Бензойная кислота — это… Что такое Бензойная кислота?

0
107

История

Своё название бензойная кислота получила благодаря природному соединению, из которого впервые была выделена, – росному ладану. Этот процесс описан Нострадамусом в 1556 году, а чуть позже французским алхимиком Блезом де Виженером.

Бензойная смола долгое время считалась единственным источником синтеза карбоновой кислоты, за что её и прозвали росноладанной. Большой вклад в исследование структуры и состава соединения внесли Ю. Либих и А. Кольбе.

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.

Влияние на здоровье

Бензойная кислота — природный консервант, содержащийся в клюкве и бруснике. Используется при изготовлении напитков, плодово-ягодной продукции, рыбопродуктов. Антимикробное действие основано на подавлении активности ферментов микробных клеток. Препятствует росту дрожжей и бактерий маслянокислого брожения.

Консервант Е-210 проявляет антимикробное и антигрибковое действие, оказывает угнетающее воздействие на плесень, дрожжи и некоторые виды бактерий.

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.

При попадании в организм бензойная кислота реагирует с белковыми молекулами, превращаясь в N – бензоилглицин (гиппуровую кислоту). После трансформации соединение выводится с мочой. Данный процесс «нагружает» выделительную систему человека, поэтому во избежание нанесения вреда здоровью, законодательством каждого государства установлена допустимая норма применения кислоты при изготовлении продуктов питания.

Вред бензойной кислоты заключается не только в увеличении нагрузки на почки. Она является «прародителем» опасного канцерогенного вещества: с нее может образовываться бензол в чистом виде, который провоцирует рост злокачественных новообразований. Для превращения кислоты в яд нужна очень высокая температура.

Выделение бензола в организме человека из бензойного соединения невозможно. Однако, нагревать не предназначенные для этого консервированные продукты, а затем их есть, не рекомендуется, поскольку это может привести к пищевому отравлению.

Помните, консервант Е210 даже в мизерном количестве (до 0,01 миллиграмма) губительно влияет на домашних питомцев: подрывает здоровье, ухудшает самочувствие. Поэтому прежде, чем кормить любимца убедитесь, что в состав продукта не входит бензойная кислота, иначе последствия могут быть крайне трагичными.

Активность соединения падает в присутствии глицерина, белков, неионных ПАВ. При попадании на поверхность кожи вызывает покраснение и раздражение, вдыхании аэрозоля – тошноту, рвоту, судорожный кашель, насморк.

Одновременный прием продуктов, богатых на аскорбиновую и бензойную кислоты приводит к образованию токсичного свободного бензола. Поэтому минимальный перерыв между приемами таких изделий (безалкогольных напитков и цитрусовых) составляет два часа.

Бензойная кислота - это... Что такое Бензойная кислота?

При комнатной температуре бензойная кислота выглядит как белый порошок. Если рассмотреть его под микроскопом, вы увидите, что кристаллы имеют форму игл или чешуек (табличек). Соединение обладает резким специфическим запахом.

Химическая формула этой карбоновой (органической) кислоты – C6H5COOH или C7H6O2. При нагревании до 122,4 ⁰C она начинает плавиться, а при 249 ⁰C — кипеть, дальнейшее повышение температуры до 370 ⁰C приведёт к термическому разложению.

Нетрудно подсчитать молярную массу соединения, она составляет 122,12 грамм/моль. Реагент очень плохо растворяется в воде, а в этаноле и эфирах — хорошо. Реактив C6H5COOH является слабой кислотой, константа её диссоциации составляет 4,202.

Консервант Е210, попадая в организм человека, реагирует с белками, образуя гиппуровую кислоту, которая выводится почками. Этот компонент одобрен ассоциацией ВОЗ, но только в концентрации не более 5 мг/кг суточного потребления.

В больших дозах бензойная кислота может вызвать поражение печени и почек. Кроме того, стоит остерегаться продуктов, в которых консервант присутствует вкупе с витамином C. Взаимодействие этих компонентов приводит к образованию свободного бензола, являющегося сильнейшим канцерогеном.

Возгонка

Реактив легко поддаётся возгонке. При этом кристаллы сублимируются из паров, минуя жидкую фазу. Такой переход легко проследить при помощи опыта «зима в стакане» или «искусственный снег». Для этого в термостойкую химическую посуду помещают небольшое количество реагента и еловую веточку.

Сверху располагают круглодонную колбу с водой, она послужит холодильником и крышкой. Конструкцию устанавливают на штатив и подвергают нагреванию. При этом реактив начинает возгоняться. Пары, достигая колбы с холодной водой, кристаллизуются и превращаются в «снег».

Лабораторный синтез

Безойная 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

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

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

Из бромбензола по реакции карбоксилирования фенилмагний бромида.

C6H5MgBr CO2 → C6H5CO2MgBr
C6H5CO2MgBr HCl → C6H5CO2H MgBrCl

Окисление

Бензилхлорид, Толуол или бензиловый спирт могут быть окисленыперманганатом калия до бензойной кислоты

C6H5CH2Cl 2 KOH 2 [O] → C6H5COOH KCl H2O

Историческое получение

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 значительный количества хлорпроизводных бензойной кислоты. Поэтому не использовался в качестве пищевой добавки. В настоящее время в пищу используется бензойная кислота, получаемая синтетически.

Характерные химические реакции

Бензойная кислота, химические свойства которой напрямую зависят от присутствия ароматического кольца, вступает в реакции электрофильного замещения. Причём более подвержен им третий атом углерода, расположенный в равном удалении от карбоксильной группы.

Гораздо медленнее протекает замещение в —COOH. Для C6H5COOH характерны те же взаимодействия, что и для карбоновых кислот. При реакции этерификации (со спиртами) образуются эфиры, имеющие приятный аромат.

Как и все органические соединения, бензойная кислота сгорает с выделением CO2 и воды. Взаимодействия с основаниями и металлами протекают по карбоксильной группе с образованием солей – бензоатов. Дегидрирование приводит к получению циклоалканов.

Воздействие на организм

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.

Безойная 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.

Бензойная кислота имеет канцерогенный эффект, вызывает аллергические реакции.

В РФ пищевая добавка Е-210 разрешена к применению, однако установлены четкие значения предельно допустимой концентрации в пищевых продуктах. По рекомендациям ВОЗ предельно допустимое потребление консерванта Е-210 человеком не должно превышать 5 мл/кг.

В медицине бензойную кислоту применяют в качестве противомикробного и противогрибкового средства, например, при потливости ног, для лечения грибковых заболеваний кожи, таких как опоясывающий и стригущий лишай.

Получение и очистка

Как уже было описано выше, впервые бензойную кислоту выделили из росного ладана. Это природное соединение представляет собой смолу стираксового дерева. Для этого измельчённое сырье прогревали на песчаной бане и собирали сублимирующиеся кристаллы в небольшом ящичке, оклеенном бумагой.

Также использовался метод взаимодействия гиппуровой кислоты с соляной при сильном нагревании. Первую получали путём упаривания мочи травоядных, затем очищали кристаллизацией до исчезновения характерного запаха.

А как же протекает современный синтез такого вещества как бензойная кислота? Получение её очень дешёво, просто и экологично. Его проводят при помощи промышленного оксидирования метилбензола KMnO4, либо частичным взаимодействием исходного реагента с O2.

Химия

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

Бензольное кольцо

Электрофильное ароматическое присоединение происходит по 3-му положению из-за электроноакцепторных свойств карбоксильной группы. Второе замещение происходит сложнее (правая часть) благодаря деактивации нитрогруппой.

Все реакции характерные для карбоксильной группы возможны с бензойной кислотой:

  • Эфиры бензойной кислоты — продукты кислотнокатализируемой реакции со спиртами
  • Амиды бензойной кислоты легко доступны, используя для их синтеза активированные производные(такие как бензоилхлорид), или сочетающие реагенты используемые в пептидном синтезе такие как ДЦГК и ДМАП.
  • Более активный бензойный ангидрид образуется при дегидратации уксусным ангидридом или оксидом фосфора
  • Высокоактивные галогенангидриды легко получаются действием хлоридом фосфора или тионилхлорида
  • Ортоэфиры могут быть получены в сухих условиях реакцией бензонитрила в кислой среде со спиртами
  • Восстановление до бензальдегида или бензилового спирта возможно при использовании LiAlH4 или борогидрида натрия
  • Декарбоксилирование серебряной соли может быть проведено при нагревании, бензойная кислота может быть декарбоксилирована при нагревании с сухими щелочами или гидроксидом кальция.
  • Бензойная кислота образует соли

Незаменимый консервант

Рассматривая этикетки пищевых продуктов, вы часто сталкиваетесь с компонентами, закодированными буквой Е. Под этой маркировкой кроются различные красители, ароматизаторы, эмульгаторы, консерванты и усилители вкуса.

Бензойную кислоту можно встретить под кодом Е210. Эта пищевая добавка является натуральным консервантом, который вырабатывается в кисломолочных продуктах естественным путём. В природе соединение можно встретить в различных частях растений, смолах, бобровой струе.

Используют Е210 при изготовлении пищевых продуктов – соусов, супов, желе, консерваций, напитков. Поскольку компонент мало растворим в воде, чаще берут соли бензойной кислоты, например, бензоат натрия с кодом Е211.

Производные

  • 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)
  • Толуиловые кислоты

Ссылки