内酰胺酸性离子液体催化合成阿司匹林

钱德胜，刘海波，张文平

(巢湖学院 化学与材料科学系，安徽 巢湖238000)

内酰胺酸性离子液体催化合成阿司匹林

钱德胜，刘海波，张文平

(巢湖学院 化学与材料科学系，安徽 巢湖238000)

制备了系列内酰胺酸性离子液体作为催化剂，用于催化乙酸酐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、酐/醇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] H2PO4)=2∶1∶0.075，反应温度70℃，时间30 min，产品收率达72.4%，且该离子液体重复使用4次，仍表现出良好的催化活性。

阿司匹林；内酰胺；离子液体；催化

阿司匹林即乙酰水杨酸，是一种常用的退热镇痛和抗风湿类药，传统制备方法是用浓硫酸作催化剂，由乙酸酐和水杨酸酰化制得，但副反应多，设备腐蚀性较大，严重污染环境。近年来人们研究了多种较为环境友好的催化剂如乙酸钠[1]、硫酸氢钠[2]、三氯稀土[3]等，但价格昂贵或重复使用性能差。离子液体具有优异的化学和热力学稳定性和良好的溶解性，室温下几乎无蒸汽压、无污染，被称之为“绿色溶剂”[4]。本文合成了系列内酰胺酸性离子液体替代浓硫酸催化合成阿司匹林，产率可达72.4%。该类离子液体合成工艺简单、操作方便、价格便宜、毒性低。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

仪器：WQT-410型傅里叶红外光谱仪(北京第二光学仪器厂)；WRS-1A型数字熔点仪 (上海物理光学仪厂)；Bruker Advanced Digital300-MHz型核磁共振仪(瑞士)。

试剂：水杨酸、乙酸酐、己内酰胺、N-甲基丁内酰胺、碳酸氢钠均为分析纯试剂，苯磺酸（BSA）等其它均为化学纯试剂。

1.2 离子液体的制备

参照文献[5]法，在50mL圆底烧瓶中加入11.32g (0.1mol)己内酰胺和10mL去离子水，充分溶解，冰水浴中，磁力搅拌下滴加等摩尔的酸(H2SO4,H3PO4, BSA)，室温下反应12h。旋转蒸发去除溶剂，用苯洗涤，70℃真空干燥，得己内酰胺离子液体 [CP]X(X: HSO4,H2PO4,BSA)。

同样的方法合成了N-甲基丁内酰胺离子液体[NMP]X(X:HSO4,H2PO4,BSA)。

1.3 阿司匹林的合成

50 mL烧瓶中加入4.083 g(0.04 mol)乙酸酐和0.3 g离子液体，磁力搅拌均匀后，加入2.762 g(0.02 mol)水杨酸，油浴升温至70℃，搅拌下反应30 min后，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。粗产品溶于饱和的NaHCO3溶液，过滤，滤液用稀HCl中和后，冰水冷却，抽滤，产物用乙醇--水溶液（体积比为1:4）重结晶，干燥后得白色针状晶体。熔点：134～135℃。IR(KBr)的主要吸收峰σ/cm-1:3000-2500（羧酸νO-H），1754 （酯νC=O），1692(羧酸 νC=O),1606, 1483,1467(苯环νC-C),1307,1189(羧酸和酯νC-O)与标准图谱吸收峰位置一致。

2 结果与讨论

2.1 离子液体的表征

离子液体的1HNMR谱图数据如下：

[NMP]H2PO4:HNMR(DMSO),δ:1.84-1.92(m,2H), 2.17(m,2H),2.68(s,3H),3.29(m,2H),7.34(d,1H),8.73(d,2H)

[CP]BSA:HNMR(CDCl3),δ:1.74-1.85(m,6H),2.65 (d,2H),3.43(s,2H),6.80(s,2H),7.45(s,3H),7.90(d,1H), 10.03(s,1H).1HNMR(D2O),δ：1.47-1.63(m,6H),2.33 (t,2H),3.11(t,2H),7.44(t,3H),7.68(d,2H)。离子液体中含有二个活泼H，说明生成了N-质子化的己内酰胺阳离子。

IR(KBr)谱图显示：己内酰胺中νN-H和νC=O的吸收带分别为3216 cm-1和1660 cm-1，离子液体[CP] BSA中νN-H和νC=O的吸收带分别为2945 cm-1和1702cm-1。可见己内酰胺被质子化后，由于H+的吸电子诱导效应作用，使原有N-H键力常数降低，羰基的双键性加大，结果导致产物谱图中特征峰νN-H的吸收频率向低频移动，而νC=O的吸收频率则向高频移动。

2.2 温度对反应的影响

对2.762 g水杨酸和4.083 g乙酸酐，加入0.3 g离子液体，不同温度下反应30 min，见表1。

表1 反应温度的影响

由表1可见，随着反应温度的升高，产率先提高后又下降，可能温度过高，促进水杨酸发生聚合反应，副产物增加，从而导致产率下降。离子液体[CP]X、[NMP]X(X:HSO4,H2PO4)催化该反应的最佳反应温度分别为60℃和70℃。

2.3 催化剂的种类及其用量对反应的影响

将2.762 g水杨酸和4.083 g乙酸酐，恒温反应30 min，见表2。

表2 催化剂用量的影响

表2结果表明：阴离子相同时，[NMP]X较[CP] X具有更好的催化活性，但相同条件下，均优于传统催化剂浓硫酸；H2PO4与相同阳离子构成的离子液体催化活性更强，其中[NMP]H2PO4的催化能力最强；同一催化剂，随着其用量的增加，产率先上升后有所下降，这可能是由于过多的离子液体稀释了溶于其中的反应物，从而引起反应速率的降低。[NMP]H2PO4的用量为0.3g（对水杨酸的摩尔份数为7.5%）时，阿司匹林的产率最高。

2.4 反应时间的影响

对2.762g水杨酸和4.083g乙酸酐，加入0.3g离子液体，恒温反应。考察不同反应时间对产率的影响结果，如表3所示。随着反应时间的增加，产率提高，最佳反应时间为30 min，反应时间过长时，可能由于部分产物分解，导致产率反而下降。

表3 反应时间的影响

2.5 酐/醇比对反应的影响

对2.762 g水杨酸，加入不同量的乙酸酐及0.3 g离子液体，反应30 min，结果如表4所示。该比例为2∶1时，产率最高。增加乙酸酐用量可推动正向反应的进行，但用量过大可能会因其自身的酸催化分解而消耗部分催化剂，降低了离子液体的催化效果。

表4 酐醇摩尔比的影响

2.6 催化剂的重复使用

对2.762g水杨酸和4.083g乙酸酐，加入0.3g离子液体，恒温反应30 min，见表5。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。

表5 催化剂的重复使用

[1]林沛和,李承范.乙酸钠催化合成阿司匹林[J].河北化工, 2006,29(4):35-36.

[2]翁文,林德娟,尤秀丽,颜少明.硫酸氢纳催化合成阿司匹林[J].应用化工,2003,32(2):15-16.

[3]张武,李红喜,顾巍.三氯稀土催化合成乙酰水杨酸[J].化学世界,2002(8):422-423.

[4]Gui J Zh,Ban Z Y,Cong X H,et al.Selective alkylation of phenol with tert-butyl alcohol catalyzed by Brnsted acidic imidazolium salts[J].J.Mol.Catal.A:Chem.,2005,225:27-31.

[5]钱德胜,程广斌,吕春绪.稀土金属在离子液体中催化甲苯的硝化反应[J].应用化学,2009,26(7):757-761.

[责任编辑：钱立武]

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A

1674-1102（2010）03-0025-02

2010-04-06

安徽省高等学校省级自然科学研究项目（KJ2009B231Z）。

钱德胜（1968-），男，安徽巢湖人，巢湖学院化学与材料科学系讲师，硕士，主要从事精细化工品的绿色合成和工艺学研究 。