loading课题二 阿司匹林的合成
【学考报告】
知识条目 ①阿司匹林的合成原理、方法及流程 ②粗产品中杂质的检验 ③晶体洗涤方法 加试要求 a b b
一、知识预备
1.阿司匹林的合成和疗效 （1）分子结构:
阿司匹林的结构简式:（2）物理性质:
,含有的官能团为羧基和酯基。
阿司匹林又称乙酰水杨酸,白色针状晶体,熔点为135～136 ℃,难溶于水。 （3）合成原理:
乙酰水杨酸由水杨酸和乙酸酐合成,化学反应为:
（4）疗效:
阿司匹林为解热、镇痛药,用于治疗伤风、感冒、头痛、发热、神经痛等。 2.阿司匹林的提纯
在生产乙酰水杨酸的同时,有部分水杨酸聚合成水杨酸聚合物。水杨酸聚合物不溶于碳酸氢钠溶液,乙酰水杨酸能溶于碳酸氢钠,可据此提纯阿司匹林。 3.水杨酸杂质的检出
由于乙酰化反应不完全或由于产物在分离过程中发生水解,产物中含有杂质水杨酸。水杨酸可与FeCl3溶液形成深紫色配合物而很容易被检出,乙酰水杨酸因酚羟基已被酰化,不能与FeCl3溶液发生显色反应。
思考1:通过什么样的简便方法可以鉴定出阿司匹林是否含有水杨酸？
提示 为了检验阿司匹林中是否含有水杨酸,可利用水杨酸属酚类物质能与三氯化铁发生显色反应的特点,取几粒结晶加入盛有3 mL水的试管中,加入1～2滴1% FeCl3溶液,观察有无显色反应（紫色）。 二、课题方案设计 1.乙酰水杨酸的合成
向150 mL干燥锥形瓶中加入2 g水杨酸、5 mL乙酸酐和5滴浓硫酸,振荡,待其溶解后置于85～90 ℃水浴中加热5～10 min（如图）,取出,冷却至室温,即有乙酰水杨酸晶体析出（如未出现结晶,可以用玻璃棒摩擦瓶壁并将锥形瓶置于冰水中冷却,促使晶体析出）。向锥形瓶中加50 mL水,继续在冰水浴中冷却使其结晶完全。
2.乙酰水杨酸粗产品的提取
减压过滤,用滤液淋洗锥形瓶,直至所有晶体被收集到布氏漏斗中。抽滤时用少量冷水洗涤结晶几次,继续抽滤,尽量将溶剂抽干。然后将粗产物转移至表面皿上,在空气中风干。 3.乙酰水杨酸的提纯
（1）将粗产品置于100 mL烧杯中,搅拌并缓慢加入25 mL 饱和NaHCO3溶液,加完后继续搅拌2～3 min,直到没有CO2气体产生为止。
（2）过滤,所得沉淀的主要成分为水杨酸聚合物,用5～10 mL蒸馏水洗涤沉淀,合并滤液,不断搅拌。慢慢加入15 mL 4 mol·L－1盐酸,将烧杯置于冰水中冷却,即有晶体（乙酰水杨酸）析出。抽滤,用冷水洗涤晶体1～2次,再抽干水分。 思考2:如果水杨酸中毒,应立即静脉注射NaHCO3溶液,用化学方程式解释解毒的
原理。
点拨一、阿司匹林的合成 1.合成途径
2.实验注意事项
（1）合成乙酰水杨酸时,仪器和药品都要干燥。即要使用干燥的锥形瓶作反应器。 （2）水杨酸、乙酸酐和浓硫酸要按顺序依次加入锥形瓶中。否则,如果先加水杨酸和浓硫酸,水杨酸就会被浓硫酸氧化。浓硫酸作为反应的催化剂,滴加时应注意控制速度及降温,以免局部过热。
（3）反应混合物在振荡溶解后,应置于85～90 ℃水浴中加热5～10 min,以加快反应的进行,但温度不宜过高,否则副产物增多。
（4）本实验乙酰水杨酸的几次结晶都比较困难,应在冰水冷却下,用玻璃棒充分摩擦器皿壁,才能结晶出来。
（5）虽然乙酰水杨酸在水中的溶解度不大（课本中介绍其难溶于水）,但在水洗时,也要用冷水洗涤,且用水不能太多。 点拨二、常见的有机合成方法及官能团的保护
1.常见的有机合成方法
（1）正向合成法:此法采用正向思维方法,从已知原料入手,找出合成所需要的直接或间接的中间产物,逐步推向目标合成有机物,其思维程序是:原料→中间产物→产品。
（2）逆向合成法:此法采用逆向思维方法,从目标合成有机物的组成、结构、性质入手,找出合成所需的直接或间接的中间产物,逐步推向已知原料,其思维程序是:产品→中间产物→原料。
（3）综合比较法:此法采用综合思维的方法,将正向或逆向推导出的几种合成途径进行比较,得出最佳合成路线。其思维程序是:原料→……中间产物……←产品。 2.有机合成中官能团的保护
在有机合成中,某些不希望发生反应的官能团,在反应试剂或反应条件的影响下而产生副反应,这样就不能达到预计的合成目标,因此,必须采取措施保护某些官能团,待完成反应后再除去保护基,使其复原。 （1）保护措施必须符合如下要求:
①只对要保护的基团发生反应,而对其他基团不反应； ②反应较易进行,精制容易；
③保护基易脱除,在除去保护基时,不影响其他基团。 （2）常见的基团保护措施: ①羟基的保护。
在进行氧化反应前,往往要对羟基进行保护。防止羟基氧化可用酯化反应: CH3COOHR—OH――→②羧基的保护。
羧基在高温或碱性条件下,有时也需要保护。对羧基的保护最常用的是酯化反应: R′OHRCOOH――→
③对不饱和碳碳键的保护
碳碳双键易被氧化,对它们的保护主要用加成反应使之达到饱和。
[典例剖析]
以下是合成乙酰水杨酸（阿司匹林）的实验流程图,请你回答有关问题:
（1）流程中的第①步的实验装置如图所示,请回答:
用水浴加热的作用____________________________________________________ ____________________________________________________________________。 长直导管的作用______________________________________________________ ____________________________________________________________________。 实验中加浓硫酸的目的________________________________________________ ____________________________________________________________________。 主反应方程式________________________________________________________ _____________________________________________________________________ （反应类型_________________________________________________________）。 （2）第④步涉及的化学反应方程式为
_____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________, 第④步的主要操作___________________________________________________。
（3）得到的产品中通常含有水杨酸,主要原因____________________________, 要检测产品中的水杨酸,其实验步骤是__________________________________。 （4）本实验多次用到抽滤,抽滤比过滤具有更多的优点,主要表现在____________________________________________________________________。 解析 （1）水浴加热的作用是为了控制反应的温度,防止副产物生成过多；长直导管起到冷凝回流的作用；加入浓H2SO4起催化剂的作用。（2）第④步涉及的反应主要是—COOH和NaHCO3的反应,实现固液分离应用过滤的方法。（3）由于乙酰化反应不完全或产物在分离过程中发生水解,产物中可能含有杂质水杨酸,水杨酸的分子结构中含有酚羟基,乙酰水杨酸的分子结构中无酚羟基,故可用FeCl3溶液进行检验。（4）抽滤可以加快过滤速度,且得到较干燥的产品。 答案 （1）控制温度,防止副产物生成过多 冷凝回流 作催化剂
（3）乙酰化反应不完全或产物在分离过程中发生水解 取待测样品少许于试管中,加入适量95%的乙醇溶解后,滴加FeCl3溶液,看溶液是否变为紫色 （4）可以加快过滤速度,且得到较干燥的产品 [跟踪训练]
工业上合成阿司匹林的流程如下图所示:
请回答:
（1）请写出反应釜中反应的化学方程式:__________________________________
_____________________________________________________________________；
其中,甲苯的作用是 ,为了保证水杨酸能较为彻底地反应,通常采用的措施________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 （2）粗品经提纯后才能作为药物使用。提纯可以分以下几步进行:
①分批用少量饱和碳酸钠溶液溶解乙酰水杨酸（阿司匹林）,化学方程式为____________________________________________________________________； ②过滤除去不溶物,将滤液缓慢加入浓盐酸中,析出乙酰水杨酸,化学方程式为____________________________________________________________________； ③再经过 、 操作,将得到的乙酰水杨酸用少量乙酸乙酯加热至完全溶解,冷却,乙酰水杨酸以针状晶体析出,将其加工成型后就可以使用了。 解析 （1）从流程图上不难看出,在甲苯作溶剂的条件下,醋酸酐与水杨酸发生反应生成了乙酰水杨酸（阿司匹林）和醋酸。工业上通常用加入过量的廉价原料的方法以提高另一种原料的利用率,为了保证水杨酸能较为彻底地反应,显然要加入过量的醋酸酐。
（2）阿司匹林分子中含有一个羧基,具有酸性,酸性比碳酸强,显然可以与饱和碳酸钠溶液反应,生成相应的盐而溶解。但阿司匹林的酸性不如盐酸强,所以生成的盐加入到浓盐酸中后,又可重新生成阿司匹林。析出的阿司匹林通过过滤得到,但其表面有一些杂质,需要通过洗涤除去,这样就可得到较为纯净的阿司匹林了。
（时间:45分钟）
1.苯亚甲基苯乙酮俗称查尔酮,淡黄色棱状晶体,熔点58 ℃,沸点208 ℃（3.3 kPa）易溶于醚、氯仿和苯,微溶于醇。制备原理如下:
（1）制备过程中,需在搅拌下滴加苯甲醛,并控制滴加速度使反应温度维持在25～30 ℃,说明该反应是 （填“放热”或“吸热”）反应。如温度过高时,则可以采取 措施。
（2）产品结晶前,可以加入几粒成品的查尔酮,其作用是____________________。
（3）结晶完全后,需抽滤收集产物。抽滤装置所包含的仪器除减压系统外还有 、 （填仪器名称）。
（4）获得的深色粗产品加入活性炭,以95%乙醇重结晶。加入活性炭的作用是____________________________________________________________________。 解析 （1）反应放热,需要控制滴液速度,且在搅拌散热下进行。冰水可以降温,使反应速率减慢。（2）提供晶种,可以加速结晶。（3）抽滤装置中包含吸滤瓶、布氏漏斗。（4）活性炭具有吸附性,从而可以脱色。
答案 （1）放热 冰水浴冷却 （2）提供晶种,加速结晶 （3）吸滤瓶 布氏漏斗 （4）吸附脱色
2.苯甲酸甲酯是一种重要的工业原料,某研究性学习小组的同学拟用下列装置制取高纯度的苯甲酸甲酯。
有关数据如表所示:
苯甲酸 甲醇 苯甲酸甲酯 请回答下列问题:
熔点/℃ 沸点/℃ 密度/g·cm－3 水溶性 122.4 －97 －12.3 249 64.3 199.6 1.27 0.79 1.09 微溶 互溶 不溶 （1）在烧瓶中混合有机物及浓硫酸的方法是 ,在实际实验中,甲醇、苯甲酸的物质的量之比远大于理论上物质的量之比,目的是 。装置C中除加入甲醇、苯甲酸与浓硫酸外还需要加入 。
（2）C装置上部的冷凝管的主要作用是 ,冷却剂在冷凝管中的流动方向是 。
（3）制备和提纯苯甲酸甲酯的操作先后顺序为 （填装置字母代号）。 （4）A中Na2CO3的作用是 ；D装置的作用是 ；当B装置中温度计显示 ℃时可收集苯甲酸甲酯。
解析 （1）混合试剂的过程中,固体试剂通常是最先放入相应的容器中,当涉及浓硫酸与液体有机物的混合时,应将浓硫酸缓慢加入到液体有机物中。因苯甲酸在常温下是固体,浓硫酸的密度又比甲醇的大,故应先将苯甲酸放入烧瓶中,再加入甲醇,最后向烧瓶中加入浓硫酸。为防止暴沸,还需要加沸石或碎瓷片。甲醇过量,可提高苯甲酸的利用率。（2）甲醇沸点较低,易汽化,C中冷凝管的作用是冷凝回流,避免造成试剂的损失,其中冷却剂应从d口进入、c口流出。（3）（4）反应完成后,取下冷凝管,向蒸馏烧瓶中加入水使反应液冷却,然后转移到分液漏斗中进行萃取（主要是除去甲醇）、分液,有机层密度较大,分液时进入锥形瓶中,其中没有反应完的苯甲酸与Na2CO3反应,没有反应完的Na2CO3再通过过滤的方法（利用D装置）除去,最后通过蒸馏的方法得到苯甲酸甲酯、蒸馏时温度达到苯甲酸甲酯的沸点时即可开始收集。
答案 （1）先将一定量的苯甲酸放入烧瓶中,然后再加入甲醇,最后边振荡边缓慢加入一定量的浓硫酸 提高苯甲酸的利用率 沸石（或碎瓷片） （2）冷凝回流 从d口进入、c口流出 （3）CFEADB （4）除去苯甲酸甲酯中的苯甲酸 除去没有反应完的Na2CO3 199.6
3．实验室可用环己醇(沸点:160.84 ℃,微溶于水)制备环己酮(沸点:155.6 ℃,微溶于水),使用的氧化剂可以是次氯酸钠、重铬酸钾等。
下列装置分别是产品的合成装置和精制装置示意图:
合成实验过程如下:
步骤1:向装有磁性搅拌器、滴液漏斗和温度计的三颈烧瓶中依次加入5.2 mL(5 g,0.05 mol)环己醇和25 mL冰醋酸。
步骤2:开动搅拌器,将40 mL次氯酸钠溶液(约1.8 mol·L－1)通过滴液漏斗逐渐加入到三颈烧瓶中,并使瓶内温度维持在30～35 ℃,加完后继续搅拌5 min。 步骤3:用碘化钾淀粉试纸检验反应液,试纸呈蓝色,继续在合成装置中加入30 mL水、3 g氯化铝和几粒沸石,加热蒸馏至蒸馏出液无油珠滴出为止。
步骤4:向馏出液中分批加入无水碳酸钠至反应液呈中性,然后加入精制食盐使之变成饱和溶液,再将混合液倒入分液漏斗中,得到有机层。 回答下列问题:
(1)在合成装置中,甲仪器的名称是________；实验中应选用________(填“100 mL”或“250 mL”)的三颈烧瓶；滴液漏斗具有特殊的结构,主要目的是____________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 (2)用碘化钾淀粉试纸检验反应液,试纸呈蓝色,写出有关离子方程式___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________； 若检验反应液时,试纸无明显现象,则接下来的一步操作是___________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 (3)步骤3中加入沸石,其作用是_____________________________________ __________________________________________________________________。 (4)步骤
4
向馏出液中分批加入无水碳酸钠,其目的是
__________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 (5)把粗产品用产品精制装置精制,蒸馏收集______ ℃的馏分,得到3.9 g产品,计算其产率为________。(答案保留0.1%)
(6)为了检验环己酮是否纯净,比较合理的药品有________(填编号)。 A．重铬酸钾溶液(K2Cr2O7) B．金属钠 C．新制Cu(OH)2
解析 (1)由图及常见仪器可知,甲仪器的名称是冷凝管,三颈烧瓶中依次加入5.2 mL环己醇和25 mL冰醋酸,将40 mL次氯酸钠溶液逐渐加入到反应瓶,在合成装置中再加入30 mL水、3 g氯化铝和几粒沸石,可知溶液的总体积大于100 mL,则三颈烧瓶的容量为250 mL,滴液漏斗右边的玻璃导管可将下方的压强转移到上方,则其作用为使所加液体能顺利滴入三颈瓶中。
(2)用碘化钾淀粉试纸检验反应液,试纸呈蓝色,说明有碘单质生成,反应的离子方程式为ClO－＋2CH3COOH＋2I－===Cl－＋H2O＋I2＋2CH3COO－,若检验反应液时,试纸无明显现象,则应继续加入次氯酸钠,直至反应液使碘化钾淀粉试纸变蓝,保证环己醇完全被氧化。
(3)加入沸石可以防止液体在加热时暴沸。
(4)加入无水碳酸钠至反应液呈中性,目的是将馏出液中的醋酸变成醋酸钠,提高沸点,有利于分离。
(5)环己酮的沸点为155.6 ℃,则对粗产品进行精制,蒸馏收集155.6 ℃的馏分,根据题中反应原理可知,5.2 mL(5 g,0.05 mol)环己醇理论上可生成环己酮的质量为0.05 mol×98 g/mol＝4.9 g,所以产率＝
实际产量3.9 g
×100%＝4.9 g×100%＝79.6%。
理论产量
(6)检验环己酮是否纯净,则检验没有环己醇即可,醇能与高锰酸钾、Na反应,而酮不能。
答案 (1)冷凝管 250 mL 使所加液体顺利滴入三颈烧瓶中
(2)ClO－＋2CH3COOH＋2I－===Cl－＋H2O＋I2＋2CH3COO－ 继续加入次氯酸钠,直至反应液使碘化钾淀粉试纸变蓝,保证环已醇完全被氧化 (3)防止暴沸
(4)将馏出液中的醋酸变成醋酸钠,提高沸点,有利于分离 (5)155.6 79.6% (6)AB
4.某研究性学习小组用下列装置（铁架台等夹持仪器略）探究氧化铁与乙醇的反应,并检验反应产物。
（1）用2%的CuSO4溶液和10%的NaOH溶液配制Cu（OH）2悬浊液的注意事项
是
_________________________________________________________________。 （2）为快速得到乙醇气体,可采用的方法是_______________________________。 若实验时小试管中的溶液已经开始发生倒吸,可采取的措施是 （填字母）。
a.取下小试管
c.将导管从橡胶管中取下
b.移去酒精灯 d.以上都可以
（3）如图实验,观察到红色的Fe2O3全部变为黑色固体M,充分反应后停止加热。取下试管加热,有砖红色沉淀生成。 为了检验M的组成,进行下列实验。
①M能被磁铁吸引；加入足量稀硫酸,振荡,固体全部溶解,未观察到有气体生成； ②经检验溶液中有铁离子和亚铁离子,检验铁离子的方法是 ；证明溶液含有亚铁离子的方法是 。能得出的结论是 （填字母）。 a.M中一定有＋3价和＋2价铁,不能确定是否有0价铁 b.M中一定有＋3价和0价铁,无＋2价铁 c.M中一定有＋3价铁,0价和＋2价铁至少有一种 d.M中一定有＋3价、＋2价和0价铁
（4）若M的成分可表示为FexOy,用CO还原法定量测定其化学组成。称取m g M样品进行定量测定,实验装置和步骤如下:
①组装仪器；②点燃酒精灯；③加入试剂；④打开分液漏斗活塞；⑤检查气密性；⑥停止加热；⑦关闭分液漏斗活塞；⑧…… 正确的操作顺序是 （填字母）。 a. ①⑤④③②⑥⑦⑧ c.①③⑤④②⑦⑥⑧
b.①⑤③④②⑥⑦⑧ d.①③⑤③④⑥⑦⑧
x
若M完全被还原后碱石灰增重n g,则y为 （用含m、n的代数式表示）。 解析 （1）新制Cu（OH）2悬浊液与醛基的反应需要碱性条件。（2）升高温度可以加速乙醇的挥发。若液体倒吸进入加热的反应管,可能会造成反应管炸裂,取下小试管已无济于事,因“溶液已经开始发生倒吸”。（3）分析黑色固体（M）可能的成分,铁的氧化物Fe3O4、FeO和铁粉均为黑色,Fe3O4中既有＋3价铁又有＋2价铁,且具有磁性,Fe3＋能溶解单质铁。（4）检查气密性属于实验的准备阶段,应在加药品前进行。为防止Cu再次被氧化,撤去酒精灯后,应继续通入CO,冷却后x
再停止通气。计算y比值时,应从质量守恒的角度去思考,M（FexOy）中的氧原子全部使CO转化为CO2,因而碱石灰增加的质量即为反应产生的CO2的质量,得关系式M中n（O）＝n（CO2）。
答案 （1）在过量NaOH溶液中滴加数滴CuSO4溶液 （2）在烧杯中加入热水（或对烧杯加热） c （3）②取少量溶液于试管中,加入KSCN溶液,溶液变成血红色,则有Fe3＋ 取少量溶液滴入适量酸性高锰酸钾溶液中,高锰酸钾溶液褪色,则有Fe2＋ a （4）b
11m－4n
14n
5.阿司匹林可由水杨酸与乙酸酐作用制得。其制备原理如下:
乙酰水杨酸的钠盐易溶于水。阿司匹林可按如下步骤制取和纯化:
步骤1:在干燥的50 mL圆底烧瓶中加入2 g水杨酸、5 mL乙酸酐和5滴浓硫酸,振荡使水杨酸全部溶解。
步骤2:按图所示装置装配好仪器,通入冷凝水,在水浴上加热回流5～10 min,控制水浴温度在85～90 ℃。
步骤3:反应结束后,取下反应瓶,冷却,再放入冰水中冷却、结晶、抽滤、冷水洗涤2～3次,继续抽滤得粗产物。
步骤4:将粗产物转移至150 mL烧杯中,在搅拌下加入25 mL饱和碳酸氢钠溶液,充分搅拌,然后过滤。
步骤5:将滤液倒入10 mL 4 mol·L－1盐酸溶液,搅拌,将烧杯置于冰浴中冷却,使结晶完全。抽滤,再用冷水洗涤2～3次。 （1）步骤1中浓硫酸的作用可能是 。
（2）步骤2中,冷凝管通水,水应从 口进（填“a”或“b”）。
（3）步骤3抽滤时,有时滤纸会穿孔,避免滤纸穿孔的措施是_________________。 （4）步骤4发生的主要反应的化学方程式为 ；过滤得到的固体为 。
（5） 取几粒步骤5获得的晶体加入盛有5 mL水的试管中,加入1～2滴1%三氯
化铁溶液,发现溶液变紫色,可采用 方法,进一步纯化晶体。
解析 （1）由制备原理可以看出,浓硫酸的作用是在该反应中作为催化剂。（2）冷凝水的流向是“下进上出”,故从b管进水,a管出水。（3）避免滤纸穿孔的措施是减小真空度或者加一层（或多层）滤纸。
（4）根据产物的结构特点可知是羧基（—COOH）与NaHCO3发生反应
＋NaHCO3―→
副反应得到的聚水杨酸。
＋CO2↑＋H2O；粗产品中还有发生
（5）发现溶液变紫,说明晶体中存在水杨酸,故仍需（用适当溶剂）重结晶,进一步纯化晶体。
答案 （1）催化剂 （2）b （3）减小真空度或者加一层（或多层）滤纸 （4）
＋NaHCO3―→
（用适当溶剂）重结晶
＋CO2↑＋H2O 聚水杨酸 （5）