1.2 任务解析
1.2.1 苯甲酸产品开发任务书
汪工拿出了一份公司苯甲酸的产品开发任务书，见表1-1。
汪工：企业产品研发任务书是新产品研究开发必要的文件依据，有时也会以产品供货合同来作为产品开发的依据。有关产品研发的项目必须经过主管部门批准后方可以进行试验。一般都需要下发正式的文件或任务书。在任务书中必须明确项目的内容、要求及相关标准。转接科研院所的项目也可以自行开发。
表1-1 产品开发任务书
注：一式三联。一联技术总监留存，一联交技术部经理，一联交项目负责人。
【表中相关内容的解释】
（1）CAS号：（CAS Registry Number或称CAS Number，CAS Rn，CAS #），又称CAS登录号，是某种物质[化合物、高分子材料、生物序列（Biological sequences）、混合物或合金]的唯一的数字识别号码。美国化学会的下设组织化学文摘服务社（Chemical Abstracts Service，CAS）负责为每一种出现在文献中的物质分配一个CAS号，其目的是为了避免化学物质有多种名称的麻烦，使数据库的检索更为方便。如今几乎所有的化学数据库都允许用CAS号检索。苯甲酸的CAS号为65-85-0。
（2）有关执行标准：我国标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四类。食品防腐剂质量标准参见GB 1902—2005。
1.2.2 苯甲酸的合成路线设计
（1）苯甲酸分子结构的分析 在有机合成中，要合成某一化合物显然是不可能通过原子直接组合而来，只能利用一些已知的化合物分子，让它们之间发生适当的化学反应，通过一定的反应路线，经过一定的分离方法得到。因有机物分子中，具有反应活性的部位大多集中在官能团上，因此，我们必须搞清楚其分子结构式、分子的基本骨架结构、相关官能团组成以及连接的方式等。
苯甲酸分子式：C6H5COOH。
苯甲酸分子结构式：
目标化合物基本结构为苯的结构，在苯环上接有一个羧基。
（2）苯甲酸的合成路线分析 对于分子结构简单的有机分子，往往可以利用掌握的有机反应直接写出其合成的反应。例如在有机化学里学习过甲苯可被高锰酸钾氧化为苯甲酸（苯环侧链基团被氧化的性质）。
于是即可利用这个反应来合成苯甲酸。甲苯、乙苯、异丙苯都能发生这个反应。对于不同原料，就对应不同的合成路线。这里可以把这个合成的问题归纳为苯环上的烷基转化为羧基：
但有机合成的问题绝不都是如此简单。事实上，在设计合成路线时经常遇到比较复杂的设计问题，此时必须广泛参考文献资料。对于苯甲酸的合成，文献报道的合成路线还有很多，这里仅简单讨论。
文献路线1：甲苯液相空气催化氧化法
在Co（Ac）2催化剂存在下，向液体甲苯中通入空气进行氧化：
此法为工业上生产苯甲酸的常用方法，该反应中甲苯为液相，空气为气相，采用空气作氧化剂。
文献路线2：苯甲醛歧化法
利用苯甲醛在碱性条件下发生氧化还原歧化反应（康尼查罗反应），一分子还原为苯甲醇，一分子氧化为苯甲酸（生成钠盐），酸化后即可得到苯甲酸沉淀。
苯甲醇又称苄醇，也是很有用的有机原料。
文献路线3：格氏试剂法
卤代烷在无水醚中可以与金属镁反应生成有机镁化合物RMgX，生成的这种有机镁化合物称为格氏试剂（格氏试剂可溶于醚类），该反应称为格氏反应。向制得的格氏试剂中通入CO2气体并酸性水解，可制得比卤代烷多一个碳原子的羧酸。
利用格氏试剂法制备苯甲酸时可采用溴苯作原料，反应式如下。
水分子是含活泼氢的化合物，格氏试剂化学性质活泼，能被水分解生成烷烃和Mg（OH）X，因此格氏反应为一忌水反应，空气中的水蒸气会对其产生影响。
还有其他一些合成方法，比如苯腈水解法、同碳三卤代物水解法、邻苯二甲酸脱羧法等。
汪工：一种化合物的制备路线可能有多种，但并非所有的路线都能适用于实验室合成或工业化生产，选择正确的制备路线是极为重要的。比较理想的制备路线几乎应同时具备下列条件：
①原料资源丰富，价廉易得，生产成本低；
②副反应少，产物容易分离、提纯，总收率高；
③反应步骤少，时间短，能耗低，条件温和，设备简单，操作安全方便；
④产生的“三废”能得到有效控制，不污染环境；
⑤副产品可综合利用。
甲苯液相空气氧化法合成路线较短，操作简单，产率较高，但制备时间较长。与化学氧化（如KMnO4氧化）法相比，甲苯液相空气氧化法不消耗价格较贵的化学氧化剂，所用的氧化剂为空气（氧气），成本极低，“三废”排放少，生产成本上极具竞争力。其他生产方法如苯甲醛歧化法、格氏试剂法等都存在原料成本高、合成路线较长，毒性大、操作麻烦且产率不高等缺点。综合起来，我们可以选择甲苯空气氧化的工艺进行小试。
甲苯液相空气氧化工艺的关键是甲苯的氧化，欲在合成中做好甲苯的氧化，就必须对甲苯氧化反应过程的情况作详细了解。
知识点拨
1.关于有机合成
所谓有机合成就是从简单易得的原料，通过一步或多步化学反应制备出比较复杂的目标分子的过程。它也包括将复杂的物质变为简单物质的过程。
有机合成有两个基本的目的：一是为了合成一些特殊的、新的有机化合物，探索一些新的合成路线或研究其他理论问题，即实验室合成。二是为了工业上大量生产，即工业合成。实验室合成是有机合成的基础，它是根据一般碳架和官能团的变化规律所研究得出的结论，大多数具有普遍的意义。但并非所有实验室合成都适合于工业生产，能适合于工业生产的，只是其中的一部分。
工业合成又可分为基本有机合成和精细有机合成。基本有机合成是利用化学方法将简单的、廉价易得的天然资源如煤、石油、天然气及其初加工产品和副产品（电石、煤焦油等）合成为最基本的有机化工原料“三烯一炔”（乙烯、丙烯、丁烯和乙炔）、“三苯一萘”（苯、甲苯、二甲苯和萘），然后再进一步合成其他重要的有机化工原料如乙醇、甲醛、乙酸等。
精细有机合成工业则是主要合成染料、药物、农药、香料及各种试剂、溶剂、添加剂等。其特点是产量小、品种多、质量要求高，而且一般多为间歇生产，操作比较复杂细致。
工业合成与实验室合成虽然在反应原理和单元操作上大致相同，但两者在实现形式上具有很多的差别。实验室合成所需要的物质用量较少，但纯度要求较高，其成本在一定范围内不是主要问题，而工业合成的成本问题是非常重要的，即使收率上的极小变化或工艺路线上和设备的微小改进都会对成本发生很大的影响。此外，工业合成中还要考虑大生产的要求，如设备、操作、产物的综合利用，物料、能量的平衡，生产的连续性，以及“三废”的处理和环境的保护等。正因为如此，从实验室合成到工业合成一般要经过小试、中试放大再到工业大生产的逐级放大的论证过程。只有经过充分的论证，实验室的合成才能最终在生产中实现。
知识点拨
2.有机合成单元反应
精细化学品及其中间体虽然品种繁多，但是从分子结构来看，它们大多数是在脂链、脂环、芳环或杂环上含有一个或几个取代基的衍生物。其中最主要的取代基有：①—X（卤素基）；②—SO3H、—SO2Cl、—SO2NH2、—SO2NHR或—SO2NHAr等（R表示烷基，Ar表示芳基）；③—NO2、—NO；④—NH2、—NHR、—NHAr、—NHAc、—NHOH等（Ac表示乙酰基）；⑤—
Cl-、—HS
、—N
NAr、—NHNH2等；⑥—OH、—OR、—OAr、—OAc等；⑦—CH3、—C2H5、—CH（CH3）2等；⑧—CHO、—COR、—COAr、—COOH、—COOR、—COOAr、—COCl、—CONH2及—CN等。
为了在有机分子中引入或形成上述取代基，以及为了形成杂环和新的碳环，于是把化学反应按其共同特点可分为硝化、胺化、卤化、磺化等若干类别，这种类别的化学反应叫做单元反应或单元作业。最重要的单元反应有，①卤化；②磺化和硫酸酯化；③硝化和亚硝化；④还原和加氢；⑤重氮化和重氮基的转化；⑥氨解和胺化；⑦烷基化（也称烃化）；⑧酰化；⑨氧化；⑩羟基化；
酯化与水解；
缩合；
环合；
聚合等。
上述单元反应可归纳为三种类型：第一类是有机分子中碳原子上的氢被各种取代基所取代的反应，如卤化、磺化、硝化、亚硝化、C-酰化、C-烷基化等；第二类是碳原子上取代基转变为另一种取代基的反应，例如，甲苯上的甲基被氧化为羧基等；第三类是在有机分子中形成杂环或新的碳环的反应，即环合反应。
知识点拨
3.关于氧化反应
广义上，凡使有机物分子中碳原子总的氧化态增高的反应均称为氧化反应。狭义上，氧化反应主要是指在氧化剂存在下，有机物分子中增加氧或减少氢的反应。氧化反应过程中，由于氧化剂的种类很多，其作用特点各异，因此一种氧化剂可以对多种不同的基团发生氧化反应，另一方面，同一种基团也可以因所用氧化剂和反应条件的不同，给出不同的氧化产物。利用氧化反应除了可以制得醇、醛、酮、羧酸、醌、酚、环氧化合物和过氧化物等在分子增加氧的化合物以外，还可用来制备某些在分子中只减少氢而不增加氧的产物。
由于氧化剂和氧化反应的多样性，氧化反应很难用一个通式来表示。有机物的氧化涉及一系列的平行反应和连串反应（包括过度氧化以及完全燃烧成二氧化碳和水），对于精细化工产品的生产来说，要求氧化反应按一定的方向进行并且只氧化到一定的深度，使目的产物具有良好的选择性、收率和质量，另外，还要求成本低、工艺尽可能简单。这就要求选择合适的氧化剂、氧化方法和最佳反应条件，使氧化反应具有良好的选择性。
知识点拨
4.关于氧化方法及其特点
根据氧化剂和氧化工艺的区别，可以把氧化反应分为在催化剂存在下用空气进行的催化氧化、化学氧化及电解氧化三种类型。
工业上最价廉易得且应用最广的氧化剂是空气。用空气做氧化剂时，反应可以在液相进行，也可以在气相进行，但必须在催化剂或引发剂存在下反应，此类反应称为空气催化氧化。在液相中进行的空气催化氧化的适用范围很广，通过空气液相氧化可直接制得有机过氧化物、醇、酮、羧酸等。将有机物的蒸气与空气的混合气体在高温（300～500℃）下通过固体催化剂，使有机物适度氧化，生成目的产物的反应叫做空气的“气-固相接触催化氧化”。气-固相接触催化氧化法都是连续化生产，在工业上主要用于制备某些醛类、羧酸、酸酐、醌类和腈类等产品。
也用到许多无机的和有机的含氧化合物作为氧化剂，常称为“化学氧化剂”。此类氧化一般称为化学氧化。此外，有时还用到电解氧化法（尽管电解氧化不使用化学氧化剂，可以最大限度地减少“三废”污染，属于绿色化工，但现在工业化应用还不广泛）。
在各种类型的氧化反应中存在一些共同的特点：
①氧化剂在进行氧化反应时，氧化剂的形态有两种。一种是气态氧，如空气或纯氧。其特点是来源丰富、价格便宜、无腐蚀性，但是氧化能力较弱，此类反应通常需要使用催化剂，有时还需要采用高温。以空气为氧化剂动力消耗较大，废弃排放量大，设备体积大。纯氧氧化剂需要采用空分装置进行氧分离。另一种是化学氧化剂（无机的或有机的含氧化合物），其特点是氧化能力强，反应条件温和且不需要催化剂，但其价格比较昂贵，制备也比较困难，一般只用来生产一些小批量、附加值高的精细化工产品。
②强放热反应。所有的氧化反应均是放热反应，特别是完全氧化反应放热更为剧烈。因此反应过程中要及时移走反应热，使反应平稳进行，防止生产事故的发生。
③热力学上，氧化反应热有利于氧化反应的进行，故氧化反应均可看作不可逆反应，特别是完全氧化反应。
④氧化反应的途径一般不止一种，其副反应多，因此要选择合适的反应条件，才能得到目的产物。
知识点拨
5.液相空气氧化的催化剂
在烃类自动氧化生成醇、醛、酮或羧酸等产物时，最常用的自动氧化催化剂是可变价金属的盐类，有时还加入其他辅助引发剂。最常用的可变价金属是Co，有时也用到Mn、Cu和V等。最常用的钴盐是水溶性的乙酸钴，油溶性的丁酸钴和环烷酸钴。其用量一般是被氧化物质量的百分之几到万分之几。
可变价金属的盐类作催化剂的优点是，在反应中生成的低价金属离子可以被空气中的氧再氧化成高价离子，它本身并不消耗，能保持持续的催化作用。
RH + Mn+ 
R· + H+ + M（n-1）+
M（n-1）+-e Mn+
还应注意到，可变价金属离子会促进有机过氧化氢物的分解。因此，如果目的在于制备有机过氧化氢物或过氧化羧酸，则不宜使用可变价金属盐作催化剂。在连续生产时可利用有机过氧化氢物自身的缓慢热分解产生自由基以引发自动氧化反应。
R—O—O—H R—O· + HO·
因此，在以有机过氧化氢物作为产物时，只能采用引发剂加速反应，由于引发剂不能再生，故其用量应参与反应的计量。
甲苯液相空气氧化中常用的催化剂为乙酸、环烷酸、硬脂酸、苯甲酸的钴盐或锰盐以及溴化物，其中以钴盐的催化性能最好。溴化物为助催化剂，有助于提高反应的选择性和收率。也可添加氯化物，这主要是因为Cl与Co（Ⅲ）形成络合物，提高了氧化电位，加速了Co（Ⅲ）还原为Co（Ⅱ）。由于溴化物对设备有严重的腐蚀作用，因而在现有的工业化生产中，不添加溴化物也较为常见。
1.2.3 苯甲酸合成单元过程分析
汪工：在确定反应路线，选择相应的原料和试剂后，要完成反应还必须制订详细的反应方案。这在工艺上就是明确相应的工艺控制点，显然这对于生产是非常关键的。而反应方案的制订就必须从反应的机理和反应影响因素等方面入手才能把握其要点。
甲苯的氧化反应式如下。
书写反应式时，一般还需将主产物及主要副产物一并写出来，这样在后处理时可以很清晰地了解到反应物的组成。
在此反应中，甲苯可称为合成苯甲酸的反应底物（也叫基质），相应空气（氧气）则称为反应试剂。一般地，在有机合成反应中，有机化学反应通常是在反应试剂的作用下，有机物分子发生共价键断裂，然后与试剂生成键，提供碳的物质叫“基质”，从基质上分裂下来的部分叫离去基团。促使有机物共价键断裂的物质叫进攻试剂，也称为反应试剂。反应试剂可分为极性试剂和自由基试剂两种。
极性试剂是指那些能够供给或接受一对电子以形成共价键的试剂。极性试剂又分为亲电试剂和亲核试剂。
亲电试剂是从基质上取定一对电子形成共价键的试剂。这种试剂电子云密度较低，在反应中进攻其他分子的高电子云密度中心，具有亲电性能，包括：①阳离子，如
、NO+、R+、R—C+ 
O、Ar
、R4N+等；②含有可极化和已经极化共价键的分子，如Cl2、Br2、HF、HCl、SO3、RCOCl、CO2等；③含有可接受共用电子对的分子（未饱和价电子层原子的分子），如AlCl3、FeCl3、BF3等；④羰基的双键；⑤氧化剂，如Fe3+、O3、H2O2等；⑥酸类；⑦卤代烷中的烷基（R—X）。由该类试剂进攻引起的离子反应叫亲电反应。例如亲电取代、亲电加成。
把一对电子提供给基质以形成共价键的试剂称亲核试剂。这种试剂具有较高的电子云密度，与其他分子作用时，将进攻该分子的低电子云密度中心，具有亲核性能，包括：①阴离子，如OH—、RO—、ArO—、NaS
、NaS—、CN—等；②极性分子中偶极的负端，如NH3、RNH2、RNHR'、ArNH2和NH2OH等；③烯烃双键和芳环，如CH2 CH2、C6H6等；④还原剂，如Fe2+、金属等；⑤碱类；⑥有机金属化合物中的烷基，如RMgX、RC≡CM等。由该类试剂进攻引起的离子反应叫亲核反应。例如，亲核取代、亲核置换、亲核加成等。
含有未成对单电子的自由基或是在一定条件下可产生自由基的化合物称自由基试剂。例如，氯分子（C12）可产生氯自由基（Cl·）。
（1）甲苯液相空气氧化反应的机理 空气液相氧化的实质是空气中的氧气由气相溶解进入液相，在催化剂（或引发剂）的作用下与液相中的有机物进行反应。甲苯氧化是一个串联反应，甲苯首先氧化生成苯甲醇，再进一步氧化生成苯甲醛，最后氧化生成苯甲酸。
一般来说，有机物在室温下在空气中会发生缓慢的氧化。在不加入引发剂或催化剂的情况下，有机物的自动氧化在反应初期进行得很慢，通常需经过很长时间才能积累一定浓度的自由基，使有机物的氧化反应能以较快的速度进行下去，这段积累自由基的时间称做有机反应的“诱导期”。在实际生产中，为了提高自动氧化的速度，需要提高反应温度并加入引发剂或催化剂。
自动氧化是自由基连锁反应，其反应历程包括链的引发、链的传递和链的终止三个步骤，其中决定性步骤是链的引发。
①链的引发 这是指被氧化物R—H在能量（热能、光辐射和放射线辐射）、可变价金属盐或自由基X·的作用下，发生C—H键的均裂而生成自由基R·的过程。例如：
R· + H·
R· + H+ + Co（Ⅱ）
R· + HX
式中，R可以是各种类型的烃基，R·的生成给自动氧化反应提供了链传递物。甲苯生成自由基时发生在侧链甲基上。
一般地，在烃分子中C-H 键均裂成自由基R·和H·的难易程度与烃分子的结构有关。叔C-H 键（即R3C—H）最易均裂，其次是仲 C-H 键（即R2CH—H），最难的是伯C-H 键（即RH2C—H）。例如：异丙苯在自动氧化时主要生成叔碳过氧化氢物，而乙苯主要生成仲碳过氧化氢物。
叔碳过氧化氢物和仲碳过氧化氢物在一定条件下比较稳定，可以作为在自动氧化过程的最终产物（不加可变价金属盐催化剂）。因此反应优先发生在叔碳（或仲碳）原子上。乙苯在自动氧化时，如果加入钴盐作催化剂，则主要产物是苯乙酮。
必须注意的是，被氧化的原料中不应含有阻化剂。所谓阻化剂是能与自由基结合成稳定化合物的物质。少量阻化剂就能使自由基销毁，造成链终止，减缓自由基反应的速率。最强的阻化剂是酚类、胺类、醌类和烯烃等，另外原料中的水亦具有阻化作用。如：
例如，在异丙苯的自动氧化制备异丙苯过氧化氢物时，回收套用的异丙苯中不应含有苯酚（来自异丙苯过氧化氢物的酸性分解）和α-苯乙烯（来自异丙苯过氧化氢物的热分解）。而在甲苯的自动氧化制备苯甲酸时，原料甲苯中不应含有烯烃，否则都会延长诱导期。
另外，在反应系统中，有时反应产物或副产物本身就有阻化作用，此类现象称为自阻现象。只有当阻化剂都转化为稳定化合物后，链反应才能正常传递。
阻化剂的作用应从两个方面进行评价：若原料中含有阻化剂时，它会显著降低液相催化氧化反应速率，甚至使反应无法正常进行，因此反应的原料中不能含有阻化剂。而在液相催化氧化反应紧急情况下，如超温超压，可加入阻化剂终止自由基反应，以保证安全生产，此时阻化剂亦称为终止剂。
②链的传递 这是指自由基R·与空气中的氧相作用生成有机过氧化氢物的过程。反应为：
通过上面两反应式又可以使R—H持续地生成自由基R·，并被氧化成有机过氧化氢物。它是自动氧化的最初产物。
对于甲苯：
上述反应中苯甲醇氧化生成苯甲醛的速率最快，而苯甲醛氧化生成苯甲酸的速率较甲苯氧化生成苯甲醇的速率稍慢。故产物中苯甲酸的含量最高，苯甲醛的含量其次，苯甲醇的含量最低。相对甲苯，苯甲醛更容易被空气氧化。
③链的终止 自由基R·和R—O—O·在一定条件下会结合成稳定的化合物，使自由基猝灭。例如：
显然，有一个自由基猝灭，就有一个链反应终止，使自动氧化的速度减慢。
甲苯的氧化为放热反应。一般来说，羧酸类物质由于氧化态较高，相对较为稳定，故甲苯的催化氧化将停留在苯甲酸阶段。由于氧化历程复杂，故反应的副产物往往较多。
（2）空气液相氧化的影响因素
①甲苯的反应性质 甲苯有类似苯的芳香气味，沸点（常压）110.63℃，熔点-94.99℃。甲苯不溶于水，溶于乙醇、乙醚和丙酮等有机溶剂中。由于甲苯比苯多了一个甲基，甲基是供电子基，它的存在会使苯环电子云密度增加，有利于亲电试剂对苯环的进攻，因而甲苯比苯容易进行苯环上的亲电取代反应；甲苯在一般条件下性质十分稳定，但同酸或氧化剂却能激烈反应。它的化学性质类似于苯酚和苯，反应活性则介于两者之间。甲苯主要能进行自由基取代、亲电取代和自由基加成反应，亲核反应则较少发生。
在受热或光照条件下，甲苯可以和某些反应物（如溴）在甲基上进行自由基取代反应。由于甲苯苯环侧链甲基上的C—H键键能较大，约为355.64kJ/mol，反应的引发比较困难，通常需要高温高压。即使在有催化剂的情况，反应的条件仍然比较苛刻。
甲苯蒸气和空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限1.2%～7.0%（体积分数），在反应中需要注意。
②反应的介质与传质的影响 甲苯的液相空气氧化可以在溶剂体系下反应，也可以在无溶剂体系下反应。可作为反应溶剂的有：乙酸、乙腈、二氯甲烷等。研究表明，酸性介质可以大大提高催化剂的活性，这可能是因为酸性介质中可避免钴原子的二聚缘故。也有用无机盐溶液作为反应介质的报道。
甲苯液相空气氧化反应属于气液反应，是典型的扩散-反应过程，反应除了受动力学因素控制外，还受扩散因素的影响。因此在通过改变反应温度和催化剂用量来达到较高的化学反应速率的前提下，还需要建立足够大的相接触面积，或者通过强烈的搅拌来提高扩散速率。
空气流速对苯甲酸的收率有较大影响，甲苯转化率随空气流速的增加而升高。空气流速较小时，有利于苯甲醛的形成，但苯甲酸的收率却降低；过高的空气流速可能带出更多的甲苯，对生产不利。空气的流速一般控制在240L/（h·kg甲苯）左右。
③氧化深度 对于大多数自动氧化反应，特别是在制备不太稳定的过氧化氢物或醛、酮时，随着被氧化物转化率的提高，副反应生成的阻化物（包括焦油物）会逐渐积累起来，使反应速率逐渐变慢。另外，随着转化率的提高，还会增加目的产物的分解和过度氧化等副反应。因此，为了保持较高的反应速率和产率，常常需要在只有一小部分原料被氧化成目的产物时就停止下来，即将氧化深度保持在一个较低的水平。这样，虽然原料的单程转化率比较低，但是未反应的原料可以回收循环套用。按消耗的原料计算，总收率还是比较高的。
对于产物稳定的氧化反应，如羧酸，由于其产物进一步分解或氧化的可能性很小，连串副反应也不易发生，所以可采用较高的转化率进行深度氧化，从而大大减少物料的循环量，简化了后处理操作过程，降低了生产成本和生产能耗。
④温度与压力 在催化条件下，甲苯液相空气氧化的反应温度一般为140～175℃，压力为0.4～0.8MPa。不同催化剂相应的温度压力有所差异。
因反应放热，反应控制在较低的温度对反应有利。由于苯甲酸常温下的熔点是122℃，加压条件下熔点也会相应升高。反应温度应控制在其熔点之上，这样可以保证反应为气液反应。温度过高，会引起副反应，影响苯甲酸的收率；而温度过低，氧化速率减慢，甲苯的转化率降低。
空气压力越高，氧气的浓度越大，对反应有利。另外，提高空气率压力，可以显著提高甲苯的爆炸极限，这对反应的安全是必要的。
⑤添加剂的影响 在甲苯的液相空气氧化体系中添加少量苯甲醛对反应是有利的。苯甲醛的作用可能是引发更多的自由基参与反应。苯甲醛添加量通常在1%左右。
⑥含水量的影响 由于氧化过程中生成水，体系中水分的积累对氧化反应不利。一般地，随着反应体系中水量增多，甲苯的转化速度减慢，甲苯的总的转化率也将下降，因此必须将反应体系中的水尽可能不断地除去。
⑦副反应 由于氧化反应历程复杂，甲苯氧化后的副反应很多。其中以中间产物苯甲醇或苯基苄基醇与反应生成的羧酸进行酯化生成的酯，如苯甲酸苄酯、甲苯甲酸苄酯等为主。
苯甲酸苄酯含量较高，回收后经水解及后处理可重新得到苯甲醇与苯甲酸。其他副产物主要有水、苯甲醇、苯甲醛、苯、联苯、苯甲酸苄酯、邻甲基联苯、二甲基联苯、对甲基联苯及酯类等，均可回收利用。
1.2.4 单元反应后处理策略分析
单元反应完成后，要将反应物中目标产物分离出来，才能完成合成的任务。由于反应物体系的构成千差万别，要进行分离时采用的策略是不尽相同的。
1.2.4.1 氧化反应物料的后处理
（1）体系的组成及其状态 反应后的物料通常是由目标产物、多余的原料、溶剂、催化剂及副产物组成。一般来说，只要合成反应控制得好，反应的转化率往往是很高的，因此，产物中除了多余的原料、溶剂外，目标化合物往往是主要成分。
对于不加溶剂的甲苯液相空气氧化反应体系，反应结束后体系的主要组成为：剩余甲苯、苯甲酸、少量水、催化剂及副产物等，体系基本上呈均相混合溶液状态。
（2）产物的分离策略 对反应物料进行处理分离出目标产物是化工生产的重要内容，在制订反应物料分离方案时，有一些原则值得参考。
①原子经济原则 降低成本的是任何生产活动必须遵守原则，因此分离的总原则是以尽可能低的成本获得尽可能多的效益，即在工艺上不仅要分离出目标产物，还须尽可能多地回收多余的原料（包括溶剂、剩余原料、催化剂等）和有价值的组分。
②催化剂优先处理原则 催化剂往往是有机合成中的关键，尽管用量较少，但往往价格不菲，故在分离处理前要首先考虑回收催化剂，以便于下次生产时重复使用。而对于酸或碱的催化剂，如果不能分离，则往往需要进行中和处理。
③保护目标产物原则 即任何后处理过程原则上都不能以牺牲目标产物为代价，因为牺牲了目标产物的处理不仅造成目标产物的浪费，还带来了新的杂质，增加了后处理的难度。因此对于处理过程中有可能对目标产物产生危害的组分必须进行消除（猝灭）处理。
④围绕目标产物分离原则 对于某一反应体系的分离，整个分离方案必须围绕目标产物进行，即针对目标产物的性质，比较它与体系中其他组分物理性质上的差异（溶解度、熔沸点、极性、挥发度等），设计分离方案。这是因为说到底分离是利用各组成物质的特定的聚集形式的差异来分离的，一方面可以很方便地回收原料、溶剂以及得到副产物，另一方面也可以避免其他化学物质的消耗，降低生产成本。如果不能利用物理性质进行分离，则需要利用化学性质，有针对性地设计化学反应路线，将各组分转化为易于分离的物质再进行分离。分离后往往还需要进一步转化。
⑤简单有效原则 即从多种分离方法中选择一种简单有效的分离方法进行分离。后处理分离过程每多一步，则意味着产物多一步分离的损耗，同时处理工作量也相应地增大。而生产上的物料量较大，这样的损耗的积累将意味着成本的极大提升。
对于组分构成相对简单的液体反应物体系，如果目标产物为较高熔点固体，策略上可以考虑浓缩（除溶剂）或者设法使得目标产物的溶解度降低而析出；如果目标产物是液体（或低熔点固体），策略上考虑采用蒸馏的方法，收集不同沸点下的组分（如果沸点过高可以在减压条件下进行）；如果组分的沸点较为接近，可以采用精馏的方法。值得注意的是，由于精馏分离能一次性获得多组分产物，在分离过程中应优先考虑使用。
但实际的反应物料组分比较复杂，各组分性质差异不尽相同，这时往往需要将反应物进行粗分离处理。一般说来，粗分离处理主要有三种形式：a.液-液两相处理。即向体系中加入反极性的液相（萃取），如果反应物体系是极性的，则加入非极性的液体；反之，加入极性的液体。b.气-液两相处理。即向体系中通入某种气体，比如水蒸气，将易挥发的组分带出体系；c.液-固两相处理，比如加入活性炭或离子交换树脂吸附某种组分等。经过粗分离处理后，可将目标产物集中的部分分离出来进一步处理分离。
必须注意的是，分离时如果没有一步就能将全部组分分离的方法，那么在设计分离路线时应考虑将各组分一步一步地进行分离，直至目标化合物被分离出来为止。
对于甲苯液相空气氧化的反应物，在反应时甲苯、苯甲酸的状态都是液态，故可以考虑采用蒸馏（或精馏）的方法进行分离。
1.2.4.2 关于产物的精制
从反应中分离出粗产物后，目标产物的含量已经相当高，但仍需要进行提纯处理。一般来说，对于固体产品的精制，可采用重结晶或升华、凝华的方法；对于液体产品的精制，可采用蒸馏（或精馏）的方法（如沸点过高，可采用减压下操作）。对于气体产品的精制，往往冷却为液体精馏提纯。实验室制备由于量少也可以考虑用柱色谱的方法进行纯化精制。
由于苯甲酸在常温下是固体，可以考虑用重结晶的方法纯化。另外，苯甲酸具有在100℃左右开始升华的特点，故除了重结晶方法外，也可用升华的方法精制苯甲酸。由于重结晶法比较易于操作，建议采用重结晶法进行纯化。
汪工讲解完，要小周等考虑如何制苯甲酸的小试合成方案，在车间小试实验室实习时讨论。