乙酰水杨酸的合成和红外光谱的测定

实验九乙酰水杨酸的合成和红外光谱的测定一、实验目的1、学习抽滤的基本操作。2、学习重结晶的基本操作3、学习有机实验中水浴加热的操作方法。二、基本原理乙酰水杨酸是由水杨酸（邻羟基苯甲酸）和乙酸酎合成的。早在18世纪，人们已从柳 树皮中提取了水杨酸，并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。 19世纪末，人们终于成功地合成了可以替代水杨酸的有效药 一乙酰水杨酸，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治疗感冒的药物。水杨酸是一个具有酚羟基和羧基双官能团化合物，能进行两种不同的酯化反应。当与乙 酸酎作用时，可以得到乙酰水杨酸，即阿斯匹灵；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，因此通常为冬青油。本实验将进行前一个反应 的试验。GCO2H, YCO2H+（chco）,o H+ -|+ chcohOH 2LAococh2OHOCOCH3在生成乙酰水杨酸的同时，水杨酸分子之间可以发生缩合反应，生成少量的聚合物:CO2HH+OHOOO IIO+H2OC- O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斯匹灵的纯化。可能存在于最终产物中的杂质是水杨酸本身，这是由于乙酰化反应不完全或由于产物在 分离步骤中发生水解造成的。它可以在各步纯化过程和产物的重结晶过程中被除去。与大多 数酚类化合物一样，水杨酸可与三氯化铁形成深色络合物；阿斯匹灵因酚羟基已被酰化，不 再与三氯化铁发生颜色反应，因此杂质很容易被检出。微波是指电磁波谱中位于远红外与无线电波之间的电磁辐射，微波有很强的穿透力，能 对被照射物质产生深层加热作用。对微波加热促进有机反应的机理，目前较为普遍的看法是 极性有机分子接受微波辐射的能量后会发生每秒几十亿次的偶极振动，产生热效应，使分子 间的相互碰撞及能量交换次数增加，因而使有机反应速度加快。另外，电磁波对反应分子间 行为的直接作用而引起的所谓“非热效应”，也是促进有机反应的重要原因。与传统加热法相 比。其反应速度可快几倍至上千倍。目前微波辐射已迅速发展成为一项新兴的合成技术。乙酰水杨酸（Aspirin）是人们熟悉的解热镇痛、抗风湿类药物，可由水杨酸和乙酸酎合 成得到。乙酰水杨酸的合成涉及水杨酸酚羟基的乙酰化和产品重结晶等操作，该合成被作为基本反应和操作练习而编入大学有机合成实验教材中，现行教材中采用酸催化合成法，它存 在着相对反应时间长、乙酸酎用量大和副产物多等缺点。本实验参考文献1-4，将微波辐射 技术用于合成和水解乙酰水杨酸并加以回收利用。和传统方法相比，新型实验具有反应时间 短、产率高和物耗低及污染少等特点，体现了新兴技术的运用和大学化学实验绿色化的改革 目标。CO2H+ ch3co2h ococh3CO2H-+ (CH3CO)2O OH 32 微波辐射OHH2O/OH-微波辐射三、主要仪器和药品2g（0.014mo 1）水杨酸，5.4g（0.05mo 1）乙酸酎，饱和碳酸氢钠水溶液，1%三氯化铁 溶液，乙酸乙酯，浓硫酸，浓盐酸，水杨酸（A.R），碳酸钠（C.P），95%乙醇（C.P）， 2%FeC13,活性炭。WP750格兰仕微波炉，电子天平，圆底烧瓶（100mL），烧杯（250mL）， 锥形瓶（100mL），移液管（5mL），减压抽滤装置，红外光谱仪。四、操作步骤1、乙酰水杨酸的合成A、普通合成方法在125mL锥形瓶中加入2g水杨酸、5mL乙酸酎（1）和5滴浓硫酸，旋摇锥形瓶使水杨 酸全部溶解后，在水浴上加热5-10min，控制浴温在85-90C，冷至室温，即有乙酰水杨酸 结晶析出。如不结晶，可用玻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 有晶体被收集到布氏漏斗。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 物转移至表面皿上，在空气中风干，称重，粗产物约1.8g。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4-5mL浓HCl和10mL水配成溶液的烧杯中，搅拌均 匀，即有乙酰水杨酸析出。将烧杯置于冰浴中冷却，使结晶完全。减压过滤，用洁净的玻塞 挤压滤饼，尽量抽去滤液，再用冷水洗涤2-3次，抽干水分。将结晶移至表面皿上，干燥后 约1.5g，熔点133-135C（2）。取几粒结晶加入盛有5mL水的试管中，加入1-2滴1%三氯化 铁溶液，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最少量的乙酸乙酯中（约需2-3mL）， 溶解时应在水浴上小心地加热。如有不溶物出出现，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。如不析出结晶，可在水浴上稍加浓缩，并将溶液置于冰水中冷却， 或用玻棒摩擦瓶壁，抽滤收集产物，干燥后测熔点。乙酰水杨酸为白色针状晶体，熔点135-136C。B、微波辐射合成法在100mL干燥的圆底烧瓶中加入2.0g （0.014mol）水杨酸和约0.1g碳酸钠，再用移液 管加入2.8mL （3.0g，0.029mol）乙酸酎，振荡，放入微波炉中，在辐射输出功率495W （中 档）下，微波辐射20-40S。稍冷，加入20mLpH=3-4的盐酸水溶液，用少量冷水洗涤结晶 2-3次，抽干，得乙酰水杨酸粗产品。粗产品用乙醇水混合溶剂（1体积95%的乙醇+2体积 的水）约16mL重结晶，干燥，得白色晶状乙酰水杨酸2.4g （收率92%），熔点135-136C。产品结构还可用2%FeCl3水溶液检验或用红外光谱测试。2、乙酰水杨酸的红外光谱测定A、纯KBr薄片扫描本底取少量KBr固体，在玛瑙研钵中充分磨细，并将其在红外灯下烘烤10min左右。取出 约100mg装于干净的压膜内(均匀铺撒并使中心凸起)，在压片机上于29.4MPa压力下压 1min，制成透明薄片。将此片装于样品架上，插入红外光谱仪的试样安放处，从4000600cm-i 进行波数扫描。B、扫描固体样品取12mg乙酰水杨酸产品(已经经过干燥处理)，在玛瑙研钵中充分研磨后，再加入 400mg干燥的KBr粉末，继续研磨到完全混合均匀，并将其在红外灯下烘烤10min左右。 取出100mg按照步骤1同样方法操作，得到吸收光谱。并和标准光谱图比较。最后，取下样品架，取出薄片，将模具、样品架擦净收好。五、结果与讨论将所得到的红外光谱和标准谱图对比，并对各个吸收峰进行归属 本实验约需6h。六、注意事项1、乙酸酎应是新蒸的，收集139-140C馏分。2、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128-135C。测定熔点时， 应先将热载体加热至120C左右，然后放入样品测定。3、微波辐射碱催化合成法的优点通过正交实验，确定了微波辐射碱催化合成乙酰水杨酸的较优条件，以较优条件合成法 与传统酸催化法进行比较，结果见表12.1。表12.1微波辐射法与传统酸催化法的比较合成方法(g)水杨酸(mL)乙酸酎催化剂反应时间产量(g)合成收率(%)传统酸催化法25.0H2SO4 (5 滴)10min1.557.5微波碱催化法22.8Na2CO3 (0.1g)40s2.492.0从表1可知，微波辐射碱催化具有明显的优点：反应时间缩短，酸酎用量减少，合成收 率提高。获得较好结果的原因是采用了较好的合成途径和微量辐射技术，碱催化方法可避免 副产物(主要是聚水杨酸)的生成，微波辐射技术则大大提高了反应速率。若增大微波辐射 功率，则反应时间更短，但从安全角度考虑，我们仅选择中等功率的微波辐射进行实验。4、合成乙酰水杨酸的原料水杨酸应当是干燥的，乙酸酎应是新开瓶的。如果打开使用过且 已放置较长时间，使用时应当重新蒸馏，收集139-140C的馏分。5、乙酰水杨酸易受热分解，因此熔点不是很明显，它的分解温度为128-135C，熔点文献 值为136C。测定熔点时，应先将热载体加热至120C左右，然后再放入样品测定。6、不同品牌的家用微波炉所用微波条件略有不同，微波条件的选定以使反应温度达80-90C 为原则。使用的微波功率一般选择450-500W之间，微波辐射时间为20s。此外，微波炉不 能长时间空载或近似空载操作，否则可能损坏磁控管。七、思考题1、制备阿斯匹灵时，加入浓硫酸的目的何在？2、反应中有哪些副产物？如何除去？3、阿斯匹灵在沸水中受热时，分解而得到一种溶液，后者对三氯化铁呈阳性试验，试解释 之，并写出反应方程式。八、参考文献1、有机化学实验（第二版），王清廉，沈凤嘉修订，高等教育出版社2、基础有机化学（第二版），邢其毅等编写，高等教育出版社九、e网连接1、 http:十、附录141.乙酰水杨酸的1H NMR谱Assign.Shift(ppm)A11.B8.125C7.624D7.356E7.142F2.3521 HI1Z10864ZDPPnn2.乙酰水杨酸IR谱IR-NIDA-63S53 i K6R DISCHIT-ND=in22 |3如RE= l 3DE$-NI=S32O-RCErDXYBENZOIi： RE-gUtr-USZ2EB9BE脉GGJ2222J9ja2Eo箜明622543BBMg目7Jl!dUd混501海i02L心D】g5B11365Bsue6EDC=CIH3207262L693FnoaIDJDAGEE7EG41f I205452LEDSU295Z81Q4577Dfi4B/COH海1日&L403B +】次04gU6研5己= 1G7DG&L4EQ2?J2E7G4O2h曲G-UOE执笔景崤壁