Бензойная кислота

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Бензойная кислота
Бензойная кислота
Бензойная кислота
Общие
Систематическое
наименование
бензойная кислота
Традиционные названия бензойная кислота
Хим. формула C6H5COOH
Рац. формула C7H6O2
Физические свойства
Состояние твердая
Молярная масса 122.12 г/моль
Плотность 1.32 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 122.4 °C
Т. кип. 249.2 °C
Т. разл. 370 °C
Удельная теплота испарения 527 Дж/кг
Удельная теплота плавления 18 Дж/кг
Химические свойства
pKa 4.20
Растворимость в воде 0,29 г/100 мл
Структура
Дипольный момент 1.72 Д
Классификация
Рег. номер CAS 65-85-0
PubChem 243
SMILES
RTECS DG0875000
ChemSpider 238
Безопасность
Токсичность LD50 500 mg·kg−1
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Бензойная кислота C6H5СООН — простейшая одноосновная карбоновая кислота ароматического ряда.

История[править | править исходный текст]

Впервые выделена возгонкой в 16 веке из бензойной смолы (росного ладана), отсюда и получила своё название. Этот процесс был описан у Нострадамуса (1556), а затем у Жироламо Рушелли (1560, под псевдонимом Alexius Pedemontanus) и у Blaise de Vigenère (1596).

В 1832 году немецкий химик Юстус фон Либих определил структуру бензойной кислоты. Он также исследовал, как она связана с гиппуровой кислотой.

В 1875 немецкий физиолог Эрнст Леопольд Зальковский исследовал противогрибковые свойства бензойной кислоты, которая долгое время использовалась в консервировании фруктов.

Физические свойства[править | править исходный текст]

Бензойная кислота — белые кристаллы, плохо растворимые в воде, хорошо — в этаноле, хлороформе и диэтиловом эфире. Бензойная кислота является, подобно большинству других органических кислот, слабой кислотой (pKa 4.21).

Чистая кислота имеет температуру плавления 122.4 °C, температуру кипения 249 °C.

Легко возгоняется; перегоняется с водяным паром, поэтому не следует концентрировать водные растворы бензойной кислоты упариванием.

Получение[править | править исходный текст]

Получают бензойную кислоту окислением толуола перманганатом калия, оксидом хрома (VI), азотной или хромовой кислотой, а также декарбоксилированием фталевой кислоты.

В промышленных масштабах бензойную кислоту получают окислением толуола кислородом при участии катализатора (нафтената марганца или кобальта).

Окисление толуола

Лабораторный синтез[править | править исходный текст]

Бензойная кислота дешева и легкодоступна. Поэтому лабораторный синтез используется в педагогических целях. Очистку бензойной кислоты удобно проводить перекристаллизацией из воды. Другие растворители для перекристаллизации: уксусная кислота (ледяная и водная), бензол, ацетон, петролейный эфир и водный этанол.

Гидролиз[править | править исходный текст]

Бензамид и бензонитрил гидролизуются в воде в присутствии кислоты или основания до бензойной кислоты.

Реакция Канниццаро[править | править исходный текст]

Бензальдегид в основной среде претерпевает преобразование по реакции Канниццаро. В итоге получается бензойная кислота и бензиловый спирт.

Рекция Канниццаро бензальдегида

Реакция Гриньяра[править | править исходный текст]

Из бромбензола по реакции карбоксилирования фенилмагний бромида.

C6H5MgBr + CO2 → C6H5CO2MgBr
C6H5CO2MgBr + HCl → C6H5CO2H + MgBrCl

Окисление[править | править исходный текст]

Толуол или бензиловый спирт могут быть окислены перманганатом калия до бензойной кислоты

C6H5CH2Cl + 2 KOH + 2 [O] → C6H5COOН + KCl + H2O

Историческое получение[править | править исходный текст]

Первый производственный процесс включал в себя гидролиз бензотрихлорида под действием гидроксида кальция в воде в присутствии железа или его солей в качестве катализатора. Образующийся бензоат кальция переводили в бензойную кислоту обработкой соляной кислотой. Продукт содержал значительное количество хлорпроизводных бензойной кислоты. Поэтому не использовался в качестве пищевой добавки. В настоящее время в пищу используется бензойная кислота, получаемая синтетически.

Применение[править | править исходный текст]

Калориметрия[править | править исходный текст]

Бензойная кислота наиболее используемый химический стандарт для определения теплоемкости калориметров.

Сырьё[править | править исходный текст]

Бензойная кислота служит для получения многих реактивов, наиболее значимые из них следующие:

Консервант[править | править исходный текст]

Бензойную кислоту и её соли используют при консервировании пищевых продуктов (пищевые добавки E210, E211, E212, E213). Бензойная кислота, блокируя ферменты, замедляет обмен веществ в одноклеточных организмах. Она подавляет рост плесени, дрожжей и некоторых бактерий. Ее добавляют напрямую или в виде натриевой, калиевой или кальциевой соли. Механизм действия начинается с абсорбции бензойной кислоты клеткой. Поскольку через стенку клетки может проникнуть только недиссоциированная кислота, бензойная кислота проявляет антимикробное действие только в кислых пищевых продуктах. Если внутриклеточный pH 5 или меньше, анаэробная ферментация глюкозы через фосфорфруктокиназу уменьшается на 95 %. Эффективность бензойной кислоты и бензоатов зависит от pH пищи. Кислая пища, напитки такие как фруктовые соки (лимонная кислота), игристые напитки (углекислый газ), безалкогольные напитки (фосфорная кислота), соленья (уксусная кислота) или другая закисленная пища консервируются бензойной кислотой и ее солями. Типичные концентрации бензойной кислоты при консервации пищи 0.05-0.1 %. Считается, что бензойная кислота и ее соли в некоторых безалкогольных напитках, могут реагировать с аскорбиновой кислотой (витамин С), образуя небольшие количества бензола. Но фактически для получения бензола из бензойной кислоты необходима реакция декарбоксилирования при высокой температуре (с выделением углекислого газа как побочного продукта реакции).

Медицина[править | править исходный текст]

Бензойную кислоту применяют в медицине при кожных заболеваниях, как наружное антисептическое (противомикробное) и фунгицидное (противогрибковое) средства, при трихофитиях и микозах, а её натриевую соль — как отхаркивающее средство.

Другие применения[править | править исходный текст]

Эфиры бензойной кислоты (от метилового до амилового) обладают сильным запахом и применяются в парфюмерной промышленности. Некоторые другие производные бензойной кислоты, такие как, например, хлор- и нитробензойные кислоты, широко применяются для синтеза красителей.

Биология и воздействие на здоровье[править | править исходный текст]

Бензойная кислота в свободном виде и виде сложных эфиров встречается в составе многих растений и животных. Значительное количество бензойной кислоты находится в ягодах (около 0,05 %). Зрелые плоды некоторых видов вакциниума содержат большое количество свободной бензойной кислоты. Например, в бруснике - до 0,20 % в спелых ягодах, и в клюкве - до 0,063 %. Бензойная кислота также образуется в яблоках после заражения грибком Nectria galligena. Среди животных, бензойная кислота обнаружена в основном во всеядных или фитофагных видах, например, во внутренных органах и мускулах тундряной куропатки (Lagopus muta), также как и в выделениях самцов овцебыка или азиатского слона.

Бензойная смола содержит до 20 % бензойной кислоты и 40 % бензойных эфиров.

Бензойная кислота присутствует, как часть гиппуровой кислоты (N-бензоилглицин) в моче млекопитающих, особенно травоядных животных. Бензойная кислота хорошо всасывается, через коэнзим А связывается с аминокислотой глицином в гиппуровую кислоту и в таком виде выводится через почки. Человек выделяет около 0,44 г/л гиппуровой кислоты в день в моче и больше, если находится в контакте с толуолом или бензойной кислотой. Для человека считается безопасным потребление 5 мг/кг массы тела в день. Коты имеют гораздо более низкую толерантность к бензойной кислоте, чем мыши и крысы. Летальная доза для котов 300 мг/кг массы тела. Оральная ЛД50 для крыс 3040 мг/кг, для мышей 1940—2260 мг/кг.

Химия[править | править исходный текст]

Реакции бензойной кислоты обусловлены наличием бензольного кольца и карбоксильной группы, а также их взаимным влиянием.

Бензольное кольцо[править | править исходный текст]

присоединение по бензольному кольцу бензойной кислоты

Электрофильное ароматическое присоединение происходит по 3-му положению из-за электроноакцепторных свойств карбоксильной группы. Второе замещение происходит сложнее (правая часть) благодаря деактивации нитрогруппой. Наоборот, при введении электронодонорного заместителя (например, алкила), второе замещение происходит легче.

Карбоксильная группа[править | править исходный текст]

Все реакции характерные для карбоксильной группы возможны с бензойной кислотой:

реакции бензойной кислоты по карбоксильной группе

Производные[править | править исходный текст]

  • 2,3-дигидроксибензойная кислота (пирокатехиновая кислота)
  • 2,4-дигидроксибензойная кислота (бета-резорциловая кислота)
  • 2,5-дигидроксибензойная кислота (гентизиновая кислота)
  • 2,6-дигидроксибензойная кислота (гамма-резорциловая кислота)
  • 3,4-дигидроксибензойная кислота (протокатехиновая кислота)
  • 3,5-дигидроксибензойная кислота (альфа-резорциловая кислота)
  • 3-нитробензойная кислота
  • Толуиловые кислоты

Соли[править | править исходный текст]

Соли бензойной кислоты называются бензоатами, например:

Примечания[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]