制药工程实验

制药专业技能综合训练实验（二）
2016 - 2017学年第一学期
院系：材料与化学工程学院
授课班级：14制药工程
任课教师：张培
实验一盐酸普鲁卡因的合成
一、目的要求
1. 通过局部麻醉药盐酸普鲁卡因的合成，学习酯化、还原等单元反应。

2. 掌握利用水和二甲苯共沸脱水的原理进行羧酸的酯化操作。

3. 掌握水溶性大的盐类用盐析法进行分离与精制的方法。

二、实验原理
盐酸普鲁卡因为局部麻醉药，作用强，毒性低。

临床上主要用于浸润、脊椎与传导麻醉。

盐酸普鲁卡因化学名为对氨基苯甲酸2-二乙胺基乙酯盐酸盐，化学结构式为：
盐酸普鲁卡因为白色细微针状结晶或结晶性粉末，无臭，味微苦而麻。

熔点153~157℃。

易溶于水，溶于乙醇，微溶于氯仿，几乎不溶于氯仿。

合成路线如下：
三、仪器与试剂
试剂：对-硝基苯甲酸、β-二乙胺基乙醇、二甲苯、盐酸（3%）、浓盐酸、氢氧化钠（20%）、铁粉、活性炭、精制食盐、连二亚硫酸钠
仪器：温度计、三颈瓶（500 mL）、油浴锅、锥形瓶（250 mL）、布氏漏斗、抽滤瓶
四、实验内容
（一）对-硝基苯甲酸-β-二乙胺基乙醇（俗称硝基卡因）的制备在装有温度计、分水器与回流冷凝器的500 mL 三颈瓶中，投入对-硝基苯甲酸20 g、β-二乙胺基乙醇14.7 g、二甲苯150 mL 与止爆剂，油浴加热至回流（注意控制温度，油浴温度约为180℃，内温约为145℃），共沸带水6 h。

撤去油浴，稍冷，将反应液倒入250 mL 锥形瓶中，放置冷却，析出固体。

将上清液用倾泻法转移至减压蒸馏烧瓶中，水泵减压蒸除二甲苯，残留物以3%盐酸140 mL 溶解，并与锥形瓶中的固体合并，过滤，除去未反应的对-硝基苯甲酸，滤液（含硝基卡因）备用。

注释：
1. 羧酸和醇之间进行的酯化反应是一个可逆反应。

反应达到平衡时，生成酯的量比较少（约65.2 %），为使平衡向右移动，需向反应体系中不断加入反应原料或不断除去生成物。

本反应利用二甲苯和水形成共沸混合物的原理，将生成的水不断除去，从而打破平衡，使酯化反应趋于完全。

由于水的存在对反应产生不利的影响，故实验中使用的药品和仪器应事先干燥。

2. 考虑到教学实验的需要和可能，将分水反应时间定6 h，若延长反应时间，收率尚可提高。

3. 也可不经放冷，直接蒸去二甲苯，但蒸馏至后期，固体增多，毛细管堵
塞操作不方便。

回收的二甲苯可以套用。

4. 对-硝基苯甲酸应除尽，否则影响产品质量，回收的对-硝基苯甲酸经处理后可以套用。

（二）对-氨基苯甲酸-β-二乙胺基乙醇酯的制备
将上步得到的滤液转移至装有搅拌器、温度计的500 mL 三颈瓶中，搅拌下用20%氢氧化钠调pH 4.0~4.2。

充分搅拌下，于25℃分次加入经活化的铁粉，反应温度自动上升，注意控制温度不超过70℃（必要时可冷却），待铁粉加毕，于40~45℃保温反应2 h。

抽滤，滤渣以少量水洗涤两次，滤液以稀盐酸酸化至pH 5。

滴加饱和硫化钠溶液调pH7.8~8.0，沉淀反应液中的铁盐，抽滤，滤渣以少量水洗涤两次，滤液用稀盐酸酸化至pH 6。

加少量活性炭，于50~60℃保温反应10 min，抽滤，滤渣用少量水洗涤一次，将滤液冷却至10℃以下，用20% 氢氧化钠碱化至普鲁卡因全部析出（pH 9.5~10.5），过滤，得普鲁卡因，备用。

注释：
1. 铁粉活化的目的是除去其表面的铁锈，方法是：取铁粉47 g，加水100 mL，浓盐酸0.7 mL，加热至微沸，用水倾泻法洗至近中性，置水中保存待用。

2. 该反应为放热反应，铁粉应分次加入，以免反应过于激烈，加入铁粉后温度自然上升。

铁粉加毕，待其温度降至45℃进行保温反应。

在反应过程中铁粉参加反应后，生成绿色沉淀Fe(OH)2，接着变成棕色Fe(OH)3，然后转变成棕黑色的Fe3O4。

因此，在反应过程中应经历绿色、棕色、棕黑色的颜色变化。

若不转变为棕黑色，可能反应尚未完全。

可补加适量铁粉，
继续反应一段时间。

3. 除铁时，因溶液中有过量的硫化钠存在，加酸后可使其形成胶体硫，加活性炭后过滤，便可使其除去。

(三)盐酸普鲁卡因的制备
1. 成盐
将普鲁卡因置于烧杯中，慢慢滴加浓盐酸至pH 5.5，加热至60℃，加精制食盐至饱和，升温至60℃，加入适量保险粉，再加热至65~70℃，趁热过滤，滤液冷却结晶，待冷至10℃以下，过滤，即得盐酸普鲁卡因粗品。

2. 精制
将粗品置烧杯中，滴加蒸馏水至维持在70℃时恰好溶解。

加入适量的保险粉，于70℃保温反应10 min，趁热过滤，滤液自然冷却，当有结晶析出时，外用冰浴冷却，使结晶析出完全。

过滤，滤饼用少量冷乙醇洗涤两次，干燥，得盐酸普鲁卡因，mp.153~157℃，以对-硝基苯甲酸计算总收率。

注释：
1. 盐酸普鲁卡因水溶性很大，所用仪器必须干燥，用水量需严格控制，否则影响收率。

2. 严格掌握pH 5.5，以免芳胺基成盐。

3. 保险粉为强还原剂，可防止芳胺基氧化，同时可除去有色杂质，以保证产品色泽洁白，若用量过多，则成品含硫量不合格。

五、思考题
1. 在盐酸普鲁卡因的制备中，为何用对-硝基苯甲酸为原料先酯化，然后再进行还原，能否反之，先还原后酯化，即用对-硝基苯甲酸为原料进行酯化？为什么？
2. 酯化反应中，为何加入二甲苯做溶剂？
3. 酯化反应结束后，放冷除去的固体是什么？为什么要除去？
4. 在铁粉还原过程中，为什么会发生颜色变化？说出其反应机制。

5. 还原反应结束，为什么要加入硫化钠？
6. 在盐酸普鲁卡因成盐和精制时，为什么要加入保险粉？解释其原理。

实验二大黄中蒽醌的提取分离与鉴定
一、实验目的
1.掌握pH梯度萃取法的原理与操作技术；
2.熟悉缓冲液的配制方法、如何选择萃取剂与其用量；
3.了解蒽醌类化合物的鉴定方法。

二、实验原理：
大黄为泻下、清热解毒、活血化瘀中药，有“推陈致新”的作用。

品种繁多，质优者为蓼科植物掌叶大黄（Rheum Palmatum L.）。

药用大黄（Rheum officinale Baill）和唐古特大黄（R·tang uticum Maxim ex Reg）的根。

大黄中具有泻下作用的成分是几种蒽醌衍生物，其中甙是主要的成分，因其泻下作用常强于相应的甙元，甙元主要包括大黄酚、大黄素、大黄酸、芦荟大黄素和大黄素甲醚共五种蒽醌甙元。

大黄的致泻效力与其中的结合性大黄酸含量成正比。

游离的蒽醌甙元几无致泻作用。

具有较强的致泻作用的蒽醌甙有以下几种：大黄酚-1-葡萄糖甙、大黄素-6-葡萄糖甙、芦荟大黄素-8-葡萄糖甙、大黄酸-8-葡萄糖甙、大黄素甲醚葡萄糖甙、还含有蒽醌衍生物的双糖甙，如：大黄素双葡萄糖甙、芦荟大黄素双葡萄糖甙、大黄酚双葡萄糖甙以与番泻甙A和B，番泻甙C，番泻甙的泻下作用，较蒽醌甙为强，但含量远较后者为少。

近年来，日本人西冈五夫从大黄中分离出四种新的大黄泻下成分，称大黄酸甙A、B、C、D。

除此外还含有大黄鞣酸与相关物质。

如：没食子酸（一部分是游离的，一部分是结合成没食子酰葡萄糖甙），儿茶精，此类鞣质与相关物质有止泻作用与蒽醌衍生物的甙类之泻下作用恰恰相反。

1、大黄酚（chrysopanol）
金黄色片状结晶。

Mp196℃（乙醇或苯），能升华，可溶于丙酮、醋酸、氯仿、甲醇、乙醇、热苯，微溶于石油醚、氯仿，不溶于水，NaHCO3和Na2CO3水溶液，可溶于NaOH溶液。

2、大黄素（Emodin）
橙黄色针状结晶，mp256～257℃（乙醇或冰醋酸）能升华，其溶解度：氯仿0.14%，苯0.041%, 氯仿0.0718%，几不溶于水，易溶于乙醇，可溶于稀氨水，Na2CO3水溶液。

大黄素具有抑制小鼠黑色瘤和小鼠乳腺瘤的作用。

3、芦荟大黄素（Aloeemodin）
黄色针状结晶，mp223～224℃（甲苯）能升华，可溶于氯仿、苯、热乙醇、稀氨水、Na2CO3和NaOH水溶液。

4、大黄酸（Rhein）
黄色针状结晶，mp321～322℃（升华）。

不溶于水，能溶于吡啶、碳酸氢钠水溶液，微溶于乙醇、苯、氯仿、氯仿、石油醚。

大黄酸对艾氏腹水癌有抑制作用。

5、大黄素甲醚（Physcion）
红色针晶mp206℃（苯）能升华。

溶解性能似大黄酚。

6、羟基蒽醌甙类
①大黄素甲醚葡萄糖甙（Physcion monoglucoside）
黄色针晶mp235℃
②芦荟大黄素葡萄糖甙（Aloe-emodin monoglucoside）
mp239℃
③大黄素葡萄糖甙（Emodin monoglucoside）
mp190～191℃浅黄色针晶
④大黄酸葡萄糖甙（Rhein monoglucoside）
mp266～270℃
⑤大黄酚葡萄糖甙（Chrysophanol monolucoside）
mp245～246℃
⑥大黄素-l-O-β-D-葡萄糖甙（1-0-β-D-glucopyranosyl emodin）
mp239～241℃
⑦芦荟大黄素-W-O-β-D-葡萄糖甙（W-O-β-D- glucopyranosyl aloe-emodin）
mp187～189℃
⑧大黄酸甙A、B、C、D
大黄酸甙A：R=OH 大黄酸甙B：R=OH
大黄酸甙C：R=H 大黄酸甙D：R=H
本实验根据大黄中的蒽醌苷类在酸性条件下加热，可水解成游离羟基蒽醌和糖，而游离羟基蒽醌不溶于水，可溶于乙醚、氯仿等亲脂性有机溶剂的性质，从水解物中将游离羟基蒽醌提出，再利用游离羟基蒽醌的酸性不同，采用pH梯度萃取法将其分离。

三、仪器、材料与试剂
仪器：500mL圆底烧瓶、烧杯、滴管、橡皮管、球形冷凝管（30cm）层析缸、标本瓶、索氏提取器一套、250mL分液漏斗、布氏漏斗、抽滤瓶、普通滤纸、薄层板、喷雾器、广泛PH试纸。

材料与试剂：大黄、NaHCO3、Na2CO3、NaOH、硫酸、氨水、盐酸、氯仿、石油醚、醋酸乙酯。

四、实验内容
1.游离蒽醌的提取
称取大黄粗粉50g，加20% H2SO4水溶液150mL，在水浴上加热3-4小时，放冷，抽滤，滤饼水洗至近中性，抽滤，于70℃干燥后，研碎，置索氏提取器中，加入氯仿150mL回流提取3-4小时，得到氯仿提取液。

2.PH梯度萃取分离
（1）将氯仿提取液加入250mL分液漏斗中，以40mL 2.5% NaHCO3水溶液萃取三次，合并三次NaHCO3萃取液，用浓盐酸酸化，可得大黄酸沉淀。

（注意：加酸时应缓慢加入，以防酸液溢出）
（2）经2.5% NaHCO3水溶液萃取后的氯仿层，继以2.5% Na2CO3水溶液萃取三次，每次40mL，合并三次Na2CO3萃取液，并酸化，得大黄素沉淀。

（酸化时注意操作同前）
（3）经2.5% Na2CO3水溶液提取后的氯仿液，再以0.25% NaOH水溶液提取约四次，每次30mL，合并四次萃取液，酸化得芦荟大黄素沉淀。

（酸化时操作注意同前）
（4）经0.25% NaOH水溶液萃取过后氯仿层以5% NaOH水溶液萃取四次，每次30 mL，合并NaOH萃取液，酸化得沉淀。

沉淀为大黄酚和大黄素甲醚混合物。

3.用纤维素粉柱层析法分离大黄酚和大黄素甲醚。

（1）纤维素粉的制备：
将新华滤纸（或其边角纸屑）剪成小片，称取15g，加入稀硝酸（每100mL水中加65～68%的硝酸5mL）300mL，加热水解（约2小时），抽滤（G3号耐酸漏斗），滤饼用蒸馏水洗至中性，再加少量乙醇、氯仿依次各洗涤一次，待挥发掉残存的氯仿后，低温烘干，粉碎，过120目筛备用。

（2）装柱：将纤维素粉约8g，用水泡和石油醚（BP60～90℃）按湿法装柱。

（3）样品上柱：将样品溶液用移液管小心加入层析柱柱床顶端。

（4）洗脱：用水泡和石油醚（BP60～90℃）洗脱，分段收集，每份10mL，分别浓缩，经纸层析检查（纸层析条件同上），相同者合并，分别收集大黄酚和大黄素甲醚。

大黄酚用醋酸乙酯重结晶后测熔点。

4.大黄酚的鉴定
（1）在薄层板上用点滴反应检查大黄酚对NaOH，MgAc2试液的反应。

（2）测定大黄酚的紫外光谱。

（3）用溴化钾压片法，测定大黄酚的红外光谱。

五、思考题
1. 简述大黄中5种游离羟基蒽醌化合物的酸性与结构的关系。

2. pH梯度萃取法的原理是什么？如何利用该方法分离大黄中的5种游离羟基蒽醌化合物？
实验三抗癫灵的制备
一、实验目的
掌握抗癫灵的合成路线与操作技术。

二、实验原理：
抗癫灵化学名为二丙基乙酸钠(或2-丙基戊酸钠)，是一种新型的抗癫病药物。

从化学结构讲，该药和现有抗癫痫药不同，结构简单且不含氮原
子。

据报道，单独使用本品或与其他抗癫殉药并用，可以予防和控制多种类型癫病发作，如失神性小发作、大发作、精神运动型发作、肌阵挛发作、癫病性精神症状(痴呆和性格异常等)，除颞叶癫痫外，本品对于使用现有药物难以控制的各种类型的顽固性癫痫均有较好的疗效；其毒性低，副作用小，对肝、肾、心、血液系统均无影响，利于长期服用，这是优于现有药物的另一重要特点。

本实验采用的合成方法是以丙二酸二乙酯和溴代正丙烷为原料，经烷基化、水解、脱竣和成
盐四步反应制备得到抗癫灵。

该法原料易得、反应平稳、收率较高，产品质量良好。

合成路线：
三、仪器与试剂
乙醇钠、丙二酸二乙酯、溴代正丙烷、氢氧化钾、氢氧化钠、醋酸乙酯、500 mL 三颈烧瓶、搅拌器、衡压滴液漏斗、回流冷凝管、油浴、布氏漏斗、抽滤瓶
四、实验内容
1、二丙基丙二酸二乙酯的制备(烷基化)
在装有密封搅拌器、衡压滴液漏斗和回流冷凝管(附有氯化钙干燥管)的500 mL 三颈烧瓶中，投入乙醇钠溶液183 mL，搅拌下，外浴加热至80 ℃左右，开始滴加丙二酸二乙酯32 g，加毕，搅拌反应10 min后，滴加溴代正丙烷55.8 g，约30 min加完，再搅拌回流反应2 h。

室温下静置2 h，过滤除去溴化钠，以少量无水乙醇洗涤滤饼，合并滤液和洗液，常压蒸馏回收乙醇，得到油状物二丙基丙二酸二乙醋粗品(不经蒸馏可直接进行下步反应)。

2．二丙基丙二酸的制备(水解)
在500 mL 三颈烧瓶中加入二丙基丙二酸二乙酯粗品和氢氧化钾水溶液（66.7 g溶于100 mL），快速搅拌下，加热回流4 h。

然后蒸除反应生成的乙醇，将反应物冷却至10 ℃以下，用浓盐酸中和至pH 2，静置，滤集二丙基丙二酸，粗品以氯仿精制，得白色针状结晶，计算收率。

3. 二丙基乙酸的制备(脱羧)
在250 mL 三颈烧瓶中加入二丙基丙二酸，油浴加热至内温达
160-180 ℃，反应物逐渐融熔，并伴有二氧化碳逸出，于180 ℃下保持半小时，待无二氧化碳气体逸出时，用水泵抽去低沸物，然后改用油泵进行真空蒸馏，收集沸程为111-115 ℃/10-12 毫米汞柱之馏份，得无色油状液体二丙基乙酸，计算收率。

4. 二丙基乙酸钠的制备(成盐)
在装有二丙基丙二酸的500 mL 烧瓶中，缓缓加入配制好的氢氧化钠水溶液(pH 8-9)。

在水浴上加热浓缩至干，得到白色固体钠盐。

用醋酸乙酯重结晶，过滤收集产品，计算收率。

实验四扁桃酸的制备
一、实验目的
1掌握扁桃酸的制备方法
2了解相转移催化的基本原理
3学习掌握重结晶的实验方法
二、实验原理
扁桃酸（mandelic acid），又名苦杏仁酸、苯羟乙酸、α-羟基苯乙酸，是一种有着广泛用途的化学中间体，在有机合成和药物生产中有着广泛的用途。

扁桃酸具有较强的抑菌作用，可用于治疗泌尿系统疾病，同时也是合成尿路杀菌剂扁桃酸乌洛托品、末梢血管扩张剂环扁桃酸酯、乌托品类解痉剂[1]、滴眼药羟基苄唑等许多抗生素药物的重要中间体。

本实验主要采用相转移催化( phase transfer catalysis, PTC)法来合成扁桃酸，相转移催化在药物合成中的应用日趋广泛，它使一些难以进行的非均相反应顺利完成，是一种比较新的合成方法。

此法收率较高、条件温和、操作简单，受到了人们的广泛重视。

季铵盐氯化三乙基苄基胺（TEBA）是一种优良的PTC 试剂，它不仅可作为实验室有机合成的良好的PTC试剂，而且已应用于工业生产中，取得了较好的效果。

三、主要试剂和仪器
苯甲醛，TEBA，氯仿，氯仿，氢氧化钠，硫酸，无水硫酸钠，甲苯均为国产化学纯试剂。

四、实验步骤
在装有磁力搅拌器、冷凝管、滴液漏斗的250 ml 三颈瓶中，加入10.6ml苯甲醛、1.5g TEBA、20ml氯仿。

开动搅拌器，逐渐加热。

当温度上升至55~65℃，开始缓慢滴加50%氢氧化钠溶液25ml。

维持反应温度在55~65℃左右。

滴加完毕，继续搅拌1h，至反应液的pH约为7，停止搅拌。

反应混合物用100ml 水稀释，以氯仿萃取两次，每次20ml，除去未反应的氯仿等有机物。

水层用50 %H2SO4酸化至pH为1～2，以氯仿萃取两次，每次20 ml，合并醚层萃取液，无水Na2SO4干燥，蒸除氯仿，得粗产物14g，产率92 %。

粗产物用少量甲苯重结晶，称重，计算收率。

注意事项:
1. TEBA可以用三乙胺和苄氯制备
2. 滴加氢氧化钠溶液时速度要慢
3. 重结晶可以用石油醚加热溶解后，滴加乙酸乙酯至有大量固体析出，抽滤，干燥得白色结晶。