阿司匹林合成实验半微量化的研究*

陈铭祥，刘 东，郑明彬，周鹏飞，李小叁

(1 广东医科大学药学院，广东 东莞 523808；2 深圳华创生物医药科技有限公司，广东 深圳 518112；3 广东医科大学基础医学院，广东 东莞 523808)

阿司匹林，化学名为乙酰水杨酸，是医药史上三大经典药物之一，相较于其他两个经典药物青霉素和安定，历史更为悠久，属于非甾体抗炎药，具有消炎退热镇痛的药理作用，早期用于治疗感冒、发热、头痛、牙痛、关节痛、风湿病，后来研究者们发现阿司匹林具有抑制血小板聚集从而达到抗血栓的药效作用[1]，随着研究的不断深入，又发现了许多新的临床治疗用途，用于治疗缺血性心脏病、心绞痛、心肺梗塞、脑血栓形成，应用于血管形成术及旁路移植术也有效[2-4]，对于预防和治疗某些癌症如直肠癌、结肠癌等以及老年痴呆症、帕金森病等神经退行性疾病[5-6]也有一定的疗效作用。基于阿司匹林的众多新老用途，广泛应用于临床治疗，众多研究者不断对阿司匹林进行探索和研究。

阿司匹林化学结构及其合成路线都相对简单，且是非常重要典型的药物，其合成实验一直是国内本科高等院校医学类、药学类、化学类及相关专业开设的药物化学、有机化学必修实验[7]。阿司匹林合成实验能使学生了解医药的发展史，了解其结构-药效的关系，激发学生学习医药的兴趣；有些高校甚至将其改变传统验证性的合成路线，将其设计成开放性创新性合成实验，让学生分成小组自查资料拟定方案，经任教老师审核其可行性后分工协作完成实验，培养学生的团队协作精神和独立的实验操作能力，培养学生的创新性创造性思维，从而提高学生的综合能力素质。

近年来，随着高校的不断扩招，医学、药学及相关专业的学生不断增多，阿司匹林合成实验的反应原料需求不断增大，实验过程中所产生的废弃物也会增多，即使安装了良好的通风系统设备，也会对环境产生一定的污染，因而本校在该实验中进行了半微量化的尝试。实验的半微量即投入的反应原料试剂用量减为常规实验的 1/5[8]，大大地减少了实验试剂的用量，相应减少了药品所带来的污染，而且实验的反应时间和学生处理实验产物和副产物的时间也较以往节约不少，同时药品用量也少，学生需要认真操作、仔细观察和记录才能得出正确的结果，既有利于培养严谨的科学态度与良好的实验习惯，也有利于学生动手能力和科研工作能力的培养[9]。

1 实验原理

阿司匹林(乙酰水杨酸)，从药物学角度来看，它是水杨酸的前体药物，但由于水杨酸严重刺激口腔，食道和胃壁粘膜而限制其应用。为了克服这一缺点，研究者们在水杨酸分子中引进乙酰基，亦就是制备了乙酰水杨酸。

水杨酸是一个双官能团的化合物(具有酚羟基和羧基)。因此，有两种不同的酯化反应。为了合成乙酰水杨酸，采用在强酸存在下，水杨酸和过量乙酸酐反应，水杨酸的酚羟基发生酯化。

化学反应式如下：

反应结果可以看成是在水杨酸分子中引进一个乙酰基。这种在有机分子中，引入酰基的反应称为酰基化反应。若引入乙酰基就称为乙酰化反应。提供酰基的试剂称为酰化剂。本实验中乙酸酐就是乙酰化试剂。

由于水杨酸是双官能团的化合物，分子中的酚羟基和羧基彼此之间亦能起反应，生成水杨酰水杨酸，乙酰水杨酰水杨酸甚至高聚物。同时，反应中亦可能有未反应的水杨酸和乙酸酐混在产物之中。因此，产品必须提纯。对固体有机物的提纯，最常用方法是重结晶法。

本实验，可采用FeCl3溶液检定乙酰水杨酸的纯度。此外，亦可用测熔点，红外光谱等办法来判断其纯度。

2 仪器和试药

Perkin-Elmer Spectrum-100 FT-IR spectrometer(美国Perkin-Elmer公司)，KBr压片法。Bruker Avance III 500 MHz Digital NMR spectrometer(瑞士 Bruker 公司)，TMS 为内标物。予华 SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵(巩义市英峪予华仪器厂)，FA2104万分之一电子分析天平(上海舜宇恒平)；酒精灯，铁圈，铁架台，石棉网，烧杯 (250 mL/150 mL/50 mL 各1个)，量筒(50 mL/10 mL 各1个)表面皿，玻棒，布氏漏斗，250mL抽滤瓶，点滴板，b型管，毛细管，温度计(200 ℃ 1支)，试管(Ø 18×180 mm)，中速滤纸(Ø 7 cm)，称量纸，药勺，火柴，水杨酸，乙酸酐，浓硫酸，95%乙醇，氯化铁(用时配制成1%水溶液，加入少量盐酸至黄绿色)，液体石蜡，冰块，试剂均为分析纯级天津市富宇精细化工有限公司产品。

3 实验步骤及工艺优化方案

(1)称取1.0 g水杨酸，置于干燥18×180 mm大试管中，加入2 mL乙酸酐并使水杨酸完全溶解，再滴入2滴浓硫酸(不可加入太多，避免生成油状聚合物)，摇匀溶解，在250 mL烧杯中水欲加热，保持温度在70～80 ℃(温度过高会加快副产物的生成)，维持30 min，并不时摇动。

(2)停止加热，将溶液转移至50 mL小烧杯中，在150 mL烧杯中冰水冷却并用玻棒上下摩擦烧杯壁，当有结晶析出后，加入50 mL冷水，继续冰欲冷却。

(3)当有大量结晶析出后，用布氏漏斗减压抽滤。并用约5 mL蒸馏水洗涤晶体两次，抽干。

(4)将粗产品溶于5 mL 95%乙醇中，水浴加热溶解，趁热抽滤，滤液加30 mL蒸馏水，搅拌后在冰水浴中冷却，抽干得纯乙酰水杨酸。

(5)将抽干的晶体转移至已称重的表面皿上，水浴干燥，称重，计算产率。

(6)取少量实验所得的阿司匹林(乙酰水杨酸)用95%乙醇溶解于点滴板上，加氯化铁检验有没有水杨酸没反应完全或具有酚羟基的副产物产生。

(7)再取少量产品(乙酰水杨酸)做熔点测定，并与标准品混合再做熔点测定。

图1 阿司匹林合成反应装置图

图2 阿司匹林熔点测定图

表1 反应物水杨酸和醋酐的投入量对反应产物阿司匹林以及产率的影响(时间为30 min)

研究结果显示，随着反应原料水杨酸和醋酐的投入量不断增加，产物阿司匹林的产量也不断增加，产率亦随之增大，在水杨酸和醋酐的投入量为1 g和2mL时，产率有着较大幅度的增加，随后加大投入量，产率加大的幅度较小，从反应的半微量化的角度来考虑，本次实验的最佳方案为第2组的实验，即水杨酸和醋酐的投入量分别为1 g和2 mL时所得的产物阿司匹林质量为0.85 g，产率为63.08%。

产率的计算：m阿司匹林×M水杨酸/(m水杨酸×M阿司匹林)×100%

表2中反应物水杨酸与醋酐的投入量分别为1 g和2 mL，研究结果显示，随着反应时间的延长，反应产物不断增加，反应产率亦随之增加，其中在反应时间为30 min时，产率较之前增加的幅度最大，以后产率所增加的幅度有所回落，由于本科生的课时和实验时间都较为紧迫，从节约时间方面考虑，第3组的反应时间亦即是30 min为最佳的反应时间。

表3 反应温度对反应产物及产率的影响

表3中反应物水杨酸与醋酐的投入量分别为1 g和2 mL，反应时间为30 min，研究结果显示，随着反应温度的升高，反应产物阿司匹林的量不断增加，产率亦随之不断增加，当反应温度为80 ℃，产量和产率最高，超过80 ℃时，产率降低，原因可能为酯化反应为可逆反应，温度过高使反应产物阿司匹林在酸性条件下发生可逆反应，同时加速副产物的生成。反应温度在70～80 ℃之间时，产率在61%～64%之间，可认为是最佳反应温度范围。

通过以上的实验方案的结果对比发现，并从实验的半微量化和节约实验时间的角度综合考虑，阿司匹林合成反应半微量化的最佳条件是，反应物水杨酸和醋酐的投入量分别1 g和2 mL，反应温度控制在70～80 ℃之间时，反应时间30 min。

4 阿司匹林的熔点测定和结构表征

取少量反应产物按照图2的装置做熔点测定，结果为137～139 ℃，与对照品阿司匹林混合再做熔点测定，结果同样为137～139 ℃，可初步确定产物为阿司匹林，熔程为2 ℃之内并且混合熔点不下降，可见产物具有很高的纯度。

IR (KBr, cm-1)显示: 3500～2800(中等强度宽峰，-COOH), 3006(-CH3)， 1754(酯羰基)，1690(羧酸羰基)，1606-1483(苯环特征峰)，753(苯环邻位取代);1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 10.36 (1H, s,-COOH), 8.11(1H, m, H-3), 7.62 (m,1H, H-6), 7.35. (1H, m, H-5), 7.14 (1H, m, H-4), 2.35 (3H, s,-CH3);13C-NMR (CDCl3, 125 MHz) δ: 170.2 (-COOH), 169.7 (-O-C=O), 151.3 (C-2), 134.9 (C-4), 132.5 (C-6), 126.2 (C-5), 124.0 (C-3), 122.3 (C-1), 21.0 (-CH3)。

图3 阿司匹林结构图

5 结 语

(1)通过对实验条件的摸索，确定了阿司匹林合成实验半微量化的最佳方案且是切实可行的，反应物水杨酸和醋酐的投入量分别为1 g和2 mL，待固体完全溶解后加入2滴硫酸，在水浴条件下加热维持温度在70～80 ℃之间，反应30 min，经过除去杂质并重结晶最后所得产物阿司匹林纯度在95%以上，与标准品混合熔点不下降。

(2)阿司匹林实验的半微量化，试剂用量减为常规学生实验的1/5，大大地减少了实验试剂的用量，相应减少了药品所带来的污染，同时由于投料量少,操作中稍有疏忽就可能导致实验的失败 因而可促使学生充分重视,在实验中认真操作，仔细观察和记录才能得出正确的结果，有利于提高他们的实验技巧和分析解决问题的能力，培养学生认真细致的科研习惯[9]。

(3)阿司匹林半微量化的优化方案，加深了学生对基础理论知识的理解，进一步提高学生灵活运用所学知识和从事科研实验研究思考的能力，激发学生学习相关知识和资料的求知欲，培养学生创造性创新性思维方式，全面提高学生的实验技能和综合素质，为社会培养适应时代发展的技能型创新性医药高级专门人才打下坚实的基础。