一、磺胺醋酰钠概述 简介
磺胺醋酰钠又名:磺胺乙酰钠,磺醋酰胺钠,Sulphacetamide Sodium,Albucid Soluble,SA-Na等。英文名:SulfacetamideSodiumEyeDrops。化学名 N-[(4-氨基苯基)-磺酰基]-乙酰胺钠-水合物,化学结构式:
H2NSO2NCOCH3· H2ONa
本品为白色结晶性粉末;无臭味、微苦、易溶于水,微溶于乙醇、丙酮。磺胺药是一种广谱抑菌剂,用于治疗感染。磺胺药与对氨基苯甲酸(PABA)结构相似,二者竞争抑制了细菌酶---二氢叶酸合成酶。对酶抑制的结果阻碍了二氢叶酸的合成,减少了四氢叶酸的代谢活动,使嘌呤、嘧啶核甙及脱氧核糖核酸合成辅助因子(cofactor)减少,从而抑制细菌的生成和繁殖。 适应症
主要用于由易感细菌引起的表浅性结膜炎、角膜炎、睑缘炎等;也用于沙眼和衣原体感染的辅助治疗,霉菌性角膜炎的辅助治疗,以及眼外伤、慢性泪囊炎,结膜、角膜及内眼手术的前、后预防感染。 注意事项
病人对一种磺胺药过敏,也可以对本品过敏,对碳酸酐酶抑制剂过敏的病人,对磺胺药也过敏。
二、目的要求
1. 通过本实验,掌握磺胺类药物的一般理化性质,并掌握如何利用其理化性质的特点来达到分离提纯的目的。
2. 通过本实验操作,掌握乙酰化反应的原理。
三、实验原理 合成路线如下:
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H2N NaOHSO2NH2 + (CH3CO)2O H2NpH12-13NaSO2NCOCH3HCl pH4~5NH2SO2NHCOCH3NaoHpH7~8NaH2NSO2NCOCH3· H2O
四、实验主要仪器和试剂及物理常数
理化常数和性质
物质 分子量 熔点/℃ 性质
磺胺 172.21 溶于氢氧化钠水溶液
磺胺醋酰 214.24 182-184 微溶于水(150:1),溶于无水乙醇(15:1), pKa1(芳伯氨基):1.8, pKa2(磺酰氨基):5.4 磺胺醋酰钠 236.23 257 易溶于水(1.5:1),微溶于96%乙醇
仪器:100ml三颈瓶、回流冷凝管、温度计、烧杯(100、50ml)、磁力加热搅拌器、抽滤瓶、布氏漏斗、水泵、玻璃棒
试剂:磺胺17.2g、醋酐13.6g、氢氧化钠溶液(22.4%、77%、20%)、浓盐酸、蒸馏水、活性炭 五、实验方法 1、原料规格及配比
原料名称 规格 用量 摩尔数 摩尔比 磺胺 CP 17.2g 0.1 1 醋酐 CP 13.6ml 0.142 1.42 氢氧化钠 22.4% 22ml 0.1125 1.13 氢氧化钠 77% 12.5ml 0.1925 1.9 氢氧化钠 40% 适量 氢氧化钠 20% 适量 2、操作
2.1、磺胺醋酰的制备
在装有搅拌棒及温度计的100 mL三颈瓶中,加入磺胺17.2 g,22.5%氢氧化钠22 mL,开动搅拌,于水浴上加热至50℃左右。待磺胺溶解后,滴加醋酐
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3.6 mL,77% 氢氧化钠2.5 mL(首先,加入醋酐3.6 mL,77% 氢氧化钠2.5 mL;随后,每次间隔5 min,将剩余的77% 氢氧化钠和醋酐分5次交替加入,每次2 ml)。加料期间反应温度维持在50~55℃及pH12~13;加料完毕继续保持此温度反应30 min。反应完毕,停止搅拌,将反应液倾入100mL烧杯中,加水20 mL稀释。用36% 盐酸调至pH 7,于冰水浴中放置30 min,并不时搅拌析出固体,抽滤固体,用适量冰水洗涤。洗液与滤液合并后用浓盐酸调至pH 4~5,抽滤,得白色粉末。
用3倍量(3 mL / g)10% 盐酸溶解得到的白色粉末,放置30min,不时搅拌,尽量使单乙酰物成盐酸盐溶解,抽滤除不溶物。滤液加少量活性碳室温脱色10 min,抽滤。滤液用40% 氢氧化钠调至pH 5,析出磺胺醋酰,抽滤,压干。干燥,测熔点(mp.179~184℃)。若产品不合格,可用热水(1:15)精制。 2.2磺胺醋酰钠的制备
将磺胺醋酰置于50 mL烧杯中,于90℃热水浴上滴加计算量的20%氢氧化钠至固体恰好溶解,溶液pH为7~8,趁热抽滤,滤液转至小烧杯中冷却,析出结晶,抽滤(用丙酮转移),压干,干燥,称重并计算收率。 3、附注
3.1、本实验中使用氢氧化钠溶液有多种不同的浓度,在实验中切勿用错,否则会导致实验失败。
3.2、滴加醋酐和氢氧化钠溶液是交替进行,每滴完一种溶液后,让其反应5min后,再滴加另一种溶液。滴加是用玻璃吸管加入,滴加速度以液滴一滴一滴滴下为宜。以使反应液始终保持一定的pH值(pH 12~13)。
3.3、反应中保持反应液pH在12~13之间很重要,否则收率将会降低。 3.4、再pH7时析出的固体不是产物,应弃去。产物再过滤中,切勿搞错。 3.5、再pH4~5析出的固体是产物。
3.6、在实验中,溶液pH的调节是反应能否成功的关键,应小心注意,否则实验会失败或收率降低。
3.7、最后须趁热过滤,漏斗应先预热。若滤液放置后较难析出结晶,可置电炉上略加加热,使其挥发去一些水分,再放冷析晶。
3.8、将磺胺醋酰制成钠盐时,应严格控制20% NaOH溶液的用量,按计算量滴加
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NH2+NaOHSO2NHCOCH321412.0XNH2+H2OSO2NCOCH3NaX=2.3 g
由计算可知需2.3 g NaOH,即滴加20% NaOH 11.5 mL便可。因磺胺醋酰钠水溶性大,由磺胺醋酰制备其钠盐时若20% NaOH的量多于计算量,则损失很大。必要时可加少量丙酮,以使磺胺醋酰钠析出。
六、其它合成线路和改进方法
在磺胺醋酰钠制备过程中,采用20%NaOH水液与磺胺醋酰成盐,操作繁琐,需要90℃的水浴加热,需不断测pH值,调整到pH7~8后趁热过滤,滤液要用冰盐 浴冷却析晶,在实验教学过程中,发现严格按上述步骤操作,仍很难得到产品,因磺胺醋酰钠易溶于水。根据磺胺酷酰钠略溶于乙醇的物理性质,用5%NaOH乙醇液取代20%NaOH水溶液,并按计算量进行投料。通过实验验证,此步改进使操作简单化,避免了热水浴、冰盐浴,只需在室温中进行,所用乙醇可通过蒸馏回收,重新利用,更为可贵的是,成盐一步收率可达98%以上,通过定性分析,与磺胺醋酰钠一致.
改进后的合成路线如下:
H2N NaOHSO2NH2 + (CH3CO)2O H2NpH12-13NaSO2NCOCH3214:40=12.5:XHCl pH4~5NH2SO2NHCOCH3NaoH 乙醇NaH2NSO2NCOCH3· H2O
实验步骤
1、磺胺醋酰的制备。
在装有搅拌棒及温度计的100 mL三颈瓶中,加入磺胺17.2 g,22.5%氢氧化钠22 mL,开动搅拌,于水浴上加热至50℃左右。待磺胺溶解后,分次加入醋酐3.6 mL,77% 氢氧化钠2.5 mL(首先,加入醋酐3.6 mL,77% 氢氧化钠2.5 mL;随后,每次间隔5 min,将剩余的77% 氢氧化钠和醋酐分5次交替加入)。加料期间反应温度维持在50~55℃及pH12~13;加料完毕继续保持此温度反应30 min。反应完毕,停止搅拌,将反应液倾入100mL烧杯中,加水20 mL稀释。用36% 盐酸调至pH 7,于冰水浴中放置30 min,并不时搅拌析出固体,抽滤固体,用适量冰水洗涤。洗液与滤液合并后用浓盐酸调至pH 4~5,抽滤,得白色粉末。 用3倍量(3 mL / g)10% 盐酸溶解得到的白色粉末,放置30min,不时搅拌,尽量使单乙酰物成盐酸盐溶解,抽滤除不溶物。滤液加少量活性碳室温脱色
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10 min,抽滤。滤液用40% 氢氧化钠调至pH 5,析出磺胺醋酰,抽滤,压干。干燥,测熔点(mp.179~184℃)。 2、磺胺醋酰钠的制备
制备5%NaOH乙醇液100nd(备用)。
将磺胺醋酰,移人100ml烧杯中,用量杯量取5%NaOH乙醇液4Oml倒人烧杯中,室温搅拌至固体完全溶解,在水浴中蒸去乙醇,析晶,干燥得磺胺醋酰钠,计算收率。
3、实验流程图
(1)、磺胺醋酰的制备
150ml三颈瓶加入磺胺17.2g22.5%NaOH液22ml搅拌加热至50加醋酐3.6ml50min每5min交替加pH12-13醋酐和NaOH液加77%NaOH液2.5ml每次2ml50-55保温搅拌30min转入100ml烧杯+20ml水浓盐酸调pH7水浴1-2h析晶、抽滤冰水洗涤洗液、滤液浓盐酸调pH4-5滤取沉淀压干、称重3倍量10%浓盐酸溶解30min抽滤除去不溶物温室活性炭脱色40%NaOH调pH至5析出磺胺醋酰,抽滤,干燥
(2)、磺胺醋酰钠的制备
100ml烧杯磺胺醋酰 乙醇液40ml5%NaOH室温搅拌溶解水浴蒸去乙醇析晶,干燥得磺胺醋酰钠
七、药物鉴别及结构确证 鉴别
1.取本品药约0.1g,加蒸馏水3ml溶解后,加硫酸铜试液5滴,即产生蓝绿色沉淀。
2.取本品药约0.1g,加蒸馏水3ml溶解,做钠盐的鉴别反应。 (1)取供试液少许,加醋酸氧铀锌试液,即产生黄色沉淀。
(2)用盐酸润湿的铂丝蘸取供试液,在无色火焰中燃烧,火焰即显鲜黄色。
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结构确证
1. 红外吸收光谱法、标准物TLC对照法。 2. 核磁共振光谱法。
注:磺胺醋酰的制备过程中存在的反应如下
NH2NHCOCH3NH2 NH2NaOH++ +(CH3CO)2OpH12-13 SO2NH2SO2NHNaSO2NCOCH3SO2NCOCH3NaNa HClpH7 NH2NHCOCH3NH2 SO2NCOCH3SO2NCOCH3SO2NH2NaNa
HClpH4-5
NH2NHCOCH3
SO2NHCOCH3SO2NHCOCH3 10%HClpH<1
NH2.HClNHCOCH3
SO2NHCOCH3SO2NHCOCH3 pH0%NaOH
八、问题及讨论
1.为什么会生成双醋酰胺?
NH2SO2NHCOCH3答:因为4-N电子云密度大于1-N电子云密度,1位弱酸性+强碱→盐,使得一
位电子云密度增大。 2、磺胺醋酰钠的合成中为什么乙酐和氢氧化钠交替滴加?
答:磺胺和乙酐反应生成主产物是我们需要的,该反应为放热反应,多次少量加
入是为了便于控制温度;加入氢氧化钠是为了保持pH值,因为碱性环镜下副产物少主产物多。
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3. 酰化液处理的过程中,pH 7时析出的固体是什么?pH 5时析出的固体是什么?10% 盐酸中的不溶物是什么?
答:pH=7时候析出的固体是未反应的磺胺;5的时候析出的是磺胺醋酰。10%
盐酸中不溶物是杂质和未反应的磺胺。 4、为什么在10% 盐酸中有不溶物析出?
答:因为在10%盐酸溶液中磺胺醋酰生成盐酸盐而溶解,而双乙酰磺胺由于结
构中无游离的芳伯胺基,不能和盐酸成盐故析出。 5、磺胺醋酰钠的合成为什么调PH 7~8?
答:滴加40%氢氧化钠溶液调pH7~8时可见溶液澄明,显示磺胺醋酰已生成磺
胺醋酰钠,若有微量不溶物,可能是未除尽的副产物。氢氧化钠溶液切勿过量,因磺胺醋酰钠在强碱性溶液中和受热情况下,易氧化水解而致产量和质量下降。 6、反应碱性过强其结果磺胺较多,磺胺醋酰次之,双乙酰物较少;碱性过弱其结果双乙酰物较多,磺胺醋酰次之,磺胺较少,为什么?
答:因碱度过大磺胺双醋酰易水解成磺胺,且易引起磺胺醋酰水解成磺胺;而因
碱度过小时,反应过程中易生成较多的N-乙酰磺胺,且磺胺双醋酰分子结构中的N-乙酰基不易水解下来,所以该反应必须控制好pH 值。 7、将磺胺醋酰制成钠盐时,为什么要严格控制22.5%NaOH溶液的用量? 答:将磺胺醋酰制成钠盐时,必须要严格控制22.5%NaOH溶液的用量。因磺胺
醋酰钠水溶性大,由磺胺醋酰制备其钠盐时若22.5% NaOH的量多,则损失很大。必要时可加少量丙酮,使磺胺醋酰钠析出。 8、磺胺类药物有哪些化学性质?
答:(1).酸碱性 因本类药物分子中有芳香第一胺,呈弱碱性;有磺酰氨基,显
弱酸性,故本类药物呈酸碱两性,可与酸或碱成盐而溶于水。 (2).自动氧化反应 本类药物含芳香第一胺,易被空气氧氧化。
(3)、芳香第一胺反应磺胺类药物含芳香第一胺,在酸性溶液中,与亚钠作
用,可进行重氮化反应,利用此性质可测定磺胺类药物的含量。生成的重氮盐在碱性条件下,生成橙红色偶氮化合物,可作本类药物的鉴别反应。 (4)、与芳醛缩合反应 芳香第一胺能与多种芳醛(如对二甲氨基苯甲醛、香草
醛等)缩合成具有颜色的希夫碱. (5)、铜盐反应 磺酰氨基上的氢原子,可被金属离子(如铜、银、钴等)取代,
生成不同颜色的难溶性沉淀,可用于鉴别。
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9、如何利用磺胺类药物的理化性质进行产品纯化?
答:利用主产物和副产物的解离常数不同,在不同pH条件下分别令主产物溶于
溶剂而副产物不溶,过滤后弃去固体;或者主产物不溶而副产物溶,过滤后弃去溶液。 10、“洗液与滤液合并后用浓盐酸调至pH 4~5,抽滤,得白色粉末。”这一步骤 可不可以省去,直接往“滤液与洗液合并液”中加三倍量的10%盐酸,再进行后 面的操作? 九、相关资料
磺胺类药物的作用机制
Wood-Fields学说(代谢拮抗学说)认为磺胺类药物之所以能抑制细菌生长,是因为这一类药物能与细菌生长所必须的对氨基苯甲酸(PAPB),使其蛋白质合成受阻。这一学说得到了近代分子模型实验的支持,即磺胺类药物的分子形状、大小及电荷分布于PAPB相似,因此能与PAPB竞争二氢叶酸合成酶,使细菌二
氢叶酸的合成受到干扰,最终影响细菌蛋白的合成,阻碍其生长。
十、参考文献
[1]. 尤启冬,王亚楼,李志裕. 药物化学实验指导[M].b北京:中国医药科技出版社,2000:111-112.
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