研究与创新化学实验方案苯甲酸的制备.docx

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研究与创新化学实验方案苯甲酸的制备

研究与创新化学实训

苯甲酸的制备

一、实验目的

1.学习从甲苯、高锰酸钾和盐酸制备苯甲酸的原理的方法；

2.进一步熟练掌握回流反应、减压过滤、重结晶等操作。

二、合成反应式

KMnO4+COOK

+MnO2+H2

O+HClCOOH

+KClCH3COOK

三、实验仪器及试剂仪器：

250mL圆底烧瓶、球形冷凝管、表面皿、布氏漏斗、吸滤瓶，量筒（100ml，10ml），烧杯（400ml）。

试剂：

甲苯、浓盐酸（25%）、高锰酸钾、亚硫酸氢钠。

四、实验步骤

在250毫升圆底烧瓶中放入3.45g（4.05ml，0.0375mol）甲苯和150ml水，投入沸石数块，瓶口装上回流冷凝管，打开冷凝水，在石棉网上加热至沸。

从冷凝管上口分数次加入12g（0.075mol）高锰酸钾，并用少量水冲洗冷凝管内壁。

继续回流并时常摇动烧瓶，当甲苯层近乎消失，回流不再出现油珠时，停止加热。

（此过程可能约需两个小时）

将反应混合物趁热用水泵减压过滤，用少量热水洗涤滤渣二氧化锰，洗涤的过程是将抽气暂时停止，在滤渣上加少量水，用玻棒小心搅动（不要使滤纸松动）使用在滤渣润湿，静置一会儿再行抽气。

如果滤液呈紫色，可加入少量的亚硫酸氢钠溶液使紫色褪去，并重新抽滤。

将滤液倒入400mL烧怀中，烧杯放在冷水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化，直到苯甲酸全部析出为止。

抽滤，压干，若产品不够纯净，可用水重结晶，必要时加少量活性炭脱色。

干燥后称量并计算产率。

五、注意事项

1.高锰酸钾要分批加入，并用少量蒸馏水冲洗管壁上的粉末。

2.控制氧化反应速度；防止发生暴沸冲出现象。

3.酸化要彻底，使苯甲酸充分结晶析出。

5.NaHSO3小心分批加入，温度也不能太高，否则会发生暴沸；而若还原不彻底，会影响产品颜色和纯度。

苯甲酸的重结晶提纯实验原理：

苯甲酸在水中的溶解度随温度的变化较大，

通过重结晶可以使它与杂质分离，

而达到分离提纯的目的。

温度/℃255095

苯甲酸在水中的溶解

度/g0.170.956．8

实验仪器：

烧杯、铁架台（带铁圈）、酒精灯、普通漏斗、布式漏斗、铜漏斗、玻璃棒、抽滤瓶、滤纸、石棉网、

实验步骤：

二、过滤

①将准备好的铜漏斗放在铁架台的铁圈上，漏斗下放一小烧杯，点燃酒精灯加热，在漏斗里放一张折叠好的折叠滤纸，并用少量热水润湿。

这时将上述热溶液尽快地沿玻璃棒倒入漏斗中，每次倒入的溶液不要太满，也不要等溶液滤完后再加。

所有溶液过滤完毕后，用少量热水洗涤锥瓶和滤纸。

②将烧杯中的混合液趁热过滤。

（过滤时可用坩埚钳夹住烧杯，避免烫手），使滤液沿玻璃棒缓缓注入过滤器中。

三、冷却结晶

将滤液静置冷却，观察烧杯中晶体的析出。

待结晶完全析出后，用布氏漏斗抽滤，并用少量冷蒸馏水洗涤结晶，以除去结晶表面的母液。

洗涤时，先从吸滤瓶上拔去橡皮管，然后加入少量冷蒸馏水，使结晶体均匀浸透，再抽滤至干。

如此重复洗涤2次。

四、将得到的苯甲酸晶体交到指定地方，让其慢慢干燥，同时便于老师打分。

注意事项：

1.加热后的烧杯不要直接放在实验台上，以免损坏实验台。

2.进行趁热过滤时，注意使烧杯保持适当的倾斜角度，同时注意安全，防止烫伤。

3.不要用手直接接触刚加热过的烧杯、铁架台。

4.注意活性炭的加入时间和热过滤时的速度。

5.抽滤时注意先接橡皮管，抽滤后先拔橡皮管。

附：

苯甲酸

别名:

安息香酸

分子式C

7H

6

O

2

；C

6

H

5

COOH外观与性状鳞片状或针状结晶，具有苯或甲醛的臭味

分子量:

122.13蒸汽压:

0.13kPa/96℃闪点：

121℃

熔点:

121.7℃沸点：

249.2℃

溶解性:

微溶于水，溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯、四氯化碳等有机溶剂。

密度:

相对密度（水=1）1.27；相对密度（空气=1）4.21

稳定性:

稳定

主要用途:

用作制药和染料的中间体，用于制取增塑剂和香料等，也作为钢铁设备的防锈剂

苯甲酸是弱酸，比脂肪酸强。

它们的化学性质相似，都能形成盐、酯、酰卤、酰胺、酸酐等，都不易被氧化。

最初苯甲酸是由安息香胶干馏或碱水水解制得，也可由马尿酸水解制得。

工业上苯甲酸是在钴、锰等催化剂存在下用空气氧化甲苯制得；或由邻苯二甲酸酐水解脱羧制得。

苯甲酸及其钠盐可用作乳胶、牙膏、果酱或其他食品的抑菌剂，也可作染色和印色的媒染剂。

实验室中制备苯甲酸多采用甲苯高锰酸钾氧化法。

采用此法进行制备苯甲酸，高锰酸钾作为氧化剂，在碱性条件下进行反应，产率在68%-74%之间，产生的二氧化锰沉淀过多，反应时间较长。

由于高锰酸钾是水溶性的，通常情况下很难与油溶性的甲苯发生反应。

加入相转移催化剂（PTC），则可加速或使互不相容的两相中的物质发生反应。

在酸性介质中用相转移催化法来强化苯甲酸的制备反应，反应缩短2-3h，产率提高8%以上，二氧化锰沉淀减少15%，以苯作溶剂，产率提高15%以上，二氧化锰沉淀减少25%.采用苄基三一基氯化铵和十六烷基三丁基溴化磷做催化剂，产率分别是50.5%，70.1%，但催化剂昂贵，反应时间长达7h以氧化铁为催化剂、n（甲苯）：

n（高锰酸钾）=1:

1，分段加热的新工艺4h（75℃加热1.5h,85℃加热1.5h,95℃加热1h），产率可达74.32%，反应时间4h.在制备过程中，高锰酸钾配成饱和溶液直接加入反应器，不必分次加入den莫，这不仅有利于反应，减少环境污染，还大大方便了操作。

此外，采用苯甲酸苄酯的苯溶液与氢氧化钠水溶液在少量TBAB作相转移催化剂的情况下反应液可得到苯甲酸，反应6h苯甲酸收率超过70%。

相转移催化剂（Phasetransfercatalyst）简称PTC或PT，是20世纪70年代以来在有机合成中应用日趋广泛的一种新的合成技术。

在有机合成中常遇到非均相有机反应，这类反应的通常速度很慢，收率低，反应不完全的缺点。

但如果用水溶性无机盐，用极性小的有机溶剂溶解有机物，并加入少量（0.05mol以下）的季铵盐或季磷盐，反应则很容易进行，这类能促使提高反应速度并在两相间转移负离子的鎓盐，称为相转移催化剂。

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。

不存在相转移催化剂时，两相相互隔离，几个反应物无法接触，反应进行得很慢。

相转移催化剂的存在，可以与水相中的离子所结合（通常情况），并利用自身对有机溶剂的亲和性，将水相中的反应物转移到有机相中，促使反应发生。

二.苯甲酸乙酯的制备

A.实验目的

a）学习苯甲酸乙酯的合成方法和原理。

b）掌握分水器的原理与使用方法。

c）进一步练习蒸馏、萃取、干燥和折光率的测定等基本操作。

B.实验原理

酸催化直接酯化法是工业和实验室制备羧酸酯最重要的方法，需用的催化剂有硫酸、盐酸和甲苯磺酸等。

酸的作用是使羰基质子化从而提高羰基的反应活性。

反应是可逆的，为了使反应向有利于生成酯的方向移动，通常采用过量的羧酸或醇，或者除去反应中生成的酯或水，或者二者同时采用。

仪器：

50mL圆底烧瓶、冷凝管、温度计（100℃）、移加热套、200mL烧杯、分水器、

分液漏斗

试剂：

苯甲醇，过氧化氢，无水乙醇，15mL环己烷，2mL浓硫酸，15mL乙醚，碳酸钠，无水氯化钙。

实验步骤

1.制备苯甲酸乙酯：

a）在50mL圆底烧瓶中放入4g苯甲酸，10mL无水乙醇，15mL环己烷和2mL浓硫酸摇匀

后加入沸石，再装上分水器，事先从分水器上端小心加水至分水器支管处然后再放去6mL水，分水器上端装上回流冷凝管。

b）将烧瓶放在水浴中加热回流，开始时回流速度不宜过快。

随着回流的进行，分水器中出

现了上、中、下三层液体，且中层越来越多。

约1.5-2h后，分水器中的中层液体已达5-6mL左右，即可停止加热,放出里面液体。

继续用水浴加热，使多余的乙醇和环己烷蒸至水分离器中，充满时可由活塞放出。

c）将烧瓶中的残留液倒入盛有30mL冷水的烧杯中，用数毫升乙醇洗涤烧瓶，并与烧杯中的

水溶液合并。

在此溶液中，分批加入碳酸钠粉末并不断搅拌，直至二氧化碳不再逸出，溶液PH=7为止，约需4g碳酸钠。

d）将溶液转移至分液漏斗中，分出粗产物后用15mL乙醚提取水层，合并粗产物和醚萃取液，

用无水氯化钙干燥。

先蒸去乙醚，再在石棉网上加热，收集210-213C的馏分。

加热回流控制馏出液温度62-65℃，反应约2h，记录分水器中生成水的量。

蒸除溶剂反应完毕，放出分水器中全部液体，然后蒸除体系中过量的乙醇和环己烷到分水器。

3实验步骤

3．1粗产品的制备

（1）加料：

于100ml圆底烧瓶中加入：

4g苯甲酸；10ml乙醇；10ml环己烷，3ml硫酸，摇匀后加入2粒沸石。

装上分水器，小心加水至分水器支管处，然后放出约5ml水，记录体积，分水器上端安装球形冷凝管。

（2）开始小火加热，让其缓慢回流。

反应初期回流速度一定要适当慢一些，随着反应的进行，分水器中逐渐出现上、中、下三层液体。

在反应过程中应控制分水器中液面位置，以中层不流回到反应瓶中为准

（3）加热回流2h，停止加热，放出分水器中的水层。

（4）继续加热回流（水浴加热），蒸出多余的环己烷和乙醇，当回流速度减慢或瓶内有白色烟雾出现，立即停止加热。

3、2粗产品的精制

（1）冷却后将残液倒入盛有20ml冷水的烧杯中。

（2）搅拌下分批加入饱和碳酸钠溶液，中和至无二氧化碳气体产生，pH试纸检验呈溶液中性。

（3）分液：

倒入分液漏斗中，放出下层溶液，倒出有机层（上层），下层溶液再用10ml石油醚萃取，分出萃取液。

（4）干燥：

将有机层和萃取液倒入干燥的锥形瓶中，加入无水CaCl2干燥10分钟。

（5）精馏：

将干燥后的苯甲酸乙酯的醚溶液转入100mL圆底烧瓶中，在常压下先小火蒸出石油醚；再蒸出没有除尽的环已烷和乙醇，然后改用减压蒸馏，收集210℃~213℃的馏分。

（6）量出馏分的体积，计算产率。

制取苯甲酸乙酯反应装置提纯装置