实验12-6苯甲酸的微波合成和表征
实验12-6 苯甲酸的微波合成和表征
一、实验目的
1． 学习掌握微波合成原理和方法。
2． 掌握苯甲酸微波合成的原理和方法。
3． 了解化合物的表征方法
二、实验原理
微波通常是指300MHz-300GHz 间的电磁波，与无线电波相比更为微小，故称之为微波。微波技术在通信、食品加工等领域中的应用已有很长的历史，自1986年Richord Gedye等首次用微波合成有机化合物获得成功后，微波技术用于化学合成日渐显露其优势，用微波致热进行某些化学反应时，其反应速度和产物的选择性有极大的提高。
微波对被照物有很强的穿透力，对反应物起深层加热作用。对于凝聚态物质，微波主要通过极化和传导机制进行加热。一般说来，离子化合物中离子传导机制占主导；共价化合物则是极化机制占优势。微波的辐射功率、微波对反应物的加热速率、溶剂的性质、反应的体系等均能影响化学反应的速率。反应物对微波能量的吸收与分子的极性有关。极性分子由于分子内部电荷分布不均匀，在微波辐射下吸收能量，通过分子的偶极作用产生热效应，称为介质损耗；非极性分子内部电荷分布均匀，在微波辐射下不易产生极化，所以微波对此类物质加热作用较小。通常对于非磁性介质可以忽略磁损耗。
微波不仅可以改变化学反应的速率，还可以改变化学反应的途径。微波辐射改变化学反应速率的原因主要有微波热效应和微波非热效应。微波作用于反应物，加剧分子的运动，提高了分子的平均动能，加快了分子的碰撞频率，从而改变反应速率。这种通过微波加热，使温度升高，改变反应速率的现象称为热效应。把不能归结于微波加热温度升高导致的异常现象，称为非热效应或者特殊效应。微波热效应得到了众多学者的认可, 微波加热机理也清楚。而微波非热效应则一直处于争论之中。一种观点认为即使在相同的温度下，通过微波加热可以极大地促进化学反应的进行，然而通过常规加热方法却无法实现, 另一种认为微波化学实验中, 很容易出现微波加热的过热现象，溶剂温度可以超过沸点而不沸腾，也不能避免局部热点效应，所以很多实验中的异常现象都可以通过热效应进行解释。
与常规加热法相比，微波合成技术具有显著的节能、提高反应速率、缩短反应时间、减少污染且能实现一些常规方法难以实现的反应优点。
苯甲酸是重要的化工原料，广泛用于医药、染料中间体、增塑剂、改性剂、香料及食品防腐剂，也可用作钢铁设备的防锈剂。
本实验以苯甲醇为原料，高锰酸钾为氧化剂，在相转移催化剂作用下，经微波辐射合成苯甲酸。
反应式为：
三、实验用品 CH 2OH KMnO 4/Na2CO 3/H2O/TBABCOOH
1. 仪器
250mL 圆底烧瓶 微波反应器 球形冷凝管 布氏漏斗 抽滤瓶
2． 药品
苯甲醇 2.1 mL ( 20 mmol ) 高锰酸钾 4.5g ( 28 mmol )
碳酸钠 2.0g 四丁基溴化铵 0.4g
盐酸
3． 其他
滤纸 表面皿 玻璃棒 沸石 水泵
四、实验步骤
在250 mL圆底烧瓶中加入40 mL水，2.0g 无水碳酸钠，4.5g 高锰酸钾，0.4g 四丁基
溴化铵[1]和2.1mL 苯甲醇，再加入10 mL水和2颗沸石，放人微波反应器，装上回流装置，关上微波炉门，在750 W 微波功率下，反应16 min。
反应结束后将反应瓶取出，冷却至室温，抽滤[3]。滤液用盐酸酸化，固体析出，滤液调
至pH 为3左右，冰浴冷却，抽滤，用少量冰水洗涤，得苯甲酸晶体。
产品分析：用毛细管法测熔点（测定结果应122—123℃，文献值为122．4℃）。
-1IR(KBr,cm )：2925.2，1691.2，1601.0，1583.1，1496.3，710.0，690.1。
五、实验数据记录与结果处理
1． 苯甲酸产量和得率。
2．苯甲酸熔点和IR 图谱。
注释:
[1] 四丁基溴化铵很易吸潮，注意保管。
[2] 微波反应器反应温度设为100℃。
[3] 正常滤液应为无色，粉红色滤液说明反应不完全，会影响得率。 [2]
六、 实验思考与讨论
1. 圆底烧瓶中加入的各种原料分别起什么作用？
2. 第一次抽滤滤饼中的主要物质是什么？