阿司匹林制备中催化剂的比较研究(综述).docx

阿司匹林制备中催化剂的比较研究
【摘 要】阿司匹林是一种常用的药物, 从催化剂和合成技术方面对阿司匹林生产工艺的改进作了简要综述。评价了各种工艺的优缺点, 认为对甲苯磺酸、 硫酸氢钠、 苯甲酸钠和维生素 C等可望成为较好的能取代液体浓硫酸并对环境友好的固体酸催化剂。
【关键词】阿司匹林; 催化剂; 绿色合成; 酯化
阿司匹林也叫乙酰水杨酸，是一种历史悠久的解热镇痛药，诞生于1899年3月6日。用于治感冒、发热、头痛、牙痛、关节痛、风湿病，还能抑制血小板聚集，用于预防和治疗缺血性心脏病、心绞痛、心肺梗塞、脑血栓形成，也可提高植物的出芽率[1]，应用于血管形成术及旁路移植术也有效。临床上用于预防心脑血管疾病的发作。阿司匹林 (Aspirin)是临床应用近百年的解热镇痛药 ,经典制备方法是用乙酸酐或乙酰氯在硫酸催化下对水杨酸酰化制得[2]。其生产工艺的突破、优选高效价廉的催化剂以及采用先进合成技术是关键。
1 催化剂改进研究
阿司匹林的合成原理是在催化剂作用下, 以醋酐为酰化剂, 与水杨酸羟基酰化成酯。传统的合成阿司匹林的催化剂为浓硫酸, 它存在如下缺点：1)收率较低(65%~ 70% ), 腐蚀设备, 有排酸污染。2)操作条件要求严格。浓硫酸具有强氧化性, 反应要严格控制其加入速度和搅拌速度, 否则会导致反应物碳化。3) 粗产品干燥时, 由于硫酸分离不完全而导致部分产品氧化, 引起产品成色不好。4)产品不能加热干燥, 否则产品中残余的浓硫酸会催化乙酰水杨酸水解成水杨酸。因而寻找一类新的催化活性高、环保型的催化剂来代替质子酸催化合成乙酰水杨酸已成为人们研究的新课题。综合文献分析可知, 改进后的催化剂大体可分为酸性催化剂、碱性催化剂和其他类型催化剂。
1. 1 酸性催化剂
酸性催化剂催化合成阿司匹林的机理如下:在酸作用下,乙酸酐中羰基碳原子的正电性增强,使乙酸酐中酰基容易向羟基转移形成酯基,即完成乙酰水杨酸的合成。催化剂酸性越强,氢质子流动性越好,越易于催化酯基的生成,但在乙酰水杨酸的合成中,催化剂酸性太强,也会造成水杨酸分子中羧基与另一水杨酸分子中的酚羟基脱水酯化,生成较多的酯聚合副产物。因此,以浓硫酸为催化剂合成阿司匹林的反应为基础,人们对酸性化合物替代浓硫酸为催化剂合成阿司匹林进行了大量研究,取得了可喜成果。酸性催化剂包括路易斯酸、固体酸、有机酸、酸性无机盐、酸性膨润土等。
1.1.1膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产资源，具备二维通道和大孔分子筛的性质,用酸处理后所得的酸性膨润土催化酯化反应最大优点是收率高,催化剂经热过滤与产品分离后,再经干燥、净化、活化处理,可反复使用,成本低,不污染环境,是一种绿色催化剂。该方法消除了环境污染,产品质量但收率中等[3]。
1.1.2对甲苯磺酸为固体有机酸,经济易得、污染少、收率高、操作方便,具有较好的工业化前景。对甲苯磺酸具有催化活性高，选择性好，操作方便，污染少等显著优点。
1.1.3活性二氧化锡性质稳定,操作安全,所得产品容易分离,回收的二氧化锡除去少量杂质可重复使用[4]。
1.1.4 NaHSO4催化通过正交实验，其催化合成乙酰水杨酸的产率与浓硫酸相当。用硫酸氢钾催化合成乙酰水杨酸,具有催化剂在反应过程保持固态，反应完毕经热过滤即可与产品分离、不溶于反应体系、易回收等特点,克服了浓硫酸对设备的强腐蚀性、对环境的污染等缺点,符合绿色化学的发展方向,具有工业应用的前景[5]。
1.2碱性化合物 
碱性化合物为催化剂基于碱性化合物能与水杨酸反应、能破坏水杨酸分子内氢键、活化水杨酸的羟基机理,许多碱性化合物可以作为催化剂合成阿司匹林。常见的催化剂包括强碱、弱碱和弱酸强碱盐。 
1.2.1吡啶催化效果优良,收率高,适合工业化生产,但较易吸水形成共物，形成共沸物,使反应温度较难控制,且反应中产生难闻的气味。弱碱性吡啶催化剂合成乙酰水杨酸产率高于浓硫酸[6]催化剂产率。 
1.2.2碳酸钠催化微波合成阿司匹林的效果，传统浓硫酸作催化剂，合成的产品颜色较深有杂质，以无水碳酸钠作催化剂虽然产率略低，但颜色洁白基本无杂质。不污染环境，避免浓硫酸存在造成的设备腐蚀和操作的不安全因素，适合21世纪绿色合成，经济环境可持续发展的要求[7]。 
1.3维生素C作为催化剂
维生素C作为催化剂是一种内酯类化合物,分子中有一双烯醇结构,呈酸性和还原性,对酯化反应有一定的催化作用,催化效率与温度有关。该反应速度快,操作简单,催化剂无需回收,反应条件温和,不腐蚀仪器设备,对环境无污染，具有一定的工业应用前景[8]。
1.4 以三氯稀土为催化剂 
三氯稀土是一种简单、便宜和易得的Lewis酸,具有可溶性强、可回收再使用、对设备腐蚀轻、无污染等优点。用三氯稀土作催化剂与用浓硫酸作催化剂效果相当,但同时又克服了浓硫酸作催化剂所具有的腐蚀设备，污染化境的缺点。其中稀土中YCl3的催化效果较好。
2 催化新技术
离子液体作为一种新型介质和软功能材料 ,具有稳定性高 溶解性和导电性好 ,不燃烧等优点 ,在化学反应[9][10]领域显示出良好的应用前景。液体在催化有机反应方面也显示出良好的应用前景。研究者发现，离子液体作为催化剂不仅表现出环保方面的优势，而且可以增强催化效率，提高产品质量。因此，利用离子液体催化合成阿司匹林值得尝试。但是随着离子液体的无毒论遭到质疑后， 世人对于离子液体的“ 绿色性” 开始进行重新评估和认识。将 Br-nsted酸性离子液体作为水杨酸乙酰化合成阿司匹林的催化剂 ,实验结果表明 ,作为催化剂的 [ bmim ]H2PO4用量为 0128 g(1118×10- 3mol) ,水杨酸21762 g(0102 mol) ,乙酸酐 41083 g(0104 mol),n(酐)∶n(醇)=2∶1,反应时间 30 min,反应温度 70 ℃,产率可达 63143% ,与浓 H2SO4催化效率相当。 由于离子液体可重复使用 ,对设备无腐蚀 ,几乎不产生废弃物 ,属于环境友好型工艺[11][12]。
3 结语
阿司匹林是应用范围非常广泛的一种药物, 研究其合成新技术和新方法对进一步完善其生产工艺、 降低生产成本有着重要的现实意义。阿司匹林生产的高效化、 绿色化是其发展的最终目标。
参考文献:
[1]水杨酸浸种对水稻种子萌发的影响与水杨酸浓度和萌发温度的相关性  。
[2]VogelA I . A Textbook of PracticalOrganic Chemistry[M ], 4th Ed. London:Longman Group Limited, 1978: 831
[3]以酸活化膨润土催化合成阿司匹林 王贵全 化学工程师 2004/10
[4]阿司匹林合成催化剂研究进展 周卫国 化工生产与技术 2009/06
[5]硫酸氢钠催化合成阿司匹林 翁文 应用化工 2003/02
[6]李继忠. 对甲苯磺酸催化合成乙酰水杨酸的研究[J]. 化学世界, 2005, (6): 365 2366.
[7]碳酸钠催化微波合成阿司匹林的方法探索 唐宝华 河北化工 2006/06
[8]维生素C催化合成阿司匹林的条件研究 聂鑫 中国医药导报 2009/21
[9]Ito Y,Nohira T . Electrochim Acta[J ], 2000, 45: 611
[10]Song C E, Roh E J. Chem Comm un[J ], 2000: 837
[11]Br-nsted酸性离子液体催化合成阿司匹林 蒋栋 应用化学 2007/09