从甲苯出发合成苯甲酸甲酯.doc

·研究论文· 由甲苯出发合成苯甲酸甲酯 王 亮 宋家伟 大连大学环化学院 化工系 大连 116022 指导老师：李德鹏 姜岚 摘要：实验研究了甲苯氧化制备苯甲酸，再甲酯化合成苯甲酸甲酯的方法。苯甲酸以甲苯为原料，高锰酸钾为氧化剂的氧化反应而得到。传统方法制苯甲酸的产率仅50.0%。而用廉价洗衣粉为相转移催化剂，操作简单易行，反应时间大大缩短，可使苯甲酸的产率提高到72.0%。而制苯甲酸甲酯时可利用带水剂和分水器，省略蒸馏甲醇这一步，也操作简便，且提高了产率。 关键词：苯甲酸甲酯；洗衣粉；分水器；相转移催化 苯甲酸俗名安息香酸,是一种无色针状结晶,微溶于水,易升华,其钠盐是一种温和的防腐剂，广泛应用于食品工业（现已禁用）。甲苯的高锰酸钾氧化，是合成苯甲酸的重要方法之一。但是此方法往往需要小心分批加入高锰酸钾，接着反应长达3个小时以上。为了解决反应过程中时间长、操作不便、产率低等问题，我们加入了廉价的洗衣粉，使反应时间缩短，产率提高。 苯甲酸甲酯又名安息酸甲酯、尼哦油，是一种重要的酯类化合物，具有果香味。作为原料广泛应用于有机合成，可以用于配制菠萝、草莓、樱桃等香料，或作为纤维素酯、纤维素醚、树胶、橡胶等的溶剂。实验室合成苯甲酸甲酯主要是用浓硫酸作催化剂，通过苯甲酸与甲醇反应制得。但传统的操作方法麻烦，频繁改变装置。对此，我们改进装置，利用分水器使操作简单易行。 1.实验部分 实验药品与仪器 甲苯（AR），高锰酸钾（AR)，NaHSO3，盐酸（AR），苯甲酸（AR），甲醇（AR），浓硫酸（AR），无水硫酸镁（AR），10％碳酸钠溶液，洗衣粉，石蕊试纸 加热器（巩义市予华仪器有限公司），铁架台（天津市东丽教学仪器厂），球形冷凝管、分水器、直形冷凝管、烧瓶、分液漏斗（天波仪器厂） 实验原理 酯化反应为可逆反应，所以生成的水可能使反应逆向移动。 实验步骤 1.3.1 氧化反应 一般氧化 向配有回流冷凝管的250 mL烧瓶中,加入6 mL（0.07mol)甲苯、18 g（0.11mol)高锰酸钾溶于100 mL水的溶液。加热回流3 h，趁热抽滤，滤液加入NaHSO3粉末至滤液澄清。用盐酸调节酸度至石蕊试纸变红，冷却抽滤的粗品。热水重结晶，干燥后的苯甲酸晶体。 加入洗衣粉相转移催化 向配有回流冷凝管的250 mL烧瓶中,加入6 mL（0.07mol)甲苯、18 g（0.11mol)高锰酸钾溶于100 mL水的溶液和1 g洗衣粉。加热回流1 h，趁热抽滤，滤液加入NaHSO3粉末至滤液澄清。用盐酸调节酸度至刚果红试纸变蓝，冷却抽滤的粗品。热水重结晶，干燥后的苯甲酸晶体。 1.3.2酯化反应 不除水 在50mL干燥的圆底烧瓶中放入6.1g(0.05 mol)苯甲酸和16.5 mL(0.525 mol) 甲醇，在摇动下加入2 mL浓硫酸，加入几粒沸石，装配上回流冷凝管，用小火加热回流1 h。将回流装置改为蒸馏装置，加热，蒸馏出尽可能多的甲醇。残留液冷却后倒入分液漏斗中，用20 mL水洗涤2次、然后用10％碳酸钠溶液每次10 mL洗涤2次、再每次用20 mL水洗涤2次得到粗苯甲酸甲酯。将之用无水硫酸镁干燥后，倒入50 mL圆底烧瓶中，加入几粒沸石，减压蒸馏，收集100℃的馏分. 使用分水器 在50 mL干燥的圆底烧瓶中放入6.1g(0.05 mol)苯甲酸、16.5 mL(0.525 mol) 甲醇和20ml甲苯（0.22mol)，在摇动下加入2 mL浓硫酸，加入几粒沸石，装配上加有分水器的回流冷凝管，用大火加热回流2h，放出分水器中的水，继续加热，期间不断减少分水器中的液体，直至蒸馏瓶中水性液体全部蒸出，停止加热。残留液冷却后倒入分液漏斗中，用20 mL水洗涤2次、然后用10％碳酸钠溶液每次10 mL洗涤2次、再每次用20 mL水洗涤2次得到粗苯甲酸甲酯。将之用无水硫酸镁干燥后，倒入50 mL圆底烧瓶中，加入几粒沸石，减压蒸馏，收集100℃的馏分 2. 结果与讨论 2.1 氧化反应 表1. 氧化产率对比 项 目 反应时间（h） 产量（g） 产率（%） 一般氧化 3 2.38 49.6 PTC催化 1 3.45 71.9 图1. 氧化产率对比 在氧化反应中加入了洗衣粉，所得的产率提高了20%。而且时间也缩短了一半。 原因在于洗衣粉中的烷基苯磺酸钠是一种相转移催化剂。由于甲苯不溶于水，在和高锰酸钾溶液反应时，只是在两个液面层接触的地方反应，所以通常反应速度很慢，花费时间很长，产率还很低。而相转移催化剂可以在两相间转移负离子，一般存在相转移催化的反应，都存在水溶液和有机溶剂两相，离子型反应物往往可溶于水相，不溶于有机相，而有机底物则可溶于有机溶剂之中。相转移催化剂的存在，可以与水相中的离子所结合，并利用自身对有机溶剂的亲和