苯甲醇
苯甲醇(英语:Benzyl alcohol),别名醇、α-羟基甲苯,是一种有机化合物,分子式为C₇H₈O,分子量为108.14,是最简单的芳香醇之一。常温下苯甲醇为无色透明液体,有芳香气味,密度为1.045g/mL(25℃),比水稍稠。苯甲醇稍溶于水,在25℃水中的溶解度为42900mg/L,能与苯、甲醇、三氯甲烷、乙醇、乙醚、和丙酮等混溶。苯甲醇的性质活泼,可发生化反应、羟醛缩合等。苯甲醇在自然界中多数以酯的形式存在于香精油中,如茉莉花油、风信子油和秘鲁香脂等。苯甲醇具有强极性、水溶性好、毒性低和蒸气压低的特点,可用作彩釉玻璃、油漆、清漆、环氧树脂涂料的通用溶剂,在清洗和化学反应过程中用作脱脂剂。它可以与各种酸反应生成多种酯类等化合物,被广泛用于食品行业、化工行业和医药行业等。
化学结构
苯甲醇的分子式为C₇H₈O,结构简式为C₆H₅CH₂OH。苯甲醇的分子结构式和球棍模型如下图所示。苯甲醇是最简单的含有苯基的脂肪醇,也可以看做羟甲基取代的苯。苯甲醇是极性分子,这是由于氧原子的电负性较大,进一步使电子分布的不均匀程度加大。苯甲醇的沸点达到200℃以上,高于甲苯等相似结构的芳香族化合物,这是由于苯甲醇中的-OH可形成分子间氢键。
苯甲醇的分子式为C₇H₈O,结构简式为C₆H₅CH₂OH。苯甲醇的分子结构式和球棍模型如下图所示。苯甲醇是最简单的含有苯基的脂肪醇,也可以看做羟甲基取代的苯。苯甲醇是极性分子,这是由于氧原子的电负性较大,进一步使电子分布的不均匀程度加大。苯甲醇的沸点达到200℃以上,高于甲苯等相似结构的芳香化合物,这是由于苯甲醇中的-OH可形成分子间氢键。
理化性质
物理性质
苯甲醇在常温下为带有芳香气味的无色透明液体,密度为1.045g/mL(25℃),比水稍稠,熔点为-15.2°C,常压下沸点为205℃。苯甲醇稍溶于水,在25℃水中的溶解度为42900mg/L,能与苯、甲醇、三氯甲烷、乙醇、乙醚和丙酮等混溶。其油水分离系数logP为1.1,液体表面张力为39.0dynes/cm(20℃)。25℃下,苯甲醇蒸气压为0.094mmHg,黏度为5.474cP。
化学性质
苯甲醇闪点100.56℃,沸点205℃,自燃温度为436℃,属于不易燃的液体,溶于水后溶液呈中性。苯甲醇暴露在空气中会被氧化成苯甲醛和苯甲酸,但氧化过程非常缓慢;加热分解时会散产生刺鼻的烟雾。
酯化反应
苯甲醇可以和羧酸发生酯化反应生成各种芳香酯。本反应可以使用多种催化剂进行催化,其中12-钨磷酸单铵盐可用于芳香族羧酸与苯甲醇的选择性酯化反应,具有后处理简单、不溶于水相溶剂、催化活性强等优点。
羟醛缩合反应
苯甲醇可以与发生羟醛缩合反应,进而达到酮的α-基化以延伸碳碳键的目的。关于此反应的催化剂,Rh(acac)₃/DABCO/氢氧化钾(乙酰丙酮铑(III)/N,N-2-二甲基乙醇胺/氢氧化钾)对于此反应的催化是非常有效的,而且不需要任何额外的添加剂或外部的氢来源,原子经济性高。此外,和钌等单金属、双金属和异双金属的配位化合物对于此反应的催化效果和选择性也非常好,并且可以通过简单的溶剂变化来提高产物形成的选择性。
氧化反应
苯甲醇经氧化或脱氢反应可以生成苯甲醛,然后进一步氧化得到苯甲酸。但是如果通过此反应选择性、高产率地得到苯甲醛,氧化过程的催化剂的选择就至关重要,如双吡啶高锰酸银(【Ag(C₅H₅N)₂】MnO₄)和过氧化铬配合物就是比较好的氧化催化剂。
如果想要得到苯甲醇的彻底氧化产物苯甲酸,就需要氧化性能更强的氧化剂来实现,如高锰酸(Ba(MnO₄)₂)、高价碘(III)试剂碘苯(PhI=O)等。
Ritter反应
苯甲醇的羟基很活泼,它可以与苯反应生成二苯基甲烷,与丙烯腈反应生成N-苄基丙烯酰胺。
这个反应的机理分为三步:(1)苯甲醇在强酸性溶液中生成稳定的碳正离子,并产生水;(2)该碳正离子受到氮的亲核进攻,生成一个腈离子;(3)然后(1)步骤中生成的水进攻叁键碳,经过质子转移即得N-取代胺,水解可以得终产物N-苄基丙烯酰胺。
制备方法
氯化苄水解
工业上制备苯甲醇通常以氯化苄为原料,在碱性物质(如氢氧化钠、碳酸钠或碳酸钾)的存在下加热水解制取。此外,此反应可以采用聚乙二醇₁₀₀₀-DAIL【BF₄】(一种基于聚乙二醇1000的双离子液体)/甲苯构成的温度依赖性的双相体系,再使用硫酸铁进行催化水解。这种双相系统可以改善产品分离性能和提高催化剂回收效率。
苯甲醛还原
苯甲醇还可以通过苯甲醛的还原反应制得。此反应可通过由KF或CsF活化的含Si化合物(如Si(OR)₄)催化,这种催化剂是一种功能强大的选择性还原剂,可以在还原醛、酮或酯的羰基而不还原其他官能团(如碳碳双键、硝基等),使用其还原苯甲醛可以达到100%的产率。
酯氢解
苯甲醇可以通过酯的加氢制得。Ru-CNC(二甲基吡啶衍生的钌钳形配位化合物)催化剂可以催化酯的氢解,将苯甲酸甲酯还原得到苯甲醇,产率可以达到100%。
苯甲醛的坎尼扎罗反应
苯甲醛在浓强碱溶液的作用下发生坎尼扎罗反应(Cannizzaro反应),歧化生成等量的苯甲醇和苯甲酸。
甲苯氧化
甲苯可以在金属卟啉催化下,经空气氧化得到苯甲醇、苯甲醛等。如甲苯在无溶剂和助剂条件下,以Co(II)tpp为催化剂,在空气中氧化生成苯甲醇。
应用领域
化工领域
苯甲醇是重要的化工原料,可作为溶剂、塑化剂、防腐剂等、显影剂、氯乙烯稳定剂等。如配置无溶剂环氧地坪涂料时,苯甲醇既是水杨酸的溶液,也是环氧胶的增稠剂,树脂固化后苯甲醇会留在漆膜中赋予其一定的弹性。苯甲醇还可以作为脱漆剂使用,苯甲醇型脱漆剂的安全环保性优于传统脱漆剂。
香料领域
苯甲醇在香料工业中常用作定香剂和稀释剂。苯甲醇是茉莉花、月下香、伊兰等香精调配时不可缺少的香料,可用于配制香皂、日用化妆香精等。苯甲醇还可以在食品工业中配置杏仁、草莓等香精。
医药领域
苯甲醇也广泛应用于医药领域,因苯甲醇具有麻醉、镇痛的功效,别名又叫“无痛水”,常用于医药针剂中的药物溶剂,如维生素B注射液的溶剂、盐酸大观霉素的溶剂。苯甲醇是一种抑菌化合物,可用作药膏或药液的防腐剂。除此之外,苯甲醇还是医药合成的重要中间体。
其他应用
苯甲醇还可以作为纺织印染助剂中的促染剂,尼龙丝、塑料薄膜的干燥剂,焊口清洗剂和有机硅化物溶剂稳定剂等。
安全事宜
消防相关
存放环境及消防措施
苯甲醇属于可燃的碳氧化物,应存放在封闭和干燥的环境中,最好在不超过40°C的密闭容器中储存,避光。如储存在不锈钢罐中。由于苯甲醇容易氧化,建议用氮气覆盖液体表面。
如发生苯甲醇相关的火灾,推荐使用雾状水灭火器、泡沫灭火器、粉末灭火器、二氧化碳灭火器灭火。在着火情下,佩戴自给式呼吸器。防止消防水污染地表和地下水系统。
泄露处理
苯甲醇泄漏时,相关人员要避免吸入,保证充分的通风。人员迅速疏散离开危险区域,同时启动应急程序并征求专家意见。注意避免让产品进入下水道,如有泄漏,抽出下水道中泄漏的苯甲醇,并使用液体吸收材料(例如使用Merck的吸附剂Chemizorb®)吸收苯甲醇,并依照化学废弃物处理标准进行处理,随后清理受影响的区域。
其他注意事项
(1)苯甲醇的可燃蒸气重于空气,因此能沿地面扩散。在急剧加热下与空气会形成爆炸性混合物。起火时可能引发产生危害性气体或蒸气。
(2)苯甲醇对塑料具有腐蚀性;乙酰溴与苯甲醇会发生剧烈反应;苯甲醇与浓硫酸、过氧化氢的混合会引起爆炸。如果将苯甲醇加入到90%的过氧化氢中,然后用浓硫酸酸化,则会发生爆炸。烷基次氯酸盐具有剧烈爆炸性,它们很容易通过次氯酸和苯甲醇在水溶液中或在混合的四氯化碳水溶液中反应而获得。异氰酸酯与苯甲醇的碱催化反应应该在惰性溶剂中进行。在没有溶剂的情况下,这种反应通常会发生爆炸。
健康相关
危险性描述
苯甲醇的吞咽或吸入对人体有害,会造成严重眼刺激。
(1)急性毒性,经口(类别4),H302
(2)急性毒性,吸入(类别4),H332
(3)严重眼睛损伤/眼睛刺激性(类别2A),H319
毒性
苯甲醇的毒性主要是麻醉性,急性中毒的症状为呼吸道受刺激,接着出现肌肉麻痹的症状,进而引发肌肉痉挛、昏睡。人体大量摄入苯甲醇会即刻出现全身痉挛、血压下降的症状,甚至导致死亡。
急救措施
眼睛:使用大量清水清洗眼睛,立即就医;皮肤:脱掉被污染的衣物,使用肥皂水冲洗暴露的皮肤,立即就医。吸入:立即离开污染区,呼吸新鲜空气。如出现喘证、咳嗽、呼吸急促、口腔、喉咙或胸部灼热等症状,立即就医;食入:不要催吐,可以用清水漱口后就医。
个人防护及环境保护
眼面防护:请使用经官方标准如NIOSH(美国)或EN166(欧盟)检测与批准的设备防护眼部。
吸入预防:保持通风。
皮肤预防:使用的手套在使用前必须经过检查,请使用合适的方法脱除手套(不要接触手套外部表面),避免任何皮肤部位接触此产品。
身体保护:在苯甲醇蒸气生成时需要穿防护服呼吸系统防护。
环境保护:不要让苯甲醇进入下水道。
参考资料
苯甲醇.行业精英.2022-12-25