引言：
联苯甲酸是一种重要的有机化合物，其形成机制是化学领域中备受关注的研究课题之一。联苯甲酸的合成过程涉及多种反应和分子间相互作用，其形成机制的深入研究不仅有助于我们理解有机化合物的合成规律，还能为相关领域的应用和发展提供重要的参考。本文将探讨联苯甲酸的形成机制，分析其中的关键步骤和反应路径，以期为读者提供对这一化合物形成过程的全面了解。
1. 联苯甲酸机制简介
二苯甲酸，是一种有机化合物，由两个羧基结合到一个中心的联苯核。联苯甲酸是一种医药中间体，可用于合成某些染料。联苯甲酸具有降低慢性疾病风险的治疗特性，联苯甲酸衍生物引起了极大的关注。联苯甲酸衍生物通常存在于覆盆子、草莓和黑莓等水果中。
其机制是指参与其形成和反应的化学过程。由于各种原因，理解这种机制非常重要。它可以揭示联苯甲酸是如何在自然环境中产生的，比如通过微生物降解菲。此外，了解其机理可以指导设计新的合成方法来生产联苯甲酸或其衍生物，这可能在材料科学或其他领域有潜在的应用。
2. 了解联苯甲酸的化学结构
联苯甲酸是一种有机化合物，其结构围绕着联苯核心。以下是它的主要结构分析:
（1）分子式: C14H10O4
这个分子式揭示了联苯甲酸分子中每种元素的确切原子数。有14个碳(C)原子，10个氢(H)原子和4个氧原子。
（2）中央联苯核心:
想象两个苯环(单键和双键交替的六元碳环)直接相互连接。这种组合结构形成联苯核心。
（3）羧酸基团:
连接在联苯核心最外层(对位)的每个碳原子上的是一个羧酸基(COOH)。羧酸基团由一个羰基(C=O)双键连接到一个氧原子(O)，氧原子又连接到一个羟基(OH)组成。本质上，两个苯环两端有一个羧酸基团。
（4）结构
联苯甲酸的缩合结构式为(C6H4CO2H)2。联苯甲酸在室温下系白色固体。它表现出一种被称为反异构的性质，这意味着由于在连接两个苯环的中心碳-碳键周围旋转受限，分子可以以两种非镜像形式存在。
3. 探索联苯甲酸的作用机制
制备联苯甲酸的主要机制有两种:
（1）邻氨基苯甲酸重氮化
该方法涉及将邻氨基苯甲酸转化为其重氮盐，然后用铜(I)作为催化剂还原为联苯甲酸。具体步骤如下：
(A)邻氨基苯甲酸重氮化
将50克(0.365摩尔)邻氨基苯甲酸(m.p. 143-144s)与150毫升水和92毫升浓盐酸(sp. gr. 1.19)在研浆中研磨。悬浮液被转移到1升。装有机械搅拌器的圆底烧瓶。烧瓶周围有冰浴。当内容物冷却到0-5℃时，在30分钟内从滴漏斗中添加26.3 g(0.38摩尔)亚硝酸钠溶于350毫升水中的溶液。产生的重氮溶液保持在5℃以下的温度，在使用前立即通过冷却的Büchner漏斗吸入过滤。
(B)还原剂的制备
将 126 克（0.505 摩尔）水合硫酸铜溶解在 2 升烧杯中的 500 毫升水中，并加入 210 毫升浓氢氧化铵（sp.gr.0.90）。然后将溶液冷却至10℃。制备42克（0.256摩尔）商业羟基硫酸铵（注1）在120毫升水中的溶液，并冷却至10℃；在后一种溶液中加入85毫升的6N氢氧化钠溶液，如果不澄清，则通过抽吸过滤所得的羟胺溶液。用手搅拌立即将羟胺溶液加入到氨硫酸铜溶液中。减少立即发生；在此过程中放出气体，溶液变成淡蓝色。如果不能立即使用这种溶液，则应将其保护在空气中。
(C)联苯甲酸的合成
2 升烧杯中的还原溶液被冰浴包围，使溶液温度保持在 10℃ 左右。烧杯配有机械搅拌器。100毫升圆柱形滴漏斗的杆上装有一根玻璃管，该玻璃管浸入溶液表面以下，末端向上弯曲并收缩，使开口约为2毫米。将80至90毫升的重氮溶液放入滴漏斗中，并以每分钟约10毫升的速度加入。以相同的速率加入重氮溶液的其余部分，并继续搅拌五分钟。
然后将溶液迅速加热至沸腾，并用250毫升浓盐酸小心酸化。联苯甲酸沉淀为浅棕色晶体。溶液静置过夜后，通过过滤除去固体，并在过滤器上用约50毫升的冷水洗涤去母液。干燥后，产品在222-227℃下熔化，重量为39-40克（理论量的88-91%）。
将粗产品悬浮在200毫升水中，加入40克固体碳酸氢钠。将所得溶液通过重力过滤，然后用 0.1 克 Norite 煮沸。将混合物过滤，黄褐色滤液在仍然很热的情况下用过量的6N盐酸酸化。将沉淀的联苯甲酸收集在过滤器上，并用40毫升冷水洗涤。当在100℃下干燥时，产品在225-228℃下熔化，重量为32-37克（理论量的72-84%）。它是一种浅奶油色。
（2）菲的氧化
菲可以被各种氧化剂氧化，如过氧乙酸、过氧化氢、三氧化铬、重铬酸钾或高锰酸钾。这一过程产生作为中间体的菲醌，并进一步氧化为联苯甲酸。
4. 理解和应用该机制的潜在创新
（1）催化
设计新的催化剂，提高效率和选择性的联苯甲酸合成。这包括探索新的催化剂材料，了解催化剂与底物的相互作用，以及优化反应条件。
（2）微波或超声辐照
研究使用替代激活方法，如微波或超声辐照。这些技术有可能加速反应，提高产率，或使反应条件更温和。
（3）生物催化
探索利用酶催化联苯甲酸形成的可能性。与传统的化学方法相比，这可以提供一种更可持续和环境友好的方法。
（4）开发现场监测技术
这些技术将允许研究人员实时监测反应，为反应动力学提供有价值的见解，并使更好的过程控制。
（5）机器学习
利用机器学习算法分析反应数据的大数据集。这有助于确定模式，预测反应结果，并指导新的合成策略的开发。
通过探索这些创新，科学家们可以更深入地了解联苯甲酸的作用机制，并开发出更高效、更有选择性、更可持续的生产方法。这将为联苯甲酸在各个领域的新应用打开大门。
5. 联苯甲酸的应用有哪些？
联苯甲酸有两种主要应用:
（1）染料合成中间体
联苯甲酸是某些染料的前体。染料是一种有色化合物，用于给纺织品、纸张、塑料和其他材料着色。
（2）医药中间体
研究人员对联苯甲酸衍生物很感兴趣，因为它们具有潜在的治疗特性。这些衍生物可能对健康有益，如降低患癌症和心血管疾病等慢性疾病的风险。然而，需要更多的研究来证实这些潜在的好处。重要的是要注意，二苯甲酸本身不是药物，不应该服用任何医疗条件。
M. A. Salem等人综述了简单联苯甲酸衍生物的反应，并重点介绍了含联苯甲酸部分的化合物在重要应用中的作用，具体如下：
（1）荧光受体的合成
有研究设计合成了一种基于联苯基序的阴离子124荧光受体。最初，二酚氯119与3-氨基吡啶反应生成二胺122。二胺122在9-氯甲基蒽存在下回流得到氯盐123，用NH4PF6阴离子交换得到受体124为淡黄色固体。
Costero等人合成了一种新的含有4,4'-取代的联苯片段的多氮杂体，这清楚地表明，联苯环之间二面角的修饰是决定分子荧光响应的重要因素。由于质子化脂肪族氮和羰基氧之间形成分子内氢键，荧光是pH依赖性的。以4,4′-二硝基-2,2′-二苯二酸氯125和相应的多胺126a-c为原料制备配体，化合物127ac与甲醛在还原条件下(H2, Pd(C))反应，分别转化为128a-c。
（2）高分子的合成
关超支化聚合物在内的高支化大分子因其独特的结构、多样的性能和广阔的应用前景而受到越来越多的关注。由联苯酸酐24与多羟基伯胺133和134反应合成芳香和半芳香超支聚(酯酰胺)135和136。
此外，还合成了具有2D + 2D→2D柱层阵列的二维(2D)配位聚合物[Zn-(ATZ)2]n (HATZ = 5-氨基- 1htetrazole)，其中，2,2 ' -联苯二羧酸桥接剂可以将两个蜂蜂状的Zn(ATZ)1.5亚层通过不同长度和类型的桥接剂连接在一起，在溶剂热条件下生成4个三维(3D)等向非互穿框架。
（3）络合
联苯甲酸1与R3Al（R = Et、i-Bu）以1:2的摩尔比反应，生成二烷基铝二羧酸盐[Et4Al2(OOCC12H8COO)]3（137）和[i-Bu4Al2-(OOCC12H8COO)]2（138）。137和138的收率分别为55%和40%。
6. 结论
综上所述，联苯甲酸的形成机制是一个复杂而精密的过程，涉及多种化学反应和分子间相互作用。通过本文的介绍，我们对联苯甲酸的形成机制有了更深入的了解，这有助于我们更好地掌握这一重要有机化合物的合成途径和反应规律。随着科学研究的不断深入和技术的不断发展，我们相信对联苯甲酸形成机制的研究还有许多未知领域等待我们去探索。
参考：
[1]Salem M A, Helel M H, Ammar Y A, et al. Diphenic acid derivatives: Synthesis, reactions, and applications[J]. Synthetic Communications, 2017, 47(10): 935-960.
[2]https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/10210
[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Diphenic_acid
[4]https://orgsyn.org/demo.aspx?prep=cv1p0222
[5]DIPHENIC ACID. Organic Syntheses. 7: 30. 1927. doi:10.15227/orgsyn.007.0030.
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