Кратко — возможные побочные реакции, источники примесей и технологические ошибки с мерами предотвращения.
1) Основная целевая реакция (для контекста)
$${\mathrm{C}}_7{\mathrm{H}}_6{\mathrm{O}}_3+(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{)}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{C}}_9{\mathrm{H}}_8{\mathrm{O}}_4+\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$$
2) Типичные побочные реакции и примеси
- Гидролиз ангидрида:
$$(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{)}_2\mathrm{O}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 2\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$$ Последствие: меньше ацетилирующего реагента → пониженный выход.
- Гидролиз аспирина (обратная реакция):
$${\mathrm{C}}_9{\mathrm{H}}_8{\mathrm{O}}_4+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{C}}_7{\mathrm{H}}_6{\mathrm{O}}_3+\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$$ Результат — остаток салициловой кислоты и уксусная кислота.
- Термическое/кислотное разложение (задымление, образование тёмных смол): даёт окрашенные примеси и потерю продукта.
- Оставшийся неацетилированный салицилат (неполная реакция при недостатке ангидрида/катализатора).
- Следы катализатора (H2SO4, H3PO4) или продукт взаимодействия катализатора с реакционной смесью (цветные примеси).
- Примеси от растворителя/реагентов (влажный реагент, загрязнённый салицилат).
3) Типичные технологические ошибки и как их избежать
- Наличие воды/влажной посуды:
- Проблема: гидролиз ангидрида и аспирина.
- Предотвращение: сухая посуда, сухие реагенты, работа быстро; если возможно — использовать свежий высушенный ангидрид.
- Неправильный стехиометрический режим:
- Проблема: недостаток ангидрида → неполная ацетилизация.
- Предотвращение: брать небольшой избыток ангидрида, например $1.05-1.2$ экв.
- Неправильная температура/время:
- Проблема: недостаточная температура/время — низкая конверсия; слишком высокая или длительная — гидролиз/разложение.
- Предотвращение: поддерживать рекомендованную температуру (обычно около $70-90{}^{\circ }\mathrm{C}$) и контролировать по TLC.
- Неправильное охлаждение/введение воды при «выбросе» ангидрида:
- Проблема: тёплая/избыточная вода растворяет и гидролизует продукт.
- Предотвращение: добавлять холодную воду или лёд медленно, охлаждать реакционную смесь до низкой температуры перед разбавлением.
- Неправильная кристаллизация/перекристаллизация:
- Проблема: слишком много растворителя → потеря выхода; очень горячая фильтрация/мытьё тёплой водой — растворение продукта; агрессивная очистка щёлочью — превращение в соль.
- Предотвращение: выбирать подходящий растворитель (этанол, этиловый эфир/ацетат), использовать минимальный объём горячего растворителя, охлаждать медленно, мыть кристаллы холодной водой, не промывать содой (NaHCO3) — это растворит ацид.
- Потери при фильтрации/сушке:
- Проблема: тонкие кристаллы уносятся, пересушка при высокой температуре вызывает разложение.
- Предотвращение: вакуум-фильтрация на холоде, аккуратное сушение при умеренной температуре $\sim 50-60{}^{\circ }\mathrm{C}$ в вакууме.
- Избыток/сильный кислотный катализатор:
- Проблема: образование окрашенных побочных продуктов и разложение.
- Предотвращение: минимальная эффективная доза катализатора; удалить/разбавить перед рекристаллизацией.
4) Контроль качества и диагностика проблем
- TLC/ХПЛХ для контроля завершённости реакции и выявления примесей.
- Проверка точки плавления: пониженная и расширенная точка плавления указывает на примеси.
- IR: присутствие широкого пика О–Н (салициловая кислота) или сильных карбонильных полос даст подсказки.
- Если запах/примеси — проверить присутствие уксусной кислоты/остатков ангидрида (запах).
Краткие рекомендации для высокой чистоты и выхода: сухие реактивы, небольшой избыток ангидрида, оптимальная температура $70-90{}^{\circ }\mathrm{C}$, контроль по TLC, медленное охлаждение и промывка холодной водой, минимальный объём растворителя при рекристаллизации, сушка при $50-60{}^{\circ }\mathrm{C}$.