苯甲酸的合成研究及红外光谱鉴定
引言苯甲酸是一种重要的食品防腐剂,主要用于生产苯甲酸钠食品防腐剂,染料中间体、农药、增塑剂、媒染剂、医药、香料, 还可用作醇酸树脂和聚酰胺树脂的改性剂等。
摘要苯甲醛因有广泛的用途，年需求量较大、市场前景好和经济效益高的特点。
近年来涌现出许多新颖性的方法制备苯甲酸。
本文根据反应原料的不同进行了归纳总结。
关键词苯甲醛合成结构鉴定
一、苯甲酸的概述
（一）、苯甲酸的基本性质
表1-1列出了苯甲酸的一些物理性质。
苯甲酸在常温常压下很稳定，其化学性质主要取决于苯环及羧基，主要包括如下性质：
1.在羧基上的反应苯甲酸略显酸性，与碱反应生成盐；与醇（如甲醇、丁醇、苄醇等）反应，生成相应的酯；羟基被氯取代生成苯甲酰氯，用于这个反应的含氯试剂有五氯化磷、三氯化磷和亚硫酰氯；与脱水剂一起加热时，两分子苯甲酸脱去一分子水生成苯甲酸酐，常用已酸酐作脱水剂，磷酸作催化剂；羟基被氨基取代生成苯甲酰胺，一般由苯甲酰氯与氨
反应生成苯甲酰胺。
2.在苯环上的取代反应苯甲酸中苯环上的氢原子和苯的氢
原子一样，可被各种原子或原子团取代，但苯甲酸苯环上的羧基是吸电子基，是使苯环钝化的间位定位基，因此苯甲酸的磺化、硝化和氯化等取代反应比苯的反应要困难一些，使用催化剂和提高反应温度，可以克服这种钝化趋势。
3.在苯环上的加氢反应在金属铂作催化剂的情况下，苯甲酸氢化生成六氢苯甲酸，它是生产己内酰胺的中间体。
添加水可使还原速度增快，反应温度和压力应比羧基还原时低。
4.氧化反应苯甲酸耐氧化，但提高温度能发生脱羧反应生成
苯和二氧化碳。
用苯甲酸的铜盐作催化剂，用氧气氧化苯甲酸，可生成苯酚和二氧化碳。
使用或制备苯甲酸时的注意事项：当遇热或明火时低火险；悬浮于空气中的苯甲酸微小颗粒在温度超过闪点以后，有可能爆炸；熔融苯甲酸的蒸汽易与空气形成爆炸混合物；食入可导致中毒，影响呼吸和中枢神经系统；对皮肤、眼、鼻、咽、喉等呼吸系统具有强烈的刺激性；遇强氧化剂将引起剧烈的放热反应；其热分解产物中可能包含毒性碳氧化物。
表1-1苯甲酸的物理性质
名称物性
（二）、苯甲酸的制法
1.甲苯液相空气氧化法
甲苯液相空气氧化生产苯甲酸的化学反应式为：
常用的催化剂通常是醋酸、环烷酸或苯甲酸的钴盐或锰盐以及溴化物。
2.邻苯二甲酸酐脱羧法
主反应
副反应
该方法可分为液相法和气相法。
液相法示意流程如图1-6所示。
脱羧催化剂采用一种由等量的邻苯二甲酸铬盐和邻苯二甲酸二钠盐组成的混合物，其量为邻苯二甲酸酐的2~6%（重量），采用此法每生产1 t苯甲酸消耗邻苯二甲酸酐1430 kg，催化剂13 kg；气相法所采用的催化剂是均匀涂在粒状浮石上的等量碳酸铜和氢氧化钙，副产物有邻苯二甲酸、少量联苯、二苯甲酮和蒽醌，在水蒸气或苯甲酸的有机溶剂蒸汽存在下，用升华的方法可以提纯苯甲酸。
3.甲苯高锰酸钾氧化法
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溶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该反应，达到了缩短反应时间、提高产率和减少二氧化锰沉淀的目的。
以季铵盐Q-1作催化剂，在酸性介质中用相转移催化法来强化苯甲酸的制备反应，反应时间缩短2~3 h，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%。
杨景兰等[1~5]采用相转移催化法研究了该工艺的相应影响因素,在文中优化条件下分别用苄基三乙基氯化铵和十六烷基三丁基溴化磷作催化剂,产率分别是50.5%、70.1%,但催化剂昂贵,反应时间长达7 h。
郑公铭等[6]研究了一种以氧化铁为催化剂、n(甲苯):n(高锰酸钾)=1:1、分段加热的新工艺
4h(75℃加热1.5 h、85℃加热1.5 h、95℃加热1 h)，产率可达74.32%,反应时间4h。
在其制备过程中，高锰酸钾配成饱和溶液直接加入反应器，不必分次加入粉末，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
也可得到苯甲酸，反应6 h苯甲酸收率超过70%[7]。
4. 过氧化氢氧化法
近年来, 过氧化氢的氧化性在有机合成上的应用越来越广泛。
过氧化氢作为氧化剂的主要特点是反应条件温和、对环境友好, 因此, 用过氧化氢氧化甲苯制备苯甲酸具有十分诱人的前景[8，9] 。
用过氧化氢氧化甲苯制备苯甲酸要经过3 步反应:
苯甲酸作为一中常用的食物防腐剂，合成的方法多之众多，本设计对它的合成就不在多作介绍了。
三、所用仪器简介
对苯甲酸鉴定的仪器有很多，本设计用到的仪器是傅里叶变换红外光谱仪，它具有许多优点：①测试时间短；②测定范围宽；③分辨率高，波数精度达0.01cm-1等。
1. 仪器构成方块图
2. 工作原理
基于多级微反射镜的新型空间调制的微型傅里叶变换谱仪原理如图1 所示[10]。
利用两个具有不同阶梯常数的多级微反射镜代替传统迈克尔逊干涉仪的平面反射镜, 并且两个多级微反射镜正交放置。
两个多级微反射镜的级数均为N, 周期分别为d和Nd。
分束器上一点分出的两束光被两个微反射镜反射后再次相遇时, 由于微反射镜的结构而产生光程差, 从而携带一定的位相信息; 而分束器上不同空间点分出的光因多级微反射镜的结构不同而产生不
同的光程差, 因而携带不同的位相信息。
这样, 在出射面上形成多个定域干涉光场。
也就是说, 光束在横向空间上被分成了N2个区域, 每一个区域对应着一个特定的光程差[11，12]。
根据阶梯镜摆放方式的不同, 横向空间上可以有不同的光程差排布方式, 图2 是光程差排布方式的一种。
四、结构鉴定
1.将高纯度苯甲酸干燥。
2.以溴化钾作载体，在压片机上压成透明、均匀的薄皮。
3.将样片装入测量室。
4.测定参数设定。
5.图谱分析。
6.在未来领域的展望。
参考文献
[1]吴萍，甲苯合成苯甲酸实验的改进，扬州职业大学学报，1999，
3（4）：13~15，25
[2]邵景景，李晓梅，相转移催化氧化法合成苯甲酸，化工时刊，
2003，17（5）：44~46
[3]李德江，孙碧海，李斌，相转移催化氧化合成苯甲酸，化学研
究与应用，2002，14（6）：753~756
[4]杨挺，相转移催化合成苯甲酸，贵州教育学院学报(自然科学)，
2004，15（4）：39~40
[5]杨景兰，李德江，苯甲酸的合成，天津化工，2003，17（3）：
12~14
[6]郑公铭，何建新，谢秋香等，苯甲酸制备新工艺研究，茂名学
院学报，2004，14（3）4~6
[7]Prathap R S,Nair T D R,Phase transfer catalysis:Ester bond
cleavage innon-polar medium with hydroxyl group,Asian Journal of Chemistry,2003,15(3~4):1861~1863
[8] 赵逸云, 高诚伟, 张晓梅, 等. 过氧化氢在有机化工合成中的
应用[ J] 云南化工, 1997( 4) : 55～57.
[9] 赵干卿, 杨锦宗. 过氧化氢氧化反应在有机合成中应用新进
展[ J] . 化学与粘合, 1997( 3) : 168～174. [1]冯其标，化工百科全书第一卷，北京化学工业出版社，1990，465~478 [ 10] Reyes D,Schildkraut E R, Kim J et al.Proc. of SPIE, 2008, 6888( D) :1.
[ 11] WANG Bo, LIANG Zh ong-z hu, KONG Yan-mei, et al( 王波、梁中翥、孔延梅等) . Act a Physica Sin ica( 物理学报) , 2010, 59( 2) :907.
[12] ZH ANG Zh-i yon g, YANG Zu- ying( 张志涌、杨祖樱) . Th e
Tut oria of M ATLAB( MAT LAB 教程( R2008a) ) . Beijing: Beijing Universit yof Aeronaut ics & Ast ronaut ics Press( 北
京: 北京航空航天大学出版社，2008，6.7.。