離子液體催化冰醋酸-水楊酸酰基化反應合成阿司匹林

錢德勝段啟勇

（巢湖學院化學與材料科學系，安徽巢湖238000）

離子液體催化冰醋酸-水楊酸酰基化反應合成阿司匹林

錢德勝段啟勇

（巢湖學院化學與材料科學系，安徽巢湖238000）

制備了系列吡咯烷酮酸性離子液體作為催化劑，用于催化冰醋酸和水楊酸的乙酰化反應，合成阿司匹林。考察了反應溫度、反應時間、催化劑種類及用量、醇/酸比對水楊酸酰化反應產率的影響和離子液體的重復使用性能。最佳的反應條件為：n（乙酸酐）∶n（水楊酸）∶n（[NMP]H2PO4）=1.2∶1∶0.075，反應溫度70℃，時間30 min，產品收率達67.2%。且該離子液體重復使用4次，仍表現出良好的催化活性。

阿司匹林；吡咯烷酮；離子液體；催化

阿司匹林又名乙酰水楊酸，是水楊酸類解熱、鎮痛藥的代表，廣泛用于治療傷風感冒和風濕痛及類風濕痛等[1]。傳統制備方法是以濃硫酸作催化劑，以醋酐為酰化劑，與水楊酸的羥基酰化而制得。但濃硫酸對設備的腐蝕性較大，環境污染嚴重，且易發生副反應而使產品色澤深。離子液體作為一種新型綠色溶劑和催化劑，被廣泛用于各類有機化學反應[2，3]。蔣棟[4]合成了烷基取代咪唑類離子液體[bmim]H2PO4等作為催化劑用于合成阿司匹林，取得了良好的效果，產率達63.4%，但該類離子液體價格較貴、毒性較高[5]。

本文采用成本低、毒性小的吡咯烷酮陽離子為原料，先后合成了三種Brφnsted酸性離子液體N-甲基吡咯烷酮硫酸氫鹽（[Hnmp]HSO4）、N-甲基吡咯烷酮磷酸氫鹽（[Hnmp]H2PO4）及N-甲基吡咯烷酮苯磺酸鹽（[Hnmp]BSA），用該離子液體為催化劑，且用便宜易得的冰醋酸代替醋酸酐作酰基化試劑合成阿司匹林，并優化了最佳工藝條件，取得了良好的效果。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WRS-1A型數字熔點儀(上海物理光學儀廠)；Bruker Advanced Digital 300-MHz型核磁共振儀（瑞士）。

N-甲基吡咯烷酮、磷酸、水楊酸、冰醋酸均為分析純試劑，硫酸、苯磺酸（BSA）等為化學純試劑。

1.2 離子液體的合成

將配有磁力攪拌器、回流冷凝管、溫度計的50mL三口瓶置于油浴中，加入N-甲基吡咯烷酮9.65mL，緩慢加入5.55mL 98%濃硫酸，再緩慢加入10mL蒸餾水。80℃下攪拌24h。待反應物冷卻至室溫后，減壓蒸餾除去蒸餾水，再用10mL苯洗滌3次，分液取下層，減壓蒸餾除去殘存的苯和蒸餾水，得到白色粘稠狀液體化合物，即離子液體[Hnmp]HSO4。

相同的方法合成了N-甲基吡咯烷酮離子液體[Hnmp]H2PO4和[Hnmp]BSA。

1.3 阿司匹林的合成

在50mL三口燒瓶中分別加入一定量的冰醋酸、水楊酸和離子液體（或濃硫酸），裝上冷凝管。在一定溫度的油浴中磁力攪拌反應一定時間，加入50mL蒸餾水，冰水冷卻，抽濾得粗產品，母液中的離子液體經旋蒸除水后重復使用。粗產品用乙醇-水溶液（體積比為1∶4）重結晶，干燥后得白色針狀晶體。考察不同離子液體對阿司匹林合成反應的催化效果，并考察醇/酸比、催化劑用量、反應溫度和反應時間等對O-酰基化反應的影響。反應式如下：

2 結果與討論

2.1 離子液體的表征

離子液體[Hnmp]H2PO4的1H NMR譜圖數據

1H NMR（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）

2.2 產品的鑒定

2.2.1 合成產品的定性檢驗

合成產品與1%三氯化鐵溶液呈陰性反應，可初步判斷它的純度。因為阿司匹林分子中不含酚羥基，說明水楊酸在反應中羥基已被酰化。

2.2.2 合成產品的熔點測定

按文獻[6]方法測定產物熔點，熔點133～134℃，與文獻值相符。

2.3 醇/酸比對產品收率的影響

對2.762 g（0.02 mol）水楊酸，分別加入不同摩爾比的冰醋酸及0.3 g的[Hnmp]H2PO4，70℃恒溫反應30 min。考察水楊醋酸/冰醋酸摩爾比對產率的影響，結果如表1所示。

表1 醇酸摩爾比的影響

由表1可見，水楊酸與冰醋酸摩爾比為1∶1.2時，產率最高。增加冰醋酸用量可推動正向反應的進行，但用量過大會因自身酸催化分解消耗部分催化劑而影響對酰化反應的催化效果。

2.4 溫度對反應的影響

對2.762 g（0.02 mol）水楊酸和1.38 mL（0.024 mol）冰醋酸以及0.3 g的[Hnmp]H2PO4，在不同溫度下反應30min，考察反應溫度對產率的影響，結果如表2所示。隨反應溫度升高，產率先提高后又下降，這與溫度過高，聚合副產物增加有關，因此最佳溫度為70℃。

表2 反應溫度的影響

2.5 反應時間對反應的影響

對2.762 g（0.02 mol）水楊酸和1.38 mL（0.024 mol）冰醋酸，加入0.3 g[Hnmp]H2PO4，70℃恒溫反應，考察不同反應時間對產率的影響，如表3所示。隨著反應時間的增加，產率提高，但時間過長時，可能是聚合副反應增多，故產品收率也低。因此最佳反應時間為30 min。

表3 反應時間對產品收率的影響

2.6 不同的催化劑及其用量對反應的影響

將2.762 g（0.02 mol）水楊酸和1.38 mL（0.024 mol）冰醋酸，70℃恒溫反應30 min。考察不同催化劑及其用量對產率的影響（見表4）。由此表可見：同一催化劑，隨用量增加，產率先升高后降低，[Hnmp] H2PO4用量為0.3 g（對水楊酸的摩爾份數為7.5%）時，產率最高，達67.2%。繼續增加離子液體的用量，產品收率反而下降。可能由于離子液體與水楊酸的互溶性較低，離子液體用量較大時，溶解的乙酸相對量較多，由于溶劑化效應的影響，反而對酰化反應不利。

表4 催化劑的種類及其用量對反應的影響

2.7 離子液體的循環使用

對2.762g（0.02mol）水楊酸和1.38mL（0.024 mol）冰醋酸，加入[Hnmp]H2PO4，70℃恒溫反應30 min，考察了催化劑循環使用次數對產率的影。

表5 催化劑循環使用

表5結果顯示，離子液體重復使用4次后催化活性變化不大，催化活性的降低可能是由于每次反應后離子液體在處理過程中略有損失，導致產率有所下降。

3 結論

實驗合成了具有Brφnsted酸性的離子液體，并將其作為催化劑進行了阿司匹林的催化反應，并對最佳工藝條件進行了優化，取得了較好的結果。離子液體經真空干燥、脫水后重復使用，催化活性基本保持不變。該離子液體合成工藝簡單、價格便宜、毒性低，用醋酸代替醋酸酐，減低了產品的成本，具有較好的經濟價值和社會意義。

[1]張倫.阿司匹林國內外的應用、生產和市場[J].中國藥房，1997，8（2）:55-56.

[2]王華，韓金玉，常賀英等.綠色溶劑離子液體在化學反應中的應用[J].化工時刊，2002，（10）:126-127.

[3]Trissa J,Suman S,Halligudi S B.Bronsted acidic ionic liquids:A green,efficient and reusable catalyst system and reaction medium for Fisher esterification[J].J.Mol.Catal.A:Chem.,2005，234:107-110.

[3]蔣棟，李偉，許成娣，戴立益.Brφnsted酸性離子液體催化合成阿司匹林[J].應用化學，2007，24（9）:1080-1082.

[4]柯明，周愛國，宋昭崢，蔣慶哲.離子液體的毒性[J].化學進展，2007，19（5）:671-678.

[5]曾昭瓊，曾和平.有機化學實驗（第三版）[M].北京:高等教育出版社，2000.

Abstract:A series of pyrrolidone acidic ionic liquid were prepared and used as catalysts in the acylation of acetic acid with salicylic acid for the synthesis of Aspirin.The effects of reaction temperature,reaction time,type and amount of catalyst and the molar ratio of salicylic acid to acetic acid on the yield for the acylation reaction and the reuseful ability of the ionic liquid were investigated.Under the optimum reaction conditions of n(acetic acid)∶n（salicylic acid）∶n（[NMP]H2PO4）=1.2∶1∶0.075,70℃,30 min,the yield of Aspirin was obtained 67.2%.The ionic liquid was recycled 4 times with a slightly decreased yield.

Key words:Aspirin；Pyrrolidone；Ionic liquid；Catalysis

責任編輯：澍斌

ACYLATION OF ACETIC ACID WITH SALICYLIC FOR THE SYNTHESIS OF ASPIRIN CATALYZED BY IONIC LIQUID

QIAN De-shengDUAN Qi-yong
（Department of Chemistry and Materials Science,Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

0643.3

A

1672－2868（2010）03－0080－04

2010－02－18

安徽省高等學校省級自然科學研究項目（項目編號：KJ2009B231Z）

錢德勝（1968-），男，安徽含山人。碩士，講師，研究方向：精細化工品的綠色合成和工藝學。