[發明專利]一種以光照為條件有機胺催化合成苯甲酸的方法

有效

• 申請號: 201410644964.X
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104447297A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 郭浩;朱明遠;徐彩霞;馬曉偉;彭文才;代斌
• 申請（專利權）人: 復旦大學;石河子大學
• 主分類號: C07C63/06
• 分類號: C07C63/06;C07C51/265
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于化工技術領域，具體涉及一種合成苯甲酸的方法，尤其是涉及一種以光照為條件，以有機胺催化合成苯甲酸的方法。

背景技術

苯甲酸為具有苯或甲醛的氣味的鱗片狀或針狀結晶。熔點122.13℃，沸點249℃，微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。苯甲酸用于醫藥、染料載體、增塑劑、香料和食品防腐劑等的生產，也用于醇酸樹脂涂料的性能改進。苯甲酸是重要的酸型食品防腐劑。其分子式為C₇H₆O₂，相對分子質量為122.1214。苯甲酸的結構式為：

目前，全球普遍采用的是甲苯熱氧化法制備苯甲酸的生產工藝。該法利用重金屬鹽鈷或錳作為催化劑，在高溫高壓的條件下，實現對甲苯的進行氧化，并最終合成苯甲酸。該法為美國Allied化學公司率先研發成功，后經意大利SNIA粘膠公司加以改進，并于1983年大規模投產。之后，各國只是在催化劑組成，產品精制以及環保方面進行了一些改進。整體生產工藝一直延用至今。我國現在主要采用的就是這種方法。該方法需要采用重金屬鈷或錳作為催化劑。在造成了重金屬污染的同時，還增加了成本。

隨著環境經濟的發展，苯甲酸的傳統的生產方法所暴露出來的不具有可持續發展性的弊端，亟需被環境更友好的方法所取代。

光化學作為一門新興學科，在歐美國家已經得到了較為系統的發展。其中，有機光化學的基本理論體系已經建立起來了。但在中國，有機光化學的發展還比較落后。光照而引發的自由基反應，往往可以在很低的溫度下進行，此時很多副反應已不能發生，另外很多官能團在光照下并不是活性很高或根本不參與光反應，因此該反應的官能團容忍性將會很好，更利于在全合成的工作中發揮作用。將光化學的方法用于很多反應，將不再需要苛刻的無水無氧條件，操作更加容易。此外，光能比加熱更清潔，并節約能源，降低成本，同時可以減少金屬試劑帶來的污染和降低成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠降低重金屬污染，減少生產成本的合成苯甲酸的方法。

本發明提供的合成苯甲酸的方法，是采用有機光化學方法，甲苯在被光照激發的有機胺催化劑的催化作用下，脫除一個氫原子，生成相應的芐基自由基中間體，隨后芐基自由基在空氣的氧化作用下氧化成苯甲醛，苯甲醛進一步被空氣氧化成苯甲酸。本發明也提供了一種在光照條件下，碳氫鍵斷裂以及高選擇性氧化的方法。

本發明提供的合成苯甲酸的方法，具體步驟為：將原料甲苯、有機胺催化劑及溶劑加入反應器中；在空氣氛中磁力攪拌，反應溫度25-100℃，在300-1000?W?Xe?lamp光照條件下反應1-30?h。

本發明中，催化劑用量為甲苯質量分數的1%-20%，優選5-8%。

本發明中，溶劑的用量為甲苯體積的2-10倍，優選3-5倍。

本發明中，所述的反應器為玻璃反應器，反應器壓力為常壓。

本發明中，所述的有機胺催化劑為三乙胺、二異丙基乙基胺或三正丁基胺。催化劑優選三乙胺。使用催化劑可以提高反應速度、產率和選擇性。

本發明中，所述溶劑選用苯、甲醇、硝基甲烷中一種，或其中幾種的混合物。優選甲醇。

本發明中，優選的技術方案是：在反應器中通入含氧氣體，加入催化劑，加入溶劑，所用的催化劑為三乙胺，所選溶劑為苯。

本發明中，進一步優選的技術方案是：以石英反應瓶為反應容器，空氣為氧化劑，反應溫度為室溫，催化劑為三乙胺，溶劑選擇苯。

本發明典型的合成步驟如下：用有機溶劑溶解甲苯，再加入適量催化劑，通入空氣，在常溫、常壓下在光照條件下攪拌反應。經高效液相色譜確定，原料甲苯已經反應完全，真空旋轉蒸發，柱層析分離純化，計算苯甲醛和苯甲酸各自組分含量。

本發明方法與傳統工藝相比有著顯著的優點：

（1）新方法采用了氙燈光照為能量來源，為工業上制備各種精細化學品提供了一種全新的思路。

（2）本發明方法避免了傳統合成方法中使用高腐蝕性，高毒，易制毒試劑，提高了工業合成反應的清潔性，降低了環境污染，降低了能耗。

（3）本發明方法采用有機胺作為反應的催化劑，降低了成本。

（4）本發明方法一步完成，使用的原料種類單一，提高了工藝的經濟性。

（5）本發明方法可選擇在常溫、常壓下完成反應。在常溫、常壓下反應可以降低對反應設備的要求，降低反應設備制造成本及反應過程成本，提高反應的安全性。

（6）本發明采用空氣作為氧化劑來源，進一步節約了成本。