高 思 鄭可心 葛文璐 周迎春

(遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

苯甲酸是一種應(yīng)用廣泛低毒性的酸性防腐保鮮劑。在醫(yī)藥、染料、化工等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。并可用于醬油、醋、果汁類、果醬類、果子露、罐頭等食品中，在國(guó)家規(guī)定的用量范圍內(nèi)對(duì)人體并沒有傷害。苯甲酸是食品領(lǐng)域不可或缺的防腐劑之一，市場(chǎng)需求量極大，如何獲得苯甲酸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，所以本文對(duì)食品防腐劑苯甲酸的制備進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品與儀器

藥品：甲苯、高錳酸鉀、亞硫酸氫鈉、濃硫酸、四丁基溴化銨、氧化鐵、乙酸鈷。

儀器：精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器、M22型有機(jī)制備儀、循環(huán)水真空泵、電子天平。

1.2 反應(yīng)原理

高錳酸鉀氧化法合成苯甲酸的反應(yīng)式如下：

1.3 苯甲酸的制備過程

量取一定量的甲苯，放入250mL的三口燒瓶中，加入高錳酸鉀、去離子水和一定量的催化劑。電動(dòng)攪拌器攪拌，控制并保持溫度，使溶液沸騰，反應(yīng)180min，反應(yīng)完畢，將溶液趁熱抽濾。得濾液，在濾液中加入飽和亞硫酸氫鈉除去沒反應(yīng)的氧化劑，再抽濾。得到濾液，濾液用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值到3-4。放置于冰浴中，冷卻析出白色針狀晶體，過濾、干燥得粗產(chǎn)品。經(jīng)過甲醇多次重結(jié)晶，然后烘干至恒重，得到純品苯甲酸，稱量其重。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料摩爾比對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響

保持相同的制備條件，原料摩爾比為1：1.8，1：2.0，1：2.2，1：2.4，1：2.6時(shí)，原料摩爾比對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響如圖1所示。由圖1可以看出，當(dāng)摩爾比為1：2.4時(shí)，苯甲酸產(chǎn)品的產(chǎn)率最高。當(dāng)高錳酸鉀的量過少時(shí)，甲苯部分氧化生成苯甲酸，還有一部分甲苯未反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)率過低；當(dāng)高錳酸鉀過量太多時(shí)，此時(shí)甲苯已經(jīng)全部被氧化，過多的高錳酸鉀會(huì)造成原料的浪費(fèi)。所以原料最佳摩爾比為1：2.4。

圖1 原料摩爾比對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響

圖2 催化劑種類對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響

2.2 催化劑種類對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響

保持相同的制備條件，原料摩爾比為1：2.4，選用氧化鐵、乙酸鈷、四丁基溴化銨三種催化劑，催化劑用量都為0.5g時(shí)，催化劑種類對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響如圖2所示。由圖2可以看出，用四丁基溴化銨作催化劑時(shí)，苯甲酸產(chǎn)品的產(chǎn)率最高。四丁基溴化銨為相轉(zhuǎn)移催化劑，能夠促進(jìn)反應(yīng)中水相與有機(jī)相界面處的離子交換，增大反應(yīng)的接觸面積，從而提高了產(chǎn)率。所以最佳催化劑為四丁基溴化銨。

2.3 催化劑用量對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響

保持相同的制備條件，原料摩爾比為1：2.4，催化劑四丁基溴化銨分別為0g、0.25g、0.50g、0.75g、1.00g時(shí)，催化劑用量對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響如圖3所示。由圖3可以看出，當(dāng)催化劑四丁基溴化銨的用量為0.75g時(shí)，苯甲酸產(chǎn)品的產(chǎn)率最高。當(dāng)催化劑用量過少時(shí)，催化劑活性沒有達(dá)到，反應(yīng)不完全；催化劑用量過多時(shí)，會(huì)造成催化劑的浪費(fèi)。所以催化劑的最佳用量為0.75g。

圖3 催化劑用量對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響

保持相同的制備條件，原料摩爾比為1：2.4，催化劑四丁基溴化銨0.75g，控制反應(yīng)時(shí)間為120min、150min、180min、210min、240min時(shí)，反應(yīng)時(shí)間對(duì)苯甲酸產(chǎn)率的影響如圖4所示。由圖4可以看出，反應(yīng)時(shí)間在180min時(shí)，產(chǎn)品的產(chǎn)率最高。反應(yīng)時(shí)間太短，甲苯與高錳酸鉀未完全反應(yīng)，產(chǎn)率較低；時(shí)間過長(zhǎng)，反應(yīng)已達(dá)到平衡。所以最佳反應(yīng)時(shí)間為180min。

3 結(jié)論

以甲苯為原料，采用高錳酸鉀氧化法制備苯甲酸，最佳反應(yīng)條件為：原料摩爾比為1：2.4，以四丁基溴化銨為催化劑，催化劑用量為0.75g，反應(yīng)時(shí)間為180min，苯甲酸的產(chǎn)率最高，可達(dá)71.91%。