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药物心痛定硝苯地平的合成与光谱鉴定
【实验目的】
1．学习用Hantzsch反应合成二氢吡啶类心血管药物的原理和方法； 2．学习用薄层色谱法跟踪反应的操作方法。
【实验原理】
硝苯地平（Nifedipine），又名心痛定，化学名为l,4-二氢-2,6-二甲基-4-（2-硝基苯基）-3,5-吡啶二甲酸二甲酯，是20世纪80年代末出现的第一个二氢吡啶类抗心绞痛药物，还兼有很好的高血压治疗功能，是目前仍在广泛使用的抗心绞痛和降血压药物。硝苯地平是由邻硝基苯甲醛、乙酰乙酸甲酯和氨水通过Hantzsch反应缩合得到。
CHOO2N2 CH3COCH2COOCH3NH3 ,H3COOCH3CNHNO2COOCH3CH3
【仪器与药品】
仪器：三口烧瓶（50 mL）、电热套、磁力搅拌器、锥形瓶、球形冷凝管、薄层色谱板、层析缸、紫外分析仪、超声波清洗器
[1]
药品：邻硝基苯甲醛、乙酰乙酸甲酯、无水乙醇、氨水（20%）、石油醚（60～90℃）、乙酸乙酯
【实验步骤】
在50 mL三口烧瓶中加入2.45 g（16 mmol）邻硝基苯甲醛、3.8 g（32.8 mmol）乙酰
[2]
乙酸甲酯、10 mL乙醇和1.5 mL氨水，加入搅拌磁子，插入温度计，装上回流冷凝管，以及恒压滴液漏斗，漏斗中装1.0 mL氨水。搅拌下加热至回流（保持温度稳定，微沸）。1 h后，再加入余下的氨水。用薄层色谱法（TLC）跟踪反应，4 h后原料邻硝基苯甲醛基本消失，新点（反应主产物）显著，Rf ＝0.44（石油醚-乙酸乙酯，体积比为1∶1）。停止反应，将反应瓶内的混合物转移到烧杯中，冰水冷却，析出黄色固体，如产物呈棕色黏状物，将烧杯置于超声波清洗器中振荡15 ~ 20 min。抽滤，用水洗涤固体得粗产品。粗产物用乙醇重结晶，得淡黄色晶体或粉末，干燥，称重，计算产率。
对硝苯地平进行红外光谱和核磁共振氢谱实验，解析谱图。
纯硝苯地平为淡黄色针状晶体，熔点172~174 ℃，其红外和核磁共振图谱见图1。 本实验约需9h。 【注释】
[1] 20%氨水相对密度为0.9229，100 mL水溶液中含氨气18.4 g。 [2] 回流冷凝管上口可套装一气球。
【思考题】
1. 试写出本实验中环合反应的机理。 2. 为何反应温度不能太高？ 3. 为何氨水分两次加入比较合适？
图1 (a) 硝苯地平的红外光谱图
图1(b) 硝苯地平的核磁共振谱图（1HNMR）
镇痛解热药阿司匹林的合成与含量检测
【实验目的】
1．学习乙酰水杨酸的制备原理和实验方法。
2．了解药物研制开发的过程，培养科学的思维方法。
【实验原理】
乙酰水杨酸又名阿司匹林（aspirin），典型的非甾类抗炎镇痛药，临床上常用于感冒、流感等原因引起的发热、头痛、牙痛、神经痛、肌肉痛以及月经痛、术后伤口痛等慢性钝痛，阿司匹林与非那西丁（phenacetin）、咖啡因（caffeine）配成的复方阿司匹林（APC）为市面上使用最广泛的复方解热止痛药。此外，由于阿司匹林还具有抗血小板的聚集作用而被用于心血管系统疾病（如心肌梗塞、脑血栓）的防治和治疗[1]。
乙酰水杨酸的合成属于酚酯的制备，即水杨酸（邻羟基苯甲酸）分子中的羟基被乙酰化。本实验以浓磷酸为催化剂，通过水杨酸与乙酸酐的酰化反应来制备阿司匹林。可用浓硫酸代替浓磷酸，但不能用乙酰氯代替乙酸酐，原因是乙酰氯过于活泼，易使水杨酸分子中的羧基同时酰化。
COOH+OH(CH3CO)2OH+COOH+OCOCH3CH3COOH
由于水杨酸分子中既有羧基又有羟基，因此在生成乙酰水杨酸的同时，水杨酸分子之间也可能发生缩合反应，生成少量的聚合物。
OCOOHnOHH+HOOH+( n-1) H2On
乙酰水杨酸能与NaHCO3反应生成水溶性钠盐，而副产物聚合物却不能溶于NaHCO3水溶液，而聚合物故可采用过滤法除去聚合物杂质。分离后的乙酰水杨酸钠盐溶液通过酸化，即可得到产物乙酰水杨酸。
由于乙酰化反应不完全或产物在分离步骤中发生水解反应，导致产品中还有可能存在杂质水杨酸。水杨酸含量一般相对较少，它可以在各步纯化步骤或最后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紫色络合物；而乙酰水杨酸因酚羟基已被酰化，不与FeCl3显色。因此可用三氯化铁水溶液检验产品中是否存在残余的水杨酸。
【仪器与药品】
仪器：普通玻璃仪器、标准口玻璃仪器、电子天平、循环水真空泵、红外灯、加热恒温磁力搅拌器、显微熔点测定仪
药品：水杨酸、乙酸酐（新蒸）、85%浓磷酸、饱和碳酸氢钠、浓盐酸、1%三氯化铁溶液、95%乙醇
【实验步骤】
1．乙酰水杨酸的制备
在干燥的100 mL圆底烧瓶中加入2 g（0.014 mol）水杨酸、5 mL（5.4 g，0.05 mol）乙酸酐、10滴85 %浓磷酸，安装冷凝管。磁力搅拌、水浴加热使水杨酸全部溶解，控制水浴温度在85 ~ 90 ℃[3]，维持10 min。取出烧瓶并缓慢加入3 mL水，使过量的乙酸酐水解。反应完全后，将反应物转入烧杯中，加入22 mL去离子水，并用冰水浴冷却，使晶体析出（若无晶体析出，可用玻璃棒摩擦烧杯内壁，促使结晶析出）。待晶体析出后，再缓慢加入15 ~ 25 mL水，继续用冰水浴冷却使结晶完全。抽滤，用滤液反复淋洗烧杯，直至所有晶体收集到布氏漏斗中。用少量冷水洗涤晶体。抽干后，将粗产物移至表面皿中，在红外灯下烘干，称重。
[2]
2．乙酰水杨酸的提纯
将粗产物移至250 mL烧杯中，在搅拌下缓慢加入25 mL饱和NaHCO3溶液，加完后继续搅拌几分钟，直至无CO2气泡产生。抽滤，除去少量副产的聚合物，用5 mL水冲洗漏斗，合并滤液。将滤液倒入预先盛有5 mL 浓盐酸和10 mL水的烧杯中，搅拌均匀，即有乙酰水杨酸晶体析出。将烧杯用冰水浴充分冷却，使结晶完全。抽滤，少量冷水洗涤晶体。抽干后，将晶体转移至表面皿，在红外灯下烘干，称重。
3．产品纯度的初步检测及光谱鉴定
取几粒结晶加入盛有5 ml水的试管中，加入1 ~ 2滴1% FeCl3溶液，观察有无颜色反应。若有显色现象，说明有未反应的水杨酸残留，产物需进一步提纯。
为了得到更纯的产品，可将上述晶体移入100 mL烧杯中，溶于最少量的95 %乙醇中（约3 mL）[4]，在水浴上小心加热（50~60 ℃）使其完全溶解；再加入7ml水，继续加热1 min，冰水浴中冷却，结晶，抽滤，干燥后称重并计算产率。
[5]
乙酰水杨酸为白色针状晶体，熔点135 ~ 136 ℃。其红外和核磁共振图谱见图2。
4. 产品含量测定
参照中国药典二部标准附录(2005年版)高效液相色谱法（附录ⅤD）测定。
色谱条件与系统适用性试验 用十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂，以1%冰醋酸溶液-甲醇（50∶50）为流动相，检测波长为280nm。理论板数按阿司匹林峰不低于1500，阿司匹林峰与水杨酸峰的分离度应符合要求。
测定法 取装量差异项下的内容物，研细，精密称取适量样品（约相当于阿司匹林0.1g）置100 mL量瓶中，用1%冰醋酸无水甲醇溶液溶解并稀释至刻度，摇匀，滤过，精密量取续滤液5 mL，置100mL量瓶中，用1%冰醋酸无水甲醇溶液稀释至刻度，摇匀，精密量取20 μL，注入液相色谱仪，记录色谱图中，另取阿司匹林对照品适量，精密测定，用1%冰醋酸无水甲醇溶液溶解并定量稀释制成每 1 mL中约含50 μg的溶液，同法测定。按外标法以峰面积计算，即得。
本实验约需9 h。 【注释】
[1] 阿司匹林的历史开始于18世纪，最初的发现是柳树皮中的提取物具有强效止痛、退热及抗炎消肿作用，不久就分离、鉴定了其中的有效成分为水杨酸。1859年，Kolbe反应的发现使水杨酸的大规模生产得以实现，并供医用。但随后发现水杨酸酸性强，严重刺激口腔、食道及胃壁黏膜，故试图改进之。先制成水杨酸钠试用，发现虽然改善了其酸性和刺激性，却具有令人不愉快的甜味，大多数患者不愿意服用。l893年，合成了乙酰水杨酸，既保持了水杨酸钠的药效，又降低了刺激性、口味较好。1899年，Bayer公司上市了它的新产品-乙酰水杨酸，称为 aspirin 。1950年，aspirin 摘入吉尼斯世界记录，被称为商业史上最成功的药物。1971年，英国皇家医学院 John R Vane 、瑞典斯德哥尔摩的卡罗林斯卡医学院 K Sune Bergtrom 和 Bengt I Samuelsson 先后解释了aspirin 的药理（抑制体内前列腺素及相关生物活性物的形成），并共同获得1982年的 Nobel 医学或生理学奖。更有趣的是，1980年，科学家们共同确认了aspirin 能防治心肌梗塞和脑血栓。Aspirin 的产生历史是医药发展史上新药发现成功的典范，即开始都以植物的粗提取物或以民间药物出现，再由化学家分离出其中的活性成分、测定结构并加以改造，结果才变成比原来更好的药物。
[2] 乙酸酐应是新蒸的，收集139 ~ 140 ℃的馏分。
[3] 由于分子内氢键的作用，水杨酸与醋酸酐直接反应需在150~160 ℃下才能生成乙酰水杨酸。加酸的目的主要是破坏氢键，使反应在较低的温度 （90 ℃）下就可以进行，从而大大减少副产物的生成，因此实验中必须要控制好温度。
[4] 乙酰水杨酸也可以用乙酸乙酯、甲苯等溶剂重结晶。
[5] 乙酰水杨酸易受热分解，其分解温度为128 ~ 135 ℃。测定熔点时，应先将热载体加热到120 ℃左右，然后加入样品测定。
【思考题】
1. 水杨酸与醋酐的反应过程中，浓磷酸的作用是什么？ 2. 若产品中含有未反应的水杨酸，应如何鉴定？
3. 本实验中加入碳酸氢钠的目的是什么？为何不用氢氧化钠代替碳酸氢钠？
图2(a) 乙酰水杨酸的红外光谱图(KBr压片)
图2(b) 乙酰水杨酸的核磁共振谱图( 1HNMR，400MHz，CDCl3，TMS )