微波辐射明矾催化合成阿司匹林的研究

曾小君，陈奠宇，杨高文，杨 捷，付任重，朱 玮

微波辐射明矾催化合成阿司匹林的研究

曾小君，陈奠宇，杨高文，杨 捷，付任重，朱 玮

（常熟理工学院 化学与材料工程学院，江苏 常熟 215500）

文中以水杨酸、乙酸酐为主要原料，以明矾作为催化剂，用微波法快速合成阿司匹林。系统讨论了反应物料比、催化剂用量、微波反应温度、微波反应时间及微波辐射功率等因素对产率的影响，确定了阿司匹林的最佳合成工艺条件。通过试验研究，优化出最佳合成工艺条件为：n（水杨酸）∶n（乙酸酐）=1∶2，催化剂用量为水杨酸质量的7.2，微波反应温度70℃，微波反应时间20 min，微波辐射功率400W时，纯化后阿司匹林产率达到83.01。既可强化学生的环保意识，又可使学生掌握绿色化学的实用技术。

阿司匹林；明矾；催化合成；微波辐射；绿色化学

《有机化学实验》是各高校化学类专业的基础实验课，是有机化学教学中不可缺少的重要环节。有机化学实验经常会产生大量的强腐蚀性废酸、废碱、易燃、易挥发的有机溶剂，以及有毒、危险的有机废弃物［1－2］。在《有机化学实验》教科书中，采用浓硫酸作催化剂，以水杨酸和乙酸酐为原料加热合成阿司匹林。此法虽然经典，但副产物较多，产率低，后处理麻烦，同时，硫酸腐蚀性强，炭化严重，操作不便，而且实验后残渣和残液对环境也有很大影响［3－7］。

基于以上问题，在《有机化学实验》教学中，我们组织了部分优秀学生对阿司匹林合成实验进行了探究，利用微波辐射技术合成阿司匹林，不仅可以克服传统方法的不足，而且还可减少环境污染，取得了较好的效果。通过阿司匹林合成实验的改进，既可很好强化学生的环保意识，养成良好的习惯，又可使学生掌握绿色化学的实用技术，实现了新兴技术的运用和大学化学实验绿色化实验教学改革目标。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器

1）试剂。水杨酸、乙酸酐、明矾、无水乙醇等，均为分析纯试剂。

2）仪器。电热恒温鼓风干燥箱（PH050型，上海益恒实验仪器有限公司）、数显恒温水浴锅（HH－2，常州国华电器有限公司）、常压微波合成反应工作站（MAS－II型，上海新仪微波化学科技有限公司）、循环水式多用真空泵（SHB－IIIS，郑州长城科工贸有限公司）、KONKA冰箱（BC－50，安徽康佳电器有限公司）、电子天平、显微熔点测试仪（X－4，北京泰克仪器有限公司）、有机合成成套仪器等。

1.2 实验原理

实验原理如下：

1.3 实验步骤

在锥形瓶中加入7.391 3 g乙酸酐，0.36 g明矾，轻轻混匀后，再加入5 g干燥的水杨酸慢慢振荡混匀。将锥形瓶置于微波炉中心，辐射功率400W，微波反应时间20 min。反应结束后取出，趁热转移至烧杯中，用50 mL热水荡洗锥形瓶以致充分转移。冷却至室温后置于冰水浴中冷却至出现白色晶体，抽滤，得粗产品。

2 结果与讨论

2.1 反应物料比的影响

表1 反应物料比对产率的影响

从表1可以看出，反应物摩尔比对反应有很大的影响，乙酸酐用量增加时产率明显提高，而当n（水杨酸）∶n（乙酸酐）=1∶2时，产率最高，再增加乙酸酐用量，产率反而下降。这是因为产物部分溶解于过多的乙酸酐中，不仅产率不高还浪费了大量原料。因此，反应物料比应控制在n（水杨酸）∶n（乙酸酐）=1∶2比较合适。

2.2 催化剂用量的影响

在n（水杨酸）∶n（乙酸酐）=1∶2，微波反应温度为70℃，微波反应时间为20 min，微波辐射功率为400 W时，单一改变催化剂明矾的用量，研究其对产率的影响规律。实验结果如表2所示。

从表2可以看出，随着催化剂用量的提高，产率产生明显变化。过少的催化剂会降低催化效果，过多的催化剂又会促进产物的分解。当催化剂用量为水杨酸质量的7.2时，产率最高。因此，明矾用量为水杨酸质量的7.2比较合适。2.3 微波反应温度的影响

表2 催化剂用量对产率的影响

在n（水杨酸）∶n（乙酸酐）=1∶2时，催化剂用量为水杨酸质量的7.2，微波反应时间为20 min，微波辐射功率为400 W时，单一改变微波反应温度，研究其对产率的影响规律。实验结果如表3所示。

表3 微波反应温度对产率的影响

从表3可以看出，随着反应体系温度的升高，阿司匹林产率也随之提高，当超过70℃时又开始下降。这是由于低温不利于水杨酸的溶解，升温产率会上升，而过高的温度又会使得分子间缩合反应易于进行，副产物增多，产率变低。因此，微波反应温度控制在70℃比较合适。

2.4 微波反应时间的影响

在n（水杨酸）∶n（乙酸酐）=1∶2时，催化剂用量为水杨酸质量的7.2，微波反应温度为70℃，微波辐射功率为400 W时，单一改变微波反应时间，研究其对产率的影响规律。实验结果如表4所示。

表4 微波反应时间对产率的影响

从表4可以看出，随着微波反应时间的延长，阿司匹林产率也随之增大。当微波反应时间为20 min时，阿司匹林产率最高，为83.01。当微波反应时间继续延长时，产率开始下降。这是由于长时间的加热，也会促使产物分解或分子间的聚合，从而使产率降低。因此，微波反应时间控制在20 min比较合适。

2.5 微波辐射功率的影响

在n（水杨酸）∶n（乙酸酐）=1∶2时，催化剂用量为水杨酸质量的7.2，微波反应温度为70℃，微波反应时间为20 min时，单一改变微波辐射功率，研究其对产率的影响规律。实验结果如表5所示。

表5 微波辐射功率对产率的影响

从表5可以看出，随着微波辐射功率变化，阿司匹林产率也随之发生变化。当微波辐射功率为400 W时，阿司匹林产率最大，为83.01。继续提高微波辐射功率会促进聚合反应的发生，使得阿司匹林产率下降。因此，微波辐射功率选择400 W比较合适。

2.6 产品纯度的确定

图1 合成阿司匹林的红外光谱图

从图1可以看出，3 000 cm－1附近有4个弱吸收峰，这是苯环及饱和CH3的C－H伸缩振动；在1 620～1 450 cm－1内出现3个峰，这是苯环的骨架振动；指纹区754 cm－1，703 cm－1处有2个峰，说明苯环为邻位取代。1 755 cm－1处出现强吸收峰，表示有酯羰基存在，同样在指纹区的1 300～1 000 cm－1范围内发现酯的C－O的伸缩振动强吸收，结论得到进一步的肯定。而1 690 cm－1处的强吸收峰为羰基的伸缩振动，可能是酸。从红外光谱图分析可确证产物所含物质分子结构，达到预期效果。

3 结束语

1）利用微波辐射明矾催化能够快速合成阿司匹林，当n（水杨酸）∶n（乙酸酐）=1∶2，催化剂用量为水杨酸质量的7.2，微波反应温度70℃，微波反应时间20 min，微波辐射功率400 W时，纯化后阿司匹林产率达到83.01。

2）该法与传统硫酸法相比具有快速、环保、无腐蚀的优点。既可很好地强化学生的环保意识，养成良好的习惯，又可使学生掌握绿色化学的实用技术，实现了新兴技术的运用和大学化学实验绿色化实验教学改革目标。

［1］张荣莉，沈凤翠.在工科高校有机化学实验中实现绿色化教学［J］.高校实验室工作研究，2011（4）：43－44，54.

［2］孙莉，王海滨，强根荣.有机化学实验教学绿色化建设的探索［J］.实验技术与管理，2008，25（8）：178－180.

［3］李慧敏，董丽.阿司匹林的合成工艺研究进展［J］.中国石油和化工标准与质量，2012（15）：37.

［4］占昌朝，曹小华，严平，等.碳基固体酸催化合成乙酰水杨酸［J］.化工进展，2012，31（5）：1121－1125.

［5］王彩霞，徐翠莲，樊素芳，等.微波辐射合成阿司匹林的研究［J］.河南科学，2010，28（11）：1396－1397.

［6］杨小钢.介绍一个有机化学实验－微波辅助合成和水解乙酰水杨酸［J］.大学化学，2010，25（4）：52－54.

［7］李远军，陈丽.乙酰水杨酸合成方法改进［J］.西昌学院学报：自然科学版，2010，24（4）：38－41.

Synthesis of Aspirin by M icrowave Radiation w ith Alum as Catalyst

ZENG Xiaojun，CHEN Dianyu，YANG Gaowen，YANG Jie，FU Renzhong，ZHUWei
（School of Chemistry and Material Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500，China）

Aspirin was synthesized through O－acylating reaction from salicylic acid and acetic anhydride bymicrowave radiation with alum as catalyst.The influence ofmolar ratio of salicylic acid to acetica nhydride，dosage of catalyst，temperature ofmicrowave radiation，time ofmicrowave radiation and power ofmicrowave radiation on the aspirin yield were investigated.The results showed that the optimum reaction condition is as follows：themolar ratio of salicylic acid to acetic anhydrides is1∶2，the dosage of alum is7.2of salicylic acid bymass，temperature ofmicrowave radiation is70℃，time ofmicrowave radiation is20min and power ofmicrowave radiation is 400W.With optimal reaction conditions，the aspirin yield is up to 83.01.Students can raise their consciousness of environmental protection and master practical techniques of green－chemistry by using thismethod.

Aspirin；alum；catalyze synthesis；microwave radiation；green－chemistry

TQ245.2；R912

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.010

2013－08－30

曾小君（1968－），男，硕士，副教授，主要从事有机化学研究及实验教学工作。