Бензойная кислота

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Бензойная кислота
Benzoic acid.svg
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
Рег. номер EINECS 200-618-2
SMILES
InChI
Кодекс Алиментариус E210
RTECS DG0875000
ChemSpider 238
Безопасность
Токсичность LD50 500 mg·kg−1
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Бензо́йная кислота́ C6H5СООН — простейшая одноосновная карбоновая кислота ароматического ряда.

История[править | править вики-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 вики-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 неэффективно повышать концентрацию водных растворов бензойной кислоты упариванием раствора.

Получение[править | править вики-текст]

Бензойную кислоту можно получить окислением толуола сильными окислителями, такими, например, как перманганат калия, оксид хрома (VI), азотная или хромовая кислота, а также декарбоксилированием фталевой кислоты.

В промышленных масштабах бензойную кислоту получают окислением толуола кислородом на катализаторе (нафтената марганца или кобальта).

Окисление толуола

Лабораторный синтез и очистка[править | править вики-текст]

Химический продукт - бензойная кислота - дёшев и легкодоступен. Поэтому к лабораторному синтезу профессиональные химики прибегают редко.

Демонстрационный синтез осуществляется в учебных целях.

Очистку бензойной кислоты удобно проводить перекристаллизацией из растворителя, обычно, из воды. Другие растворители пригодные для перекристаллизации: уксусная кислота (ледяная и водный раствор), бензол, ацетон, петролейный эфир и смесь этанола с водой.

Гидролиз[править | править вики-текст]

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

Реакция Канниццаро[править | править вики-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 вики-текст]

Из бромбензола по реакции карбоксилирования фенилмагнийбромида.

\mathsf{C_6H_5MgBr + CO_2 \rightarrow C_6H_5COOMgBr}
\mathsf{C_6H_5COOMgBr + HCl \rightarrow C_6H_5COOH + MgBrCl}

Окисление[править | править вики-текст]

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

\mathsf{C_6H_5CH_3 \ \xrightarrow[]{[O]} \ C_6H_5COOH}

История получения[править | править вики-текст]

Первый производственный процесс включал в себя гидролиз бензолтрихлорида 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 вики-текст]

Калориметрия[править | править вики-текст]

Бензойная кислота используется как тепловой стандарт для калибровки калориметров по температуре и теплоемкости, так как теплота кристаллизации и плавления хорошо известны и воспроизводимы.

Сырьё[править | править вики-текст]

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

Консервант[править | править вики-текст]

Бензойную кислоту и её соли используют при консервировании пищевых продуктов (пищевые добавки E210, E211, E212, E213).

Бензойная кислота, блокируя ферменты, замедляет обмен веществ во многих одноклеточных микроорганизмах и грибках. Она подавляет рост плесени, дрожжей и некоторых бактерий.

В пищевые продукты её добавляют в чистом виде или в виде натриевой, калиевой или кальциевой соли.

Губительное действие на микрофлору начинается с абсорбции бензойной кислоты липидной стенкой клетки.

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 кислотности (pH) пищи.

Кислая пища, напитки, такие, как фруктовые соки, (содержащие лимонную кислоту), газированные напитки, содержащие в растворе (углекислый газ), безалкогольные напитки с (фосфорной кислотой), соленья (молочная кислота) и другие кислые пищевые продукты консервируются бензойной кислотой и её солями.

Принятые и оптимальные концентрации бензойной кислоты при консервации пищи 0,05—0,1 %.

Медицина[править | править вики-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, - бензоат натрия  — как отхаркивающее средство.

Другие применения[править | править вики-текст]

Эфиры бензойной кислоты (со спиртами от метилового до амилового) обладают сильным и приятным запахом и применяются в парфюмерной промышленности.

Некоторые другие производные бензойной кислоты, такие как, например, хлор- и нитробензойные кислоты, широко применяются для синтеза красителей.

Биологическое действие и влияние на здоровье человека[править | править вики-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.

Бензольное кольцо[править | править вики-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 вики-текст]

Все реакции характерные для карбоксильной группы возможны с бензойной кислотой:

реакции бензойной кислоты по карбоксильной группе

Производные[править | править вики-текст]

Соли[править | править вики-текст]

Соли бензойной кислоты называются бензоатами, например:

Примечания[править | править вики-текст]

  • Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1 (Абл-Дар). — 623 с.

Ссылки[править | править вики-текст]