黃飛，張哲，孫玉鵬，楊富功，楊可可

（黃山學院化學化工學院，黃山 245041）

乙酰水楊酸（化學名為2-乙酰氧基苯甲酸），俗稱阿司匹林，是常用的鎮(zhèn)痛、解熱及抗風濕類藥物。研究表明，乙酰水楊酸可以預防和治療心腦血管疾病、冠心病、糖尿病、老年性白內障、老年癡呆[1]等。最新研究發(fā)現(xiàn)，乙酰水楊酸對防治肝癌、胃癌、乳腺癌等也具有較好的效果[2，3]。在農業(yè)生產中，乙酰水楊酸可以提高果樹和農作物的發(fā)芽率，減少果樹的落花落果，增強農作物的抗旱抗、扛倒伏能力，增加果樹和農作物的產量，延長水果和蔬菜的保鮮期等[4-5]。

乙酰水楊酸一般合成方法是在濃硫酸催化下水楊酸和乙酸酐發(fā)生?；磻?，該方法比較成熟，但是產率較低。以濃硫酸作為催化劑不僅副反應多，而且對設備腐蝕嚴重，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染。因此科研工作者開發(fā)了一系列新型催化劑，如SO42--La2O3-TiO2固體超強酸[6]、WO3/ZrO3固體超強酸[7]、碳基固體酸[8]、三氟甲磺酸[9]、對甲苯磺酸鋁[10]、氨基酸離子液體[11]等；同時也研發(fā)了一些新催化合成方法，如微波輻射法[12]、超聲波輔助法[13]等。通過正交試驗法，利用新型催化劑和新催化合成方法，探究合成乙酰水楊酸的最佳催化合成反應條件。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

NICOLET-380 傅里葉變換紅外光譜儀（美國尼高力公司）；DF-101D 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（河南鞏義市予華儀器有限公司），BS110S 電子分析天平（北京賽多利斯天平有限公司），SHZ-DⅢ真空循環(huán)抽濾泵（河南鞏義市予華儀器有限責任公司），WRS-1B數字熔點儀（上海精密科學儀器有限公司）。

乙酸酐，水楊酸，氫氧化鉀，碳酸氫鈉，無水乙醇，三氯化鐵等均為分析純。

1.2 實驗原理

在催化劑的作用下，通過乙酸酐對水楊酸進行?；磻玫揭阴Ｋ畻钏幔浠瘜W反應方程式如下：

1.3 實驗方法

在100 mL 干燥的錐形瓶中，加入一定量的水楊酸、乙酸酐和催化劑氫氧化鉀，安裝回流冷凝管，在恒溫水浴鍋加熱，保持反應溫度，磁力攪拌。反應結束后，緩慢冷卻至室溫，加入適量蒸餾水充分攪拌，使之完全結晶，減壓抽濾，并用少量蒸餾水洗滌濾渣數次。將制得乙酰水楊酸轉移到100 mL 燒杯中，加入飽和碳酸氫鈉溶液，充分攪拌，過濾得到乙酰水楊酸粗產品。用乙醇-水混合溶劑將乙酰水楊酸粗產品進行重結晶提純，在烘箱中烘干，得到白色針狀晶體。用三氯化鐵溶液（質量分數為1%）檢驗提純后的乙酰水楊酸產品，若無藍紫色現(xiàn)象出現(xiàn)，則說明該產品中無反應物水楊酸，產品純度較高。稱量，計算產率[14]。

2 結果與討論

2.1 正交試驗影響因素的選擇

以氫氧化鉀作為催化劑，水楊酸和乙酸酐在水浴中加熱攪拌下合成乙酰水楊酸，考察水楊酸與乙酸酐的物質的量比、反應溫度、反應時間、催化劑用量對催化合成的影響。其實驗影響因素和水平表見表1。

表1 正交試驗因素和水平表Table 1 The factor-level of orthogonal experiment

2.2 正交試驗結果與討論

為了提高乙酰水楊酸的產量，考察各反應因素對實驗的影響情況，因此設計4 因素3 水平的L9（34）正交試驗，其正交試驗表及結果見表2。

表2 L9（34）正交試驗表及結果Table 2 The results of orthogonal experimen L9（34）

表2 中的R 為各實驗因素的極差值，該極差值越大，說明該實驗因素對乙酰水楊酸產率的影響越大[15，16]。由表2 極差分析結果可以看出，以合成乙酰水楊酸的產率為考察指標，4 種實驗因素對合成乙酰水楊酸的影響程度順序依次為：酸酐物質的量比（A）＞反應溫度（B）＞反應時間（C）＞催化劑用量（D）。其正交試驗最佳合成條件為A2B2C3D1，即酸酐物質的量比為1∶2，反應溫度為65 ℃，反應時間為25 min，催化劑用量為0.10 g，乙酰水楊酸的產率為84.72%。

2.3 方差分析

方差分析是用于兩個及兩個以上樣本均數差別的顯著性檢驗。由表3 方差分析可得出：酸酐物質的量比和反應時間對實驗結果影響非常顯著；反應時間和催化劑用量對實驗結果影響不顯著。各因素對實驗結果的影響顯著性次序為：因素A（酸酐物質的量比）＞因素B（反應溫度）＞因素C（反應時間）＞因素D（催化劑用量）。

表3 方差分析表Table 3 The analysis of variance table

由極差和方差分析可以得出：酸酐物質的量比對催化合成乙酰水楊酸的影響最大，其中當酸酐物質的量比為1∶2 時產率最高。反應溫度對催化合成乙酰水楊酸次于酸酐物質的量比的影響，且隨著反應溫度升高，乙酰水楊酸的產率逐漸增加。反應時間和催化劑用量對催化合成乙酰水楊酸也有影響，但影響度不顯著，隨著反應時間和催化劑用量的增加，乙酰水楊酸的產率逐漸增加。

2.4 產品分析

將氯化鐵溶液（質量分數1%）加入乙酰水楊酸提純后的產品中，無藍紫色現(xiàn)象出現(xiàn)，說明該產品純度較高。

所得產品經熔點儀進行熔點測試，其熔點為134.3 ℃～135.4 ℃，與乙酰水楊酸的熔點文獻值一致[14]。

將該產品紅外光譜用KBr 壓片法測定，如圖1所示。

圖1 乙酰水楊酸的紅外光譜圖Fig.1 IR spectra of acetylsalicylic acid

在3 300～2 500 cm-1為-COOH 的特征寬帶吸收峰，1 749 cm-1為酯基C=O 伸縮振動吸收峰，1 686 cm-1處為羧酸C=O 伸縮振動吸收峰，1 605 cm-1、1 484 cm-1和1 458 cm-1為 苯 環(huán) 骨架吸收峰，1 372 cm-1為-CH3彎曲振動峰，1 189 cm-1為羧酸和酯的C-O伸縮振動吸收峰，793 cm-1和754 cm-1為苯環(huán)鄰位取代吸收峰，與乙酰水楊酸的標準紅外光譜圖吸收峰位置及強度一致[14]，可確定所合成的產物為乙酰水楊酸。

3 結論

以水楊酸和乙酸酐為原料，氫氧化鉀為催化劑，經O-酰化反應合成了乙酰水楊酸。通過正交試驗探究了水楊酸與乙酸酐的物質的量比、反應時間、反應溫度和催化劑用量對催化合成的影響。實驗結果表明，最佳合成條件是酸酐物質的量比為1∶2，反應溫度為65 ℃，反應時間為25 min，催化劑用量為0.10 g，在此條件下乙酰水楊酸的合成產率最高為84.72%。該方法操作簡單，反應時間短，后處理方便，經濟環(huán)保，產品收率較高，適用于工業(yè)化生產。

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