苯甲醛是重要的有机化合物,可用于合成药物、香料、化妆品、染料和农药等多种化工产品,应用领域非常广泛,对其进行制备方法的研究和理论性的探讨,不仅具有良好的经济效益,而且具有较高的学术价值,多年来一直是化学工作者研究的重点课题。反应绿色化、设备小型化、过程集成化是目前化学及化工行业发展的趋势,开发安全、清洁、高效的生产过程己成为化学、化工界的迫切任务。而施加超声波于化学反应,可以加快反应速率,强化反应过程,因此,该方法已经成为最具有应用前景的方法之一。本论文选用锰系列化合物为氧化剂,采用传统的化学方法,施加超声波作用,氧化苯甲醇和甲苯一步反应制备苯甲醛,考察了生成目标产物苯甲醛的情况。甲苯氧化过程为连串反应,因此,选取高选择性的氧化剂对于制备苯甲醛至关重要。本实验的目的就是寻找合适的氧化剂,制备目标产物苯甲醛。首先,选用固体MnO₂为负载试剂,在施加超声波的条件下,以KMnO₄为氧化剂非均相氧化苯甲醇制备苯甲醛。建立了反相高效液相色谱波长切边法同时测定目标产物苯甲醛、副产物苯甲酸以及未反应的苯甲醇的方法。探讨了非均相条件下,氧化剂KMnO₄和载体MnO₂的用量比、超声波的频率以及反应时间等对原料转化率、产品选择性和收率的影响,同时对比了施加超声波与磁力搅拌方式对反应进程的影响。实验结果表明:当选择KMnO₄为氧化剂,MnO₂为负载试剂,且二者的质量比为1:3时,施加频率为40KHz的超声波于该非均相反应体系1.5h,苯甲醇的转化率和苯甲醛的选择性及收率分别达到了96.09%、98.50%和94.64%,结果令人满意。同时发现,施加超声波能够显著提高目标产物苯甲醛的收率,而且该反应过程中生成的固体副产物MnO₂与负载试剂相同,无需进行提纯,可以直接回收利用。该方法具有操作简单,反应迅速,选择性好,副产物少,产物收率高的特点。其次,研究超声波辐射无溶剂条件下,选用不同的锰系氧化剂氧化甲苯制备苯甲醛的工艺过程,通过单因素试验和正交试验,优化了实验条件,获得了制备苯甲醛的最佳工艺,并得出如下结论:1.分别采用二氧化锰、高锰酸钾、市售二氧化锰负载高锰酸钾以及自制的锰盐复合物四种不同的氧化剂用于甲苯的氧化反应,实验结果表明,采用自制的锰盐复合物氧化甲苯制备苯甲醛的效果最好。2.通过正交试验优化得到的最佳反应条件为:超声波频率为25kHz,反应温度为70℃,反应时间为5h。3.无溶剂条件下,化学反应的速率和选择性均得到提高,而且反应条件温和,反应时间短,产物易回收。第三,考察了在一定的硫酸浓度条件下,以高锰酸钾和硫酸锰为原料,采用均相液相氧化法制备Mn³⁺氧化液,并以此溶液为氧化剂,在超声波作用下,选择性氧化甲苯制备苯甲醛,探讨了相关因素对Mn³⁺溶液的稳定性和苯甲醛收率的影响情况。实验结果表明,在硫酸浓度为4.0mol/L,高锰酸钾和硫酸锰物质的量比为1:12时,可制得浓度较高、稳定性良好的Mn³⁺溶液;同时在反应温度60℃,硫酸浓度7.0mol/L,甲苯与Mn³⁺物质的量比4:1时,施加59KHz和175W的超声波,可促进甲苯的选择性氧化,获得较高收率的苯甲醛。