阿司匹林合成實驗半微量化的研究*

陳銘祥，劉 東，鄭明彬，周鵬飛，李小叁

(1 廣東醫科大學藥學院，廣東 東莞 523808；2 深圳華創生物醫藥科技有限公司，廣東 深圳 518112；3 廣東醫科大學基礎醫學院，廣東 東莞 523808)

阿司匹林，化學名為乙酰水楊酸，是醫藥史上三大經典藥物之一，相較于其他兩個經典藥物青霉素和安定，歷史更為悠久，屬于非甾體抗炎藥，具有消炎退熱鎮痛的藥理作用，早期用于治療感冒、發熱、頭痛、牙痛、關節痛、風濕病，后來研究者們發現阿司匹林具有抑制血小板聚集從而達到抗血栓的藥效作用[1]，隨著研究的不斷深入，又發現了許多新的臨床治療用途，用于治療缺血性心臟病、心絞痛、心肺梗塞、腦血栓形成，應用于血管形成術及旁路移植術也有效[2-4]，對于預防和治療某些癌癥如直腸癌、結腸癌等以及老年癡呆癥、帕金森病等神經退行性疾病[5-6]也有一定的療效作用。基于阿司匹林的眾多新老用途，廣泛應用于臨床治療，眾多研究者不斷對阿司匹林進行探索和研究。

阿司匹林化學結構及其合成路線都相對簡單，且是非常重要典型的藥物，其合成實驗一直是國內本科高等院校醫學類、藥學類、化學類及相關專業開設的藥物化學、有機化學必修實驗[7]。阿司匹林合成實驗能使學生了解醫藥的發展史，了解其結構-藥效的關系，激發學生學習醫藥的興趣；有些高校甚至將其改變傳統驗證性的合成路線，將其設計成開放性創新性合成實驗，讓學生分成小組自查資料擬定方案，經任教老師審核其可行性后分工協作完成實驗，培養學生的團隊協作精神和獨立的實驗操作能力，培養學生的創新性創造性思維，從而提高學生的綜合能力素質。

近年來，隨著高校的不斷擴招，醫學、藥學及相關專業的學生不斷增多，阿司匹林合成實驗的反應原料需求不斷增大，實驗過程中所產生的廢棄物也會增多，即使安裝了良好的通風系統設備，也會對環境產生一定的污染，因而本校在該實驗中進行了半微量化的嘗試。實驗的半微量即投入的反應原料試劑用量減為常規實驗的 1/5[8]，大大地減少了實驗試劑的用量，相應減少了藥品所帶來的污染，而且實驗的反應時間和學生處理實驗產物和副產物的時間也較以往節約不少，同時藥品用量也少，學生需要認真操作、仔細觀察和記錄才能得出正確的結果，既有利于培養嚴謹的科學態度與良好的實驗習慣，也有利于學生動手能力和科研工作能力的培養[9]。

1 實驗原理

阿司匹林(乙酰水楊酸)，從藥物學角度來看，它是水楊酸的前體藥物，但由于水楊酸嚴重刺激口腔，食道和胃壁粘膜而限制其應用。為了克服這一缺點，研究者們在水楊酸分子中引進乙酰基，亦就是制備了乙酰水楊酸。

水楊酸是一個雙官能團的化合物(具有酚羥基和羧基)。因此，有兩種不同的酯化反應。為了合成乙酰水楊酸，采用在強酸存在下，水楊酸和過量乙酸酐反應，水楊酸的酚羥基發生酯化。

化學反應式如下：

反應結果可以看成是在水楊酸分子中引進一個乙酰基。這種在有機分子中，引入酰基的反應稱為酰基化反應。若引入乙酰基就稱為乙酰化反應。提供酰基的試劑稱為酰化劑。本實驗中乙酸酐就是乙酰化試劑。

由于水楊酸是雙官能團的化合物，分子中的酚羥基和羧基彼此之間亦能起反應，生成水楊酰水楊酸，乙酰水楊酰水楊酸甚至高聚物。同時，反應中亦可能有未反應的水楊酸和乙酸酐混在產物之中。因此，產品必須提純。對固體有機物的提純，最常用方法是重結晶法。

本實驗，可采用FeCl3溶液檢定乙酰水楊酸的純度。此外，亦可用測熔點，紅外光譜等辦法來判斷其純度。

2 儀器和試藥

Perkin-Elmer Spectrum-100 FT-IR spectrometer(美國Perkin-Elmer公司)，KBr壓片法。Bruker Avance III 500 MHz Digital NMR spectrometer(瑞士 Bruker 公司)，TMS 為內標物。予華 SHZ-D(Ⅲ)循環水式真空泵(鞏義市英峪予華儀器廠)，FA2104萬分之一電子分析天平(上海舜宇恒平)；酒精燈，鐵圈，鐵架臺，石棉網，燒杯 (250 mL/150 mL/50 mL 各1個)，量筒(50 mL/10 mL 各1個)表面皿，玻棒，布氏漏斗，250mL抽濾瓶，點滴板，b型管，毛細管，溫度計(200 ℃ 1支)，試管(? 18×180 mm)，中速濾紙(? 7 cm)，稱量紙，藥勺，火柴，水楊酸，乙酸酐，濃硫酸，95%乙醇，氯化鐵(用時配制成1%水溶液，加入少量鹽酸至黃綠色)，液體石蠟，冰塊，試劑均為分析純級天津市富宇精細化工有限公司產品。

3 實驗步驟及工藝優化方案

(1)稱取1.0 g水楊酸，置于干燥18×180 mm大試管中，加入2 mL乙酸酐并使水楊酸完全溶解，再滴入2滴濃硫酸(不可加入太多，避免生成油狀聚合物)，搖勻溶解，在250 mL燒杯中水欲加熱，保持溫度在70～80 ℃(溫度過高會加快副產物的生成)，維持30 min，并不時搖動。

(2)停止加熱，將溶液轉移至50 mL小燒杯中，在150 mL燒杯中冰水冷卻并用玻棒上下摩擦燒杯壁，當有結晶析出后，加入50 mL冷水，繼續冰欲冷卻。

(3)當有大量結晶析出后，用布氏漏斗減壓抽濾。并用約5 mL蒸餾水洗滌晶體兩次，抽干。

(4)將粗產品溶于5 mL 95%乙醇中，水浴加熱溶解，趁熱抽濾，濾液加30 mL蒸餾水，攪拌后在冰水浴中冷卻，抽干得純乙酰水楊酸。

(5)將抽干的晶體轉移至已稱重的表面皿上，水浴干燥，稱重，計算產率。

(6)取少量實驗所得的阿司匹林(乙酰水楊酸)用95%乙醇溶解于點滴板上，加氯化鐵檢驗有沒有水楊酸沒反應完全或具有酚羥基的副產物產生。

(7)再取少量產品(乙酰水楊酸)做熔點測定，并與標準品混合再做熔點測定。

圖1 阿司匹林合成反應裝置圖

圖2 阿司匹林熔點測定圖

表1 反應物水楊酸和醋酐的投入量對反應產物阿司匹林以及產率的影響(時間為30 min)

研究結果顯示，隨著反應原料水楊酸和醋酐的投入量不斷增加，產物阿司匹林的產量也不斷增加，產率亦隨之增大，在水楊酸和醋酐的投入量為1 g和2mL時，產率有著較大幅度的增加，隨后加大投入量，產率加大的幅度較小，從反應的半微量化的角度來考慮，本次實驗的最佳方案為第2組的實驗，即水楊酸和醋酐的投入量分別為1 g和2 mL時所得的產物阿司匹林質量為0.85 g，產率為63.08%。

產率的計算：m阿司匹林×M水楊酸/(m水楊酸×M阿司匹林)×100%

表2中反應物水楊酸與醋酐的投入量分別為1 g和2 mL，研究結果顯示，隨著反應時間的延長，反應產物不斷增加，反應產率亦隨之增加，其中在反應時間為30 min時，產率較之前增加的幅度最大，以后產率所增加的幅度有所回落，由于本科生的課時和實驗時間都較為緊迫，從節約時間方面考慮，第3組的反應時間亦即是30 min為最佳的反應時間。

表3 反應溫度對反應產物及產率的影響

表3中反應物水楊酸與醋酐的投入量分別為1 g和2 mL，反應時間為30 min，研究結果顯示，隨著反應溫度的升高，反應產物阿司匹林的量不斷增加，產率亦隨之不斷增加，當反應溫度為80 ℃，產量和產率最高，超過80 ℃時，產率降低，原因可能為酯化反應為可逆反應，溫度過高使反應產物阿司匹林在酸性條件下發生可逆反應，同時加速副產物的生成。反應溫度在70～80 ℃之間時，產率在61%～64%之間，可認為是最佳反應溫度范圍。

通過以上的實驗方案的結果對比發現，并從實驗的半微量化和節約實驗時間的角度綜合考慮，阿司匹林合成反應半微量化的最佳條件是，反應物水楊酸和醋酐的投入量分別1 g和2 mL，反應溫度控制在70～80 ℃之間時，反應時間30 min。

4 阿司匹林的熔點測定和結構表征

取少量反應產物按照圖2的裝置做熔點測定，結果為137～139 ℃，與對照品阿司匹林混合再做熔點測定，結果同樣為137～139 ℃，可初步確定產物為阿司匹林，熔程為2 ℃之內并且混合熔點不下降，可見產物具有很高的純度。

IR (KBr, cm-1)顯示: 3500～2800(中等強度寬峰，-COOH), 3006(-CH3)， 1754(酯羰基)，1690(羧酸羰基)，1606-1483(苯環特征峰)，753(苯環鄰位取代);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)。

圖3 阿司匹林結構圖

5 結 語

(1)通過對實驗條件的摸索，確定了阿司匹林合成實驗半微量化的最佳方案且是切實可行的，反應物水楊酸和醋酐的投入量分別為1 g和2 mL，待固體完全溶解后加入2滴硫酸，在水浴條件下加熱維持溫度在70～80 ℃之間，反應30 min，經過除去雜質并重結晶最后所得產物阿司匹林純度在95%以上，與標準品混合熔點不下降。

(2)阿司匹林實驗的半微量化，試劑用量減為常規學生實驗的1/5，大大地減少了實驗試劑的用量，相應減少了藥品所帶來的污染，同時由于投料量少,操作中稍有疏忽就可能導致實驗的失敗 因而可促使學生充分重視,在實驗中認真操作，仔細觀察和記錄才能得出正確的結果，有利于提高他們的實驗技巧和分析解決問題的能力，培養學生認真細致的科研習慣[9]。

(3)阿司匹林半微量化的優化方案，加深了學生對基礎理論知識的理解，進一步提高學生靈活運用所學知識和從事科研實驗研究思考的能力，激發學生學習相關知識和資料的求知欲，培養學生創造性創新性思維方式，全面提高學生的實驗技能和綜合素質，為社會培養適應時代發展的技能型創新性醫藥高級專門人才打下堅實的基礎。