非那西丁的合成與復方阿司匹林的主成分分析
——推薦一個有機化學實驗

胡水，賴瑢，李厚金，朱可佳，周磊，邵光,2,＊

1中山大學化學學院，廣州 510275

2中山大學化學工程與技術學院，廣東 珠海 519082

復方阿司匹林(APC藥片)是常見的鎮痛消炎藥，其有效成分包括A-乙酰水楊酸，P-非那西丁和C-咖啡因，結構如圖1所示，其中“乙酰水楊酸的合成”和“從茶葉中提取咖啡堿”[1]作為經典本科實驗教學，常用于培養學生的基本操作，也有基于這些實驗的教學改革[2,3]，但對于非那西丁，卻較少有人提及。薄層色譜在實際工作中應用頻率很高，也是本科教學重點之一，高效液相色譜是飛速發展的前沿技術，功能強大。選擇這兩種色譜作為分析方法，既可以鍛煉學生的基礎實驗技能，又可以讓學生接觸前沿分析技術。而進行橫向對比的設置，有利于學生更好地理解它們的區別和各自的優缺點，從而更好地在日后科研工作中靈活運用這兩種色譜技術。60兆赫茲的臺式微型核磁共振波譜不需要超導的配件，儀器價格較為便宜，可以使學生獲得直接動手操作核磁共振波譜儀的機會。本文介紹了非那西丁的制備，并且通過薄層色譜和高效液相色譜對市售的APC藥片進行分析，與學生自制的產品進行對比，可以使實驗更貼近實際，讓學生體驗藥物組分提取、合成和分析這一完整的實際研究流程，增強其綜合實驗能力。

圖1 乙酰水楊酸、非那西丁、咖啡因結構式

1 實驗目的

(1) 了解緩沖體系在可逆反應合成中的應用。

(2) 掌握重結晶和離心的實驗操作方法。

(3) 掌握臺式核磁共振波譜儀的基本操作并運用1H-NMR對有機化合物進行結構解析的方法。

(4) 了解薄層色譜和高效液相色譜的原理以及兩種技術的區別與聯系，掌握有機化合物的定性與定量分析方法。

2 實驗原理

本實驗通過對氨基苯乙醚和乙酸酐之間的酰化反應制備非那西丁。在第一步反應中，通過加入過量乙酸，將對氨基苯乙醚轉化為乙酸鹽，提高反應物溶解度，同時成鹽后酰化反應效率提升。由于酰化反應是可逆反應，為了使反應正向進行，在反應第二步中，加入乙酸鈉與體系中的乙酸構成緩沖體系，使溶液維持在pH = 4-5的弱酸性環境中，有利于提高轉化率。

3 儀器和試劑

儀器：電磁加熱攪拌器(HS7 control，IKA公司)、核磁共振波譜儀(Spinsolve 60 Carbon，Magritek公司)、離心機(L3-5K，湖南可成公司)、紫外分析儀(ZF-7，上海嘉鵬公司)、水純化系統(Milli-Q Direct 8，Millipore SAS公司)、高效液相色譜(UltiMate 3000，Thermo Fisher Scientific公司)。

試劑：對乙酰氨基苯酚(化學純)，無水碳酸鉀(化學純)、碘乙烷(化學純)、丙酮(化學純)、氬氣(99.9%)、石油醚(化學純)、乙酸乙酯(化學純)、對氨基苯乙醚(化學純)、冰乙酸(化學純)、乙酸酐(化學純)、乙酸鈉(化學純)、乙腈(色譜純)、氘代DMSO(美國CIL公司)、APC藥片(遠大醫藥(中國)有限公司)。

4 實驗內容

4.1 試驗篩選

我們參考了兩種反應路線，為了驗證實驗是否可行，我們設計了一系列實驗方案并進行優化，并確定最優實驗方案。

方案一[4]：以對乙酰氨基苯酚為原料，反應路線如圖2所示，以對乙酰氨基苯酚:無水碳酸鉀:碘乙烷=1 : 1.1 : 1.1 (摩爾比)條件下進行實驗，以丙酮為溶劑，在氬氣氛圍下保持回流，以石油醚:乙酸乙酯=1 : 1 (體積比)作為展開劑，薄層色譜監測反應進程(表1)。由于反應時間過長，我們調整了試劑比例，對乙酰氨基苯酚:無水碳酸鉀:碘乙烷=1 : 6 : 4 (摩爾比)，以期待縮短反應時間，但是發現效果并不理想(表1)，由于此時無水碳酸鉀和碘乙烷已經較大程度地過量于對乙酰氨基苯酚，再進一步增大碘乙烷和無水碳酸鉀比例，對反應速率的影響也不明顯，而且也造成試劑浪費，所以我們舍棄了這種教學方案。

圖2 方案一的反應路線

表1 薄層色譜監測的反應結果(1)

方案二[5]：以對氨基苯乙醚為原料，反應路線如圖3所示，以對氨基苯乙醚:乙酸:乙酸酐=1 : 3 :1.1 (摩爾比)作為初始反應條件，石油醚:乙酸乙酯=1 : 1 (體積比)作為展開劑，薄層色譜監測反應進程，不斷優化試劑比例，最終確定以對氨基苯乙醚:乙酸:乙酸酐= 1 : 1.5 : 1.3 (摩爾比)作為實驗比例(表2)。

圖3 方案二的反應路線

表2 薄層色譜監測方案的反應結果(2)

4.2 實驗部分

4.2.1 非那西丁的合成與測試

在100 mL三頸燒瓶上裝上回流冷凝管，加入對氨基苯乙醚(1.37 g，0.01 mol)、乙酸(0.90 g，0.015 mol)、水(20 mL)和攪拌子，插入溫度計，且溫度計保持在液面以下，40 °C反應1 h。升高溫度，向上述溶液中加入乙酸酐(1.33 g，0.013 mol)，以乙酸鈉水溶液(1 mol·L-1)調節pH為4-5 (約5 mL)，加熱回流30 min。冷卻至室溫后，析出白色晶體，3000 r·min-1離心5 min促進結晶，抽濾，將粗產品烘干后稱量。粗產品用水重結晶(每克粗產品用約5 mL水)，并加入0.2 g活性炭脫色，用事先預熱的抽濾瓶和布氏漏斗趁熱過濾，靜置、冷卻至室溫，析出晶體抽濾，烘干并計算收率，取5 mg非那西丁溶于0.5 mL氘代DMSO進行1H-NMR測試，并進行結構解析。另取非那西丁1 mg溶于3 mL乙腈中，經過0.45 μm尼龍66微孔濾膜后進行液相色譜測試，測試條件如下：液相色譜柱為Syncronis C18柱，250 × 4.6 mm，柱溫25 °C，流速為1.0 mL·min-1，進樣量為1 μL，檢測波長為280 nm，流動相為乙腈:1%乙酸水溶液=1 : 1 (體積比)。

4.2.2 APC藥片的薄層色譜分析

將APC藥片粉末100 mg溶于1.5 mL乙酸乙酯，下層沉淀為淀粉等添加劑，取上清液作為待測液標記為Pill，阿司匹林樣品、非那西丁樣品和咖啡因樣品各20 mg，分別溶于1.5 mL乙酸乙酯。采用乙酸乙酯:石油醚:二氯甲烷:冰乙酸=20 : 5 : 3 : 2 (體積比)為展開劑，在254 nm紫外燈下觀察分離效果并計算Rf值。

4.2.3 APC藥片的高效液相色譜分析

取APC藥片粉末1 mg溶于2 mL乙腈中，阿司匹林樣品、非那西丁樣品和咖啡堿樣品各1 mg溶于3 mL乙腈中，經過0.45 μm尼龍66微孔濾膜后作為待測樣品，測試條件與非那西丁相同。取50 mg非那西丁樣品，以乙腈溶于50 mL容量瓶中，定容至刻度線，分別取溶液0、2、5、10和15 mL稀釋至50 mL，以溶液濃度X為橫坐標，峰面積Y為縱坐標進行線性擬合[6]。

5 結果與討論

5.1 非那西丁表征

非那西丁的數據如下：白色晶體，收率約為60%-70%。1H-NMR (62 MHz, DMSO)：δ9.73 (s, 1H),7.46 (d,J= 9.1 Hz, 2H)，6.83 (d,J= 9.0 Hz, 2H)，3.97 (q,J= 7.0 Hz, 2H)，1.99 (s, 3H)，1.29 (t,J=7.0 Hz, 3H)，如圖4所示，結果與文獻[7]相符。液相色譜中僅在t= 4.663 min處出現一個單峰，如圖5所示，結合1H-NMR可確定產品為非那西丁，且純度非常高，接近于100%。

圖4 非那西丁的1H-NMR

圖5 非那西丁的高效液相色譜圖

5.2 APC藥片分析

薄層色譜中三組分完全分離，各組分Rf值如圖6所示。高效液相色譜中的峰形對稱且相鄰兩峰完全分開，各組分保留時間分別為tC= 2.650 min，tA= 4.163 min，tP= 4.663 min，如圖7所示。溶液濃度與峰面積的關系見表3，擬合得到的方程為Y= 8.0415X+ 0.0135，R2= 1。APC藥片中非那西丁峰面積為1.1019 mAU·min，計算得到濃度為0.1353 mg·mL-1，藥片質量平均0.53 g，進而得出藥片中非那西丁含量為143.4 mg，與說明書中每片含量150 mg相近，證明高效液相色譜可以較好地應用于藥物分析等方面[8]。TLC與HPLC都是有效的物質分離與鑒定手段，二者均屬于吸附色譜，根據物質的極性不同實現分離，也都可以調節流動相的極性改變分離效果。然而二者仍有較多不同，TLC方便、快捷、成本低，預處理簡單，可同時展開多組樣品但鑒別能力較差且無法做定量分析；HPLC準確性高且可實現定量分析，但維護成本較高，實驗時間較長。

圖6 APC藥片的薄層色譜分析

圖7 APC藥片的高效液相色譜分析

表3 非那西丁溶液濃度與高效液相色譜峰面積關系

6 結語

APC藥片及其三組分分析作為經典實驗教學案例，學生不需花過多時間去了解新化合物和新反應原理，因此適合基礎操作教學，同時也十分適合結合前沿技術，整合新的綜合性實驗。本文介紹了非那西丁的兩種合成方法并對比了優劣性，在對產物進行表征的過程中，涉及到核磁共振波譜、高效液相色譜等現代分析技術，將前沿技術與基礎知識相結合，有利于培養學生的科學興趣。臺式核磁目前并沒有十分普及，若相關高校不具備條件仍可將超導核磁納入實驗教學。本實驗用時6-7 h，由于教學時長限制，乙酰水楊酸與咖啡因的定量分析實驗不再重復，本實驗綜合性較強適合針對化學或藥學專業的綜合有機化學實驗開設，學生單人進行實驗，課前需要了解TLC與HPLC的區別與聯系，引導學生課前查閱有關資料，加強學生理論與實際相結合的能力。