Synthesis of benzoic acid (Oxidation of toluene)

Summary

В этом видео показан процесс синтеза бензойной кислоты из толуола с использованием перманганата калия в водном растворе. Описание включает этапы добавления реагентов, нагрева смеси и наблюдения за реакцией, в которой толуол окисляется до бензойной кислоты. Рассматриваются также проблемы с остатками толуола, фильтрация, промывание и получение конечного продукта. В конце процесса бензойная кислота подвергается рекристаллизации для повышения чистоты, и полученный продукт имеет выход около 71%. В видео делается акцент на важности контроля температуры и аккуратности на всех этапах.

Takeaways

• 😀 Важность безопасности: Толуол является легко воспламеняющимся веществом, которое может быть смертельным при проглатывании и вызывать повреждения органов при попадании в дыхательные пути.
• 😀 Потенциальная опасность: Перманганат калия является окислительным агентом, токсичен при проглатывании и может вызвать химические ожоги на коже и глазах.
• 😀 Коррозийные вещества: Гидроксид калия является коррозийным, а бензойная кислота может вызывать раздражение кожи и серьезные повреждения глаз и органов.
• 😀 Установка оборудования: Для синтеза использовалась магнитная мешалка с горячей плитой, масляная ванна и реактор с термометром, сосудом для реактивов и конденсатором.
• 😀 Реакция с перманганатом: Поток раствора перманганата добавлялся капельно в смесь, содержащую толуол, что приводило к окислению толуола и образованию бензойной кислоты.
• 😀 Азеотроп с водой: Толуол и вода образуют азеотроп, который кипит при 85 °C, и используется для удаления воды из реакционной смеси.
• 😀 Проблемы с герметичностью: Во время реакции обнаружилась проблема с герметичностью крана, но это не повлияло на процесс.
• 😀 Контроль температуры: В ходе реакции температура смеси достигла 100 °C, что указывает на значительное завершение реакции с толуолом.
• 😀 Процесс фильтрации: После окончания реакции смесь фильтровалась для удаления марганцевого диоксида, а оставшиеся примеси были удалены водными промывками.
• 😀 Получение чистого продукта: Из полученной смеси после фильтрации было выделено 4.81 грамма бензойной кислоты, что соответствует выходу 71%.
• 😀 Важность рекристаллизации: Для получения чистой бензойной кислоты было проведено рекристаллизование в воде, при этом следует учитывать, что бензойная кислота обладает летучестью при кипении.

Q & A

Что такое реакция окисления толуола в бензойную кислоту?

Реакция окисления толуола включает в себя использование перманганата калия для преобразования толуола в бензойную кислоту. Толуол окисляется, и в процессе реакции образуется растворимая в воде соль бензойной кислоты, а перманганат калия восстанавливается и образуется диоксид марганца.

Почему в реакции используется азеотроп воды и толуола?

Азеотроп воды и толуола используется для удаления воды из реакционной смеси. Этот азеотроп кипит при 85°C, что помогает поддерживать правильные условия реакции, удаляя воду и способствуя более эффективному окислению толуола.

Какие опасности связаны с работой с толуолом и перманганатом калия?

Толуол является легко воспламеняющимся веществом, которое может быть смертельно опасным при попадании в организм. Вдыхание его паров или проглатывание могут вызвать повреждения органов. Перманганат калия является сильным окислителем, который токсичен при проглатывании и может вызвать серьезные химические ожоги при контакте с кожей и глазами.

Какая роль у гидроксида калия в синтезе бензойной кислоты?

Гидроксид калия используется для создания щелочной среды в реакции. Это важно для де-протонирования бензойной кислоты, что приводит к образованию водорастворимой соли кислоты, облегчая ее выделение из раствора.

Какую проблему вызвало нестабильное уплотнение кранового клапана во время эксперимента?

Нестабильное уплотнение кранового клапана привело к утечке раствора во время добавления его в реакционную смесь. Это не вызвало серьезных проблем, так как реакция все равно продолжилась, но могло повлиять на точность процесса.

Почему после добавления перманганатного раствора реакция началась с подкипанием смеси?

Подкипание смеси началось из-за резкого повышения температуры после добавления раствора перманганата. Это часто происходит при реакции с экзотермическими реакциями, где тепло, выделяемое в процессе, приводит к повышению температуры и кипению.

Что происходит с перманганатом калия в ходе реакции?

Перманганат калия окисляет толуол, при этом сам он восстанавливается и образует диоксид марганца. После завершения реакции оставшиеся следы перманганата нейтрализуются добавлением этанола.

Почему необходимо использовать соду метабисульфит для восстановления диоксида марганца?

Сода метабисульфит используется для восстановления диоксида марганца, превращая его в растворимые соли марганца(II). Это помогает избавиться от остатков марганца и очистить продукт.

Как после охлаждения смеси в морозильной камере получается бензойная кислота?

После добавления кислотного раствора, бензойная кислота протонируется, выпадает в виде осадка, который затем фильтруется и промывается водой. Продукт очищается от загрязнений и высушивается, получая чистую бензойную кислоту.

Каковы результаты синтеза бензойной кислоты, полученные в данном эксперименте?

В результате эксперимента было получено 5,21 г сырого продукта, что после рекристаллизации дало 4,81 г чистой бензойной кислоты, что соответствует выходу 71%.