·研究论文·
由甲苯出发合成苯甲酸甲酯
王亮宋家伟
大连大学环化学院化工系大连 116022
指导老师：李德鹏姜岚
摘要：实验研究了甲苯氧化制备苯甲酸，再甲酯化合成苯甲酸甲酯的方法。
苯甲酸以甲苯为原料，高锰酸钾为氧化剂的氧化反应而得到。传统方法制
苯甲酸的产率仅50.0%。而用廉价洗衣粉为相转移催化剂，操作简单易行，
反应时间大大缩短，可使苯甲酸的产率提高到72.0%。而制苯甲酸甲酯时
可利用带水剂和分水器，省略蒸馏甲醇这一步，也操作简便，且提高了产
率。
关键词：苯甲酸甲酯；洗衣粉；分水器；相转移催化
苯甲酸俗名安息香酸,是一种无色针状结晶,微溶于水,易升华,其钠盐是一种温和的防腐剂，广泛应用于食品工业（现已禁用）。甲苯的高锰酸钾氧化，是合成苯甲酸的重要方法之一。但是此方法往往需要小心分批加入高锰酸钾，接着反应长达3个小时以上。为了解决反应过程中时间长、操作不便、产率低等问题，我们加入了廉价的洗衣粉，使反应时间缩短，产率提高。
苯甲酸甲酯又名安息酸甲酯、尼哦油，是一种重要的酯类化合物，具有果香味。作为原料广泛应用于有机合成，可以用于配制菠萝、草莓、樱桃等香料，或作为纤维素酯、纤维素醚、树胶、橡胶等的溶剂。实验室合成苯甲酸甲酯主要是用浓硫酸作催化剂，通过苯甲酸与甲醇反应制得。但传统的操作方法麻烦，频繁改变装置。对此，我们改进
装置，利用分水器使操作简单易行。
1.实验部分
1.1实验药品与仪器
甲苯（AR），高锰酸钾（AR)，NaHSO3，盐酸（AR），苯甲酸（AR），甲醇（AR），浓硫酸（AR），无水硫酸镁（AR），10％碳酸钠溶液，洗衣粉，石蕊试纸
加热器（巩义市予华仪器有限公司），铁架台（天津市东丽教学仪器厂），球形冷凝管、分水器、直形冷凝管、烧瓶、分液漏斗（天波仪器厂）
1.2实验原理
酯化反应为可逆反应，所以生成的水可能使反应逆向移动。
1.3实验步骤
1.3.1 氧化反应
1.3.1.1 一般氧化
向配有回流冷凝管的250 mL烧瓶中,加入6 mL（0.07mol)甲苯、18 g（0.11mol)高锰酸钾溶于100 mL水的溶液。加热回流3 h，趁热
抽滤，滤液加入NaHSO3粉末至滤液澄清。用盐酸调节酸度至石蕊试纸变红，冷却抽滤的粗品。热水重结晶，干燥后的苯甲酸晶体。
1.3.1.2加入洗衣粉相转移催化
向配有回流冷凝管的250 mL烧瓶中,加入6 mL（0.07mol)甲苯、18 g（0.11mol)高锰酸钾溶于100 mL水的溶液和1 g洗衣粉。加热回流1 h，趁热抽滤，滤液加入NaHSO3粉末至滤液澄清。用盐酸调节酸度至刚果红试纸变蓝，冷却抽滤的粗品。热水重结晶，干燥后的苯甲酸晶体。
1.3.2酯化反应
1.3.
2.1不除水
在50mL干燥的圆底烧瓶中放入 6.1g(0.05 mol)苯甲酸和16.5 mL(0.525 mol) 甲醇，在摇动下加入2 mL浓硫酸，加入几粒沸石，装配上回流冷凝管，用小火加热回流1 h。将回流装置改为蒸馏装置，加热，蒸馏出尽可能多的甲醇。残留液冷却后倒入分液漏斗中，用20 mL水洗涤2次、然后用10％碳酸钠溶液每次10 mL洗涤2次、再每次用20 mL水洗涤2次得到粗苯甲酸甲酯。将之用无水硫酸镁干燥后，倒入50 mL圆底烧瓶中，加入几粒沸石，减压蒸馏，收集100℃的馏分.
1.3.
2.2使用分水器
在50 mL干燥的圆底烧瓶中放入 6.1g(0.05 mol)苯甲酸、16.5 mL(0.525 mol) 甲醇和20ml甲苯（0.22mol)，在摇动下加入2 mL浓硫酸，加入几粒沸石，装配上加有分水器的回流冷凝管，用大火加热
回流2h ，放出分水器中的水，继续加热，期间不断减少分水器中的液体，直至蒸馏瓶中水性液体全部蒸出，停止加热。残留液冷却后倒入分液漏斗中，用20 mL 水洗涤2次、然后用10％碳酸钠溶液每次10 mL 洗涤2次、再每次用20 mL 水洗涤2次得到粗苯甲酸甲酯。将之用无水硫酸镁干燥后，倒入50 mL 圆底烧瓶中，加入几粒沸石，减压蒸馏，收集100℃的馏分
2. 结果与讨论
2.1 氧化反应
表1. 氧化产率对比
项 目
反应时间（h ） 产量（g ） 产率（%） 一般氧化
3 2.38 49.6 PTC 催化 1
3.45 71.9
图1. 氧化产率对比 0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
不加洗衣粉加入洗衣粉条件产率
在氧化反应中加入了洗衣粉，所得的产率提高了20%。而且时间也缩短了一半。
原因在于洗衣粉中的烷基苯磺酸钠是一种相转移催化剂。由于甲
苯不溶于水，在和高锰酸钾溶液反应时，只是在两个液面层接触的地方反应，所以通常反应速度很慢，花费时间很长，产率还很低。而相转移催化剂可以在两相间转移负离子，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。相转移催化剂的存在，可以与水相中的离子所结合，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。
一般情况下，相转移催化剂的价格都比较昂贵，难以购得。所以我们选择了用洗衣粉来代替，这样既提高了产率，有降低了成本。
2.2 酯化反应
表2. 酯化产率比较
项目反应时间（h）产量（g）产率（%）
不分水 1 2.76 40.6
分水 2 3.52 51.8
图2. 酯化产率比较
