离子液体催化冰醋酸-水杨酸酰基化反应合成阿司匹林

离子液体催化冰醋酸-水杨酸酰基化反应合成阿司匹林 离子液体催化冰醋酸-水杨酸酰基化反应合 成阿司匹林 2010年第12卷第3期 总第102期 巢湖学院 JournalofChaohuCollege No.3.,Vo1.12.2010 GeneralSerialNo.102 离子液体催化冰醋酸一水杨酸酰基化反应合成阿司匹林 钱德胜段启勇 (巢湖学院化学与材料科学系,安徽巢湖238000) 摘要:制各了系列吡咯烷酮酸性离子液体作为催化剂.用于催化冰醋酸和水杨酸的乙酰化 反应,合成阿司匹林.考察了反应温度,反应时间,催化剂种类及用量,醇/酸比对水杨酸酰化 反应产率的影响和离子液体的重复使用性能.最佳的反应条件为:n(乙酸酐):n(水杨酸):n ([NMP]H2P04)=I.2:1:0.075,反应温度70?,时间30min,产品收率达67.2%.且该离子液体 重复使用4次.仍现出良好的催化活性. 关键词:阿司匹林;吡咯烷酮;离子液体;催化 中图分类号:0643.3文献标识码:A文章编号:1672—2868(2010)03—008O一04 阿司匹林又名乙酰水杨酸,是水杨酸类解热,镇痛药的代表,广泛用于治疗伤风感冒和风湿痛及类 风湿痛掣".传统制备是以浓硫酸作催化剂,以醋酐为酰化剂,与水杨酸的羟基酰化而制得.但浓硫 酸对设备的腐蚀性较大,环境污染严重,且易发生副反应而使产品色泽深.离子液 体作为一种新型绿色 溶剂和催化剂.被广泛用于各类有机化学反应[2f3】.蒋栋合成了烷基取代咪唑类离子液体[bmim]H2PO 等作为催化剂用于合成阿司匹林,取得了良好的效果,产率达63.4%,但该类离子液体价格较贵,毒性 较高嘲. 本文采用成本低,毒性小的吡咯烷酮阳离子为原料,先后合成了三种Br6nsted酸性离子液体N一甲 基吡咯烷酮硫酸氢盐([Hnmp]HSO),N一甲基毗咯烷酮磷酸氢盐([Hnmp]H2PO)及N一甲基吡咯烷酮苯磺 酸盐([Hnmp]BSA),用该离子液体为催化剂,且用便宜易得的冰醋酸代替醋酸酐作酰基化试剂合成阿司 匹林,并优化了最佳工艺条件,取得了良好的效果. 1实验部分 1.1仪器与试剂 WRs一1A型数字熔点仅(上海物理光学仪厂);BrukerAdvancedDigital300一MHz型核磁共振仪(瑞 士)o. N一甲基吡咯烷酮,磷酸,水杨酸,冰醋酸均为纯试剂,硫酸,苯磺酸(BSA)等为化学纯试剂. 1.2离子液体的合成 将配有磁力搅拌器,回流冷凝管,温度计的50mL三口瓶置于油浴中,加人N一甲基吡咯烷酮9.65mL, 缓慢加入5.55mL98%浓硫酸,再缓慢加入lOmL蒸馏水.80?下搅拌24h.待反应物冷却至室温后,减 收稿Et期:2Olo-o2一l8 基金项目:安徽省高等学校省级自然科学研究项目(项目编号:l(J20o9B231Z) 作者简介:钱德胜(1968一),男,安徽含山人.硕士,讲师,研究方向:精细化工品的绿色合成和工艺学. 80 压蒸馏除去蒸馏水,再用10mL苯洗涤3次,分液取下层,减压蒸馏除去残存的苯和蒸馏水,得到白色粘 稠状液体化合物,即离子液体[Hnmp]HSO. 相同的方法合成了N一甲基吡咯烷酮离子液体[Hnmp]H2PO和[Hnmp]BSA. 1.3阿司匹林的合成 在50mL三El烧瓶中分别加入一定量的冰醋酸,水杨酸和离子液体(或浓硫酸),装上冷凝管.在一 定温度的油浴中磁力搅拌反应一定时间,加入50mL蒸馏水,冰水冷却,抽滤得粗产品,母液中的离子 液体经旋蒸除水后重复使用.粗产品用乙醇一水溶液(体积比为1:4)重结晶,干燥后得白色针状晶体.考 察不同离子液体对阿司匹林合成反应的催化效果,并考察醇,酸比,催化剂用量,反应温度和反应时间 等对O一酰基化反应的影响.反应式如下: COOH I ()_佣+CH3COOHC00HlOOCCH3 +H20 2结果与讨论 2.1离子液体的表征 离子液体[Hnmp]H2PO的HNMR谱图数据 HNMR(DMSO),8:1.84一1.92(m,2H),2.17(In,2H),2.68(s,3H),3.29(m,2H),7.34(d,1H),8.73 (d,2H) 2.2产品的鉴定 2.2.1合成产品的定性检验 合成产品与1%三氯化铁溶液呈阴性反应,可初步判断它的纯度.因为阿司匹林分子中不含酚羟 基,说明水杨酸在反应中羟基已被酰化. 2.2.2合成产品的熔点测定 按文献[61方法测定产物熔点,熔点133,134?,与文献值相符. 2.3醇/酸比对产品收率的影响 对2.762g(O.02mo1)水杨酸,分别加入不同摩尔比的冰醋酸及0.3g的[Hnmp]H2PO,70?恒温反 应30min.考察水杨醋酸/冰醋酸摩尔比对产率的影响,结果如表1所示. 表1醇酸摩尔比的影响 n(醇):n(酸)1:11:1.21:1.51:2 产率,%56.467.26l_l58.3 由表1可见,水杨酸与冰醋酸摩尔比为1:1.2时,产率最高.增加冰醋酸用量可推动正向反应的进 行,但用量过大会因自身酸催化分解消耗部分催化剂而影响对酰化反应的催化效果. 2.4温度对反应的影响 对2.762g(O.02mo1)水杨酸和1.38mL(0.024too1)冰醋酸以及0_3g的[Hnmp]H2PO4,在不同温度 下反应30min,考察反应温度对产率的影响,结果如表2所示.随反应温度升高,产率先提高后又下降, 这与温度过高,聚合副产物增加有关,因此最佳温度为7O?. 表2反应温度的影响 温度/?607080 产率,%58-367.260 81 2.5反应时间对反应的影响 对2.762g(o.02mo1)水杨酸和1.38mL(0.024m01)冰醋酸,加入0.3g[Hnmp]H2PO4,70?恒温反应, .随着反应时间的增加,产率提高,但考察不同反应时间对产率的影响,如表3所示 时间过长时,可能是 聚合副反应增多,故产品收率也低.因此最佳反应时间为30rain. 表3反应时间对产品收率的影响 时间/min153045 产率,%56.967.263.9 2.6不同的催化剂及其用量对反应的影响 将2.762g(O.02too1)水杨酸和1.38mL(0.024mo1)冰醋酸,70?恒温反应30rain.考察不同催化剂 及其用量对产率的影响(见表4).由此表可见:同一催化剂,随用量增加,产率先升高后降低,[Hnmp] H2PO用量为O.3g(对水杨酸的摩尔份数为7.5%)时,产率最高,达67.2%.继续增加离子液体的用量, 产品收率反而下降.可能由于离子液体与水杨酸的互溶性较低,离子液体用量较大时,溶解的乙酸相对 量较多,由于溶剂化效应的影响,反而对酰化反应不利. 表4催化剂的种类及其用量对反应的影响 产率/% 催化剂/g 0.2O.3O.4 【Hnmp]H2PO460.667.261.7 【Hnmp]H2SO46l|1 [Hnmp]BSA54.2 H2S04(98%)56.9 2.7离子液体的循环使用 对2.762g(0.02mo1)水杨酸和1.38mL(0.024mo1)冰醋酸,~11A[Hnmp]H2PO,70~C 恒温反应30min, 考察了催化剂循环使用次数对产率的影. 表5催化剂循环使用 次数1234 产率,%67.260.859.760_3 表5结果显示,离子液体重复使用4次后催化活性变化不大,催化活性的降低可能是由于每次反 应后离子液体在处理过程中略有损失,导致产率有所下降. 3结论 实验合成了具有Br~bnsted酸性的离子液体,并将其作为催化剂进行了阿司匹林的催化反应,并对 最佳工艺条件进行了优化,取得了较好的结果.离子液体经真空干燥,脱水后重复使用,催化活性基本 保持不变.该离子液体合成工艺简单,价格便宜,毒性低,用醋酸代替醋酸酐,减低了产品的成本,具有 较好的经济价值和社会意义. 参考文献: 【1】张伦.阿司匹林国内外的应用,生产和市场[J1.中国药房,1997,8(2):55—56. 【2】王华,韩金玉,常贺英等.绿色溶剂离子液体在化学反应中的应用【J】.化工时刊,2002,(10):126—127. 【3】TrissaJ,SumanS,HalligudiSB.Bronstedacidicionicliquids:Agreen,efficientandIUSablec atalystsvstemandreaction mediumforFisheresterification【J】.J.Mo1.Cata1.A:Chem.,2005,234:107一llO. 【3】蒋栋,李伟,许成娣,戴立益.Br~bnsted酸性离子液体催化合成阿司匹林【J】.应用化学,2007,24(9):1080—1082. 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Keywords:poplarcoldmolecules;theschemeforelectrostatictrap;theschemesforelectrostatictrap 责任编辑:宏彬 83