Бензойная кислота / б ɛ п г oʊ . ɪ k / представляет собой белое (или бесцветное) твердое вещество с формулой C 6 H 5 CO 2 H. Это простейшая ароматическая карбоновая кислота . Название происходит от бензоина камеди , который долгое время был единственным его источником. Бензойная кислота в природе встречается во многих растениях [9] и служит промежуточным звеном в биосинтезе многих вторичных метаболитов . Солибензойной кислоты используются в качестве пищевых консервантов. Бензойная кислота является важным прекурсором для промышленного синтеза многих других органических веществ. Соли и сложные эфиры бензойной кислоты, известны как бензоаты / б ɛ п г oʊ . eɪ t / .
Имена | |||
---|---|---|---|
Предпочтительное название IUPAC Бензойная кислота [1] | |||
Систематическое название ИЮПАК Бензолкарбоновая кислота | |||
Другие названия
| |||
Идентификаторы | |||
3D модель ( JSmol ) | |||
3DMet | |||
636131 | |||
ЧЭБИ | |||
ЧЭМБЛ | |||
ChemSpider | |||
DrugBank | |||
ECHA InfoCard | 100.000.562 | ||
Номер ЕС |
| ||
Номер E | E210 (консерванты) | ||
2946 | |||
КЕГГ | |||
MeSH | бензойная + кислота | ||
PubChem CID | |||
Номер RTECS |
| ||
UNII | |||
Панель управления CompTox ( EPA ) | |||
| |||
| |||
Характеристики | |||
С 7 Н 6 О 2 | |||
Молярная масса | 122,123 г · моль -1 | ||
Появление | Бесцветное кристаллическое твердое вещество | ||
Запах | Слабый приятный запах | ||
Плотность | 1,2659 г / см 3 (15 ° C) 1,0749 г / см 3 (130 ° C) [2] | ||
Температура плавления | 122 ° С (252 ° F, 395 К) [7] | ||
Точка кипения | 250 ° С (482 ° F, 523 К) [7] | ||
Растворимость в воде | 1,7 г / л (0 ° C) 2,7 г / л (18 ° C) 3,44 г / л (25 ° C) 5,51 г / л (40 ° C) 21,45 г / л (75 ° C) 56,31 г / л ( 100 ° C) [2] [3] | ||
Растворимость | растворим в ацетоне , бензоле , CCl 4 , CHCl 3 , спирте , этиловом эфире , гексане , фенилах , жидком аммиаке , ацетатах | ||
Растворимость в метаноле | 30 г / 100 г (-18 ° C) 32,1 г / 100 г (-13 ° C) 71,5 г / 100 г (23 ° C) [2] | ||
Растворимость в этаноле | 25,4 г / 100 г (-18 ° C) 47,1 г / 100 г (15 ° C) 52,4 г / 100 г (19,2 ° C) 55,9 г / 100 г (23 ° C) [2] | ||
Растворимость в ацетоне | 54,2 г / 100 г (20 ° C) [2] | ||
Растворимость в оливковом масле | 4,22 г / 100 г (25 ° C) [2] | ||
Растворимость в 1,4-диоксане | 55,3 г / 100 г (25 ° C) [2] | ||
журнал P | 1,87 | ||
Давление газа | 0,16 Па (25 ° C) 0,19 кПа (100 ° C) 22,6 кПа (200 ° C) [4] | ||
Кислотность (p K a ) |
| ||
Магнитная восприимчивость (χ) | -70,28 · 10 −6 см 3 / моль | ||
Показатель преломления ( n D ) | 1,5397 (20 ° C) 1,504 (132 ° C) [2] | ||
Вязкость | 1,26 мПа (130 ° C) | ||
Состав | |||
Кристальная структура | Моноклиника | ||
Молекулярная форма | планарный | ||
Дипольный момент | 1,72 Д в диоксане | ||
Термохимия | |||
Теплоемкость ( C ) | 146,7 Дж / моль · К [4] | ||
Стандартная мольная энтропия ( S | 167,6 Дж / моль · К [2] | ||
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 ) | -385,2 кДж / моль [2] | ||
Std энтальпии сгорания (Δ с Н ⦵ 298 ) | -3228 кДж / моль [4] | ||
Опасности | |||
Основные опасности | Раздражающий | ||
Паспорт безопасности | Джей Ти Бейкер | ||
Пиктограммы GHS | [8] | ||
Сигнальное слово GHS | Опасность | ||
Положения об опасности GHS | H318 , H335 [8] | ||
Меры предосторожности GHS | P261 , P280 , P305 + 351 + 338 [8] | ||
NFPA 704 (огненный алмаз) | 2 1 0 | ||
точка возгорания | 121,5 ° C (250,7 ° F, 394,6 K) [7] | ||
самовоспламенения температуру | 571 ° С (1060 ° F, 844 К) [7] | ||
Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |||
LD 50 ( средняя доза ) | 1700 мг / кг (крыса, перорально) | ||
Родственные соединения | |||
Родственные карбоновые кислоты | Гидроксибензойные кислоты Аминобензойные кислоты , Нитробензойные кислоты , Фенилуксусная кислота | ||
Родственные соединения | Бензальдегид , бензиловый спирт , хлорид бензоила , бензиламин , Бензамид | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |||
проверить ( что есть ?) | |||
Ссылки на инфобоксы | |||
История
Бензойная кислота была открыта в шестнадцатом веке. Сухая перегонка из жевательной резинки бензоина впервые была описана Нострадамусом (1556), а затем Алексиус Педмонтанус (1560) и Блез де Виженер (1596). [10]
Юстус фон Либих и Фридрих Велер определили состав бензойной кислоты. [11] Последние также исследовали, как гиппуровая кислота связана с бензойной кислотой.
В 1875 году Сальковский открыл противогрибковые свойства бензойной кислоты, которая долгое время использовалась для консервирования содержащих бензоат плодов морошки . [12]
Производство
Промышленные препараты
Бензойная кислота производятся коммерчески частичным окислением из толуола с кислородом . Процесс катализируется нафтенатами кобальта или марганца . В процессе используется большое количество материалов, и он идет с высоким выходом. [13]
Первый промышленный процесс включал реакцию бензотрихлорида (трихлорметилбензола) с гидроксидом кальция в воде с использованием железа или солей железа в качестве катализатора . Полученный бензоат кальция превращается в бензойную кислоту с помощью соляной кислоты . Продукт содержит значительное количество производных хлорированной бензойной кислоты. По этой причине бензойная кислота для потребления человеком была получена сухой перегонкой бензоина камеди. Пищевая бензойная кислота теперь производится синтетическим путем.
Лабораторный синтез
Бензойная кислота дешевая и легкодоступная, поэтому лабораторный синтез бензойной кислоты в основном практикуется из-за ее педагогической ценности. Это обычная подготовка к бакалавриату.
Бензойную кислоту можно очистить перекристаллизацией из воды из-за ее высокой растворимости в горячей воде и плохой растворимости в холодной воде. Избегание использования органических растворителей для перекристаллизации делает этот эксперимент особенно безопасным. Этот процесс обычно дает около 65% [14]
Путем гидролиза
Подобно другим нитрилам и амидам , бензонитрил и бензамид можно гидролизовать до бензойной кислоты или ее сопряженного основания в кислотных или основных условиях.
Из реактива Гриньяра
Бромбензол можно превратить в бензойную кислоту «карбоксилированием» промежуточного фенилмагнийбромида . [15] Этот синтез предлагает студентам удобное упражнение для проведения реакции Гриньяра , важного класса реакций образования углерод-углеродных связей в органической химии. [16] [17] [18] [19] [20]
Окисление бензильных соединений
Бензиловый спирт [21] [22] и бензилхлорид и практически все бензилпроизводные легко окисляются до бензойной кислоты.
Использует
Бензойная кислота в основном расходуется на производство фенола путем окислительного декарбоксилирования при 300-400 ° C: [23]
- C 6 H 5 CO 2 H + 1/2О 2 → С 6 Н 5 ОН + СО 2
Требуемую температуру можно снизить до 200 ° C путем добавления каталитических количеств солей меди (II). Фенол можно превратить в циклогексанол , который является исходным материалом для синтеза нейлона .
Прекурсор пластификаторов
Бензоат пластификаторы , такие как гликолевых, diethyleneglycol- и триэтиленгликоль, сложные эфиры получают путем переэтерификации из метилового эфира бензойной кислоты с соответствующим диолом . [23] Эти пластификаторы, которые используются аналогично пластификаторам, полученным из эфира терефталевой кислоты , представляют собой альтернативу фталатам . [23]
Бензойная кислота и ее соли используются в качестве пищевых консервантов , представленных номерами E E210 , E211 , E212 и E213 . Бензойная кислота подавляет рост плесени , дрожжей [24] и некоторых бактерий . Он либо добавляется напрямую, либо создается в результате реакции с его натриевой , калиевой или кальциевой солью. Механизм начинается с поглощения бензойной кислоты клеткой. Если внутриклеточные рН изменяется на 5 или ниже, анаэробной ферментации из глюкозы через фосфофруктокиназы уменьшается на 95%. Таким образом, эффективность бензойной кислоты и бензоата зависит от pH пищи. [25] Кислые продукты и напитки, такие как фруктовый сок ( лимонная кислота ), газированные напитки ( углекислый газ ), безалкогольные напитки ( фосфорная кислота ), соленые огурцы ( уксус ) или другие подкисленные продукты, консервируются бензойной кислотой и бензоатами.
Типичные уровни использования бензойной кислоты в качестве консерванта в пищевых продуктах составляют от 0,05 до 0,1%. Пищевые продукты, в которых может использоваться бензойная кислота, и максимальные уровни для ее применения регулируются местными законами о пищевых продуктах. [26] [27]
Высказывались опасения, что бензойная кислота и ее соли могут реагировать с аскорбиновой кислотой (витамин С) в некоторых безалкогольных напитках, образуя небольшие количества канцерогенного бензола . [28]
Лекарственные
Бензойная кислота входит в состав мази Whitfield в которую используют для лечения грибковых заболеваний кожи , таких как лишай , стригущий лишай и ноги спортсмена . [29] [30] Как основной компонент бензоина камеди , бензойная кислота также является основным ингредиентом как настойки бензоина, так и бальзама Фрайара. Такие продукты давно используются в качестве местных антисептиков и ингаляционных деконгестантов .
Бензойная кислота использовалась как отхаркивающее , болеутоляющее и антисептическое средство в начале 20 века. [31]
Ниша и лабораторное использование
В учебных лабораториях бензойная кислота является обычным стандартом для калибровки калориметра бомбы . [32]
Биология и влияние на здоровье
Бензойная кислота, как и ее сложные эфиры, встречается в природе во многих видах растений и животных. Заметные количества содержатся в большинстве ягод (около 0,05%). Спелые плоды некоторых видов Vaccinium (например, клюква , V. vitis macrocarpon ; черника , V. myrtillus ) содержат до 0,03–0,13% свободной бензойной кислоты. Бензойная кислота также образуется в яблоках после заражения грибком Nectria galligena . Среди животных бензойная кислота была обнаружена в основном у всеядных или фитофагов, например, во внутренностях и мышцах белой куропатки ( Lagopus muta ), а также в секретах желез самцов овцебыка ( Ovibos moschatus ) или азиатских бычьих слонов ( Elephas maximus ). . [33] Бензойная камедь содержит до 20% бензойной кислоты и 40% эфиров бензойной кислоты. [34]
Что касается биосинтеза, бензоат вырабатывается растениями из коричной кислоты. [35] Путь был идентифицирован от фенола через 4-гидроксибензоат . [36]
Реакции
Реакции бензойной кислоты могут протекать либо по ароматическому кольцу, либо по карбоксильной группе .
Ароматическое кольцо
Реакция электрофильного ароматического замещения будет происходить в основном в 3-м положении из-за электроноакцепторной карбоксильной группы ; т.е. бензойная кислота является мета- направляющей . [37]
Карбоксильная группа
Реакции, характерные для карбоновых кислот, распространяются и на бензойную кислоту. [23]
- Бензоатные эфиры являются продуктом катализируемой кислотой реакции со спиртами .
- Амиды бензойной кислоты обычно получают из бензоилхлорида .
- Дегидратацию до бензойного ангидрида индуцируют уксусным ангидридом или пентоксидом фосфора .
- Производные кислот с высокой реакционной способностью, такие как галогенангидриды , легко получить путем смешивания с галогенирующими агентами, такими как хлориды фосфора или тионилхлорид .
- Ортоэфиры могут быть получены реакцией спиртов в кислых безводных условиях с бензонитрилом .
- Восстановление до бензальдегида и бензилового спирта возможно с использованием DIBAL-H , LiAlH 4 или боргидрида натрия .
- Декарбоксилирование до бензола можно осуществить нагреванием в хинолине в присутствии солей меди. Декарбоксилирование Хунсдикера может быть достигнуто путем нагревания соли серебра.
Безопасность и метаболизм млекопитающих
Выводится в виде гиппуровой кислоты . [38] Бензойная кислота метаболизируется бутират-КоА-лигазой в промежуточный продукт, бензоил-КоА , [39] который затем метаболизируется глицин- N- ацилтрансферазой в гиппуровую кислоту. [40] Люди метаболизируют толуол и бензойную кислоту, которая выделяется в виде гиппуровой кислоты . [41]
Для людей, то Всемирная организация здравоохранения «s Международная программа по химической безопасности (МПХБ) предлагает временное терпимого потребления будет 5 мг / кг массы тела в сутки. [33] Кошки имеют значительно более низкую толерантность к бензойной кислоте и ее солям, чем крысы и мыши . Смертельная доза для кошек может составлять всего 300 мг / кг массы тела. [42] Оральная LD 50 для крыс составляет 3040 мг / кг, для мышей - 1940–2263 мг / кг. [33]
В Тайбэе , Тайвань, исследование состояния здоровья города в 2010 году показало, что 30% сушеных и маринованных пищевых продуктов содержат бензойную кислоту. [43]
Рекомендации
- ^ Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 745. DOI : 10.1039 / 9781849733069-00648 . ISBN 978-0-85404-182-4.
- ^ Б с д е е г ч я J «бензойная кислота» . chemister.ru . Проверено 24 октября 2018 года .
- ^ Зейделл, Атертон; Линке, Уильям Ф. (1952). Растворимость неорганических и органических соединений . Ван Ностранд.
- ^ a b c Бензойная кислота в Linstrom, Peter J .; Маллард, Уильям Г. (ред.); Веб-книга NIST Chemistry, стандартная справочная база данных NIST номер 69 , Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург (Мэриленд), http://webbook.nist.gov (получено 23 мая 2014 г.)
- ^ Харрис, Дэниел (2010). Количественный химический анализ (8-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. AP12. ISBN 9781429254366.
- ^ Олмстед, Уильям Н .; Бордвелл, Фредерик Г. (1980). «Константы ионно-парной ассоциации в диметилсульфоксиде». Журнал органической химии . 45 (16): 3299–3305. DOI : 10.1021 / jo01304a033 .
- ^ a b c d Запись в базе данных веществ GESTIS Института безопасности и гигиены труда
- ^ a b c Sigma-Aldrich Co. , Бензойная кислота . Проверено 23 мая 2014.
- ^ «Ученые раскрывают последние шаги для создания бензойной кислоты в растениях» . Новости сельского хозяйства Purdue.
- ^ Ноймюллер О.А. (1988). Römpps Chemie-Lexikon (6 изд.). Штутгарт: Frankh'sche Verlagshandlung. ISBN 978-3-440-04516-9. OCLC 50969944 .
- ^ Liebig J ; Велер Ф (1832 г.). "Untersuchungen über das Radikal der Benzoesäure". Annalen der Chemie . 3 (3): 249–282. DOI : 10.1002 / jlac.18320030302 . hdl : 2027 / hvd.hxdg3f .
- ^ Сальковский Э. (1875). Berl Klin Wochenschr . 12 : 297–298. Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ Уэйд, Лерой Г. (2014). Органическая химия (новое международное издание Пирсона). Харлоу: Pearson Education Limited. п. 985. ISBN 978-1-292-02165-2.
- ^ Д.Д. Перрин; WLF Armarego (1988). Очистка лабораторных химикатов (3-е изд.). Pergamon Press. С. 94 . ISBN 978-0-08-034715-8.
- ^ Дональд Л. Павия (2004). Введение в методы органической лаборатории: маломасштабный подход . Томсон Брукс / Коул. С. 312–314. ISBN 978-0-534-40833-6.
- ^ Ширли, Д.А. (1954). «Синтез кетонов из галогенидов и металлоорганических соединений магния, цинка и кадмия». Орг. Реагировать. 8 : 28–58.
- ^ Хурин, Д.М. (1991). «Карбанионы щелочных и щелочноземельных катионов: (ii) Селективность реакций присоединения карбонила». In Trost, BM ; Флеминг, И. (ред.). Комплексный органический синтез, Том 1: Дополнения к π-связям C — X, Часть 1 . Elsevier Science . С. 49–75. DOI : 10.1016 / B978-0-08-052349-1.00002-0 . ISBN 978-0-08-052349-1.
- ^ «Реакция Гриньяра. Получение бензойной кислоты» (PDF) . Портлендский муниципальный колледж. Архивировано из оригинального (PDF) 26 февраля 2015 года . Проверено 12 марта 2015 года .>
- ^ «Эксперимент 9: Синтез бензойной кислоты посредством карбонилирования реактива Гриньяра» (PDF) . Университет Висконсин-Мэдисон. Архивировано из оригинального (PDF) 23 сентября 2015 года . Проверено 12 марта 2015 года .
- ^ «Эксперимент 3: Получение бензойной кислоты» (PDF) . Тоусонский университет. Архивировано из оригинального (PDF) 13 апреля 2015 года . Проверено 12 марта 2015 года .>
- ^ Амакава, Кадзухико; Коленько, Юрий В .; Вилла, Альберто; Шустер, Манфред Э /; Чепеи, Ленард-Иштван; Вайнберг, Гизела; Врабец, Сабина; Науманн д'Алнонкур, Рауль; Гиргсдис, Франк; Прати, Лаура; Шлёгль, Роберт; Траншке, Аннетт (2013). «Многофункциональность кристаллических оксидных катализаторов MoV (TeNb) M1 в селективном окислении пропана и бензилового спирта» . Катализ ACS . 3 (6): 1103–1113. DOI : 10.1021 / cs400010q .
- ^ Сантонастасо, Марко; Freakley, Саймон Дж .; Miedziak, Peter J .; Brett, Gemma L .; Эдвардс, Дженнифер К .; Хатчингс, Грэм Дж. (21 ноября 2014 г.). «Окисление бензилового спирта с использованием перекиси водорода, полученной in situ». Исследования и разработки в области органических процессов . 18 (11): 1455–1460. DOI : 10.1021 / op500195e . ISSN 1083-6160 .
- ^ а б в г Маки, Такао; Такеда, Кадзуо (2000). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a03_555 ..
- ^ А. Д. Варт (1 декабря 1991 г.). «Механизм действия бензойной кислоты на Zygosaccharomyces bailii: влияние на уровни гликолитических метаболитов, выработку энергии и внутриклеточный pH» . Appl Environ Microbiol . 57 (12): 3410–4. DOI : 10,1128 / AEM.57.12.3410-3414.1991 . PMC 183988 . PMID 1785916 .
- ^ Пастророва И., де Костер К.Г., Бум Дж. Дж. (1997). «Аналитическое исследование свободных и сложноэфирных бензойных и коричных кислот камеди бензойных смол с помощью ГХ-МС, ВЭЖХ-фритта, FAB-МС». Фитохим Анал . 8 (2): 63–73. DOI : 10.1002 / (SICI) 1099-1565 (199703) 8: 2 <63 :: AID-PCA337> 3.0.CO; 2-Y .
- ^ GSFA Интернет Food Подробнее Добавка Группа: Бензоаты (2006) Дата архивации 26 сентября 2007 в Wayback Machine
- ^ ДИРЕКТИВА ПАРЛАМЕНТА И СОВЕТА ЕВРОПЫ № 95/2 / EC от 20 февраля 1995 г. о пищевых добавках, кроме красителей и подсластителей (версии Consleg не содержат последних изменений в законе). Архивировано 19 апреля 2003 г. в Wayback Machine.
- ^ Статья BfR «Признаки возможного образования бензола из бензойной кислоты в пищевых продуктах» , Заключение эксперта BfR № 013/2006, 1 декабря 2005 г.
- ^ «Мазь Уитфилда» . Архивировано из оригинала 9 октября 2007 года . Проверено 15 октября 2007 года .
- ^ Чарльз Оуэнс Уилсон; Оле Гисволд; Джон Х. Блок (2004). Учебник Уилсона и Гисволда по органическим лекарственным и фармацевтическим препаратам . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. С. 234 . ISBN 978-0-7817-3481-3.
- ^ Лиллард, Бенджамин (1919). «Троши бензойной кислоты» . Практический фармацевт и обзор отзывов .
- ^ Эксперимент 2: Использование калориметрической бомбы , чтобы определить энергию резонанса Бензол архивных 9 марта 2012 в Wayback Machine
- ^ а б в «Краткий международный документ по химической оценке 26: БЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА И БЕНЗОАТ НАТРИЯ» .
- ^ Томокуни К, Огата М (1972). «Прямое колориметрическое определение гиппуровой кислоты в моче» . Clin Chem . 18 (4): 349–351. DOI : 10.1093 / clinchem / 18.4.349 . PMID 5012256 .
- ^ Фогт, Т. (2010). «Биосинтез фенилпропаноидов». Молекулярный завод . 3 : 2–20. DOI : 10.1093 / MP / ssp106 . PMID 20035037 .
- ^ Жюто, Пьер; Валери Коте; Мари-Франс Дакетт; Реджан Боде; Франсуа Лепин; Ричард Виллемур; Жан-Ги Бизайон (январь 2005 г.). «Cryptanaerobacter phenolicus gen. Nov., Sp. Nov., Анаэроб, который превращает фенол в бензоат через 4-гидроксибензоат» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 55 (1): 245–250. DOI : 10.1099 / ijs.0.02914-0 . PMID 15653882 .
- ^ Брюстер, RQ; Уильямс, B .; Филлипс, Р. (1955). «3,5-Динитробензойная кислота» . Органический синтез .; Сборник , 3 , с. 337
- ^ Группа экспертов по обзору косметических ингредиентов Бинду Наир (2001). «Заключительный отчет по оценке безопасности бензилового спирта, бензойной кислоты и бензоата натрия». Int J Tox . 20 (Дополнение 3): 23–50. DOI : 10.1080 / 10915810152630729 . PMID 11766131 . S2CID 13639993 .
- ^ «бутират-КоА лигаза» . БРЕНДА . Technische Universität Braunschweig . Проверено 7 мая 2014 . Субстрат / Продукт
- ^ «глицин-N-ацилтрансфераза» . БРЕНДА . Technische Universität Braunschweig . Проверено 7 мая 2014 . Субстрат / Продукт
- ^ Кребс Х.А., Виггинс Д., Стаббс М. (1983). «Исследования механизма противогрибкового действия бензоата» . Biochem J . 214 (3): 657–663. DOI : 10.1042 / bj2140657 . PMC 1152300 . PMID 6226283 .
- ^ Бедфорд П.Г., Кларк Э.Г. (1972). «Экспериментальное отравление бензойной кислотой у кошки». Vet Rec . 90 (3): 53–58. DOI : 10.1136 / vr.90.3.53 . PMID 4672555 . S2CID 2553612 .
- ^ Чен, Цзянь; YL Kao (18 января 2010 г.). «Почти 30% сушеных маринованных продуктов не прошли проверку на безопасность» . Почта Китая .
Внешние ссылки
- Международная карта химической безопасности 0103
- Отчет о первоначальной оценке МОРАГ для бензойной кислоты от Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР)
- ChemicalLand