实验一_Kolbe法合成水杨酸(修改)

实验一 Kolbe 法合成水杨酸

1实验目的

①掌握以苯酚为原料制备水杨酸的路线和工艺； ②掌握高压釜的使用方法和注意事项；

③掌握苯酚成盐、Kolbe —Schmidt 反应、羧酸钠盐酸化等过程特点； ④掌握工业上温度与压力的测定、显示与控制；

⑤学习薄层层析、红外光谱、核磁共振分析有机物结构的有关技术； ⑥学习紫外分光光度计的使用方法。

2实验原理

水杨酸最早是从柳树皮的提取物中得到的，所以又名“柳酸”。1859年Kolbe 使用干燥的苯酚钠盐粉末和二氧化碳在4～7atm(1atm ＝101．325kPa)下反应，低成本制备得到了水杨酸，随后发展起了目前工业上广泛使用的Kolbe 水杨酸合成法。

水杨酸是一种具有双官能团的化合物，一个是酚羟基，一个是羧酸基。羟基和羧酸基都可以发生酯化，而且还可以形成分子内氢键，阻碍酰化和酯化反应的发生。水杨酸是最原始的助焊剂原料之一，是电子化学品、医药、香料、染料、橡胶助剂等精细化学品的重要原料。其可作为消毒防腐药，有溶解皮肤角质的作用，用于局部角质增生及皮肤霉菌感染；可作为合成药物阿斯匹林的原料，用于解热及抗风湿、镇痛等。

以苯酚为原料制备水杨酸需经过成盐反应、羧化反应和酸化反应三步，反应式分别如下：

①成盐反应

NaOH

H 2 O

OH

ONa

②羧化反应

ONa

2OCOONa OH

COONa

③酸化反应

COONa

OH H

2

SO

4

COOH

OH

Na

2

SO

4

3主要试剂

实验原材料及产品规格分别如表1 所示。

表1 原材料技术规格表

序号名称危险品等级规格备注（符合标准）

1 苯酚14(有毒品) 化学纯GB/T 339-2001

2 氢氧化钠20(碱性腐蚀品) 化学纯GB 209-93

3 二甲苯7(易燃液体) 化学纯GB/T16494-1996

4 二氧化碳5(不燃气体) 化学纯GB 5099

5 硫酸20(酸性腐蚀品) 化学纯GB/T543－2002

5实验步骤

制备水杨酸需要经过成盐工段、羧化工段和酸化工段，按反应工段顺序叙述如下。

5.1成盐反应工段

在配料桶内配制苯酚（1153g）－氢氧化钠（500g）（摩尔比1∶1.1）—水（5Kg）水溶液，搅拌均匀，待用。用真空将溶剂二甲苯（20L）抽入到高位槽中，打开高位槽底阀，放二甲苯到成盐反应釜中。打开搅拌，将上述水溶液加入到成盐反应釜中。开蒸汽加热，控温95℃左右，回流一小时后。升釜温到135℃，以二甲苯为夹带剂共沸脱水（常压共沸点为92℃，

共沸物含水量37.5%），分水器下层水排出，上层二甲苯返回反应釜中。反应结束后。停蒸汽开循环水降温冷却，待釜温降至40℃以下后，开启成盐反应釜釜底阀，将物料放入苯酚钠储罐用于羧化反应。

5.2羧化反应工段

将上述苯酚钠-二甲苯的混合物转入到羧化反应釜中，慢慢通入干燥的二氧化碳，排空3次以置换釜内空气。通入二氧化碳到釜压0.5-0.6MPa，至压力下降不明显，停止通入二氧化碳，开启导热油电加热系统，升釜温到80℃，待釜压自然降到0.2-0.3Mpa后，再通二氧化碳到釜压稳定在0.4-0.5MPa。停止通入二氧化碳。将反应液加热到130-140℃，此时釜压应在0.6-0.8MPa，保温2小时，完成羧化反应。然后降釜温至50－60℃，卸压至常压。料液至室温后，从羧化反应釜底阀放出。

5.3酸化反应工段

上述料液加10升水，充分搅拌。静置分层，分出下层的水杨酸钠水溶液。上层二甲苯混合液用于蒸馏回收二甲苯。水杨酸钠水溶液投入到酸化反应釜中。将质量分数为10%的硫酸水溶液用真空抽入高位槽。开启酸化釜的搅拌，打开硫酸高位槽的底阀，缓慢滴加稀硫酸到酸化釜中，边加边测釜内液体的pH值。至料液pH至2时，停止滴加稀硫酸。将混合液转移到离心机中，进行固液分离。滤饼45℃～50℃真空干燥得产品水杨酸，称重并进行鉴定和含量测定，计算收率。

6分析方法（水杨酸的鉴定与纯度测量）

6.1水杨酸的鉴定

水杨酸作为添加剂和药物，其安全性受到剂量和质量标准的严格控制。其分析方法一般分为两类，一类是其成品的检验方法。这个方法已标准化，共包含九项，有外观检验、含量测定、初熔点测定等。另一类是指对混合物中（如药物、血液）微量水杨酸的测定，目前水杨酸分析方法的研究主要集中在这一方面。

水杨酸的分析方法，应用最广泛的主要有：滴定法、紫外分光光度法、荧光光谱分析法、气相色谱法、高效液相色谱法（反相）、核磁共振法、毛细管电泳法以及它们之间的联用方法等。其中紫外分光光度法和荧光光谱分析法由于其对设备要求简单，操作简便快速而应用得更广。

①外观及其熔点的测定

水杨酸为白色针状结晶或粉末，味甜后变辛辣。熔点158℃～160℃，沸点约211℃（20mm 汞柱）。在空气中稳定，见阳光渐变色，76℃升华，急剧加热时分解为苯酚及二氧化碳。1克水杨酸可溶于460ml水，15ml热水，2.7ml乙醇，3ml丙酮，42ml氯仿，3ml醚，135ml 苯，52ml松节油。当有磷酸钠、硼砂、乙酸碱或柠檬酸碱存在时能增加其在水中的溶解度。

饱和水溶液pH值为2.4。与三氯化铁水溶液生成特殊的紫色。

观察水杨酸粗品的外观、颜色。取升华过的水杨酸精品用B型管进行熔点测定（样品应先在60℃～65℃干燥2小时）。

②薄层层析鉴定

取6克硅胶G，加入11ml水混匀后，均匀平铺在约12×3.5厘米的玻璃板上。在室温下晾干后，于烘箱中105℃活化1小时。备用。

将精制水杨酸及水杨酸标准品用少量乙醇溶液溶解，用内径约0.5mm、管口平整的毛细管点样。点样时原点距离底边、距离两侧边以及点与点之间的距离均应大于1.5cm。点样量以30～50微克为宜，斑点直径不超过3mm。

以氯仿：乙醇：水为7.5：1：0.5作为展开剂，展开一段时间后取出晾干。在层析板上喷0.5％的三氯化铁溶液显色，观察斑点位置并计算Rf值。

操作时应注意：层析板浸入展开剂的下端高度不应超过0.5cm；须将层析缸内的展开剂达到饱和后，再行展开，否则产生边缘效应，使误差变大。

③红外谱图鉴定

用溴化钾压片法对精品水杨酸进行红外谱图鉴定。扫描波长范围为3700～400cm-1。

图1-2 水杨酸的红外谱图

要获得一张好的红外光谱谱图，首先要有一台好的红外光谱仪，此外还要注意制备样品的方法和技术。

制备样品时特别要注意三点：一是样品中绝不应含游离水，因为水的存在不仅会损坏吸收池，还会干扰试样的吸收面貌；二是样品应是纯品，若含杂质，由于它们的光谱重叠，无法分析；三是样品的浓度和测试厚度要适当，如控制吸收峰的透射率大都处于20％～60％范围内，就能得到很好的谱图。

通常制备固体样品常用压片法和糊状法。

所谓压片法，是将1mg左右的固体样品与100mg左右的KBr混合均匀，在玛瑙研钵中研成2μm左右的细粉，装填在压膜上下垫片之间，而后在油压机上压成透明的薄片