苯甲酸的制備實驗

1、苯甲酸的制備實驗一、實驗原理氧化反應(yīng)是制備羧酸的常用方法。芳香族羧酸通常用氧化含有a -H的芳香烴的方法來制備。芳香烴的苯環(huán)比較穩(wěn)定，難于氧化，而環(huán)上的支鏈不論長短，在強裂氧化時，最終都氧 化成羧基。制備羧酸采用的都是比較強烈的氧化條件， 而氧化反應(yīng)一般都是放熱 反應(yīng)，所以控制反應(yīng)在一定的溫度下進行是非常重要的。 如果反應(yīng)失控, 不但要破壞產(chǎn)物，使產(chǎn)率降低，有時還有發(fā)生爆炸的危險。主反應(yīng):COOKCOOH+ KC1、反應(yīng)試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物的物理常數(shù)名稱分子量性狀熔點沸點密度折光率溶解度水乙醇乙醛甲苯Toluene92.15無色液體易 燃易揮發(fā)-95110,60.86691.4961不溶00苯甲

2、酸Benzoicacid122.12白色片狀或 針狀晶體122.42481,26591,504易溶易溶三、藥品名稱實際用量理論用量過it%理論產(chǎn)量甲苯1.2s (L4ml, U.013mol)1.2g (1,4ml, O.OBmol)1縄軾酸鉀4.3g aO27l)4. Ig t3.85濃鹽酸1.1 nil ( 0.013mul)亞硫酸氫鈉O.lg(0.001 mol)苯甲酸l,59g O.OBmal)四、實驗裝置圖圖1電動攪拌器 五、實驗流程圖圖3抽濾裝置甲苯水-高猛酸課J回涼苯甲酸鉀，甲苯，水，高猛酸押，二氧化猛4亞硫酸氫鈉苯甲酸鉀，XW：J Xa:SO4J KOH,水I起熱過濤Mr：苯甲

3、酸鉀，Na:SO KOE,水I冷卻，用濃鹽酸酸化，析岀苯甲酸，水，苯甲醸（溶解在水中的部分）Xa：SO*t K1過濾苯甲酸，Na:SO KCb水苯申醱產(chǎn)品）六、實驗內(nèi)容在安裝有電動攪拌器、回流冷凝管的 250ml三口圓底燒瓶中放入 1.4ml甲苯和70ml水，加 熱至沸。從冷凝管上口分批加入 4.3g高錳酸鉀；粘附在冷凝管內(nèi)壁的高錳酸鉀最后用25ml水沖洗入瓶內(nèi)。繼續(xù)煮沸并間歇搖動燒瓶， 直到甲苯層幾乎近于消失、 回流液不再出現(xiàn)油珠（約需 4-5h ）。將反應(yīng)混合物趁熱減壓過濾，用少量熱水洗滌濾渣（MnO2）。合并濾液和洗滌液，于冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化（剛果紅試紙檢驗），至苯甲酸析出完

4、全。將析出的苯甲酸減壓過濾，用少量冷水洗滌，擠壓去水分。把制得的苯甲酸放在沸水浴上干燥。產(chǎn)量：約1.0g。若要得到純凈產(chǎn)品，可在水中進行重結(jié)晶。純凈的苯甲酸為白色片狀或針狀晶體。熔點mp=122.4 CO（一）制備過程1. 安裝制備裝置： 如圖 （1）（2），首先放置好電動攪拌器，然后由下往上安裝各個儀器，即將控 溫電熱套平放在桌面上，接著固定 250ml 三口圓底燒瓶 （瓶底不能接觸電熱套） ，安裝攪拌 棒（ 要保證攪拌棒轉(zhuǎn)動時不能接觸瓶底 ）、并將攪拌棒與電動攪拌器電機連接固定、調(diào)節(jié) （用 手轉(zhuǎn)動攪拌棒觀察有無摩擦現(xiàn)象，若有摩擦，需調(diào)整消除） ，一側(cè)口連接回流冷凝管 （萬用 夾夾在冷凝管的

5、中部； 冷凝管的上口應(yīng)該是敞口的， 不能用塞子） ，另一側(cè)口安裝溫度計 （水 銀球要插到液面以下） 。2.加藥品： 從連有溫度計的側(cè)口，依次加入1.4ml 甲苯、 70ml 水和 4.3g 高錳酸鉀（或加藥品順序為 4.3g 高錳酸鉀、 100ml 水和 1.4ml 甲苯）（一次性加入高錳酸鉀即可） 。 3.加熱：先打開電動攪拌器電源開關(guān)， 慢慢旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕使電動攪拌器的攪拌棒逐漸轉(zhuǎn)起來， 由小變大，正常攪拌的時候，再開始加熱，直至微微沸騰?？刂萍訜崴俣龋拐魵怏w不超過 冷凝管下面數(shù)第二個球部為宜， 直到甲苯層幾乎近于消失、 回流液不再出現(xiàn)油珠 （約 1-2h）。 【注： 因氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)

6、， 故在制備反應(yīng)的整個過程中， 要保證電動攪拌器不能停止， 否則可能會發(fā)生反應(yīng)液噴出的現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)故障需要調(diào)節(jié)攪拌器的話，必須先撤去電熱 套，同時用手轉(zhuǎn)動攪拌棒進行攪拌才行。 】（二）后處理過程1. 加亞硫酸氫鈉： 因氧化劑高錳酸鉀是過量的，反應(yīng)完后反應(yīng)液仍呈紫色，可從冷凝管上口 分次加入少量飽和亞硫酸氫鈉溶液，直到使反應(yīng)液紫色褪去為止。 （除去過量的高錳酸鉀） 【注：操作仍在上面的攪拌裝置中進行，這時可以停止加熱，撤去電熱套，但攪拌不能停。 在攪拌的同時， 慢慢地從冷凝管上口 分批 加入飽和亞硫酸氫鈉溶液， 以防止帶入大量空氣氣 體而引起爆沸、噴出反應(yīng)液。 飽和亞硫酸氫鈉溶液濃度為40%】

7、【在本實驗中，亞硫酸氫鈉的最小用量為與過量的高錳酸鉀的 mol 量相當，即 0.001mol ， 為0.10g；最大用量為與 4.3g （ 0.027mol）高錳酸鉀的 mol量相當，即2.81g,故亞硫酸氫鈉 的用量范圍為0.10-2.81g。亞硫酸氫鈉用量不要過量太多，否則在后面的酸化時會與鹽酸作 用產(chǎn)生太多的亞硫酸而再分解為二氧化硫氣體。 】2. 趁熱減壓過濾： 拆卸裝置，將三口瓶內(nèi)的反應(yīng)混合物趁熱減壓過濾，用少量熱水洗滌濾渣 （MnO2）。（除去二氧化錳）3. 酸化： 將濾液和洗滌液合并倒入燒杯里，于冰水浴中冷卻，然后在攪拌下，慢慢加入濃鹽酸進行酸化（剛果紅試紙檢驗變藍或pH=3）,至

8、苯甲酸析出完全。4. 減壓過濾： 將析出的苯甲酸減壓過濾，用少量冷水洗滌，擠壓去水分。 【注：減壓過濾前要將燒杯里的溶液進行充分的冷卻。 】5. 產(chǎn)品干燥： 把制得的苯甲酸放在沸水浴上干燥?！咀ⅲ阂虮郊姿嵩?00 C左右開始升華，故應(yīng)特別注意：電熱套加熱溫度不可太高、燒杯里 水量應(yīng)稍多些、干燥時間長短等操作， 避免干燥時局部溫度過高造成苯甲酸升華而損失 或 熔化變成液態(tài)狀 ?！?. 稱重：產(chǎn)量約 1.0g。7. 純化： 若要得到純凈產(chǎn)品，可在水中進行重結(jié)晶。純凈的苯甲酸為白色片狀或針狀晶體。熔點mp=122.4 CO七、思考 題1、在氧化反應(yīng)中，影響苯甲酸產(chǎn)量的主要因素是哪些？ 答：反應(yīng)溫度、

9、甲苯與氧化劑之間的充分混合等是影響苯甲酸產(chǎn)量的主要因素。2、反應(yīng)完畢后，如果濾液呈紫色，為什么要加亞硫酸氫鈉？答：紫色是由過剩的高錳酸鉀所致， 加入亞硫酸氫鈉可使高錳酸鉀還原為二價的無色錳鹽。否則，用鹽酸酸化時會發(fā)生鹽酸被高錳酸鉀所氧化，產(chǎn)生氯氣；同時產(chǎn)生的二氧化錳會混雜在析出的苯甲酸中，不易除去，影響苯甲酸的純度。3、精制苯甲酸還有什么方法？答：苯甲酸在 100 C左右開始升華。故除了重結(jié)晶方法外，也可用升華方法精制苯甲酸。4、苯甲酸的制備方法有哪些？答:5、亞硫酸氫鈉還可以用什么來代替？答：還可以用草酸、甲醇來代替。6、用高錳酸鉀氧化甲苯制備苯甲酸時，如何判斷反應(yīng)的終點？答：當反應(yīng)回流液中

10、無油珠出現(xiàn)時，說明不溶于水的甲苯已經(jīng)被氧化完全，此時氧化反應(yīng) 即達到反應(yīng)終點。7、如果甲苯?jīng)]有被全部氧化成苯甲酸，問殘留在苯甲酸中的甲苯如何除去？答：可將苯甲酸粗品溶解在 5%NaOH水溶液中，用乙醚萃取除去甲苯，水層再用濃鹽酸酸 化，即析出苯甲酸，然后抽濾、干燥即可。8濃鹽酸的摩爾濃度是多少？答：濃鹽酸的摩爾濃度是 12M (濃硫酸為18M、濃硝酸為18M )9、怎樣安裝有電動攪拌器的回流反應(yīng)裝置？答：安裝有電動攪拌器的反應(yīng)裝置，除按一般玻璃儀器的安裝要求外，還要求：(1) 攪拌棒必須與桌面垂直。(2) 攪拌棒粗細與攪拌器套管的配合應(yīng)松緊適當。(3) 攪拌器套管上口處套上一約1-2cm長乳膠

11、管(要比攪拌棒略粗一點)，膠管內(nèi)涂抹 一點凡士林(起潤滑與密封作用)。(4) 攪拌棒距燒瓶底應(yīng)保持 0.5cm以上的距離。(5) 安裝完成后應(yīng)用手轉(zhuǎn)動攪拌棒看是否有阻力；攪拌棒下端是否與燒瓶底、溫度計等 相碰。如相碰應(yīng)調(diào)整好以后再接通電源，使攪拌正常轉(zhuǎn)動?；亓鲾嚢柩b置玻璃攪拌棒攪拌器套管10、學(xué)生實驗中經(jīng)常使用的冷凝管有哪些？各用在什么地方？答：學(xué)生實驗中經(jīng)常使用的冷凝管有：直形冷凝管，球形冷凝管，空氣冷凝管及刺形分餾 柱等。直形冷凝管一般用于沸點低于140 C的液體有機化合物的沸點測定和蒸餾操作中；沸點大于140 C的有機化合物的蒸餾可用空氣冷凝管。球形冷凝管一般用于回流反應(yīng)即有機化合物的合成裝置中(因其冷凝面積較大，冷凝效果較好)；刺形分餾柱用于精餾操作中，即用于沸點差別不太大的液體混合物的分離操作中。八、備注(1) 制備時加熱溫度不要太高，回流即可。(2) 由于甲苯不溶于高錳酸鉀水溶液中，故該氧化反應(yīng)為兩相反應(yīng)，反應(yīng)需要較高溫度和較長時間，所以反應(yīng)采用了加熱回流裝置，同時采用機械攪拌。 如果能在反