Бензоева киселина

Бензоева киселина — бело (или безбојно) цврсто органско соединение со формула C
6H
5COOH, чија структура се состои од бензенски прстен (C
6H
6)со карбоксилна група (–C(=O)OH) како супституент. Бензоилната група често се пишува скратено како „Bz“ (да не се меша со „Bn“ што се користи за бензил), така што бензоевата киселина се означува и како BzOH, бидејќи бензоил групата ја има формулата C
6H
5CO. Таа е наједноставната ароматична карбоксилна киселина. Името е изведено од гумата бензоин, која долго време беше нејзиниот единствен извор.

Бензоева киселина

Skeletal formula Ball-and-stick model
Претпочитано име по МСЧПХ: Бензоева киселина[1]
Систематско име	Бензенкарбоксилна киселина
Други називи Карбоксибензен E210 Фенилметанска киселина Бензоил алкохол Бензоилна киселина Карбоксилбензен
Назнаки
CAS-бр.	65-85-0 Ок
3DMet	B00053
Бајлштајн	636131
ChEBI	CHEBI:30746 Ок
ChEMBL	ChEMBL541 Ок
ChemSpider	238 Ок
DrugBank	DB03793 Ок
EC-број	200-618-2
Гмелин	2946
InChI InChI=1S/C7H6O2/c8-7(9)6-4-2-1-3-5-6/h1-5H,(H,8,9) Ок Клуч: WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N Ок InChI=1/C7H6O2/c8-7(9)6-4-2-1-3-5-6/h1-5H,(H,8,9) Клуч: WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYAD
3Д-модел (Jmol)	Слика
KEGG	D00038 Ок
MeSH	benzoic+acid
PubChem	243
RTECS-бр.	DG0875000
SMILES O=C(O)c1ccccc1
UNII	8SKN0B0MIM Ок
Својства
Хемиска формула
Моларна маса	0 g mol−1
Изглед	Безбојна кристална цврста супстанца
Мирис	Слаб, пријатен мирис
Густина	1.2659 g/cm3 (15 °C) 1.0749 g/cm3 (130 °C)[2]
Точка на топење
Точка на вриење
Растворливост во вода	1.7 g/L (0 °C) 2.7 g/L (18 °C) 3.44 g/L (25 °C) 5.51 g/L (40 °C) 21.45 g/L (75 °C) 56.31 g/L (100 °C)[2][3]
Растворливост	Растворлива во ацетон, бензен, CCl4, CHCl3, етанол, етил етер, хексан, фенили, течен амонијак, ацетати
Растворливост во метанол	30 g/100 g (−18 °C) 32.1 g/100 g (−13 °C) 71.5 g/100 g (23 °C)[2]
Растворливост во етанол	25.4 g/100 g (−18 °C) 47.1 g/100 g (15 °C) 52.4 g/100 g (19.2 °C) 55.9 g/100 g (23 °C)[2]
Растворливост во ацетон	54.2 g/100 g (20 °C)[2]
Растворливост во маслиново масло	4.22 g/100 g (25 °C)[2]
Растворливост во 1,4-диоксан	55.3 g/100 g (25 °C)[2]
log P	1.87
Парен притисок	0.16 Pa (25 °C) 0.19 kPa (100 °C) 22.6 kPa (200 °C)[4]
Киселост (pKa)	4.202 (H2O)[5] 11.02 (DMSO)[6]
Магнетна чувствителност (χ)	−70.28·10−6 cm3/mol
Показател на прекршување (nD)	1.5397 (20 °C) 1.504 (132 °C)[2]
Вискозност	1.26 mPa (130 °C)
Структура
Кристална структура	Моноклинична
Геометрија на молекулата	Планарна
Диполен момент	1.72 D in диоксан
Термохемија
Ст. енталпија на образување ΔfHo298	−385.2 kJ/mol[2]
Ст. енталпија на согорување ΔcHo298	−3228 kJ/mol[4]
Стандардна моларна ентропија So298	167.6 J/mol·K[2]
Специфичен топлински капацитет, C	146.7 J/mol·K[4]
Опасност
Безбедност при работа:
Главни опасности	Раздразнувач
GHS-ознаки:
Пиктограми	[7]
Сигнални зборови	Опасност
Изјави за опасност	H318, H335[7]
Изјави за претпазливост	P261, P280, P305+P351+P338[7]
NFPA 704	2 1 0
Температура на запалување	121.5 °C (250.7 °F; 394.6 K)[8]
Температура на самозапалување	571 °C (1,060 °F; 844 K)[8]
Смртоносна доза или концентрација:
LD50 (средна доза)	1700 mg/kg (стаорец, орално)
Безбедносен лист	JT Baker
Дополнителни податоци
Ок(што е ова?)  (провери) Освен ако не е поинаку укажано, податоците се однесуваат на материјалите во нивната стандардна состојба (25 °C, 100 kPa)
Наводи

Бензоевата киселина природно се јавува во многу растенија^[9] и служи како посредник во биосинтезата на многу секундарни метаболити. Солите на бензоевата киселина се користат како конзерванси за храна. Бензоевата киселина е важен прекурсор за индустриската синтеза на многу други органски материи. Солите и естрите на бензоевата киселина се познати како бензоати. /ˈbɛnzoʊ.eɪt/.

Историја

Бензоевата киселина е откриена во шеснаесеттиот век. Сувата дестилација на бензоин гума првпат ја опишал Нострадамус (1556), а потоа Алексиус Педемонтанус (1560) и Блез де Вигенер (1596).^[10]

Јустус фон Либиг и Фридрих Волер го утврдија составот на бензоевата киселина.^[11] Тие исто така истражуваа како хипуричната киселина е поврзана со бензоевата киселина.

Во 1875 година Салковски ги открил противгабичните својства на бензоевата киселина, која долго време се користела за зачувување на плодовите кои содржат бензоат.^[12]

Производство

Индустриско производство

Бензоевата киселина комерцијално се произведува со делумна оксидација на толуен со кислород. Процесот се катализира со кобалт или манган нафтенати. Процесот користи изобилство на материјали и има висок принос.^[13]

toluene oxidation

Првиот индустриски процес вклучува реакција на бензотрихлорид (трихлорометил бензен) со калциум хидроксид во вода, користејќи железо или железни соли како катализатор. Добиениот калциум бензоат се претвора во бензоева киселина со хлороводородна киселина. Производот содржи значителни количини на деривати на хлорирана бензоева киселина. Поради оваа причина, бензоевата киселина која се користи за човечка исхрана се добива со сува дестилација на бензоин гума. Бензоевата киселина со чистота за храна сега се произведува синтетички.

Лабораториска синтеза

Бензоевата киселина е евтина и лесно достапна, па затоа лабораториската синтеза на бензоевата киселина главно се практикува поради нејзината педагошка вредност. Тоа е вообичаена подготовка за додипломски студии.

Бензоевата киселина може да се прочисти со прекристализација во вода поради високата растворливост во топла вода и слабата растворливост во ладна вода. Избегнувањето на органски растворувачи за рекристализација го прави овој експеримент особено безбеден. Овој процес обично дава принос од околу 65%.^[14]

Со хидролиза

Како и другите нитрили и амиди, бензонитрилот и бензамидот може да се хидролизираат до бензоева киселина или нејзина конјугирана база во киселински или базни услови.

Од Grignard-ов реагенс

Бромобензенот може да се претвора во бензоева киселина со „карбоксилација“ на интермедиерниот фенилмагнезиум бромид.^[15] Оваа синтеза нуди пригодна вежба за студентите да спроведат Grignard-овa реакција, важeн тип на реакција на формирање јаглерод-јаглерод врска во органската хемија.^{[16][17][18][19][20]}

Оксидација на бензилни соединенија

Бензил алкохолот^[21] и бензил хлоридот и практично сите бензил деривати лесно се оксидираат до бензоева киселина

Употреба

Бензоевата киселина главно се троши во производството на фенол со оксидативна декарбоксилација на 300-400 °C:^[22]

${\displaystyle {\ce {C6H5CO2H + 1/2 O2 -> C6H5OH + CO2}}}$

Потребната температура може да се намали на 200 °C со додавање на каталитички количини на бакар(II) соли. Фенолот може да се претвори во циклохексанол, кој е почетен материјал за синтеза на најлон.

Прекурсор на пластификатори

Бензоатните пластификатори, како што се гликол-, диетиленгликол- и триетиленгликол естрите, се добиваат со трансестерификација на метил бензоат со соодветниот диол.^[22] Овие пластификатори, кои се користат слично на оние добиени од естер на терефтална киселина, претставуваат алтернативи на фталатите.^[22]

Прекурсор на натриум бензоат и сродни конзерванси

Бензоевата киселина и нејзините соли се користат како конзерванси за храна, претставени со Е броевите E210, E211, E212 и E213. Бензоевата киселина го инхибира растот на мувлата, квасецот^[23] и некои бактерии. Се додава директно или се создава при реакции на неговата натриумова, калиумова или калциумова сол. Механизмот започнува со апсорпција на бензоева киселина во клетката. Ако внатреклеточната pH вредност се промени на 5 или помала, анаеробната ферментација на гликозата преку фосфофруктокиназата се намалува за 95%. Според тоа, ефикасноста на бензоевата киселина и бензоатот зависи од pH вредноста на храната.^[24] Бензоевата киселина, бензоатите и нивните деривати се користат како конзерванси за кисела храна и пијалаци како што се цитрусните сокови (лимонска киселина), газирани пијалаци (јаглерод диоксид), безалкохолни пијалаци (фосфорна киселина), кисели краставички (оцетна киселина) и друга закиселена храна.

Типичните концентрации на бензоева киселина како конзерванс во храната се помеѓу 0,05 и 0,1%. Храната во која може да се користи бензоева киселина и максималните нивоа за нејзина примена се контролирани со локалните закони за храна.^[25][26]

Изразена е загриженост дека бензоевата киселина и нејзините соли може да реагираат со аскорбинска киселина (витамин Ц) во некои безалкохолни пијалаци, формирајќи мали количини на канцероген бензен.^[27]

Поврзано: Benzene in soft drinks

Медицинска

Бензоевата киселина е составен дел на Whitfield-овата маст која се користи за третман на габични заболувања на кожата како што се рингворм и спортско стапало.^[28][29] Како главна компонента на бензоин гумата, бензоевата киселина е исто така главна состојка и во тинктурата од бензоин и во балсамот на Friar. Таквите производи имаат долга историја на употреба како локални антисептици и деконгестиви за инхалација.

Бензоевата киселина била користена како експекторанс, аналгетик и антисептик на почетокот на 20 век^[30]

Лабораториски употреби

Во наставните лаборатории, бензоевата киселина е вообичаен стандард за калибрирање на калориметриска бомба.^[31]

Биологија и здравствени ефекти

Бензоевата киселина се јавува природно како и нејзините естри кај многу растителни и животински видови. Значителни количини се наоѓаат во повеќето бобинки (околу 0,05%). Зрелите плодови од неколку видови Vaccinium (на пример, брусница, V. vitis macrocarpon ; боровинка, V. myrtillus ) содржат дури 0,03-0,13% слободна бензоева киселина. Бензоевата киселина се формира и во јаболката по инфекцијата со габата Nectria galligena . Помеѓу животните, бензоевата киселина е идентификувана првенствено кај сештојади или фитофаги видови, на пр., во внатрешните органи и мускулите на еребица камењарка (Lagopus muta ), како и во секретите на жлездите на машкото мошусно говедо (Ovibos moschatus ) или азиските слонови (Elephas maximus ).^[32] Бензоин гумата содржи до 20% бензоева киселина и 40% естри на бензоева киселина.^[33]

Во однос на неговата биосинтеза, бензоатот во растенијата се произведува од циметната киселина.^[34] Идентификуван е синтетски пат на фенол преку 4-хидроксибензоат.^[35]

Реакции

Реакциите на бензоевата киселина може да се појават или кај ароматичниот прстен или кај карбоксилната група.

Ароматичен прстен

benzoic acid aromatic ring reactions

Електрофилната ароматична супституциона реакција се одвива главно во позиција 3 поради карбоксилната група која што влече електрони; т.е. бензоевата киселина е мета-насочувачка.^[36]

Карбоксилна група

• Реакциите типични за карбоксилните киселини се однесуваат и на бензоевата киселина.^[22]

• Бензоатните естри се производ на кисело катализирана реакција со алкохоли.
• Амидите на бензоевата киселина обично се подготвуваат од бензоил хлорид.
• Дехидратацијата до бензоев анхидрид е индуцирана со оцетен анхидрид или фосфор пентооксид.
• Високо реактивни киселински деривати како што се киселинските халиди лесно се добиваат со мешање со средства за халогенирање како фосфор хлориди или тионил хлорид.
• Ортоестрите може да се добијат со реакција на алкохоли во услови на одсуство на закиселена вода со бензонитрил.
• Редукција до бензалдехид и бензил алкохол е можно со користење на DIBAL-H, LiAlH₄ или натриум борхидрид.
• Декарбоксилацијата на бензен може да се изврши со загревање во кинолин во присуство на бакарни соли. Hunsdiecker декарбоксилацијата може да се постигне со загревање на сребрена сол.

benzoic acid group reactions

Безбедност и метаболизам кај цицачите

Се излачува како хипурина киселина.^[37] Бензоевата киселина се метаболизира со бутират-CoA лигаза во интермедиерен производ, бензоил-CoA,^[38] кој потоа се метаболизира со глицин '' N '' -ацилтрансфераза во хипурина киселина.^[39] Луѓето го метаболизираат толуенот кој исто така се излачува како хипурина киселина.^[40]

За луѓето, Меѓународната програма за хемиска безбедност на Светската здравствена организација (IPCS) сугерира дека привремениот толерантен внес би бил 5 mg/kg телесна маса на ден.^[32] Мачките имаат значително помала толеранција на бензоева киселина и нејзините соли од стаорците и глувците. Смртоносната доза за мачки може да биде до 300 mg/kg телесна маса.^[41] Оралниот LD₅₀ за стаорци е 3040 mg/kg, за глувците е 1940–2263 mg/kg.^[32]

Во Тајпеј, Тајван, една градска здравствена анкета во 2010 година покажа дека 30% од сушената и киселата храна имаат бензоева киселина.^[42]