要交的磺胺醋酰钠的合成

磺胺醋酰钠的合成 一、【药物概述】 磺胺醋酰钠又名：磺胺乙酰钠，磺醋酰胺钠，Sulphacetamide Sodium，Albucid Soluble，SA-Na等。英文名:SulfacetamideSodiumEyeDrops。化学名 N-[(4-氨基苯基)-磺酰基]-乙酰胺钠-水合物，化学结构式： 本品为白色结晶性粉末；无臭味、微苦、易溶于水，微溶于乙醇、丙酮。磺胺药是一种广谱抑菌剂，用于治疗感染。磺胺药与对氨基苯甲酸(PABA)结构相似，二者竞争抑制了细菌酶---二氢叶酸合成酶。对酶抑制的结果阻碍了二氢叶酸的合成，减少了四氢叶酸的代谢活动，使嘌呤、嘧啶核甙及脱氧核糖核酸合成辅助因子(cofactor)减少，从而抑制细菌的生成和繁殖。 适应症 主要用于由易感细菌引起的表浅性结膜炎、角膜炎、睑缘炎等；也用于沙眼和衣原体感染的辅助治疗，霉菌性角膜炎的辅助治疗，以及眼外伤、慢性泪囊炎，结膜、角膜及内眼手术的前、后预防感染。 注意事项 病人对一种磺胺药过敏，也可以对本品过敏，对碳酸酐酶抑制剂过敏的病人，对磺胺药也过敏。 二、【目的】 1. 通过本实验，掌握磺胺类药物的一般理化性质，并掌握如何利用其理化性质的特点来达到分离提纯的目的。 2. 通过本实验操作，掌握乙酰化反应的原理。 三、【实验原理】 合成路线如下： 四、【实验主要仪器和试剂及物理常数】 理化常数和性质 物质 分子量 熔点/℃ 性质 磺胺 172.21 溶于氢氧化钠水溶液 磺胺醋酰 214.24 182-184 微溶于水(150:1)，溶于无水乙醇(15:1)， pKa1(芳伯氨基):1.8， pKa2(磺酰氨基)：5.4 磺胺醋酰钠 236.23 257 易溶于水(1.5:1)，微溶于96%乙醇   仪器：100ml三颈瓶、回流冷凝管、温度计、烧杯（100、50ml）、磁力加热搅拌器、抽滤瓶、布氏漏斗、水泵、玻璃棒 试剂：磺胺17.2g、醋酐13.6g、氢氧化钠溶液（22.4%、77%、20%）、浓盐酸、蒸馏水、活性炭 五、【实验方法】 1、原料规格及配比 原料名称 规格 用量 摩尔数 摩尔比 磺胺 CP 17.2g 0.1 1 醋酐 CP 13.6ml 0.142 1.42 氢氧化钠 22.5% 22ml 0.1125 1.13 氢氧化钠 77% 12.5ml 0.1925 1.9 氢氧化钠 40% 适量 磺胺醋酰 自制 适量   2、操作 （1）、磺胺醋酰的制备 在装有搅拌棒及温度计的100 mL三颈瓶中，加入磺胺17.2 g，22.5%氢氧化钠22 mL，开动搅拌，于水浴上加热至50℃左右。待磺胺溶解后，滴加醋酐3.6 mL，77% 氢氧化钠2.5 mL（注意：首先，加入醋酐3.6 mL，77% 氢氧化钠2.5 mL；随后，每次间隔5 min，将剩余的77% 氢氧化钠和醋酐分5次交替加入，每次2 ml）。加料期间反应温度维持在50～55℃及pH12～13；加料完毕继续保持此温度反应30 min。反应完毕，停止搅拌，将反应液倾入100mL烧杯中，加水20 mL稀释。用36% 盐酸调至pH 7，于冰水浴中放置30 min，并不时搅拌析出固体，抽滤固体，用适量冰水洗涤。洗液与滤液合并后用浓盐酸调至pH 4～5，抽滤，滤取沉淀压干。 用3倍量（3 mL / g）10% 盐酸溶解，放置30min，不时搅拌，尽量使单乙酰物成盐酸盐溶解，抽滤除不溶物。滤液加少量活性碳室温脱色，抽滤。滤液用40% 氢氧化钠调至pH 5，析出磺胺醋酰，抽滤，压干。干燥，测熔点（mp.179~184℃）。若产品不合格，可用热水（1:15）精制。 （2）磺胺醋酰钠的制备 将磺胺醋酰置于50 mL烧杯中，滴加少量水湿润。于水浴上加热至90℃，滴加40%氢氧化钠至固体恰好溶解，溶液pH为7～８，趁热抽滤，滤液转至小烧杯中冷却，析出结晶，抽滤，压干，干燥，称重并计算收率。 3、流程图 （1）、磺胺醋酰的制备 ① ②每隔5min交替加入2ml醋酐和2mlNaOH加料 期间反应温度50~55℃，保持pH12~13(5次) ③加料后继续 保温搅拌反 应30min ④                                    ⑤ ⑥用浓盐酸调pH至7于 水浴中放置1~2h ⑦抽滤，用适量冰水洗涤， 用浓盐酸调pH至4~5左右 ⑧抽滤弃去不容物 ⑨    用40%NaOH调pH至5,析出磺胺醋酰，抽滤，于红外灯干燥 （2）、磺胺醋酰钠的制备 ⑩ 4、附注 （1）、本实验中使用氢氧化钠溶液有多种不同的浓度，在实验中切勿用错，否则会导致实验失败。 （2）、滴加醋酐和氢氧化钠溶液是交替进行，每滴完一种溶液后，让其反应5min后，再滴加另一种溶液。滴加是用玻璃吸管加入，滴加速度以液滴一滴一滴滴下为宜。以使反应液始终保持一定的pH值（pH 12~13）。 （3）、反应中保持反应液pH在12～13之间很重要，否则收率将会降低。 （4）、再pH7时析出的固体不是产物，应弃去。产物再过滤中，切勿搞错。 （5）、再pH4～5析出的固体是产物。 （6）、在实验中，溶液pH的调节是反应能否成功的关键，应小心注意，否则实验会失败或收率降低。 （7）、最后须趁热过滤，漏斗应先预热。若滤液放置后较难析出结晶，可置电炉上略加加热，使其挥发去一些水分，再放冷析晶。 （8）、将磺胺醋酰制成钠盐时，应严格控制20% NaOH溶液的用量，按计算量滴加 由计算可知需2.3 g NaOH，即滴加20% NaOH 11.5 mL便可。因磺胺醋酰钠水溶性大，由磺胺醋酰制备其钠盐时若20% NaOH的量多于计算量，则损失很大。必要时可加少量丙酮，以使磺胺醋酰钠析出。 六、【其它合成线路和改进方法】 在磺胺醋酰钠制备过程中，采用20％NaOH水液与磺胺醋酰成盐，操作繁琐，需要90℃的水浴加热，需不断测pH值，调整到pH7~8后趁热过滤，滤液要用冰盐 浴冷却析晶，在实验教学过程中，发现严格按上述步骤操作，仍很难得到产品，因磺胺醋酰钠易溶于水。根据磺胺酷酰钠略溶于乙醇的物理性质，用5％NaOH乙醇液取代20％NaOH水溶液，并按计算量进行投料。通过实验验证，此步改进使操作简单化，避免了热水浴、冰盐浴，只需在室温中进行，所用乙醇可通过蒸馏回收，重新利用，更为可贵的是，成盐一步收率可达98％以上，通过定性分析，与磺胺醋酰钠一致. 改进后的合成路线如下： 实验步骤 1、磺胺醋酰的制备： 在装有搅拌棒及温度计的100 mL三颈瓶中，加入磺胺17.2 g，22.5%氢氧化钠22 mL，开动搅拌，于水浴上加热至50℃左右。待磺胺溶解后，分次加入醋酐3.6 mL，77% 氢氧化钠2.5 mL（首先，加入醋酐3.6 mL，77% 氢氧化钠2.5 mL；随后，每次间隔5 min，将剩余的77% 氢氧化钠和醋酐分5次交替加入）。加料期间反应温度维持在50～55℃及pH12～13；加料完毕继续保持此温度反应30 min。反应完毕，停止搅拌，将反应液倾入100mL烧杯中，加水20 mL稀释。用36% 盐酸调至pH 7，于冰水浴中放置30 min，并不时搅拌析出固体，抽滤固体，用适量冰水洗涤。洗液与滤液合并后用浓盐酸调至pH 4～5，抽滤，得白色粉末。 用3倍量（3 mL / g）10% 盐酸溶解得到的白色粉末，放置30min，不时搅拌，尽量使单乙酰物成盐酸盐溶解，抽滤除不溶物。滤液加少量活性碳室温脱色10 min，抽滤。滤液用40% 氢氧化钠调至pH 5，析出磺胺醋酰，抽滤，压干。干燥，测熔点（mp.179～184℃）。 2、磺胺醋酰钠的制备： 制备5％NaOH乙醇液100nd(备用)。 将磺胺醋酰，移人100ml烧杯中，用量杯量取5％NaOH乙醇液4Oml倒人烧杯中，室温搅拌至固体完全溶解，在水浴中蒸去乙醇，析晶，干燥得磺胺醋酰钠，计算收率。 3、实验流程图 （1）磺胺醋酰的制备： （2）磺胺醋酰钠的制备 七、【药物鉴别及结构确证】 鉴别 1.取本品药约0.1g，加蒸馏水3ml溶解后，加硫酸铜试液5滴，即产生蓝绿色沉淀。 2.取本品药约0.1g，加蒸馏水3ml溶解，做钠盐的鉴别反应。 （1）取供试液少许，加醋酸氧铀锌试液，即产生黄色沉淀。 （2）用盐酸润湿的铂丝蘸取供试液，在无色火焰中燃烧，火焰即显鲜黄色。 结构确证 1. 红外吸收光谱法、标准物TLC对照法。 2. 核磁共振光谱法。 注：磺胺醋酰的制备过程中存在的反应如下 八、【问题及讨论】 1.为什么会生成双醋酰胺？ 答：因为4-N电子云密度大于1-N电子云密度，1位弱酸性+强碱→盐，使得一位电子云密度增大。 2、磺胺醋酰钠的合成中为什么乙酐和氢氧化钠交替滴加？ 答：磺胺和乙酐反应生成主产物是我们需要的，该反应为放热反应，多次少量加入是为了便于控制温度；加入氢氧化钠是为了保持pH值，因为碱性环镜下副产物少主产物多。 3. 酰化液处理的过程中，pH 7时析出的固体是什么？pH 5时析出的固体是什么？10% 盐酸中的不溶物是什么？ 答：pH=7时候析出的固体是未反应的磺胺；5的时候析出的是磺胺醋酰。10%盐酸中不溶物是杂质和未反应的磺胺。 4、为什么在10% 盐酸中有不溶物析出？ 答：因为在10％盐酸溶液中磺胺醋酰生成盐酸盐而溶解，而双乙酰磺胺由于结构中无游离的芳伯胺基，不能和盐酸成盐故析出。 5、磺胺醋酰钠的合成为什么调PH 7~8? 答：滴加40%氢氧化钠溶液调pH7~8时可见溶液澄明，显示磺胺醋酰已生成磺胺醋酰钠，若有微量不溶物，可能是未除尽的副产物。氢氧化钠溶液切勿过量，因磺胺醋酰钠在强碱性溶液中和受热情况下，易氧化水解而致产量和质量下降。 6、反应碱性过强其结果磺胺较多，磺胺醋酰次之，双乙酰物较少；碱性过弱其结果双乙酰物较多，磺胺醋酰次之，磺胺较少，为什么？ 答：因碱度过大磺胺双醋酰易水解成磺胺，且易引起磺胺醋酰水解成磺胺；而因碱度过小时，反应过程中易生成较多的N－乙酰磺胺，且磺胺双醋酰分子结构中的N－乙酰基不易水解下来，所以该反应必须控制好pH 值。 7、将磺胺醋酰制成钠盐时，为什么要严格控制22.5％NaOH溶液的用量？ 答：将磺胺醋酰制成钠盐时，必须要严格控制22.5％NaOH溶液的用量。因磺胺醋酰钠水溶性大，由磺胺醋酰制备其钠盐时若22.5％ NaOH的量多，则损失很大。必要时可加少量丙酮，使磺胺醋酰钠析出。 8、磺胺类药物有哪些化学性质？ 答：（1）．酸碱性 因本类药物分子中有芳香第一胺，呈弱碱性；有磺酰氨基，显弱酸性,故本类药物呈酸碱两性，可与酸或碱成盐而溶于水。 （2）．自动氧化反应 本类药物含芳香第一胺，易被空气氧氧化。 （3）、芳香第一胺反应磺胺类药物含芳香第一胺，在酸性溶液中，与亚硝酸钠作用，可进行重氮化反应，利用此性质可测定磺胺类药物的含量。生成的重氮盐在碱性条件下，生成橙红色偶氮化合物，可作本类药物的鉴别反应。 （4）、与芳醛缩合反应 芳香第一胺能与多种芳醛（如对二甲氨基苯甲醛、香草醛等）缩合成具有颜色的希夫碱. （5）、铜盐反应 磺酰氨基上的氢原子，可被金属离子（如铜、银、钴等）取代，生成不同颜色的难溶性沉淀，可用于鉴别。 9、如何利用磺胺类药物的理化性质进行产品纯化？ 答：利用主产物和副产物的解离常数不同，在不同pH条件下分别令主产物溶于溶剂而副产物不溶，过滤后弃去固体；或者主产物不溶而副产物溶，过滤后弃去溶液。 10、“洗液与滤液合并后用浓盐酸调至pH 4～5，抽滤，得白色粉末。”这一步骤 可不可以省去，直接往“滤液与洗液合并液”中加三倍量的10%盐酸，再进行后 面的操作？ 九、【相关资料】 磺胺类药物的作用机制 Wood-Fields学说（代谢拮抗学说）认为磺胺类药物之所以能抑制细菌生长，是因为这一类药物能与细菌生长所必须的对氨基苯甲酸（PAPB），使其蛋白质合成受阻。这一学说得到了近代分子模型实验的支持，即磺胺类药物的分子形状、大小及电荷分布于PAPB相似，因此能与PAPB竞争二氢叶酸合成酶，使细菌二氢叶酸的合成受到干扰，最终影响细菌蛋白的合成，阻碍其生长。              十、【参考文献】 [1]. 尤启冬,王亚楼，李志裕. 药物化学实验指导[M].b北京：中国医药科技出版社，2000：111-112. 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