stringtranslate.com

Бензойная кислота

Бензойная кислота / b ɛ n ˈ z oʊ . ɪ k / — белое (или бесцветное) твердое органическое соединение с формулой C 6 H 5 COOH , структура которого состоит из бензольного кольца ( C 6 H 6 ) с карбоксильным ( -C(=O)OH ) заместителем . Бензоильную группу часто обозначают сокращенно «Bz» (не путать с «Bn», которое используется для обозначения бензила ), поэтому бензойную кислоту также обозначают как BzOH, поскольку бензоильная группа имеет формулу – C 6 H 5 CO . Это простейшая ароматическая карбоновая кислота. Название происходит от бензоиновой камеди , которая долгое время была его единственным источником.

Бензойная кислота в природе встречается во многих растениях [9] и служит промежуточным продуктом в биосинтезе многих вторичных метаболитов . Соли бензойной кислоты используются как консерванты пищевых продуктов . Бензойная кислота является важным предшественником для промышленного синтеза многих других органических веществ. Соли и эфиры бензойной кислоты известны как бензоаты / ˈ b ɛ n z oʊ . еɪ т / .

История

Бензойная кислота была открыта в шестнадцатом веке. Сухая перегонка бензойной камеди была впервые описана Нострадамусом (1556 г.), а затем Алексиусом Педемонтаном (1560 г.) и Блезом де Виженером (1596 г.). [10]

Юстус фон Либих и Фридрих Вёлер определили состав бензойной кислоты. [11] Последние также исследовали связь гиппуровой кислоты с бензойной кислотой.

В 1875 году Сальковский открыл противогрибковые свойства бензойной кислоты, которую долгое время использовали при консервировании бензоатсодержащих плодов морошки . [12] [ оспаривается – обсуждаем ]

Производство

Промышленные препараты

Бензойную кислоту в промышленных масштабах получают путем частичного окисления толуола кислородом . Процесс катализируется нафтенатами кобальта или марганца . В этом процессе используются обильные материалы, и он протекает с высоким выходом. [13]

окисление толуола
окисление толуола

Первый промышленный процесс включал реакцию бензотрихлорида (трихлорметилбензола) с гидроксидом кальция в воде с использованием железа или солей железа в качестве катализатора . Полученный бензоат кальция превращают в бензойную кислоту с помощью соляной кислоты . Продукт содержит значительные количества хлорированных производных бензойной кислоты. По этой причине бензойную кислоту для потребления человеком получали путем сухой перегонки бензойной камеди . Пищевая бензойная кислота в настоящее время производится синтетическим путем.

Лабораторный синтез

Бензойная кислота дешева и легкодоступна, поэтому лабораторный синтез бензойной кислоты практикуется в основном 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. Отсутствие органических растворителей при перекристаллизации делает этот эксперимент особенно безопасным. Этот процесс обычно дает выход около 65%. [14]

Путем гидролиза

Как и другие нитрилы и амиды , бензонитрил и бензамид могут гидролизоваться до бензойной кислоты или сопряженного с ней основания в кислых или основных условиях.

Из реактива Гриньяра

Бромбензол можно превратить в бензойную кислоту путем «карбоксилирования» 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] и бензилхлорид , а также практически все бензилпроизводные легко окисляются до бензойной кислоты.

Использование

Бензойная кислота в основном расходуется на получение фенола путем окислительного декарбоксилирования при 300–400 °С: [22]

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

Бензоатные пластификаторы , такие как эфиры гликоля, диэтиленгликоля и триэтиленгликоля , получают переэтерификацией метилбензоата соответствующим диолом . [22] Эти пластификаторы, которые используются аналогично пластификаторам, полученным из эфира терефталевой кислоты , представляют собой альтернативу фталатам . [22]

Прекурсор бензоата натрия и родственных консервантов.

Бензойная кислота и ее соли используются в качестве пищевых консервантов и имеют номера E210 , E211 , E212 и E213 . Бензойная кислота подавляет рост плесени , дрожжей [23] и некоторых бактерий . Он либо добавляется напрямую, либо создается в результате реакций с его натриевой , калиевой или кальциевой солью. Механизм начинается с всасывания бензойной кислоты в клетку. Если внутриклеточный pH изменяется до 5 или ниже, анаэробная ферментация глюкозы посредством фосфофруктокиназы снижается на 95%. Таким образом, эффективность бензойной кислоты и бензоата зависит от pH пищи. [24] Бензойная кислота, бензоаты и их производные используются в качестве консервантов для кислых пищевых продуктов и напитков, таких как соки цитрусовых ( лимонная кислота ), газированные напитки ( диоксид углерода ), безалкогольные напитки ( фосфорная кислота ), соленья ( уксус ) и другие подкисленные напитки. продукты питания.

Типичные концентрации бензойной кислоты в качестве консерванта в пищевых продуктах составляют от 0,05 до 0,1%. Продукты питания, в которых может использоваться бензойная кислота, и максимальные уровни ее применения контролируются местными законами о пищевых продуктах. [25] [26]

Была выражена обеспокоенность тем, что бензойная кислота и ее соли могут вступать в реакцию с аскорбиновой кислотой (витамином С) в некоторых безалкогольных напитках, образуя небольшие количества канцерогенного бензола . [27]

Лекарственный

Бензойная кислота входит в состав мази Уитфилда , которая используется для лечения грибковых заболеваний кожи, таких как стригущий лишай и микоз . [28] [29] В качестве основного компонента бензоиновой камеди , бензойная кислота также является основным ингредиентом как настойки бензоина, так и бальзама Монаха. Такие продукты имеют долгую историю использования в качестве местных антисептиков и ингаляционных противозастойных средств .

Бензойная кислота использовалась как отхаркивающее , болеутоляющее и антисептическое средство в начале 20 века. [30]

Нишевое и лабораторное использование

В учебных лабораториях бензойная кислота является распространенным стандартом для калибровки бомбового калориметра . [31]

Биология и влияние на здоровье

Бензойная кислота, как и ее 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, клюквы , V. vitis macrocarpon ; черники , V. myrtillus ) содержат до 0,03–0,13% свободной бензойной кислоты. Бензойная кислота образуется также в яблоках после заражения грибом Nectria Galligena . Среди животных бензойная кислота была идентифицирована преимущественно у всеядных или фитофагов, например, во внутренностях и мышцах каменной куропатки ( Lagopus muta ), а также в секретах желез самцов овцебыка ( Ovibos moschatus ) или азиатских слонов-быков ( Elephas maximus ). . [32] Камедь бензойная содержит до 20% бензойной кислоты и 40% эфиров бензойной кислоты. [33]

С точки зрения биосинтеза бензоат вырабатывается в растениях из коричной кислоты. [34] Путь был идентифицирован от фенола через 4-гидроксибензоат . [35]

Реакции

Реакции бензойной кислоты могут происходить как по ароматическому кольцу , так и по карбоксильной группе .

Ароматическое кольцо

реакции ароматического кольца бензойной кислоты
реакции ароматического кольца бензойной кислоты

Реакция электрофильного ароматического замещения будет происходить преимущественно в 3-положении из-за электроноакцепторной карбоксильной группы ; т.е. бензойная кислота является метанаправляющей . [36]

Карбоксильная группа

Реакции, типичные для карбоновых кислот, применимы и к бензойной кислоте. [22]

реакции группы бензойной кислоты
реакции группы бензойной кислоты


Безопасность и метаболизм млекопитающих

Выводится из организма в виде гиппуровой кислоты . [37] Бензойная кислота метаболизируется бутират-КоА-лигазой в промежуточный продукт, бензоил-КоА , [38] который затем метаболизируется глицин - N -ацилтрансферазой в гиппуровую кислоту. [39] Люди метаболизируют толуол , который также выводится из организма в виде гиппуровой кислоты. [40]

Международная программа по химической безопасности (IPCS) Всемирной организации здравоохранения предполагает , что для людей временная допустимая доза составляет 5 мг/кг массы тела в день. [32] 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. [41] Пероральная ЛД 50 для крыс составляет 3040 мг/кг, для мышей — 1940–2263 мг/кг. [32]

В Тайбэе , Тайвань, городское медицинское обследование, проведенное в 2010 году, показало, что 30% сушеных и маринованных продуктов питания содержат бензойную кислоту. [42]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 745. дои : 10.1039/9781849733069-00648. ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ^ abcdefghij "бензойная кислота". chemister.ru . Проверено 24 октября 2018 г.
  3. ^ Зейделл, Атертон; Линке, Уильям Ф. (1952). Растворимость неорганических и органических соединений. Ван Ностранд.
  4. ^ abc Бензойная кислота в Линстреме, Питере Дж.; Маллард, Уильям Г. (ред.); Интернет-книга NIST по химии, справочная база данных стандартов NIST № 69 , Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург (Мэриленд) (получено 23 мая 2014 г.)
  5. ^ Харрис, Дэниел (2010). Количественный химический анализ (8-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. стр. АП12. ISBN 9781429254366.
  6. ^ Олмстед, Уильям Н.; Бордвелл, Фредерик Г. (1980). «Константы ассоциации ионных пар в диметилсульфоксиде». Журнал органической химии . 45 (16): 3299–3305. дои : 10.1021/jo01304a033.
  7. ^ Запись abcd в базе данных веществ GESTIS Института охраны труда.
  8. ^ abc Sigma-Aldrich Co. , Бензойная кислота. Проверено 23 мая 2014 г.
  9. ^ «Ученые раскрывают последние шаги по созданию бензойной кислоты в растениях» . Новости сельского хозяйства Purdue.
  10. ^ Ноймюллер О.А. (1988). Römpps Chemie-Lexikon (6-е изд.). Штутгарт: Frankh'sche Verlagshandlung. ISBN 978-3-440-04516-9. ОСЛК  50969944.
  11. ^ Либих Дж ; Вёлер Ф (1832). «Untersuchungen über das Radikal der Benzoesäure». Аннален дер Хими . 3 (3): 249–282. дои : 10.1002/jlac.18320030302. hdl : 2027/hvd.hxdg3f .
  12. ^ Салковский Э (1875). Берл Клин Вохеншр . 12 : 297–298. {{cite journal}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
  13. ^ Уэйд, Лерой Г. (2014). Органическая химия (новое международное издание Пирсона). Харлоу: Pearson Education Limited. п. 985. ИСБН 978-1-292-02165-2.
  14. ^ Д.Д. Перрин; WLF Армарего (1988). Очистка лабораторных химикатов (3-е изд.). Пергамон Пресс. стр. 94. ISBN 978-0-08-034715-8.
  15. ^ Дональд Л. Павиа (2004). Введение в органические лабораторные методы: маломасштабный подход . Томсон Брукс/Коул. стр. 312–314. ISBN 978-0-534-40833-6.
  16. ^ Ширли, Д.А. (1954). «Синтез кетонов из галогенангидридов и металлоорганических соединений магния, цинка и кадмия». Орг. Реагировать. 8 : 28–58.
  17. ^ Хурин, DM (1991). «Карбанионы щелочных и щелочноземельных катионов: (ii) Селективность реакций присоединения карбонила». Трост , BM ; Флеминг, И. (ред.). Комплексный органический синтез, Том 1: Дополнения к π-связям C—X, Часть 1 . Эльзевир Наука . стр. 49–75. doi : 10.1016/B978-0-08-052349-1.00002-0. ISBN 978-0-08-052349-1.
  18. ^ «Реакция Гриньяра. Получение бензойной кислоты» (PDF) . Портлендский общественный колледж. Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2015 года . Проверено 12 марта 2015 г.>
  19. ^ «Эксперимент 9: Синтез бензойной кислоты посредством карбонилирования реагента Гриньяра» (PDF) . Университет Висконсин-Мэдисон. Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2015 года . Проверено 12 марта 2015 г.
  20. ^ «Эксперимент 3: Получение бензойной кислоты» (PDF) . Таусонский университет. Архивировано из оригинала (PDF) 13 апреля 2015 года . Проверено 12 марта 2015 г.>
  21. ^ Сантонастасо, Марко; Фрикли, Саймон Дж.; Медзяк, Питер Дж.; Бретт, Джемма Л.; Эдвардс, Дженнифер К.; Хатчингс, Грэм Дж. (21 ноября 2014 г.). «Окисление бензилового спирта с использованием перекиси водорода, полученной на месте». Исследования и разработки органических процессов . 18 (11): 1455–1460. дои : 10.1021/op500195e. ISSN  1083-6160.
  22. ^ abcd Маки, Такао; Такеда, Кадзуо (2000). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a03_555. ISBN 978-3527306732..
  23. ^ 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. Бибкод : 1991ApEnM..57.3410W. doi :10.1128/AEM.57.12.3410-3414.1991. ЧВК 183988 . ПМИД  1785916. 
  24. ^ Пастророва И., де Костер К.Г., Бум Дж.Дж. (1997). «Аналитическое исследование свободных и сложноэфирных бензойных и коричных кислот камедь-бензоиновых смол с помощью ГХ-МС ВЭЖХ-фритты FAB-MS». Фитохимический анал . 8 (2): 63–73. doi :10.1002/(SICI)1099-1565(199703)8:2<63::AID-PCA337>3.0.CO;2-Y.
  25. ^ Подробности о группе пищевых добавок GSFA Online: Бензоаты (2006). Архивировано 26 сентября 2007 года в Wayback Machine.
  26. ^ ДИРЕКТИВА ЕВРОПЕЙСКОГО ПАРЛАМЕНТА И СОВЕТА № 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. на Wayback Machine .
  27. ^ «Признаки возможного образования бензола из бензойной кислоты в пищевых продуктах, экспертное заключение BfR № 013/2006» (PDF) . Немецкий федеральный институт оценки рисков. 1 декабря 2005 г. Архивировано (PDF) из оригинала 26 апреля 2006 г. . Проверено 30 марта 2022 г.
  28. ^ "Мазь Уитфилда". Архивировано из оригинала 9 октября 2007 года . Проверено 15 октября 2007 г.
  29. ^ Чарльз Оуэнс Уилсон; Оле Гисволд; Джон Х. Блок (2004). Учебник Уилсона и Гисвольда по органической медицине и фармацевтике . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. стр. 234. ISBN 978-0-7817-3481-3.
  30. ^ Лиллард, Бенджамин (1919). «Пастилки бензойной кислоты». Практический аптекарь и фармацевтический обзор отзывов .
  31. ^ Эксперимент 2: Использование бомбовой калориметрии для определения резонансной энергии бензола. Архивировано 9 марта 2012 г. в Wayback Machine.
  32. ^ abc «Краткий международный документ химической оценки 26: БЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА И БЕНЗОАТ НАТРИЯ» .
  33. ^ Томокуни К., Огата М. (1972). «Прямое колориметрическое определение гиппуровой кислоты в моче». Клин Чем . 18 (4): 349–351. дои : 10.1093/клинчем/18.4.349 . ПМИД  5012256.
  34. ^ Фогт, Т. (2010). «Биосинтез фенилпропаноидов». Молекулярный завод . 3 :2–20. дои : 10.1093/mp/ssp106 . ПМИД  20035037.
  35. ^ Жуто, Пьер; Валери Коте; Мари-Франс Дакетт; Режан Боде; Франсуа Лепин; Ричард Виллемур; Жан-Ги Бисайон (январь 2005 г.). «Cryptanaerobacterphenolicus gen. nov., sp. nov., анаэроб, который превращает фенол в бензоат через 4-гидроксибензоат». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 55 (1): 245–250. дои : 10.1099/ijs.0.02914-0 . ПМИД  15653882.
  36. ^ Брюстер, RQ; Уильямс, Б.; Филлипс, Р. (1955). «3,5-Динитробензойная кислота». Органические синтезы .; Коллективный том , том. 3, с. 337
  37. ^ Экспертная группа по обзору косметических ингредиентов Бинду Наир (2001). «Заключительный отчет об оценке безопасности бензилового спирта, бензойной кислоты и бензоата натрия». Инт Джей Токс . 20 (Приложение 3): 23–50. дои : 10.1080/10915810152630729. PMID  11766131. ​​S2CID  13639993.
  38. ^ «Бутират-КоА-лигаза». БРЕНДА . Технический университет Брауншвейга . Проверено 7 мая 2014 г.Субстрат/Продукт
  39. ^ «глицин-N-ацилтрансфераза» . БРЕНДА . Технический университет Брауншвейга . Проверено 7 мая 2014 г.Субстрат/Продукт
  40. ^ Кребс Х.А., Виггинс Д., Стаббс М. (1983). «Исследование механизма противогрибкового действия бензоата». Биохим Дж . 214 (3): 657–663. дои : 10.1042/bj2140657. ПМЦ 1152300 . ПМИД  6226283. 
  41. ^ Бедфорд П.Г., Кларк Э.Г. (1972). «Экспериментальное отравление бензойной кислотой у кошки». Ветеринарная запись . 90 (3): 53–58. дои : 10.1136/vr.90.3.53. PMID  4672555. S2CID  2553612.
  42. ^ Чен, Цзянь; Ю.Л. Као (18 января 2010 г.). «Почти 30% сушеных и маринованных продуктов не проходят проверку на безопасность». Почта Китая .

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме бензойной кислоты .