份，置于干净干燥的250ml的锥形瓶中，分别加入20ml冷的中性乙醇溶液于上述称好试样的锥形瓶中，充分摇动使试样充分溶解，在不超过10℃的条件下（加冰控制），加入1~2滴酚酞指示剂，用0.1mol／LNaOH标准溶液滴定至溶液呈微红色，且30s不褪色为终点。

平行测定三次，计算产品中乙酰水杨酸的百分含量。

本实验约需4h。

四.结果

实验中取用水杨酸的质量为：

2.0g，水杨酸的摩尔质量为138.1g/mol。

乙酰水杨酸的相对分子质量为180.2g/mol，故阿司匹林的理论产量为：

m=180.2*2.0/138.1=2.610g

②冷却结晶不完全

③实验室的温度和压强无法保持一致，对晶体的析出有影响

④抽滤过程中，有产物残留，造成一定量的损失

⑤过滤时，用冷水洗涤仍有杂质附着在产物表面

⑥产品水分无法抽干

⑦仪器误差和系统误差

五、注意事项

粗产品产率除去结晶，抽滤过程的损失及人为的操作失误的原因，产率一般。

在实验过程中，结晶后仍然用玻璃棒摩擦瓶壁是没有很显著的效果的，而结晶一旦形成，过饱和溶液也就会迅速的结晶，这时摩擦瓶壁只是多增加玻璃杂质而已。

精制粗产品后，不需要放于烘箱内烘干，过高的温度会使产品分解而得不到结果，需要自然风干。

粗产品进一步提纯的操作中，将粗产品溶于最少量的乙酸乙酯中，并在水浴上小心加热。

如有不溶物出现，可用预热过的玻璃漏斗趁热过滤。

普通的玻璃漏斗过滤时流速慢，耗时长。

将溶有乙酰水杨酸的乙酸乙酯倒入其中后，还未等滤液全部流出，漏斗和乙酸乙酯溶液就已经冷却了。

大量乙酰水杨酸会结晶析出，粘附在滤纸和玻璃漏斗下端玻璃管中，提纯效果很差。

实验中在粗产品的干燥过程中，若将粗产品长期置于烘箱中，部分粗产品会泛黄。

用三氯化铁水溶液检验，可发现溶液变为紫色。

因此可判定乙酰水杨酸发生了分解生成了水杨酸。

所以粗产品最好风干。

6.参考文献

[1]袁华,有机化学实验,化学工业出版社,2008年8月;

[2]胡春，有机化学实验,中国医药科技出版社,2007年3月;

[3]万其进,仪器分析实验,化学工业出版社,2008年8月;

[4]汪建民，基础化学实验，化学工业出版社，2013年9月，第1版

[5]武汉大学，分析化学（下），高等教育出版社,2007年5月,第5版

[6]周卫国等．阿司匹林合成催化剂研究进展．化工生产与技术，2009,16（6）

[7]王亦军，吕海涛．仪器分析实验,化学工业出版社，2009年6月