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基本信息

項目名稱：
新型氨基酸離子液體綠色、高效催化合成阿司匹林
小類：
能源化工
簡介：
阿司匹林是應(yīng)用最廣泛的消炎、解熱、鎮(zhèn)痛藥之一。傳統(tǒng)合成方法以濃硫酸為催化劑，對設(shè)備腐蝕較大，不僅產(chǎn)率低，且對環(huán)境污染嚴(yán)重。該作品使用綠色的氨基酸離子液體催化合成阿司匹林，克服了傳統(tǒng)阿司匹林生產(chǎn)的諸多弊端，不僅平均產(chǎn)率高，催化劑可重復(fù)、穩(wěn)定使用，降低了生產(chǎn)成本，且對環(huán)境污染較小。 該研究不僅為離子液體的發(fā)展提供了更為廣泛的理論基礎(chǔ)，而且對酯類藥物的綠色生產(chǎn)具有很大的實際意義。
詳細(xì)介紹：
阿司匹林即乙酰水楊酸，是重要的解熱鎮(zhèn)痛藥和抗風(fēng)濕類藥，作為療治和預(yù)防心腦血管疾病藥物己被廣泛應(yīng)用于臨床。目前在國內(nèi)外，阿司匹林都是很受歡迎的藥物，銷量在同類藥物中遙遙領(lǐng)先。阿司匹林的經(jīng)典制備方法是使用乙酸酐或乙酰氯在硫酸催化下對水楊酸酰化制得。該生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)率在60 %左右，但是使用硫酸作催化劑不僅副反應(yīng)多使產(chǎn)品色澤深，不利于提純，而且對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，廢酸液排放更會對環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。雖然當(dāng)今社會全世界范圍內(nèi)都更加重視對于化學(xué)廢物的回收和處理，但是真正的綠色化學(xué)概念是從源頭上杜絕污染的產(chǎn)生。為此，研究和開發(fā)新的催化劑合成阿司匹林己受到人們的關(guān)注。涉及到的催化劑有氫氧化鈉、Lewis酸、三氯稀土、有機(jī)羧酸等。但是這些催化劑有些制備過程復(fù)雜、有些價格昂貴、有些對反應(yīng)條件要求苛刻，而且多數(shù)仍存在潛在的污染問題。另外，這些催化劑多為固體，而產(chǎn)品阿司匹林也為固體，因此使用這些催化劑還必然會給產(chǎn)品的提純和催化劑的重復(fù)使用帶來很大的困難。離子液體可能正是解決上述問題的理想催化劑。離子液體因其具有穩(wěn)定性高、溶解性和導(dǎo)電性好、不燃燒等優(yōu)點而被認(rèn)為是一類新型的綠色溶劑和反應(yīng)介質(zhì)。除此之外，離子液體在催化有機(jī)化學(xué)反應(yīng)方面也顯示出良好的應(yīng)用前景。研究者發(fā)現(xiàn)，離子液體作為催化劑不僅表現(xiàn)出環(huán)保方面的優(yōu)勢，而且可以增強催化效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此，利用離子液體催化合成阿司匹林值得嘗試。但是隨著離子液體的無毒論遭到質(zhì)疑，世人對于離子液體的“綠色性”開始進(jìn)行重新的評估和認(rèn)識。 基于上述各種原因，本作品首次提出使用更為安全、綠色的氨基酸離子液體作為催化劑清潔合成阿司匹林。自2005年Ohno H報道合成出以20種天然氨基酸為原料的氨基酸離子液體以來，氨基酸離子液體的種類進(jìn)一步增多，也逐漸被功能化。但是，對于氨基酸離子液體的應(yīng)用研究很少，利用氨基酸離子液體催化合成阿司匹林更未見報道。本作品選擇幾種價格便宜的氨基酸作為原料合成出氨基酸離子液體，利用它們?yōu)榇呋瘎┐呋畻钏狨；铣砂⑺酒チ郑呋Ч^好，過程簡單，便于操作。

作品圖片

  • 新型氨基酸離子液體綠色、高效催化合成阿司匹林

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

作品撰寫的目的： （1）降低阿司匹林的合成成本； （2）確定最佳合成條件； （3）減少生產(chǎn)過程中環(huán)境污染； （4）探討工業(yè)化可行性。 作品撰寫的基本思路： （1）氨基酸離子液體催化劑合成； （2）催化反應(yīng)合成阿司匹林； （3）產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)表征與純度確定； （4）在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

作品的科學(xué)性、先進(jìn)性： （1）收率高、污染小、成本低，具國內(nèi)領(lǐng)先水平； （2）催化體系應(yīng)用科學(xué)合理，并具獨創(chuàng)性。 作品的獨特之處： （1）首次引入環(huán)保、廉價的氨基酸離子液體，合成過程清潔； （2）減少原料用量，提高產(chǎn)品收率，降低成本。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

（1）阿司匹林需求量大，具有廣闊的市場前景； （2）催化劑活性強，生產(chǎn)成本低，具有較大的工業(yè)化生產(chǎn)價值； （3）氨基酸離子液體為新近合成體系，具有重要研究理論意義； （4）解決傳統(tǒng)方法環(huán)境污染及后處理問題，具有重要環(huán)保意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

以氨基酸為原料一步法合成了氨基酸離子液體，將其用于催化乙酸酐和水楊酸的乙?；磻?yīng)，清潔合成阿司匹林，考察了離子液體種類及用量、原料配比、反應(yīng)溫度、時間等方面的影響。結(jié)果表明，該離子液體對于合成阿司匹林具有良好的催化效果，在水楊酸20 mmol、乙酸酐40 mmol、[Glu]HSO4 3 mmol、反應(yīng)溫度70 ℃、反應(yīng)時間30 min條件下，阿司匹林分離產(chǎn)率可達(dá)80.1 %，增大投量，產(chǎn)率還會進(jìn)一步提高，并且離子液體可重復(fù)使用。

獲獎情況

[1]王占軍, 肖鵬, 楊悅, 等. 含鎢化合物催化合成己二酸研究進(jìn)展. 中國鎢業(yè), 2011, 己錄用（中文核心）. [2]肖鵬, 王占軍, 楊悅, 等. 阿司匹林合成催化劑研究進(jìn)展. 當(dāng)代化工, 2011, 己錄用. [3]王占軍, 肖鵬, 楊悅, 等. 離子液體在阿司匹林合成中的應(yīng)用研究進(jìn)展. 當(dāng)代化工, 2011, 己錄用.

鑒定結(jié)果

本課題經(jīng)遼寧省科學(xué)技術(shù)情報研究所科技查新： “結(jié)論如下：分別用甘氨酸、谷氨酸與濃硫酸合成氨基酸離子液體催化合成阿司匹林，國內(nèi)未見相同文獻(xiàn)報道?！? （詳細(xì)內(nèi)容見科技查新報告）

參考文獻(xiàn)

[1] Fukumoto K, et al. Room Temperature Ionic Liquids from 20 Natural Amino Acids[J]. JACS, 2005, 127(8): 2398- 2399. [2] 鄧友全. 離子液體的性質(zhì)、制備與應(yīng)用[M]. 北京: 中國石化出版社, 2006, 8(6):560-567. [3] 張武, 李紅喜, 顧巍. 三氯稀土催化合成阿司匹林[J]. 化學(xué)世界, 2002, (8): 422- 423. [4] 張倫. 阿司匹林出口分析[J]. 中國制藥信息, 2009, 25(5): 34- 35. [5] 蔣棟, 李偉, 許成娣, 等. Br?nsted酸性離子液體催化合成阿司匹林[J]. 應(yīng)用化學(xué), 2007, 24(9): 1080- 1082.

同類課題研究水平概述

阿司匹林，是一種有效的多功能藥物，應(yīng)用十分廣泛。其需求量巨大，全球產(chǎn)量近5萬噸/年，而國外阿司匹林原料藥生產(chǎn)逐步減小，轉(zhuǎn)向中國購買。中國是世界最大的阿司匹林生產(chǎn)大國，產(chǎn)量達(dá)2.5萬噸/年，研究其合成新技術(shù)和新方法對進(jìn)一步完善其生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本有著重要的現(xiàn)實意義。 傳統(tǒng)方法合成阿司匹林以濃硫酸為催化劑，該體系存在如下缺點： a.產(chǎn)品收率較低(65 %～70 %)，易被氧化導(dǎo)致成色不好； b.操作條件苛刻，需嚴(yán)格控制濃硫酸加入和攪拌速度防止反應(yīng)物碳化； c.產(chǎn)品不能加熱干燥，否則殘余的濃硫酸會催化產(chǎn)品分解； d.催化體系腐蝕設(shè)備，并有排酸污染。 因此，新催化體系合成阿司匹林受到國內(nèi)外高校、科研院所及相關(guān)單位的重視，相關(guān)報道不斷地被提出。丁健樺等以三氯化鋁為催化劑，所合成的阿司匹林產(chǎn)率為72.6 %。該方法消除了環(huán)境污染，產(chǎn)品質(zhì)量好，但收率中等。隆金橋等采用磷酸二氫鈉為催化劑，在以水楊酸與乙酸酐原料比1:8.7時所合成的阿司匹林收率為76 %。張曉麗利用固體超強酸在90 ℃催化下水楊酸和乙酸酐(原料比1:2)合成了阿司匹林，收率為77.8 %。但催化劑需要500 ℃的焙燒條件，增加了生產(chǎn)成本。這些合成方法成本普遍較高，催化劑重復(fù)使用性較差，不利于綠色化工業(yè)生產(chǎn)。 近年來離子液體作為一種新型清潔溶劑和催化劑，正受到學(xué)術(shù)界和化工界越來越多的關(guān)注。北京石油化工大學(xué)李汝雄教授及中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所鄧友全教授相繼撰寫了關(guān)于離子液體合成與應(yīng)用方面的著作，帶動了國內(nèi)離子液體的研究熱潮。但是，近年來離子液體的“無毒論”已被駁回，研究發(fā)現(xiàn)含氮雜環(huán)類離子液體仍對哺乳動物及環(huán)境有一定影響。直至2005年，日本東京農(nóng)業(yè)及技術(shù)大學(xué)Ohno.H教授于在著名JACS上首次發(fā)表合成出以20種天然氨基酸為原料合成氨基酸離子液體，引起離子液體發(fā)展史上的另一次巨大變革。此后更為綠色環(huán)保的氨基酸離子液體激起了研究者的興趣。但是對于氨基酸離子液體的研究仍處于起步階段，以氨基酸離子液體作為催化劑更是鮮有報道。 本課題正是以氨基酸離子液體為催化劑，其合成路徑簡易，價格低廉，在阿司匹林合成中效果頗佳，大大降低了生產(chǎn)成本，減小了環(huán)境污染。 該作品涉及學(xué)科領(lǐng)域前沿，理論依據(jù)充分，研究設(shè)計方案科學(xué)合理，滿足了其在工業(yè)生產(chǎn)的高效化、綠色化發(fā)展的目標(biāo)。
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