实验一-乙酰水杨酸的合成

1 实验一 乙酰水杨酸实验一 乙酰水杨酸 阿司匹林阿司匹林 的合成 鉴定与含量的测定的合成 鉴定与含量的测定 一 实验目的一 实验目的 1 学习 O 酰化 酯化 单元反应的特点和基本知识 2 了解阿司匹林的性质和工业制法 掌握 O 酰化制备阿司匹林的实验方法 3 掌握水杨酸酰化反应的原理及实验操作以及乙酰水杨酸的鉴定 提纯及含 量测定的方法 4 了解紫外光谱法 红外光谱法 核磁共振法在有机合成中的应用 掌握紫外 可见分光光度法定量分析的基本原理和实验技术 5 进一步熟悉基础化学实验的重结晶及熔点测定等基本操作 二 实验原理二 实验原理 乙酰水杨酸 acetyl Salicylic acid 通常也称为阿司匹林 aspirin 是由水杨 酸 邻羟基苯甲酸 和乙酸酐合成的 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 人们成功地合成了乙酰水杨酸 直到目前 阿司匹林仍然是一个广 泛的具有解热镇痛作用的药物 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 当与乙酸酐作用时 可以得到乙酰水杨酸 即阿司匹林 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 本实验将进行前一个反应的试验 反应式 COOH OH CH3CO 2O H2SO4 COOH OCCH3 O CH3COOH 在生成乙酰水杨酸的同时 水杨酸分子之间可以发生酯化反应 生成少量的 聚合酯 COOH OH n H C O O O CO O CO O H2O 乙酰水杨酸能与 NaHCO3反应生成水溶性钠盐 而副产物聚合酯不能溶于 NaHCO3 这种性质上的差别可用于阿司匹林的纯化 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 FeCl3 形成深色配 2 络 合物 而阿司匹林因酚羟基已被酰化 不再与 FeCl3发生颜色反应 因 而未作用的水杨酸很容易被检出 乙酰水杨酸的红外光谱特征如图 2 21 所示 图 2 21 乙酰水杨酸的红外光谱图 乙酰水杨酸的核磁共振谱特征如图 2 22 所示 可由 IR 1H NMR 鉴定产物为乙酰水杨酸 为了测定产品中乙酰水杨酸的含量 产物用稀 NaOH 溶液溶解 乙酰水杨 酸水解生成水杨酸二钠 COOH OCCH3 O 3NaOH H2O COONa ONa CH3COONa 图 2 22 乙酰水杨酸的核磁共振谱图 该溶液在 296 5nm 左右有个吸收峰 测定稀释成一定浓度乙酰水杨酸的 3 NaOH 水溶液的吸光度值 并用已知浓度的水杨酸的 NaOH 水溶液作一条标准 曲线 可以从标准曲线上求出相当于水杨酸的含量 根据两者的相对分子质量 即可求出产物中乙酰水杨酸的含量 溶剂和其他成分不干扰测定 阿司匹灵乃是现代生活中最大众化的万应药 治百病的药 之一 而且 尽管它的奇妙历史开始于 200 年前 关于这个不可思议的药我们仍有许多东西 该学 虽然至今仍然无人确切知道它究竟怎样或为什么会起作用 美国每年消 耗的阿司匹灵量却在二千万磅以上 阿司匹灵药片通常由约 0 32 克乙酰水杨酸与少量淀粉混合并压紧而成 淀 粉的作用在于使其粘合成片 加过缓冲剂的阿司匹灵通常含有一种碱性缓冲剂 以减少对胃壁粘膜的酸性刺激作用 因为乙酰化后的产物并非毫无刺激性 一 种称为 Bufferin 的药片含阿司匹灵 谷 二羟胺基乙酸铝 0 75 谷和碳酸镁 1 5 谷 复合解痛片通常含阿司匹灵 非那西汀和咖啡因 例如 Empirin 即是 一号一种典型的 APC 取 Aspirin Phenactin 和 Caffein 三者之字首并合而成 它含有阿司匹灵 0 233 克 非那西汀 0 166 克 咖啡因 0 03 克 三 三 实验仪器和药品实验仪器和药品 UV 1201 或 UV2600 紫外 可见分光光度计 电热数显熔点仪 抽滤装置 玻璃砂芯漏斗 循环水式真空泵 电热熔点仪 吸量管 容量瓶 100mL 锥形瓶 100mL 石英比色皿 圆底烧瓶 250mL 磨口 温度计 天平 水杨酸 浓硫酸 NaHCO3饱和水溶液 浓 HCl 醋酸酐 1 FeCl3溶液 NaOH 0 1mol L 氯仿 四 实验步骤四 实验步骤 4 1 乙酰水杨酸的合成乙酰水杨酸的合成 在干燥的 100mL 锥形瓶中加入 7 0g 干燥的水杨酸 10mL 新蒸馏的醋酸酐 和 10 滴浓硫酸 不断旋摇锥形瓶 在水浴上加热 5 10min 使水杨酸全部溶解 若不全溶解 则需补加浓硫酸和乙酸酐 后 控制水浴温度在 80 85 维 持反应 20min 并经常摇动 冷却至室温 即有乙酰水杨酸结晶析出 如果无 结晶 可用玻璃棒摩擦瓶壁并将反应物置于冰水浴中冷却使结晶产生 加入 50mL 冷 H2O 混合物继续在冰水中冷却 15min 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中 用少量冷水洗涤结晶 继续抽气将溶剂尽量抽干 称重 得乙酰水杨酸粗产品 呈白色雪花状 将上述粗产品转移到 250mL 圆底烧瓶中 在搅拌下加入 25mLNaHCO3饱 和溶液 加完后继续搅拌几分钟 直至无 CO2气泡产生 减压抽滤 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 5mL 浓 HCl 和 10mL 水配成溶液的烧瓶中 搅拌均匀 即有乙酰水杨酸沉淀析出 将烧杯 置于冰水浴中冷却 使结晶完全 抽滤 并用玻璃塞压干晶体 再用少量冷水 洗涤 2 次 压干 将结晶移到表面皿上 干燥后重约 2g 4 2 阿司匹林的鉴定阿司匹林的鉴定 4 1 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 128 138 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 用 KBr 压片法录制产物的红外光谱图 指出各主要吸收特征峰的归属 并与乙酰水杨酸的标准图谱比较 3 以 CHCl3为溶剂 测定 1H NMR 谱图 解析谱图进一步证实产物为乙 酰水杨酸 4 3 产物中乙酰水杨酸含量的测定产物中乙酰水杨酸含量的测定 1 准确称量 0 1000g 准确至 0 1mg 水杨酸 分析纯 溶于少量 0 1mol L NaOH 40mL 溶液中 摇匀 然后用蒸馏水定容于 100mL 容量瓶中 标记为 原始标准贮备液 用 5 00mL 吸量管分别吸取 0 00mL 1 00mL 2 00mL 3 00mL 4 00mL 5 00mL 原始标准贮备液置于六只 100mL 容量瓶 中 标记每只容量瓶 用蒸馏水定容至刻度 摇匀 并计算出每只标准溶液的 浓度 单位为 mg mL 在 UV 1201 紫外分光光度计上扫描每一标准溶液在 250 350nm 范围的紫外 吸收光谱 记录最大吸收波长 max 和最大吸光度 Amax 然后在 max 处测 定五个标准溶液的吸光度 注 应该在注 应该在 296 5nm 左右有一个吸收峰左右有一个吸收峰 2 准确称量 0 1000g 本实验合成的乙酰水杨酸 加 0 1mol LNaOH 溶液 40mL 搅拌数分钟 转移到 100mL 容量瓶中 用蒸馏水稀释至刻度 摇匀 用此稀释液作为试样 测试 250 350nm 范围的紫外吸收光谱 读出 max 的吸 光度值 4 4 酚的重要性质与鉴定实验酚的重要性质与鉴定实验 水杨酸既是酸又是酚 可利用水杨酸来进行酚的重要性质和鉴定的实验 阿 司匹林由于不具酚羟基 因此就不再具备酚的特性 1 酚的弱酸性实验 酚的弱酸性实验 取 0 1g 水杨酸 加入 1mL 蒸馏水 振荡 用 PH 试纸 测试其水溶液的酸碱性 逐渐加入 10 NaOH 溶液使其全部溶解 滴入 10 盐 酸溶液 观察现象并解释原因 同样取 0 1g 乙酰水杨酸作对比实验 观察并解 释结果 2 三氯化铁实验 三氯化铁实验 在两个试管中分别加入 1mL 的 1 水杨酸水溶液及 1 阿 司匹林稀释乙醇溶液 分别滴入 2 滴 1 FeCl3溶液 摇动 观察现象并解释之 有颜色反应为正性反应 若结晶不纯 杂质主要为水杨酸 此时加 1 FeCl3呈 蓝色 3 溴水实验 在装有 1mL 的 1 水杨酸水溶液的试管中逐滴加入 Br2 KBr H2O 观察现象并解释之 溴水退色为正性反应 试分析该原因 注 本 实验不做 5 五 数据处理五 数据处理 1 将有关实验数据填入表 2 10 并请绘制出工作曲线 绘制出工作曲线 表表 2 10 实验数据记录实验数据记录 水杨酸标准溶液编号123456 水杨酸浓度 mg mL0 吸光度 A 2 计算乙酰水杨酸的含量 计算乙酰水杨酸的含量 根据实验合成的乙酰水杨酸溶液在 max 处的 吸光度值 从工作曲线上查到溶液的水杨酸质量浓度 单位为 mg mL 然后换 算成乙酰水杨酸的含量 m 乙酰水杨酸 乙酰水杨酸 100 100 1000 水杨酸 180 15 138 12 100 100 1000 乙酰水杨酸的百分含量 乙酰水杨酸 样品质量 100 m 乙酰水杨酸 ms 样品 100 式中 m 乙酰水杨酸的质量 g 乙酰水杨酸密度 mg mL 水杨酸的分子量是 138 12 乙酰水杨酸的分子量是 180 15 六 注意事项六 注意事项 1 由于分子内氢键的作用 水杨酸与乙酸酐直接反应需在 150 160 才能生成乙酰水杨酸 加入硫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 2 如果有水 易使乙酸酐水解 此反应开始时 锥形瓶应经过干燥处理 药品水杨酸也要 事先经过干燥处理 3 粗产品杂质主要是水杨酸 因此若结晶不纯 则加入 FeCl3时溶液显紫色 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 思思 考考 题题 1 在硫酸存在下 水杨酸与乙醇反应会得到什么产物 本试验加入硫酸的目的是什么 2 本实验中 测定产品的乙酰水杨酸百分含量时 为什么加入 NaOH 稀溶液 3 紫外分光光度计定量分析的基础是什么 4 核磁共振和红外光谱定性分析乙酰水杨酸的原理是什么 尝试查阅相关资料 有关有机 化学 有机波谱分析方