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如果穿越回了古代,怎么合成阿司匹林? 第1页

  

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这个,如果要求高纯度的阿司匹林的话,不可能
如果是说我合成一坨东西,里面有一丁点乙酰水杨酸,那倒是很有可能,反正副产物那么多,保不齐就有一点。
如果不要求特别高产率和纯度的话,只要有意义的产率和纯度,有现代人的知识,仍然是极其困难的。

以我的知识范围看……
我的知识范围就是,我不考虑使用酶促反应这种开挂的东西——实际上我也不知道有没有哪种易于提取的酶可以催化水杨酸的乙酰化——仅仅考虑我所熟悉的化学方法……

以下的答案纯属开脑洞……不保证切实的可行性……只是说说可能性…只有在非常理想的状态下才能够按照下面说的东西制备阿司匹林……非常非常理想的状态……

水平有限、能耐一般,如果有错请直接指出……

困难的关键是原料的获取
当然题主没有说是回到多么古代,我就默认题主的古代就是没有任何化工产品的年代,只能靠植物提取物矿物作为原料的时代。只能用古代的器皿和工艺,那么就要刨掉所有的高压、负压的反应条件,以及过柱子、精馏等等纯化手段。唯一可用的分离手段就是蒸馏……

阿司匹林是乙酰水杨酸,最基础的合成方法是用水杨酸和醋酐做酯化反应,浓硫酸作催化剂:

这个反应本身有多简单呢?就说一句,这个反应是一多半学化学的人这辈子做的第一个有意义的有机合成反应。几乎所有学校的本科的有机化学的教学实验中都必须安排这个反应。

所以只要获得上述反应的原料,合成就很容易了。
上述反应有三个基本原料:水杨酸,醋酸酐,硫酸


1.
水杨酸,salicylic acid,因为煤炭化工的发展,现代人可以从化石原料里面获取苯环。所以现在搞化学的人都把水杨酸这样的苯的简单衍生物作为一种最基础的化工原料,从化工厂里面一吨一吨拖出来的,所以基本没啥人还想的起来水杨酸为啥叫水杨酸了。

水杨酸之所以叫水杨酸,因为他本身也是一种天然产物,柳树、冬青树的树皮,以及杨柳科植物的树叶就是水杨酸的天然富集。水杨酸本身也有解热阵痛的作用,可以说是阿司匹林的前身。但是水杨酸有非常强的不良反应,阻碍了其广泛应用。
植物中水杨酸的提取方法就是基础的醇提法,把大量的杨柳树叶碾碎和酒精水溶液一起放在锅里面熬,古代获得乙醇水溶液还是不难的——蒸馏酒就可以,反正对最终产率和纯度要求不高。

水杨酸可能是该反应中最容易获得的原料了。


2.
浓硫酸。虽然在一千多年前就可以有硫酸了,但是浓硫酸的制备也是后来的事情。最早炼金术士用煅烧水合硫酸盐晶体的方法来制备硫酸,但是浓度只能到30%左右。这个浓度的硫酸是没法催化酯化的,相反倒是可以催化酯的水解。

古代可以实现的浓硫酸的制备方式可能只有一种,高温煅烧黄铁矿成硫酸亚铁,然后继续煅烧成硫酸铁,然后继续加热到480℃,分解成为氧化铁和三氧化硫。这是我能想到的唯一一个能在古代比较容易实现的制备浓硫酸的方法。

评论有同学提到铅室法,利用NOx做氧的传递催化制备浓硫酸,但是铅室法作为工业制备方法,虽然物料成本比较低,但是仍然是无法获得浓度非常高的硫酸。
当然合成阿司匹林的催化绝不止浓硫酸一种。草酸、柠檬酸、硫酸氢钠、磷酸二氢钾、对甲苯磺酸、分子筛、氯化铝等等都可以。其中分子筛是可以用膨润土这样的矿物代替的,这倒不困难。


3.
醋酸酐,这个在古代要想获取的话就是极其困难的事情。醋酸酐第一次在实验室的制备就已经是1852年了,利用的是醋酸钾和苯甲酰氯。现代实验室方法制备醋酸酐是利用醋酸钠和乙酰氯。
在古代,醋酸钾和醋酸钠不算难以获取;但是酰氯利用古代工艺的制备是非常困难的。

酰氯是一类化学性质十分活泼的化合物,在潮湿空气中可以和水反应变成酸和氯化氢,这种东西在古代不仅制备非常困难,甚至无法稳定储存。现代是怎么制备酰氯的呢?
是利用二氯亚砜、三氯化磷或者五氯化磷和羧酸反应。二氯亚砜的合成路线需要用到氯气和硫磺,而氯气可以用软锰矿和浓盐酸制备。浓盐酸是拿氯化氢气体溶于水,而纯的氯化氢的制备最早可以追溯到16世纪的日耳曼炼金术士利巴菲乌斯,在砂锅里高温煅烧水合食盐晶体。

但是如果2里面所说的,浓硫酸的制备非常顺利的话,浓盐酸可以采用Mannheim方法制备,即大家耳熟能详的,食盐和浓硫酸反应,加强热,高沸点酸制低沸点酸。

另一条路线是利用五氧化二磷脱水制备醋酐。利用白磷燃烧获得五氧化二磷作为脱水剂,但是五氧化二磷的脱水能力非常强,很可能直接将乙酸脱水碳化,
造成极低的产率。所以实际上这两条路线到底哪个好做仍然是需要做一下试试的。但是这条路线很短,一步到位,估计会比酰氯线更好一些。
同样这是一条不需要浓硫酸的路线,如果上面浓硫酸的制备出现了问题,决定用别的催化剂催化酯化的话,这个地方就可以利用五氧化二磷做了。


4.conclusion

所以综上所述,总结一下,可能的路线就是这样:

所需要用到的原生原料包括黄铁矿、空气、食盐、软锰矿、硫磺、醋酸和天然提取的水杨酸

硫酸的可能合成路线是这样:

得到的三氧化硫溶于水可以制备硫酸。

不使用硫酸的路径,利用五氧化二磷脱水:

需要的原料则是白磷、醋酸、水杨酸和作为催化剂的膨润土

但是一定要理解,上面这一系列反应都是非常不漂亮的反应同时还没有考虑溶剂的问题,只能默认我们可以用乙醇和乙酸制备乙酸乙酯,这样的话还是得制备浓硫酸。只有在非常理想的状态下才有可能得到有意义的量的最后需要的产品,而且最终的产率可能低得不可思议,且会混入非常多的杂质和副产品。而且利用古代的器皿,很可能需要开发一些新的试验方法才可能实现一些气液反应的过程。

合成阿司匹林在现在看来已经是现代有机合成化学里面最简单,最基础的反应,但是在化学工业体系还没有奠基的年代,对于穿越回去的人来说,这样简单的反应也会变得十分的复杂,甚至无法进行,这也不难理解为什么古人所用的药始终仅仅局限于动植物的直接提取物或者矿物了

石油和煤炭化工的发展为我们提供了源源不断的苯环,水杨酸现今也是实验室中最基础的药品之一。接触法制硫酸显著的降低了制备浓硫酸的成本,现在硫酸的产量是衡量一个国家化工产业规模的重要标准。电解食盐水则是为我们提供了源源不断的氯气和氯化氢,这使得合成一些性质活泼的化学品变得非常简单。

所以现在合成阿司匹林的成本低廉,是整个工业体系不断发展的结果。


user avatar   zhu-yifan-72-22 网友的相关建议: 
      

对质疑者:你们觉得没有计算机能解出来DNA结构吗?连100MHz NMR都没有的年代能做维生素B12的全合成吗?连硅胶都没有的1906年能做出色谱吗?但是这些都实实在在的发生了!1906年才有的第一根碳酸钙色谱,可是1853年就有阿司匹林的合成,1898年就成药上市了!你们说他们那时候是怎么做的?

你们呀,真是naive,在现代工业体系的温室里面呆了太久,都不敢相信前人是怎么艰苦奋斗过来的。

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——永远不要低估一颗穿越者的心

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小明是一个优秀的化学砖工,热爱DIY,通晓古汉语,能说会道

有一天小明正在过柱子的时候柱子炸了顺便把小明炸回了,比如说,宋朝

小明凭着合成肥皂,香水(没错就是抄袭家丁)之类的轻化工产品成功成为大地主,出任摄政王,迎娶小公主,走上人生巅峰(没错说的就是不差钱)

终于,这世上已经没有什么值得小明追求的东西了

于是他决定,要在这个世界里,合 成 阿 司 匹 林 (就是这么蛋疼)

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咳咳,正文在这里

0,小明昭告天下,召集天下能工巧匠入“研究寺”与他共(yi)创(qi)事(ban)业(zhuan),赐名号曰“研究生”。

1,小明先召集了几名优秀的银匠研究生,让他们做出了很大量的 银线 ,又找来木匠研究生在银线上刷上了一层木漆。召集铁匠研究生做出轴承,又找炼丹研究生拿到了汞,地里挖出了磁铁,用木炭屑做润滑。接上水车再通过轮轴调速,最终就可以制成传说中的直流发电机。

事实上金属锌的冶炼非常早,12世纪就已经能够拿到高纯度锌~所以做原电池也是so easy~

获得物品:直流电

2,小明派研究生到景德镇(或者某窑),购买了一堆精致的瓷质烧杯~驴皮阿胶和食盐一起熬后装入竹管做成盐桥,连接两个装着食盐水的烧杯,用银或木炭做电极,用刚才直流发电机发出的直流电电解之,即可得到高浓度的漂白水,高浓度高纯度的烧碱。用同样的思路,电解胆矾(硫酸铜)即可得到稀硫酸~

当然这些东西是相对比较容易取得的,不用电解法还可以用沉淀法啊,氧化法啊什么鬼的。

获得物品:烧碱,稀硫酸

3,小明把烧碱的溶液晾干,和石英砂一起放入石灰窑灼烧,再用烧碱水浸泡,即可得到硅酸钠水溶液。在大缸里放上硅酸钠水溶液,剧烈搅拌同时缓慢加入稀硫酸,课观察到大量白色沉淀。用细布过滤除去液体,磨碎后水洗,晾干,放入石灰窑中高温活化,磨细过筛,制得粗制硅胶。(我艹可以过柱子了呢!)(果然化学汪就算穿越了都无法摆脱过柱子的命运)

获得物品:粗制硅胶

4,小明来到酿酒铺子,买了N多酒~用瓷器和竹管搭成蒸馏系统,进行了N次蒸馏。虽然损失惨重,但是可以拿到一点点,90%以上的乙醇,以及一堆纯度差一点的乙醇。

获得物品:普通乙醇和劣质乙醇

5,小明去屠宰场(好吧屠户)那里搞到了大量猪骨。猪骨烧脆磨细,和石英砂,木炭混合放入石灰窑(万能的石灰窑)灼烧。用竹管讲石灰窑的废气引入水中,过滤得到白磷单质固体~点燃后还可获得五氧化二磷固体。

获得物品:白磷,五氧化二磷

6,小明小心的把一包氧化磷丢到了蒸馏过的稀硫酸里面,boom,搞出了一些相对比较浓的硫酸。

获得物品:浓硫酸

7,小明派研究生扒了一车柳树皮,拿回家后找了个大缸,用劣质乙醇煮树皮。许久之后,过滤得粗溶液。(是时候过一根柱子了)把粗硅胶用乙醇拌匀后放入竹筒,将粗溶液倒入竹筒上样,用乙醇淋洗。那么问题来了,水杨酸又没有颜色,怎么知道什么时候可以收?机智的小明想到,水杨酸和三价铁有非常特征的配位反应,生成一种在pH9的时候呈黄色的配合物。小明用稀硫酸溶解了一些铁锈,制得硫酸铁溶液用以检测水杨酸。(就假装这是点板子吧)把有反应的那些收集起来,晾干即可制得粗制水杨酸

获得物品:粗制水杨酸

8,小明在集市购买了一大缸山西老陈醋,木炭脱色+蒸馏得到浓度高一些的乙酸,再加入少量氧化磷即可得到高浓度乙酸

获得物品:冰醋酸

9,粗制水杨酸,冰醋酸,浓硫酸,氧化磷都有了,放一锅里煮一煮,加冰冷却,并用冷水洗涤。然后用传说中的重结晶大法~

即可得到纯度不错的阿司匹林

获得物品:阿司匹林

10,不行再过柱子喽

当然,最后小明还是死了,到死都没用上iphone。

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说到底,还是个钱的问题。要买瓷器做反应,要盖窑,要收购原料,要雇一大帮搬砖的(研究生?),要的都是钱钱钱。有了钱,大部分问题都是可以解决的。说起来现代化学用到的很多技术,当年也都是这样子在小作坊里捣鼓出来的。

文中没有提到任何玻璃器皿,但是玻璃器皿的制备绝对是在古代可以用钱解决的问题之一。毕竟纯碱,石灰和沙子一起烧就能烧出玻璃,改进工艺,吹出优美的玻璃制品对中国工匠来说简直不难。

文中也没有提到负压,但是其实压力差不太高的负压也并不是非常困难。利用伯努利原理,流体流速越快压强越小,把水担到3楼然后从细管里竖直流下去,细管里就会产生一个不错的负压,侧面开口接出去就可以减压了。问题的关键是密封,不过可以采天然橡胶用硫磺熏蒸用。

至于精馏,在没装备的时候其实还可以通过堆人工堆原料拿到优秀产品,就是费了点,还是有钱最重要。

小明有钱,他就能做出来阿司匹林。

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当然,故事真正的结局并不是这样的。小明过柱子的时候柱子炸了,于是他发明了一种可以在很高的压力下工作的色谱方法,叫做high pressure liquid-phase chromatography,简称HPLC。靠着专利分红,小明出任系主任,迎娶小师妹,荣获诺贝尔,走上人生巅峰。

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然而这也不是故事的结局。小明过柱子的时候柱子炸了,于是他给柱子涂上红色油漆,起了个名字叫“炸药”,卖给挖黄金的矿工用来炸开坚硬而不值钱的石头。靠着卖“炸药”的钱,小明出任系主任,迎娶小师妹,荣获诺贝尔,走上人生巅峰。

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其实故事的结局也不是这样。小明过柱子的时候柱子炸了,在爆炸发生的前1/1024秒的时间里,小明来到了五维空间。

他看到,在另一个时空里,自己回到了,比如,宋朝,出任摄政王迎娶小公主走上人生巅峰后,完成了人类首次合成阿司匹林并献给皇上,结果不小心把白磷撒进去把皇上毒死了然后就没有然后了。

他还看到,在另一个时空里,自己发明了一种可以在高压下工作的色谱叫HPLC,正要出任系主任,迎娶小师妹,荣获诺贝尔,走上人生巅峰之际,自己的HPLC被另一个HPLC,即Herrington Philosophy Learning Co.抢了风头,然后就没有然后了

他还看到,在另另一个时空里,自己卖炸药赚的万贯家财,正要出任系主任迎娶小师妹荣获诺贝尔之际把自己心爱的右手炸坏了,然后就没有然后了

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故事的结局:

小明擦了擦溅到脸上的溶剂,骂了一句“shit”。之后的1/256s内,他想到自己穿越回古代合成阿司匹林,想到自己发明了HPLC,想到自己卖炸药发家致富。他想到自己已经出任系主任,迎娶小师妹,荣获诺贝尔,走上人生巅峰。正在小明想到掺进阿司匹林的白磷,想到HPLC与Herrington Philosophy Learning Co.,想到自己炸坏的右手时,实验室门口处传来老板的声音:“小明!”声音震碎了实验室的防爆玻璃门。

小明一下子惊醒了,原来是自己过柱子的时候睡着了然后柱子炸了...

小明擦了擦溅到脸上的溶剂,骂了一句“shit"。之后的1/256s内........




  

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