题目:阿司匹林的合成、表征及含量分析
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指导老师:
实验日期:
2011年9月16 日
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中文摘要: 0
Abstract: 0
前言 1
一.阿司匹林历史 1
二.阿司匹林的发展及前景 3
三.实验中用到的操作技术 3
四.实验药品相关数据 6
实验内容 8
一.实验仪器和药品 8
二.实验步骤 9
三.阿司匹林的鉴定 9
1.FeCl3法鉴定阿司匹林 9
2.红外光谱法鉴定阿司匹林 9
3.熔点法鉴定阿司匹林 10
四.阿司匹林的含量分析 10
1.紫外分光光度法 10
2.酸碱滴定法测定乙酰水杨酸的含量 11
结果与讨论: 12
1.粗产品产率 12
2.阿司匹林的含量测定 12
(1)滴定法测得阿司匹林的含量 12
(2)紫外分光光度法测定阿司匹林含量 13
3.阿司匹林的鉴定 15
(1)FeCl3检验 15
(1)熔点测定 15
(2)红外光谱分析 15
结论与展望: 17
注意事项: 17
体会与心得: 18
参考文献: 18
中文摘要:
阿司匹林是历史悠久的解热镇痛药,而本次综合实验主要涉及到阿司匹林的合成、提纯、鉴定及含量分析。
本实验是以水杨酸和醋酸酐为主要原料在浓硫酸催化下合成乙酰水杨酸的。水杨酸是一个具有羧基和酚羟基的双官能团化合物,能进行两种不同的酯化反应。用乙酸酐做酰化剂,可与其酚羟基反应生成乙酰水杨酸。本实验以浓硫酸为催化剂,使水杨酸与乙酸酐发生酰化反应,制取阿司匹林。在浓硫酸介质中,水杨酸和乙酸酐发生乙酰化反应生成乙酰水杨酸(阿司匹林),副产物可采用饱和NaHCO3溶液洗涤及乙酸乙酯重结晶除去。而水杨酸可以在各步纯化过程和产物的重结晶过程中被除去。
乙酰水杨酸具有一系列特殊的结构,在红外光谱图中,可以出现多个特征振动频率吸收峰,将其与标准红外光谱图比较,再结合产品的熔点等物理性质,可以对合成的产品进行表征与鉴定。
在过量氢氧化钠介质中,乙酰水杨酸定量水解为水杨酸。由于水杨酸在紫外光照射下谱图中可以出现K带R带和B带吸收,其中以K带吸收最强,位于290-300nm处。紫外吸收吸光度符合朗勃-比尔定律。因此,可以用标准曲线法测定乙酰水杨酸的含量。
此外,乙酰水杨酸的分子结构中含有羧基,在溶液中离解出一个质子。用NaOH标准溶液直接滴定,用酚酞作指示剂可分析其含量。操作中控制温度在100C以下,在中性乙醇溶液中用NaOH标准溶液滴定,可有效防止乙酰水杨酸水解,减小误差以得到较为理想的结果。
Abstract:
Aspirin is a historic anti-inflammatory drugs,and this syntaxic experiment is mainly related to the synthesis,purification,identification and content analysis of aspirin.
This experiment synthesizes the aspirin take the salicylic acid and the acetic anhydride as the primary data under the strong sulfuric acid catalysis. The salicylic acid is one has the carboxyl group and the phenol hydroxyl double functional group compound, can carry on two kind of different esterification responses. If makes the acylating agent with the second grade acid anhydride, may with its phenol hydroxyl response production aspirin. This experiment take the strong sulfuric acid as the catalyst, causes the salicylic acid and the second grade acid anhydride has the acylation to respond, the system takes the aspirin. Moreover, in the strong sulfuric acid medium, the salicylic acid and the second grade acid anhydride has the acetylize response production aspirin (aspirin), the by-product may also use the saturated NaHCO3 solution to wash and the ethyl acetate heavy crystallization to remove. But the salicylic acid may be eliminated in each step purification process and recrystallization process.
The aspirin has a series of special structures, in the infrared light spectrogram, may present many eigen vibration frequency absorption peak, compares it with the standard infrared light spectrogram, recombine product's physical properties and also melting point, may carry on the attribute to the synthesis product.
In the excessive sodium hydroxide medium, the aspirin can be hydrolyzed to be the salicylic acid.And the salicylic will present the K belt ,the R belt and the B belt absorption in the UV-light,among which the K belt absorption is the strongest, located at 290~300nm place. The ultraviolet absorption extinction conforms to the bright suddenly - Bill law. Therefore, we can use the specification curve law to determine the aspirin the content.
In addition, the aspirin molecular structure includes the carboxyl group, can dissociates a proton in the solution. It can be directly titrated by the NaOH standard solution with the phenolphthalein as the indicator. In the operation controls the temperature should better below 100℃, in neutral ethyl alcohol solution with NaOH standard solution titrated, can prevent the aspirin from hydrolyzing effectively, and reduce the error to obtain a more ideal result.
关键字: 阿司匹林 合成 鉴定 含量测定
Key words: Aspirin ; synthesis ; identification ; content mensuration
前言
一.阿司匹林历史
中文名称:阿司匹林
中文俗名:醋柳酸、巴米尔、力爽、塞宁、东青等
英文名称:Aspirin
英文别名: Acetylsalicylic Acid、Acidum Acetylsalicylicum、Adiro、Codral Junior、Novosprin、Salitison等
拉丁名称:Aspirin
化学普通命名法:乙酰水杨酸,acetylsalicylic acid
化学系统命名法:2-(乙酰氧基)苯甲酸
IUPAC命名法:2-ethanoylhydroxybenzoic acid
分子结构式为:C9H8O4
分子相对质量:180.16
阿司匹林是历史悠久的解热镇痛药,诞生于19年3月6日。早在1853年夏尔,弗雷德里克·热拉尔(Gerhardt)就用水杨酸与醋酐合成了乙酰水杨酸,但没能引起人们的重视;18年德国化学家菲霍夫曼又进行了合成,并为他父亲治疗风湿关节炎,疗效极好;19年由德莱塞介绍到临床,并取名为阿司匹林(Aspirin)。到目前为止,阿司匹林已应用百年,成为医药史上三大经典药物之一,至今它仍是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药,也是作为比较和评价其他药物的标准制剂。在体内具有抗血栓的作用,它能抑制血小板的释放反应,抑制血小板的聚集,这与TXA2生成的减少有关。 临床上用于预防心脑血管疾病的发作。
阿司匹林于18年上市,近年来发现它还具有抗血小板凝聚的作用,于是重新引起了人们极大的兴趣。将阿司匹林及其他水杨酸衍生物与聚乙烯醇、醋酸纤维素等含羟基聚合物进行熔融酯化,使其高分子化,所得产物的抗炎性和解热止痛性比游离的阿司匹林更为长效。
根据文献记载,阿司匹林的发明人是德国的费利克斯·霍夫曼,但这项发明中,起着重要作用的还有一位犹太化学家阿图尔·艾兴格林。1934年,费利克斯·霍夫曼宣称是他本人发明了阿司匹林。当时的德国正处在纳粹统治的黑暗时期,对犹太人的已经愈演愈烈。在这种情况下,狂妄的纳粹统治者更不愿意承认阿司匹林的发明者有犹太人这个事实,于是便将错就错把发明家的桂冠戴到了费利克斯·霍夫曼一个人的头上,为他们的“大日耳曼民族优越论”贴金。纳粹统治者为了堵住阿图尔·艾兴格林的嘴,还把他关进了集中营。第二次世界大战结束后,大约在1949年前后,阿图尔·艾兴格林又提出这个问题,但不久他就去世了。从此这事便石沉大海。 英国医学家、史学家瓦尔特·斯尼德几经周折获得德国拜尔公司的特许,查阅了拜尔公司实验室的全部档案,终于以确凿的事实恢复了这项发明的历史真面目。他指出:在阿司匹林的发明中,阿图尔·艾兴格林功不可没。事实是在17年,费利克斯·霍夫曼的确第一次合成了构成阿司匹林的主要物质,但他是在他的上司——知名的化学家阿图尔·艾兴格林的指导下,并且完全采用艾兴格林提出的技术路线才获得成功的。
以下是一些与阿司匹林有关的重要年份:
2300多年前,西方医学的奠基人、希腊生理和医学家希波克拉底就已发现,水杨柳树的叶和皮具有镇痛和退热作用,但弄不清它的有效成份。
1827年,英国科学家拉罗克斯首先发现柳树含有一种叫水杨甙的物质。1853年,德国化学家杰尔赫首次合成水杨酸盐类的前身—纯水杨酸。它具有退热止痛作用,但毒性大,对胃有强烈的刺激。
17年,另一位德国化学家霍夫曼为解除父亲的风湿病之苦,将纯水杨酸制成乙酰水杨酸,这即是沿用至今的阿斯匹林。它保持了纯水杨酸的退热止痛作用,毒性和副作用却大为降低。
19年,德国化学家拜尔创立了以工业方法制造阿斯匹林的工艺,大量生产阿斯匹林,畅销全球。
二.阿司匹林的发展及前景
阿司匹林在国外发展稳定。20世纪80年代,阿司匹林占美国解热镇痛药市场的50-60%,其中1/3用于抗风湿治疗。90年代初,由于其他解热镇痛药的崛起,挤占了阿司匹林的部分市场份额,使其市场占有率有所下降,但最近几年又不断回升。目前阿司匹林占美国解热镇痛药市场销售额的25%-27%,扑热息痛占45%左右,布洛芬占23%-25%,其他解热镇痛药占5%左右。
阿司匹林在国内发展前景光明。据零售额统计显示,近几年美国市场上阿司匹林是惟—一个销售额增长的解热镇痛药产品。90年代中期,美国阿司匹林销售额为5.5亿美元左右,到20世纪末,销售额达到5.8亿美元左右,年均增幅约为0.9%-1.1%,而同期其他解热镇痛药销售额下降或持平。
长期以来,我国阿司匹林年消费量一直在3000t左右徘徊,仅占世界消费量的7%,明显低于发达国家。最近几年我国消费量有所增长,达到每年4000t。特别是阿司匹林制剂的市场销售额有了较快的增长,2000年我国阿司匹林片剂产量达到100多亿片。但是,增长的大部分是防治中老年人心脑血管疾病的小剂量阿司匹林,解热镇痛药市场的阿司匹林消费量增长幅度不大。
近年来,由于美国生产的阿司匹林已大幅减少,转而向国际市场上购买,使我国阿司匹林出口美国的数量大幅增加。从长远来看,随着我国加入世贸组织,以及阿司匹林生产企业管理和技术水平的不断提高,我国企业在国际市场上的竞争力将会越来越强。今后我国将成为世界阿司匹林的主要生产国和出口国,产量和出口量都会不断增加,发展前景看好。
三.实验中用到的操作技术
1.重结晶
定义:
将晶体溶于溶剂或熔融以后,又重新从溶液或熔体中结晶的过程。又称再结晶。
原理:
固体有机物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系。一般是温度升高,溶解度增大。若把固体溶解在热的溶剂中达到饱和,冷却时即由于溶解度降低,溶液变成过饱和而析出晶体。利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解度不同,可以使被提纯物质从过饱和溶液中析出。而让杂质全部或大部分仍留在溶液中(若在溶剂中的溶解度极小,则配成饱和溶液后被过滤除去),从而达到提纯目的。
2.抽滤
原理:
利用抽气泵使抽滤瓶中的压强降低,达到固液分离的目的。
过程:
(1).安装仪器,检查布式漏斗与抽滤瓶之间连接是否紧密,抽气泵连接口是否漏气;
抽滤瓶上配一单孔塞,布氏漏斗安装在塞孔内。漏斗管下端的斜面朝向抽气嘴。但不可靠得太近,以免使滤液从抽气嘴抽走。
(2).修剪滤纸,使其略小于布式漏斗,但要把所有的孔都覆盖住,并滴加蒸馏水使滤纸与漏斗连接紧密;
往滤纸上加少量水或溶剂,轻轻开启水龙头,吸去抽滤瓶中部分空气,以使滤纸紧贴于漏斗底上,免得在过滤进有固体从滤纸边沿进入滤液中。
(3).打开抽气泵开关,开始抽滤。在抽滤过程中,当漏斗里的固体层出现裂纹时,应用玻璃塞之类的东西将其压紧,堵塞裂纹。如不压紧也会降低抽滤效率 ;
3.红外光谱KBr压片法
(1)红外光谱法又称“红外分光光度分析法”。简称“IR”,分子吸收光谱的一种。利用物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的一法。被测物质的分子在红外线照射下,只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱。对红外光谱进行剖析,可对物质进行定性分析。化合物分子中存在着许多原子团,各原子团被激发后,都会产生特征振动,其振动频率也必然反映在红外吸收光谱上。据此可鉴定化合物中各种原子团,也可进行定量分析。
(2)红外光谱法的一般特点:特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较低、定量分析误差较大。
(3)对样品的要求:
①试样纯度应大于98%
②试样不应含水(结晶水或游离水)
水有红外吸收,与羟基峰干扰,而且会侵蚀吸收池的盐窗。所用试样应当经过干燥处理
(4)压片要求:
KBr在7500kg/cm2压力下易形成透明的晶片,其背景吸收根小,且无选择性,在1000cm-1反射损失为8.5%,可在4000~400cm-1范围内用作压片基质,但它易吸湿(20℃的水溶度为70g/100g),必须充分干燥,尽量减少水分的影响(在整个中红外区均有强烈的水分吸收,潮湿还会造成不平和粗糙的表面),可在200℃干燥数小时后保存在分子筛干燥器内,最好研细至直径2cm左右量出标准重量放入一些小容器中以备随时使用。
为避免出现Christiansen散射导致谱带轮廊的不对称,应使KBr与样品颗粒小于所测的红外辐射波长(粗颗粒会在压片中形成白点,研磨时间过长样片变白)。
样品与KBr应混合均匀以免散射使高波数端基线抬高。
为防止压片的龟裂现象,压片时应先抽气至1~2mm Hg柱,保持1~2min后极其缓慢的均匀的降压,除去底座倒置后套上顶圈用压力机将压片轻轻推出模心,将模具加热可给脱模带来方便,并减少了压片起雾的危险,而用一块橡皮垫在模具之下,使之与底模相接触,当压片离开模膛时,可防止横向与垂直方向应力突然同时消除;使用纸圈也可有效地防止压片龟裂,还可以用于不足1mg样品的分析。
当压片制成备用时,在外观上应当是透明的,或更可能是均匀半透明或是乳白色的。样品与KBr混合不充分,压力太低或除气不够会导致透明度差。质地不匀或有云层通常是压制时粉末在模具中分布不均匀的结果。
4.紫外分光光度法测定阿司匹林含量
(1)紫外分光光度计基本工作原理
紫外分光光度计基本工作原理和红外光谱仪相似,利用一定频率的紫外光照射被分析的有机物质,引起分子中价电子的跃迁,它将有选择地被吸收。一组吸收随波长而变化的光谱,反映了试样的特征。在紫外可见光的范围内,对于一个特定的波长,吸收的程度正比于试样中该成分的浓度,因此测量光谱可以进行定性分析,而且根据吸收与已知浓度的标样的比较,还能进行定量分析。
(2)测量波长的选择
通常都是选择最强吸收带的最大吸收波长作为测量波长,称为最大吸收原则,以获得最高的分析灵敏度。而且在最大吸收波长附近,吸光度随波长的变化一般较小,波长的稍许偏移引起吸光度的测量偏差较小,可得到较好的测定精密度。但在测量高浓度组分时,宁可选用灵敏度低一些的吸收峰波长(ε较小)作为测量波长,以保证校正曲线有足够的线性范围。如果最大吸收波长所处吸收峰太尖锐,则在满足分析灵敏度前提下,可选用灵敏度低一些的波长进行测量,以减少比耳定律的偏差。
(3)适宜吸光度范围的选择
任何光度计都有一定的测量误差,这是由于测量过程中光源的不稳定、读数的不准确或实验条件的偶然变动等因素造成的。由于吸收定律中透射比T与浓度C是负对数的关系,从负对数的关系曲线可以看出,相同的透射比读数误差在不同的浓度范围中,所引起的浓度相对误差不同,当浓度较大或浓度较小时,相对误差都比较大。因此,要选择适宜的吸光度范围进行测量,以降低测定结果的相对误差。一般选0.3~0.8即可。
(4)测定溶液中物质的含量
可见或紫外分光光度法都可用于测定溶液中物质的含量。测定标准溶液(浓度已知的溶液)和未知液(浓度待测定的溶液)的吸光度,进行比较,由于所用吸收池的厚度是一样的。也可以先测出不同浓度的标准液的吸光度,绘制标准曲线,在选定的浓度范围内标准曲线应该是一条直线,然后测定出未知液的吸光度,即可从标准曲线上查到其相对应的浓度。
四.实验药品相关数据
1.水杨酸:
分子式 C7H6O3
结构式
分子量138.12
熔点 159℃
相对密度 1.443
沸点 211℃(2.66KPa)
白色针状结晶或单斜结晶。有辛辣味。易燃。低毒。在空气中稳定,但遇光渐渐改变颜色。在76℃时升华。急剧加热时分解为酚及二氧化碳。易溶于乙醇、丙酮、乙醚及热水,溶于氯仿、苯和松节油,微溶于水。饱和水溶液的PH为2.4。其水溶液呈酸性反应。
储存 空气中稳定,遇光渐渐变色。应贮存于阴凉、通风、干燥的库房中,远离火源、热源,与易爆品、氧化剂分开存放。本品能刺激皮肤、黏膜并能与机体组织中的蛋白质发生反应,有腐蚀作用。大量服食引起呕吐、腹泻、腹痛、呼吸频促、酸中毒等症状。
2.醋酸酐:
分子式 C4H6O3
结构式
分子量 102.09
蒸汽压 1.33KPa/36℃
闪点 49℃
熔点-73.1℃
沸点 138.6℃
溶解性 溶于苯、乙醇、乙醚;
相对密度(水=1) 1.08 相对密度(空气=1) 3.52
无色透明液体,有刺激性气味,其蒸气压为催泪毒气;
3.浓硫酸:
分子式H2SO4
结构式
分子量 98.07
熔点 10.4
沸点 290℃
密度1.84g/cm3
无色透明油状液体。能与水任意比互溶,并放出大量的热。
注意:若皮肤直接接触.用棉布先吸去皮肤上的硫酸,再用大量流动清水冲洗,最后用0.01%的苏打水(或稀氨水)浸泡.切勿直接冲洗!
4.乙醇:
分子式 C2H5OH
结构式
分子量46.07
工业乙醇含量为95%
相对密度(20℃/4℃) 0.793
凝固点 -114℃
沸点 78.32℃
闪点(开口)16℃
燃点 390-430℃
折光率 1.3614
粘度 (20℃) 1
注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不超过30℃,相对湿度不超过80%。包装要求密封,不可与空气接触。
实验内容
一.实验仪器和药品
1.试剂:
水杨酸(CP),醋酸酐(CP),浓硫酸(AR),95%乙醇,乙酰水杨酸,KBr(AR),HCl(AR),NaOH(AR),乙酸乙酯(AR),饱和NaHCO3,1%FeCl3溶液,邻苯二甲酸氢钾(AR),1%酚酞,冰。
2.仪器:
HW-3红外烘干箱,天津市光学仪器厂;FW-4A型压片机,天津市光学仪器厂;TU-1800 UV-VIS spectrophotometer ,北京普析分析仪器厂:水浴锅。天平,磨口锥形瓶250ml;,烧杯(250ml),玻璃棒,布氏漏斗,吸滤瓶,移液管(25ml),量筒(100ml),碱式滴定管(50ml),表面皿,定性滤纸。
3.实验原理
乙酰水杨酸可由水杨酸(邻羟基苯甲酸)和乙酸酐在浓硫酸的翠花作用下合成。水杨酸是一个具有酚羟基和羧基双官能团化合物,能进行两种不同的酯化反应。当与乙酸酐作用时,可以得到乙酰水杨酸,即阿司匹林。
在生成乙酰水杨酸的同时,水杨酸分子之间可以发生缩合反应,生成少量的聚合物。
反应式如下:
乙酰水杨酸能与碳酸氢钠反应生成水溶性钠盐,而副产物聚合物不能溶于碳酸氢钠,这种性质上的差别可用于阿斯匹灵的纯化。
可能存在于最终产物中的杂质是水杨酸本身,这是由于乙酰化反应不完全或由于产物在分离步骤中发生水解造成的。它可以在各步纯化过程和产物的重结晶过程中被除去。
与大多数酚类化合物一样,水杨酸可与三氯化铁形成深色络合物;阿斯匹灵因酚羟基已被酰化,不再与三氯化铁发生颜色反应,因此杂质很容易被检出。
乙酰水杨酸具有一定特殊结构,在红外光谱图可出现多个特征值振动频率。比较产品和标准的红外光谱图,同时结合产品的熔点,可对合成产品进行鉴定。
二.实验步骤
在125ml锥形瓶中加入2g水杨酸,5ml乙酸酐和5滴浓硫酸,摇动锥形瓶,在水浴上加热5—10min,控制水温在85—90℃。冷却至室温,即有乙酰水杨酸析出。如不结晶,可用玻璃棒摩擦瓶壁并将反应物置于冰水中使冷却结晶。加入50ml水,将混合物继续在冰水浴中冷却使结晶完全。减压抽滤,用滤液反复淋洗锥形瓶,直至所有晶体全被收集到布氏漏斗中。每次使用少量冷水洗涤结晶几次,继续抽吸将溶剂尽量抽干,粗产品转移到表面皿上,在空气中风干,称重。
将粗产品转移到150ml烧杯中,在搅拌下加入25ml饱和碳酸氢钠溶液,加完后继续搅拌几分钟,直至无气泡产生。抽气过滤,副产物聚合物被滤除,再用5—10ml水冲洗漏斗,合并滤液,倒入预先准备的盛有4—5ml浓盐酸和10ml水混合溶液的烧杯中,搅拌均匀,即有乙酰水杨酸晶体析出,将烧杯置于冰水浴中冷却,使结晶完全。减压过滤,用洁净的玻璃塞挤压滤饼,尽量抽去滤液,再用冷水洗涤2到3次,抽干水分,将结晶转移到表面皿上干燥,其熔点约为133—135℃。取几粒结晶加5ml水的是试管中,加入1—2滴1%FeCl3溶液,观察颜色:若变为紫色,产品变质;若不变色,即产品未变质。
为得到更纯的产品,将上述结晶的一半溶于最少量的乙酸乙酯中(约需2—3ml),溶解时应在水浴上小心加热。如有不溶物出现,可用预热过的玻璃漏斗趁热过滤。将滤液冷却至室温,阿司匹林晶体析出。如不析出结晶,可在水浴上稍加浓缩,然后冰水浴,或用玻璃棒摩擦瓶壁,抽滤,干燥后测熔点。
阿司匹林为白色针状晶体,熔点135—136℃。
三.阿司匹林的鉴定
1.FeCl3法鉴定阿司匹林
取几粒晶体加入盛有5mL水的试管中,加入1~2滴1%FeCl3溶液,观察有无颜色变化,若变紫,则可初步鉴定为阿司匹林。
2.红外光谱法鉴定阿司匹林
将上述已纯化并已干燥的乙酰水杨酸取出5—10mg,加入50mg溴化钾,在玛瑙研钵中研细,在紫外灯下干燥后,制成半透明的薄片(透光率大于60%),在红外光谱仪上扫描,得到产品的红外光谱图,并与标准谱图相比较。
压片要求:KBr在7500kg/cm2压力下易形成透明的晶片,其背景吸收根小,且无选择性,在1000cm-1反射损失为8.5%,可在4000~400cm-1范围内用作压片基质,但它易吸湿(20℃的水溶度为70g/100g),必须充分干燥,尽量减少水分的影响(在整个中红外区均有强烈的水分吸收,潮湿还会造成不平和粗糙的表面),可在200℃干燥数小时后保存在分子筛干燥器内,最好研细至直径2cm左右量出标准重量放入一些小容器中以备随时使用。
为避免出现Christiansen散射导致谱带轮廊的不对称,应使KBr与样品颗粒小于所测的红外辐射波长(粗颗粒会在压片中形成白点,研磨时间过长样片变白)。
样品与KBr应混合均匀以免散射使高波数端基线抬高。
为防止压片的龟裂现象,压片时应先抽气至1~2mm Hg柱,保持1~2min后极其缓慢的均匀的降压,除去底坐倒置后套上顶圈用压力机将压片轻轻推出模心,将模具加热可给脱模带来方便,并减少了压片起雾的危险,而用一块橡皮垫在模具之下,使之与底模相接触,当压片离开模膛时,可防止横向与垂直方向应力突然同时消除;使用纸圈也可有效地防止压片龟裂,还可以用于不足1mg样品的分析。
当压片制成备用时,在外观上应当是透明的,或更可能是均匀半透明或是乳白色的。样品与KBr混合不充分,压力太低或除气不够会导致透明度差。质地不匀或有云层通常是压制时粉末在模具中分布不均匀的结果。
3.熔点法鉴定阿司匹林
本实验使用的仪器是RY-1型熔点测定仪。
(1)熔点管的制备
取一支毛细管,内径约为1mm,长约60~70mm,将一端在酒精灯上熔融封闭,作为熔点管。
(2)样品的填装
取0.1至0.2g已经烘干的样品,放在干净的表面皿或玻璃上,用玻璃棒研磨成粉末,并集成一堆,将熔点管的开口插入样品堆中,然后把开口一段朝上,通过直立于表面皿上的玻璃管或冷凝管自由落下,重复几次,使样品紧密集结在熔点管底部,填充高度约为3mm左右,操作要迅速,避免样品吸潮。装入的样品也要结实,如果有空隙,受热时传导不均匀,影响测定结果。
(3)熔点的测定
熔点测定的关键之一是加热速度的控制,为了顺利而准确地测定出熔点,对于未知样品可以先用快得加热速度粗略测定一次,得出大致的熔点范围,然后更换熔点管再精密测定一次,开始较快速度加热,当距离约10°C时,调节旋钮以调小温度,缓慢加热,越接近熔点加热速度越慢。并观察和记录样品是否有坍塌、萎缩、变色或分解现象。当观察到样品外围出现小滴液体(开始变透明时),即为初熔温度,当固体刚刚消失或称为透明液体时,为全熔温度。每次测定后进行下一次测定时,插槽温度至少降低30°C后方可重新开始。
四.阿司匹林的含量分析
1.紫外分光光度法
仪器和试剂:
Thermo紫外一可见分光光度计, 分析天平,锥形瓶,玻璃漏斗,电炉,移液管(2ml,5ml),量筒(100ml),烧杯(250ml,20ml),容量瓶(100ml),移液管(25ml),表面皿。阿司匹林对照品(乙酰水杨酸),氢氧化钠。
实验步骤:
(1)标准溶液的配制
①阿司匹林标准溶液的配制(0.5g/L)0.125g阿司匹林标准物→小烧杯中→适量水,温热溶沸→冷却→转入250ml容量瓶中→定容,摇匀,备用。 ②移取上述标准溶液0,1.0,2.0……5.0ml于50ml容量瓶中,分别加入1ml0.1mol/LNaOH溶液,定容至50ml。 ③称取自制的阿司匹林固体0.12~0.14g按步骤①操作,最终配成250ml溶液。 ④将上步所得的溶液移取3.0ml三份,分别于50ml容量瓶中,加入1ml0.1mol/LNaOH溶液,定容于50ml容量瓶中。
(2)测定波长的选择
分别读出294nm,296nm,298nm处各样品溶液的吸光度的读数,确定阿司匹林最佳测定波长。
(3)标准曲线的制作
计算机将根据各标准溶液对应的浓度绘制工作曲线,按计算机提示保存工作曲线。
(4)样品分析
准确称取阿司匹林药品,溶于氢氧化钠溶液中,摇匀,测定其最佳测定波长处的吸光度,平行三次,可根据吸光度计算阿司匹林药片中的乙酰水杨酸的含量。结果以mg/L表示。
2.酸碱滴定法测定乙酰水杨酸的含量
(1)原理: 乙酰水杨酸的分子结构中含有羧基,在溶液中离解出一个质子,故作为一元酸(pKa=3.5),用NaOH标准溶液直接滴定,已酚酞作指示剂,可分析其含量。
由于乙酰水杨酸的乙酰基容易水解,产生乙酸和水杨酸,所以用NaOH溶液滴定时,分析结果将偏高。操作中控制温度在10℃以下,在中性乙醇溶液中用NaOH标准溶液滴定,可有效防止乙酰基水解,得到较为理想的结果。
(2)中型乙醇溶液的配制:用量筒取60ml 95%的乙醇溶液于烧杯中,加入1~2滴酚酞指示剂,用0.1mol/LNaOH标准溶液滴定至微红色,盖上表面皿,将此中性乙醇冷却到10℃以下备用。
(3)0.1mol/L NaOH标准溶液的配制与标定:量取3.3mL饱和NaOH溶液于试剂瓶中,加入500mL水,摇匀。
(4)称取0.4~0.6g邻苯二甲酸氢钾三分于锥形瓶中,加入约25mL水,在电炉上加热使邻苯二甲酸氢钾完全溶解。冷却后,加入2滴酚酞,用0.1mol/LNaOH标准溶液滴定至溶液刚变为微红色且30s不褪色为终点,几下所耗NaOH标准溶液的体积,根据所耗NaOH标准溶液的体积计算NaOH标准溶液的准确浓度,用mol/L表示。
(5)乙酰水杨酸含量的测定 :准确称取0.5~0.7g本实验合成的乙酰水杨酸三份,置于干净干燥的250mL的锥形瓶中,分别加入20mL冷的中性乙醇溶液于上述称号式样的锥形瓶中,充分摇动使试样完全溶解,在不超过10℃的情况下(加冰控制),加入1~2滴酚酞指示剂,用0.1mol/LnaOH标准溶液滴定至溶液呈微红色,且30s不褪色为终点。平行测定三次,计算本产品中乙酰水杨酸的百分含量。
结果与讨论:
1.粗产品产率
投入量: 2 g 5mL
理论产量:
产率:
表一 阿司匹林的合成产率
| 项目 | 水杨酸质量/g | 乙酸酐用量/ml | 表面皿质量/g | 表面皿+粗品质/g | 粗品质量/g | 产率% |
| 数据 | 2 | 5 | 27.1152 | 29.0171 | 1.9019 | 73.30% |
(1)滴定法测得阿司匹林的含量
表二 NaOH标准溶液的滴定
| 项目组号 | 1 | 2 | 3 | |
| mKHP/g | 0.4748 | 0.4405 | 0.4142 | |
| VNaOH/mL | 31.09 | 29.72 | 27.19 | |
| CNaOH/mol.L-1 | 0.0748 | 0.0726 | 0.0743 | |
| 平均CNaoH/mol.L-1 | 0.0739 | |||
| di | 0.0009 | -0.0013 | 0.0004 | |
| dr | 1.17% | |||
CNaOH=
表三 阿司匹林的含量测定
| 项目 | 粗品质/g | VNaOH/mL | 含量ω/% | 平均含量ωAVG/% |
| 1号 | 0.18 | 47.13 | 97.77 | 98.22 |
| 2号 | 0.5932 | 43.96 | 98.66 |
(2)紫外分光光度法测定阿司匹林含量
(1)最佳波长的选定
由上图可知,乙酰水杨酸在紫外光波长为296nm处吸光度最大,因此选用此波长效果会更明显。
(2)标准曲线数据
标准样品质量:0.1280 g 配置体积:250ml
表四 紫外吸光数据
| 组号 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| CASP/(μg•L-1) | 0.000 | 10.240 | 20.480 | 30.720 | 40.960 | 51.200 |
| 吸光度A | 0 | 0.191 | 0.3 | 0.506 | 0.691 | 0.861 |
得乙酰水杨酸标准物质的紫外吸收吸光度与浓度的关系曲线如下;
经回归分析,吸光度与浓度的关系式为:y=0.016x+0.010
y——吸光度
x——样品浓度,μg/L。
(3)样品吸光度
样品质量:0.1286g 配置体积:250ml
表四 样品质量分数处理数据表
| 吸光度A | 0.490 | 0.492 | 0.484 |
| CASP/(μg•L-1) | 30.000 | 30.125 | 29.625 |
| 质量分数ω | 0.9720 | 0.9761 | 0.9599 |
| 平均质量分数ωAVG | 0.9693 | ||
| di | 0.0027 | 0.0068 | -0.0095 |
| dr | 0.6% | ||
3.阿司匹林的鉴定
(1)FeCl3检验
加入FeCl3后待测液变成紫色,初步鉴定含有阿司匹林。
(1)熔点测定
实验测定的合成产物熔点为1320C,文献值中乙酰水杨酸的熔点为135~1360C,实验值与文献值相符合。
(2)红外光谱分析
乙酰水杨酸的标准红外光谱图与合成产品的红外光谱图如下:
实验中合成产品的红外光谱图如下
由以上红外光谱图可以得出如以下表格所示结论:
| 波数/cm-1 | 峰归属 | 官能团 |
| 3200~2500 | 羧酸中缔合羟基伸缩振动吸收峰 | 羧基 |
| 1751 | 与吸电子基团相连羰基的伸缩振动吸收峰 | 羧基 |
| 1700 | 羰基伸缩振动吸收峰 | 羧基 |
| 1605,1522,1483, 1456 | 苯环骨架振动吸收峰 | 苯环 |
| 1435,1370 | 甲基弯曲振动吸收峰 | 甲基 |
| 1250 | 芳族=C-O-C伸缩振动吸收峰 | 酚结构 |
| 1190 | 酚的C-O伸缩振动吸收峰,为最强峰 | 酚结构 |
| 751 | 邻位二取代苯环碳氢弯曲振动吸收峰 | 酚结构 |
结合产品的熔点等物理性质,可确定该化合物为乙酰水杨酸。
结论与展望:
水杨酸和醋酸酐在浓硫酸催化下生成的主要产物为乙酰水杨酸。本次实验合成的粗产品中用滴定法滴定测定得出乙酰水杨酸的含量为98.22%,用紫外光度法测出其含量为96.93%,有一定差别,但不是很大。实验产率为73.3%。
此次试验所采用的合成方法是最早使用的,且也一直是最广泛使用且操作最简便的,经典而且工艺成熟。此方法虽然经典,但是用此法合成乙酰水杨酸产收品率一般不高,一般在65%~67%,耗时也较长,而且副反应较多,产品品质不是很好,而且使用浓硫酸等试剂对设备腐蚀严重,同时会产生废液污染环境。为此可采用活性炭固载AlCl3合成阿司匹林.因AlCl3是一种较强的路易斯酸,对化学试剂具有广泛的反应性能,且对设备无腐蚀作用,也不存在污染排放问题,用活性炭固载后又能解决AlCl3不易回收的问题。与传统浓硫酸法相比,此法催化效果好,操作安全,极少有碳酸氢钠的不容副产物产生,产品成纯白结晶,对设备无腐蚀,对环境无污染,用活性碳固载后解决了AlCl3不易回收的问题,实现了催化剂的重复利用,并且回收操作简单,重复利用率高,产率高(可达80%以上),达到了绿色合成的效果。
本次实验中在粗产品进一步提纯的操作中,将粗产品溶于最少量的乙酸乙酯中,并在水浴上小心加热。如有不溶物出现,可用预热过的玻璃漏斗趁热过滤。普通的玻璃漏斗过滤时流速慢,耗时长。将溶有乙酰水杨酸的乙酸乙酯倒入其中后,还未等滤液全部流出,漏斗和乙酸乙酯溶液就已经冷却了。大量乙酰水杨酸会结晶析出,粘附在滤纸和玻璃漏斗下端玻璃管中,提纯效果很差。因此,可用预热过的布氏漏斗代替普通玻璃漏斗减压抽滤乙酸乙酯溶液。经试验验证该方法效果良好。
粗产品一般是通过风干来干燥的,速度很慢,但放到烘箱里阿司匹林会发生分解,因此可以把阿司匹林放在表面皿上再放到一个装热水的烧杯上,并对水慢慢加热,控制好温度,这样又加快了速度又不致使阿司匹林分解。
此试验结合了红外光谱和紫外光谱分析等精确的定性分析手段使实验更加完善更有说服力。从阿司匹林的合成、表征及含量分析等方面进行研究也是我们对阿司匹林有了更全面而较深入的了解,检验并锻炼了我们各方面的实验合成及分析能力。
注意事项:
1.乙酸酐应该是新蒸的,收集139-140℃馏分;
2.乙酰水杨酸易受热分解,因此熔点不是很明显,它的分解温度是128-135℃.测定熔点时,应先将载体加热至120℃左右,然后放入样品;
3.乙酰水杨酸产品溶解后,1h内要完成测定,否则其含量要降低。
体会与心得:
本次合成及表征阿司匹林实验历经3周终于完成,在这三周里我得到了不少的收获。
首先,第一周老师指导我们去图书馆查阅文献,这是我第一次真正的有目的性的去查阅文献,见识了不少的高深的科技论文,感觉到了自己的学识浅薄。而且在查阅过程中也遇到一些麻烦,例如找到的总是千篇一律的书籍书刊,但后来找多了就可以发现一些比较前沿的,并运用到自己的论文中去。在查阅中,网络也起到了不少的作用,深切的感受到了搜索引擎的强大,因此以后会更加深入的去用好这些检索方法。
后来,在老师的指导下,我们根据自己的预习报告进行了实验。在实验的过程中,我确实发现了预习报告中不少的漏洞,这是在实验前没有预见的。例如用量的不合理,方法合理性的欠缺和一些细节性的操作等等,实践出真知,大概就是这个道理吧。还有就是在实验过程中,发现了自己动手能力的欠缺,例如在滴定时还是有一组和其他组有明显的偏差,导致了相对偏差很大,竟达到了1.17%,超过了一般滴定分析的误差要求,所以自己的滴定分析操作熟练程度一定还要强化。除了滴定,还有做红外实验也是,压片了很多次才成功,和第一次做这个实验有关,但更大的原因在于自己,因此希望学校能多安排实验,可以给我包括更多学生一个锻炼的机会。
最后就是数据的处理,由于以前用Excel做过很多类似的处理,因此处理数据起来轻车熟路,很快就完成了。但是在最后排版的时候又遇到了问题,因为这是我们专业第一次写长达一万多字的论文,要想把论文排得很系统、整洁、规范实在很是不易,所以下了很大的功夫。但是能力毕竟有限,还恳请老师能给予批评和建议,我一定虚心接受。
总之,通过这次实验,我确实学习到了不少的东西,在此特别感谢给予我耐心指导的喻老师,和在背后为我们准备实验仪器与试剂的工作人员及热心帮助我解难答疑的同学,祝身体健康,工作顺利!
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