阿司匹林合成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)之管見

路秋麗，劉若清，朱曉彤，劉永民

（1.徐州醫(yī)學(xué)院，江蘇徐州221004；2.南京師范大學(xué)金陵女院，江蘇南京210023）

阿司匹林合成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)之管見

路秋麗1，劉若清2，朱曉彤1，劉永民1

（1.徐州醫(yī)學(xué)院，江蘇徐州221004；2.南京師范大學(xué)金陵女院，江蘇南京210023）

阿司匹林合成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供了一個(gè)不受約束、大膽創(chuàng)新、充分發(fā)揮自身才智的平臺(tái)，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性、團(tuán)體協(xié)作能力以及敢于實(shí)踐和勇于創(chuàng)新的意識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力和環(huán)保意識(shí)。

阿司匹林；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；實(shí)踐創(chuàng)新

阿司匹林即乙酰水楊酸，是一種歷史悠久的解熱、鎮(zhèn)痛和抗風(fēng)濕藥物，為醫(yī)藥史上三大經(jīng)典藥物之一，也是比較和評價(jià)其他藥物的標(biāo)準(zhǔn)制劑。近年來，研究證明阿司匹林具有抑制血小板凝聚的作用，其治療范圍又?jǐn)U大到預(yù)防血栓形成，治療心血管疾病，降低心肌缺血患者死亡率，為冠心病患者的二級預(yù)防藥。阿司匹林的合成通常以水楊酸和乙酸酐為原料，用濃硫酸作催化劑來加速反應(yīng)。此方法反應(yīng)較慢，產(chǎn)率在60%左右，對生成設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕性，對水質(zhì)、土壤污染更為嚴(yán)重。為此，筆者運(yùn)用環(huán)保理念進(jìn)行阿司匹林設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)如下。

1 確定問題，獨(dú)立探索

實(shí)驗(yàn)前兩周將錄制好的相應(yīng)的課堂教學(xué)視頻或PPT發(fā)給學(xué)生。教師根據(jù)課程內(nèi)容及學(xué)生觀看教學(xué)視頻、課前練習(xí)中提出的疑問，總結(jié)出如下有探究價(jià)值的問題：

（1）制備阿司匹林的儀器和藥品為什么要干燥？

（2）為什么使用新蒸餾的乙酸酐？是否可以使用乙酸代替乙酸酐？

（3）傳統(tǒng)方法合成阿司匹林用濃硫酸作催化劑有何不足？請嘗試設(shè)計(jì)使用新的催化劑。

（4）為什么要將反應(yīng)溫度控制在70℃左右？除用水浴加熱外，請嘗試設(shè)計(jì)使用新技術(shù)。

（5）實(shí)驗(yàn)中會(huì)產(chǎn)生什么副產(chǎn)物？

（6）乙酰水楊酸還可以使用哪些溶劑進(jìn)行重結(jié)晶？重結(jié)晶時(shí)要注意什么？重結(jié)晶的方法原理是什么？

（7）怎樣洗滌產(chǎn)品？

（8）如何檢驗(yàn)產(chǎn)品的純度？

學(xué)生可以先對提出的問題進(jìn)行獨(dú)立研究，觀察、分析、思考問題，以加深對化學(xué)性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和操作注意事項(xiàng)的理解，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2 深度討論，協(xié)作創(chuàng)新

（1）提出問題：①如何以環(huán)保理念對阿司匹林合成進(jìn)行工藝創(chuàng)新？請寫出設(shè)計(jì)方案。②如何將實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢液進(jìn)行綜合利用？

教師指導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)文獻(xiàn)資料；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)學(xué)生自由組合，分組完成。通過查找資料，分組討論、歸納優(yōu)選，按照科學(xué)性、合理性、有效性原則，設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)方案，同時(shí)寫出實(shí)驗(yàn)需要的儀器、試劑及詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方法和步驟并提交。教師和學(xué)生一起就方案進(jìn)行討論，指出可行和不當(dāng)之處，進(jìn)一步完善方案。確定實(shí)驗(yàn)步驟和測試數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析、報(bào)告和總結(jié)。課前展示，鼓勵(lì)學(xué)生反思質(zhì)疑。

（2）學(xué)生作品：①1號作品檔案（摘錄）：草酸作催化劑［1］。

在反應(yīng)瓶中加入3.0 g水楊酸、6 ml乙酸酐和0.5 g草酸，將其置于80℃的水中，開啟磁力加熱攪拌器進(jìn)行水浴反應(yīng)，反應(yīng)50min后將其取出，先用冰水洗滌反應(yīng)瓶內(nèi)壁，待結(jié)晶形成后加入50 ml水，并置于冰水浴中冷卻，以使結(jié)晶完全，抽濾、干燥得白色針狀阿司匹林。必要時(shí)可進(jìn)行重結(jié)晶。阿司匹林的收率達(dá)91.5%。利用草酸作催化劑合成阿司匹林，具有不腐蝕設(shè)備、催化劑用量少、產(chǎn)品易提純等優(yōu)點(diǎn)。

②2號作品檔案（摘錄）：超聲波反應(yīng)［2］。

在50ml干燥的圓底燒瓶中加入1.2 g水楊酸和2.4ml新蒸餾的乙酸酐，再加入0.05 g碘，稍加振動(dòng)，將燒瓶置于超聲波清洗器中固定，在超聲波輸出功率300W下輻射15min。反應(yīng)結(jié)束后稍微冷卻，加入蒸餾水20 ml，攪拌充分冷卻，使結(jié)晶完全，抽濾，濾餅用少量蒸餾水洗滌，干燥后得到乙酰水楊酸粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品用乙醇-水混合溶劑加熱使碘升華，重結(jié)晶提純，干燥后得到白色針狀晶體，產(chǎn)率可達(dá)96.2%。此法與常規(guī)的加熱反應(yīng)法相比，反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)物收率高，操作簡單；與工業(yè)上使用的濃硫酸催化法相比，具有反應(yīng)體系溫和、不腐蝕設(shè)備、不污染環(huán)境、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。

③3號作品檔案（摘錄）：微波輻射反應(yīng)［3］。

在100 ml錐形瓶中加入6.3 g干燥的水楊酸和約9 m l新蒸餾乙酸酐，再加入0.4 g碳酸鈉，搖勻，放入微波爐中加熱，反應(yīng)功率為400W，反應(yīng)時(shí)間為90 s。稍微冷卻后，不斷攪拌并倒入100ml冰水，冷卻15min，抽濾，得到乙酰水楊酸粗品，用乙醇－水混合溶液進(jìn)行重結(jié)晶、抽濾、干燥，得到乙酰水楊酸。在此條件下，乙酰水楊酸產(chǎn)率達(dá)83.3%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在原料配比相近的情況下，改變催化劑、使用超聲波反應(yīng)或微波輻射技術(shù)均能使反應(yīng)產(chǎn)率顯著提高，且反應(yīng)過程中避免使用濃硫酸，環(huán)境污染小。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

3.1 增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和團(tuán)體協(xié)作能力

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)促使學(xué)生主動(dòng)思考和探究，培養(yǎng)了學(xué)生查找文獻(xiàn)能力，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)自主性。協(xié)作學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)合作動(dòng)機(jī)和個(gè)人責(zé)任，學(xué)生共同設(shè)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、處理實(shí)驗(yàn)問題。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生與教師和同學(xué)協(xié)調(diào)合作，增強(qiáng)了團(tuán)體協(xié)作和人際交往能力。

3.2 增強(qiáng)了學(xué)生敢于實(shí)踐和勇于創(chuàng)新意識(shí)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對涵蓋多門學(xué)科或多個(gè)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行綜合分析的能力［4］，促進(jìn)了與創(chuàng)造能力密切相關(guān)的智力因素和非智力因素的發(fā)展［5，6］。學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中解決了一個(gè)又一個(gè)問題，學(xué)到了很多課本上沒有的知識(shí)，體驗(yàn)到了解決問題的快樂，增強(qiáng)了敢于實(shí)踐和勇于創(chuàng)新意識(shí)。

3.3 培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力和環(huán)保意識(shí)

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)具有反應(yīng)時(shí)間短、產(chǎn)率高、污染小等優(yōu)點(diǎn)。合成的阿司匹林學(xué)生用于治腳氣，溶于水中使鮮花保持嬌艷。此外，對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物也能綜合利用，如升華后的碘重復(fù)使用，阿司匹林合成殘液中的醋酸用于溶液的萃取實(shí)驗(yàn)，重結(jié)晶中的殘液乙醇用于蒸餾實(shí)驗(yàn)。這樣既避免了生成的廢液對環(huán)境的影響，又培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力和環(huán)保意識(shí)。

［1］隆金橋，周秀龍，黃阿琨．草酸催化合成阿司匹林的研究［J］．百色學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，20（6）：76-78．

［2］施小寧，趙素瑞，吳巧玲.超聲輻射分子碘催化乙酰水楊酸的合成研究［J］．天水師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，28（2）：60-61．

［3］郝紅英，侯巧芝，周芳，等.Na2CO3催化微波合成乙酰水楊酸的研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（28）：11251－11252.

［4］黃鎖義，李容，陸海峰，等.醫(yī)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)立體化教學(xué)模式的研究與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（3）：147-149.

［5］李釩，劉淑珍，張麗娟，等.組織大學(xué)生參加化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽的體會(huì)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，40（5）：122-124.

［6］歐陽玉祝，吳道宏，王迎春.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)精品課程的建設(shè)與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012（4）：299-301.

G424.31

B

1671-1246（2015）17-0088-02

注：本文系江蘇省徐州醫(yī)學(xué)院2013年教育教學(xué)研究課題（Xjy201319）