食添加劑苯甲酸的

1、食添加劑苯甲酸的合成,（氧化反應(yīng)）,學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求,知識(shí)目標(biāo)：了解苯甲酸的合成路線及合成過程中的安全環(huán)保知識(shí)；掌握氧化反應(yīng)過程、分離過程的知識(shí)和產(chǎn)品鑒定的方法 能力目標(biāo)：能進(jìn)行苯甲酸的資料檢索，根據(jù)苯甲酸的合成路線及氧化單元反應(yīng)的特點(diǎn)制定合成反應(yīng)的方案，并通過實(shí)驗(yàn)合成出合乎要求的產(chǎn)品,苯甲酸的概述,苯甲酸又名安息香酸，是一種重要的精細(xì)有機(jī)化工產(chǎn)品。世界年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬噸。苯甲酸主要用于生產(chǎn)苯甲酸鈉食品防腐劑、染料中間體、農(nóng)藥、增塑劑、媒染劑、醫(yī)藥、香料的中間體，還可用作醇酸樹脂和聚酰胺樹脂的改性劑，用于生產(chǎn)滌綸的原料對苯二甲酸以及用作鋼鐵設(shè)備的防銹劑等。,苯甲酸的合成任務(wù)分析,苯甲酸的性質(zhì)以及分

2、子結(jié)構(gòu) 苯甲酸合成路線設(shè)計(jì) 合成單元反應(yīng)及其控制分析,苯甲酸的性質(zhì)以及分子結(jié)構(gòu),性質(zhì)：苯甲酸為無色、無味片狀晶體。 熔點(diǎn) 122.13，沸點(diǎn)249，相對密度1.2659（154）。在100時(shí)迅速升華，它的蒸氣有很強(qiáng)的刺激性 ，吸入后易引起咳嗽 。 微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。苯甲酸是弱酸，比脂肪酸強(qiáng)?；瘜W(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，有吸濕性。,分子結(jié)構(gòu),分子式：C6H5C00H 分子結(jié)構(gòu)式：,合成路線：,在有機(jī)化學(xué)課程中，已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)苯環(huán)測鏈氧化的知識(shí)，即中性或堿性條件時(shí)苯環(huán)側(cè)鏈在強(qiáng)氧化劑（如高錳酸鉀）的作用下，側(cè)鏈可被氧化為羧基。故要合成苯甲酸，可以用含側(cè)鏈的苯（如甲苯、乙苯）為原料，在中性或堿

3、性條件下經(jīng)高錳酸鉀（或其他氧化劑，可在酸性條件下）氧化即可。反應(yīng)式如下：,KMnO4,單元反應(yīng)過程,甲苯的氧化反應(yīng)機(jī)理 高錳酸鉀分解產(chǎn)生原子態(tài)氧： KMnO4 O 原子態(tài)氧再與甲苯發(fā)生反應(yīng)： 這是一個(gè)游離基反應(yīng)。高錳酸鉀分解釋放出的O自由基越多，反應(yīng)速度越快。,甲苯的反應(yīng)性質(zhì),甲苯在一般條件下性質(zhì)十分穩(wěn)定，但同酸或氧化劑卻能激烈反應(yīng)。它的化學(xué)性質(zhì)類似于苯酚和苯，反應(yīng)活性則介于兩者之間。甲苯能腐蝕塑料，因而必須被存放在玻璃容器中。在氧化反應(yīng)中（如與酸性高錳酸鉀溶液），甲苯能由苯甲醇、苯甲醛而最終被氧化為苯甲酸。甲苯主要能進(jìn)行自由基取代、親電子取代和自由基加成反應(yīng)。親核反應(yīng)則較少發(fā)生。在受熱或光輻

4、射條件下，甲苯可以和某些反應(yīng)物(如溴）在甲基上進(jìn)行自由基取代反應(yīng)。,高錳酸鉀的反應(yīng)性質(zhì),KMnO4在中性或堿性介質(zhì)中進(jìn)行氧化時(shí)，錳原子的價(jià)態(tài)由+7下降為+4，生成二氧化錳，它不溶于水而被沉淀下來，在這個(gè)過程中，平均1mol高錳酸根釋放出1.5mol原子氧： 2KMnO4 + H2O 2MnO2+ 2KOH + 3O 在強(qiáng)酸性介質(zhì)中，錳原子的價(jià)態(tài)則由+7降至+2，形成二價(jià)錳鹽，平均1mol高錳酸根釋放出2.5mol原子氧： 2KMnO4 + 3H2SO4 2MnSO4+ 2K2SO4 + 3H2O + 5O KMnO4在酸性介質(zhì)中的氧化反應(yīng)常在25%以上的H2SO4溶液中進(jìn)行。在酸性介質(zhì)中，KM

5、nO4對烷基芳烴的氧化常伴隨著脫羧反應(yīng)，因而酸性介質(zhì)法用得很少。,甲苯與高錳酸鉀的配比,每氧化1mol甲苯需消耗3mol原子氧，所以，理論上，甲苯與高錳酸鉀的配比為甲苯高錳酸鉀=1：2（摩爾比）。,溫度與反應(yīng)時(shí)間,反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、甲苯與氧化劑之間的充分混合、水的用量等是影響苯甲酸產(chǎn)量的主要因素。用高錳酸鉀在中性或堿性介質(zhì)中進(jìn)行氧化時(shí)，操作非常簡便，只要在40100，將稍過量的固體高錳酸鉀慢慢加入到含被氧化物的水溶液或水懸浮液中，氧化反應(yīng)就可以順利完成。由于甲苯不溶于高錳酸鉀水溶液中，故該反應(yīng)為兩相反應(yīng)，因此反應(yīng)需要較高溫度和較長時(shí)間。,氧化反應(yīng)終點(diǎn)的控制,反應(yīng)終點(diǎn)的控制，主要是測定反應(yīng)系統(tǒng)

6、中是否尚有未反應(yīng)的原料(或試劑)存在，或其殘余量是否達(dá)到一定的限度。氧化反應(yīng)終點(diǎn)的控制可以參考相關(guān)文獻(xiàn)資料上類似反應(yīng)的終點(diǎn)的控制。如果沒有現(xiàn)成的控制方法，一般可以采用薄層色譜或氣相色譜及高效液相色譜等來判定,合成原理,以甲苯為原料，采用高錳酸鉀在堿性條件下進(jìn)行氧化，得到苯甲酸鉀鹽，再經(jīng)過酸化得到苯甲酸,酸化的目的,酸化的主要目的是使氧化產(chǎn)物苯甲酸鉀鹽轉(zhuǎn)變?yōu)楸郊姿幔话悴捎脻恹}酸進(jìn)行酸化。這是因?yàn)闈恹}酸酸化引入的水較少，而且濃鹽酸為揮發(fā)性酸，很容易揮發(fā)出去。,工藝條件：,溫度：8085 壓力：常壓 物料配比：1：2.1 攪拌：良好 加料方式：分批少量加入高錳酸鉀,裝置：,三口燒瓶、攪拌器、溫度計(jì)

7、、球型回流冷凝管、電熱套等組成,苯甲酸的合成操作,1.合成前的準(zhǔn)備： 1.1. 明確合成任務(wù) 1.2.制定合成方案，畫出合成流程圖。如下：,流程圖,合成過程,加料及升溫 加氧化劑進(jìn)行反應(yīng) 洗滌、酸化、結(jié)晶 重結(jié)晶,常見有機(jī)合成反應(yīng)產(chǎn)物后處理策略,首先應(yīng)考慮回收未反應(yīng)原料，其次要避免非目標(biāo)組分（如溶劑、催化劑等）對分離過程帶來的可能的影響，最后還要考慮從多種分離方法中選擇一種簡單有效的分離方法進(jìn)行分離。,常見合成反應(yīng)后粗產(chǎn)物分離方法,（1）萃?。核?油相有分配的體系 （2）溶劑的排除：與水可互溶的溶劑體系 （3）溶劑的稀釋或破壞：強(qiáng)極性非質(zhì)子溶劑,常見純化精制方法,常用的分離和純化方法有蒸餾、分

8、餾、結(jié)晶、升華和層析法。蒸餾，分餾主要用于液體有機(jī)化合物的分離和提純，而結(jié)晶和升華主要用于固體有機(jī)化合物的分離和提純。這些方法的共同持征是均為物理精制法，它們都利用物質(zhì)的相變化原理，使產(chǎn)品與雜質(zhì)的物理性質(zhì)形成明顯差別，從而通過簡單的機(jī)械方法使之分離。 對于特定的體系的分離而言，應(yīng)根據(jù)體系特點(diǎn)和對產(chǎn)品的不同要求，可選用不同的分離純化方法。必須指出的是：分離方法的選樣必須充分考慮到待分離組分的物理化學(xué)性質(zhì)，如揮發(fā)性、極性，對酸堿的穩(wěn)定性及對光、熱、氧的穩(wěn)定性等,重結(jié)晶的原理,固體有機(jī)物在溶劑中的溶解度與溫度有密切關(guān)系。一般是溫度升高， 溶解度增大。利用溶劑對被提純物質(zhì)及雜質(zhì)的溶解度不同，可以使被提

9、純物質(zhì)從過飽和溶液中析出，而讓雜質(zhì)全部或大部分仍留在溶液中，或者相反，從而達(dá)到分離、提純之目的。 必須指出的是，重結(jié)晶只適宜雜質(zhì)含量在5%以下的固體有機(jī)混合物的提純。從反應(yīng)粗產(chǎn)物直接重結(jié)晶是不適宜的，必須先采取其他方法初步提純，然后再重結(jié)晶提純。,重結(jié)晶純化一般過程,選擇溶劑 升溫，固體的溶解 除去不溶性雜質(zhì) 降溫，晶體析出 晶體的收集洗滌 晶體的干燥,三廢處理及環(huán)境問題,1. 三廢處理的一般原則 2.苯甲酸合成過程中的三廢處理,1. 三廢處理的一般原則,根據(jù)實(shí)驗(yàn)室“三廢”排放的特點(diǎn)和現(xiàn)狀, 遵循國家有關(guān)規(guī)定, 充分強(qiáng)調(diào)“誰污染, 誰治理”的原則。為防止實(shí)驗(yàn)室污物擴(kuò)散、污染環(huán)境, 應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室“三廢”的特點(diǎn), 對其進(jìn)行分類收集、存放、集中處理 . 在實(shí)際工作中, 應(yīng)科學(xué)選擇實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)路線、控制化學(xué)試劑使用量、采用替代物, 盡可能減少廢物產(chǎn)生量, 減少污染。應(yīng)本著適當(dāng)處理、回收利用的原則, 來處理實(shí)驗(yàn)室“三廢”。盡可能采用回收、固化以及焚燒等方法處理，盡可能采取簡單、易操作、處理效率高、不需要很多投資的方法處理。,苯甲酸合成過程中的三廢處理,（1）廢氣及處理 在本項(xiàng)目合成實(shí)驗(yàn)過程中廢氣主要來源于甲苯的揮發(fā)，如實(shí)驗(yàn)裝置搭建良好，逸出的甲