《苯甲酸的制备》课件

苯甲酸的制备一种重要的化学中间体与防腐剂目录苯甲酸基础知识简介、结构、物理性质、化学性质制备方法与实验各种合成路线、实验步骤、注意事项应用与发展苯甲酸简介化学式C₆H₅COOH物理状态白色晶体或粉末熔点122.4°C沸点249.2°C苯甲酸的结构分子结构苯环与羧基相连分子量122.12g/mol结构特点平面分子，羧基与苯环共平面苯甲酸的物理性质溶解性微溶于冷水，易溶于热水有机溶剂易溶于乙醇、乙醚等燃烧性可燃，燃烧产生CO₂和H₂O升华性在加热时易升华苯甲酸的化学性质酸性弱酸，pH约4.2（饱和溶液）盐形成与碱反应生成苯甲酸盐酯化反应与醇反应生成酯类羧基反应可发生羧基常见反应制备方法概述工业首选甲苯氧化法实验室常用苯甲醛氧化法其他方法苯甲腈水解法、格氏试剂法甲苯氧化法原理起始物甲苯(C₆H₅CH₃)催化剂钴或锰盐氧化剂氧气(O₂)终产物苯甲酸(C₆H₅COOH)甲苯氧化法优点原料丰富甲苯来源广泛工艺成熟技术简单可靠产率高工业产率可达95%以上规模化适合大规模生产甲苯氧化法缺点反应条件苛刻需要高温(150-200°C)高压(0.5-1.0MPa)能耗高加热和增压需大量能源副产物生成苯甲醛、苯甲醇等副产物设备腐蚀对设备材质要求高苯甲醛氧化法原理反应物准备苯甲醛溶于水溶液碱性条件加入NaOH调节pH>10氧化剂加入KMnO₄或H₂O₂产物形成生成苯甲酸钠酸化加入HCl析出苯甲酸苯甲醛氧化法优点温和条件常压，温度低于100°C高纯度产品纯度可达99%以上副产物少选择性高，易于纯化设备简单一般实验室即可完成苯甲醛氧化法缺点原料成本苯甲醛价格高于甲苯增加了生产成本反应时间完全氧化需4-6小时效率低于其他方法操作复杂温度控制要求精确反应过程需持续监控苯甲腈水解法原理苯甲腈C₆H₅CN作为起始物酸碱催化H₂SO₄或NaOH催化水解反应羟基取代氰基副产物释放氨(NH₃)苯甲腈水解法优点易控制反应条件可精确控制高纯度产品纯度高，易于提纯可规模化适合中小规模生产苯甲腈水解法缺点原料成本苯甲腈价格昂贵反应时间水解反应慢，需8-10小时氨处理需处理NH₃副产物设备腐蚀强酸/强碱环境腐蚀设备格氏试剂法原理制备格氏试剂C₆H₅Br与Mg反应羧化反应与CO₂反应水解酸化加入稀酸产物形成析出苯甲酸格氏试剂法优点温和条件低温反应，无需高压高纯度产品纯度极高高选择性几乎无副反应格氏试剂法缺点成本高试剂昂贵对水敏感需严格无水条件操作复杂需专业设备与技术难规模化不适合工业生产实验原理：甲苯氧化法甲苯高锰酸钾硫酸实验步骤概览配制溶液混合反应物加热回流控温80-90°C过滤分离去除氧化锰酸化沉淀加盐酸析出产品干燥纯化烘干称重步骤1：配制反应溶液5g甲苯精确称量15g高锰酸钾研磨成粉末25ml硫酸溶液2mol/L浓度100ml水蒸馏水步骤2：加热回流装置组装三口烧瓶、冷凝管、温度计温度控制油浴或水浴，维持80-90°C回流时间持续1-2小时观察指标紫色逐渐变为棕色步骤3：降温过滤冷却过程停止加热自然冷却至室温约需30-40分钟抽滤装置布氏漏斗滤纸抽气装置沉淀处理收集棕色MnO₂沉淀保留澄清滤液沉淀勿丢弃步骤4：酸化沉淀准备盐酸浓盐酸10-15mL缓慢加入边搅拌边滴加pH控制至pH<2沉淀形成观察白色沉淀析出完全沉淀冰浴冷却促进结晶步骤5：过滤洗涤抽滤装置准备布氏漏斗和抽气瓶收集沉淀小心转移所有产物冷水洗涤用少量冰水洗3-4次洗涤检验洗液呈中性为止步骤6：干燥称重干燥方式60-80°C烘箱干燥干燥时间2-3小时至恒重称重计算精确至0.01g产率计算实际产量/理论产量×100%实验装置图回流装置三口烧瓶、冷凝管连接抽滤装置布氏漏斗与抽气泵干燥设备恒温烘箱注意事项：安全防护注意事项：反应控制温度控制不超过90°C，避免分解防止沸腾加入沸石，避免暴沸观察变化颜色由紫变棕为反应完全充分搅拌确保反应均匀进行注意事项：产品纯化充分洗涤反复用冰水洗涤除去无机盐控制温度干燥温度不超过122°C避免污染使用干净器皿和纯净试剂重结晶可用热水重结晶提高纯度产品鉴定：外观物理状态白色晶体或结晶性粉末光泽度高气味特征微弱特殊芳香气味无刺激性异味结晶形态针状或片状晶体显微镜下观察结晶完整产品鉴定：熔点测定样品准备研磨样品至细粉装入毛细管填充高度3-5mm熔点仪测定升温速率2°C/min结果判断纯品122.4°C范围控制熔点范围小于2°C产品鉴定：溶解性测试溶剂类型溶解性溶解速度冷水(25°C)微溶(0.3g/100mL)慢热水(80°C)易溶(6.8g/100mL)快乙醇易溶(>20g/100mL)快乙醚易溶(>22g/100mL)快产品鉴定：铁离子显色反应配制溶液样品溶于乙醇加入试剂滴加1%FeCl₃溶液观察变化出现棕红色沉淀结果判定苯甲酸阳性反应产品鉴定：碱溶性测试水中溶解性微溶，悬浊液碱中溶解性完全溶解，澄清液酸化后产物重新析出产率计算常见问题：产率低反应不完全回流时间不足温度不当反应温度过低或过高产品损失过滤和洗涤过程损失氧化不充分氧化剂用量不足常见问题：产品发黄氧化不完全反应中间体残留甲苯-苯甲醛-苯甲酸杂质干扰起始物中含杂质如多甲基苯温度过高干燥温度超过122°C导致部分分解常见问题：熔点偏低纯度问题含有杂质水分影响干燥不充分仪器误差温度计未校准4测定方法升温速率过快优化方案：提高产率反应时间延长至2-3小时氧化剂量增加10-15%温度控制精确维持在85±2°C分离方法采用减压过滤优化方案：提高纯度重结晶热水重结晶2-3次活性炭处理除去有色杂质充分洗涤冰水洗至中性减压干燥60°C下减压干燥工业生产方法液相氧化法钴或锰催化空气氧化无需外加氧化剂连续化生产自动化程度高溶剂回收循环利用降低成本工业生产流程图1原料准备甲苯、催化剂2氧化反应170°C,0.8MPa3分离纯化结晶与过滤4干燥包装真空干燥机工业生产设备质量控制原料检测纯度≥99.5%过程监控在线分析系统产品检验符合药典标准质量记录完整批次追踪应用领域：食品工业防腐效果抑制霉菌和酵母生长使用浓度0.05-0.1%适用食品果汁、碳酸饮料、酱菜pH调节控制食品酸度在2.5-4.5应用领域：医药工业抗菌剂外用药物组分药物中间体合成多种药物软膏基质皮肤病药膏片剂赋形剂增强药物溶解度应用领域：化妆品工业0.5%最大使用量欧盟标准5.0最佳pH值防腐效果最好96%抑菌率对常见菌种150+产品类型含苯甲酸的化妆品应用领域：塑料工业增塑剂苯甲酸酯类改善塑料柔韧性阻燃剂与金属氧化物复配降低可燃性抗氧化剂防止塑料老化延长使用寿命应用领域：染料工业中间体合成偶氮染料媒染剂增强染色牢度助染剂提高染色均匀性稳定剂提高染料稳定性环境影响废水处理活性炭吸附+生物降解废气处理催化燃烧+碱液吸收固废回收分离有价物质再利用能源优化余热回收利用安全存储容器要求密封塑料或玻璃容器2温度条件常温避光保存湿度控制相对湿度<75%安全隔离远离碱性物质和强氧化剂市场前景研究热点绿色技术生物酶催化合成2催化剂优化纳米催化剂开发工艺改进连续流反应技术循环经济副产物综合利用相关法规食品添加剂标准GB2760-2014药品GMP药品生产质量管理规范环保标准污染物排放限值总结：制备方法比较方法优点缺点适用场景甲苯氧化法成本低，产率高条件苛刻工业生产苯甲醛氧化法条件温和，纯度高原料成本高实验室制备苯甲腈水解法选择性好，易控制反应时间长特种产品格氏试剂法纯度极高操作复杂科研用途总结：关键控制点1温度控制精确控制反应温度2