Βενζοϊκό οξύ

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Βενζοϊκό οξύ
Benzoesäure.svg
Benzoic-acid-3D-balls.png
Benzoid acid.jpg
Γενικά
Όνομα IUPAC Βενζοϊκό οξύ
Άλλες ονομασίες Βενζενοκαρβονικό οξύ
Καρβοξυβενζόλιο
Δρακυλικό οξύ
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C7H6O2
Μοριακή μάζα 122,12 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
C6H5COOH
Συντομογραφίες PhCOOH
Αριθμός CAS 65-85-0
SMILES O=C(O)c1ccccc1
InChI 1S/C7H6O2/c8-7(9)6-4-2-1-3-5-6/h1-5H,(H,8,9)
Αριθμός EINECS 200-618-2
Αριθμός RTECS DG0875000
Αριθμός UN 8SKN0B0MIM
PubChem CID 243
ChemSpider ID 238
Κωδικός προσθέτου
τροφίμων
E210
Δομή
Διπολική ροπή 1,72 D
Μοριακή γεωμετρία επίπεδη
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης 122,35°C
Σημείο βρασμού 249°C
Πυκνότητα 1.320 kg/m3
Διαλυτότητα
στο νερό
3,4 kg/m3
Δείκτης διάθλασης ,
nD
1,5397
Εμφάνιση Άχρωμο κρυσταλλικό στερεό
Χημικές ιδιότητες
pKa 4,21
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
121°C
Σημείο αυτανάφλεξης 570°C
Επικινδυνότητα
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
1
2
0
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Το βενζοϊκό οξύ ή βενζενοκαρβονικό οξύ ή καρβοξυβενζόλιο ή δρακυλικό οξύ, με σύντομο συντακτικό τύπο C6H5COOH ή συντομογραφικά PhCOOH, είναι (στις συνθήκες δωματίου, 20°C, 1 atm) ένα άχρωμο κρυσταλλικό στερεό. Είναι το απλούστερο αρωματικό καρβοξυλικό οξύ. Το όνομά του το πήρε από το «gum benzoin»[1], τη μόνη πηγή βενζοϊκού οξέος, για αιώνες. Το ίδιο και τα άλατά του χρησιμοποιούνται ως συντηρητικά τροφίμων και για συνθέσεις πολλών άλλων οργανικών ενώσεων.

Ιστορία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το βενζοϊκό οξύ ανακαλύφθηκε το 16ο αιώνα. Η ξηρή απόσταξη του «gum benzoin» πρωτοπεριγράφηκε από τους Νοστράδαμο (1556), Αλέξιο Πεντεμοντάνους (1560) και Μπλαισέ ντε Βιγκενέρ (1596)[2].

Με κάποιες πρωτοπόρες εργασίες το 1830, διαμέσου μιας ποικιλίας πειραμάτων που βασίστηκαν στην αμυγδαλίνη, που λαμβάνεται από το πικρό αμυγδαλέλαιο, από τους Πιερ Ρομπικέτ και Αντουάν Μπουτρόν-Χαρλάρντ, δυο Γάλλους χημικούς, παράχθηκε βενζαλδεΰδη[3]. Απέτυχαν όμως να εξακριβώσουν, με ποσοτικό τρόπο, τη δομή της αμυγδαλίνης και έτσι δεν πιστώθηκαν με την ταυτοποίηση της βενζοϊκής ρίζας (PhCOO·). Αυτό το βήμα πραγματοποιήθηκε από τους Γιούστους φον Λήμπινγκ και Φρίντριχ Βέλερ, που καθόρισαν τη δομή του βενζοϊκού οξέος το 1832[4]. Αυτοί αργότερα ερεύνησαν πώς το ιππουρικό οξύ σχετίζεται με το βενζοϊκό.

Το 1875 ο Σαλκόβσκι ανακάλυψε τις αντισηπτικές ιδιότητες του βενζοϊκού οξέος, που ήδη για πολύ καιρό χρησιμοποιούνταν ως συντηρητικό[5].

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κρύσταλλοι βενζοϊκού οξέος

Βιομηχανική[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το βενζοϊκό οξύ παράγεται βιομηχανικά με καταλυτική μερική οξείδωση τολουολίου από οξυγόνο:


\mathrm{PhCH_3 + 2O_2 \xrightarrow{Co} PhCOOH + H_2O}

Εργαστηριακές - εναλλακτικές μέθοδοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με οξείδωση τολουολίου με υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO4)[7]:


\mathrm{3PhCH_3 + 2KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{} 3PhCOOH + 2MnO_2 + K_2SO_4 + 4H_2O}

2. Με οξείδωση 1,2-διφαινυλοαιθένιου με υπερμαγγανικό κάλιο[8]:


\mathrm{
3PhCH=CHPh + 8KMnO_4 + 4H_2SO_4 \xrightarrow{} 6PhCOOH + 8MnO_2 + 4K_2SO_4 + 4H_2O}

3. Με οξείδωση βενζυλικής αλκοόλης[9]:


\mathrm{
3PhCH_2OH + 4KMnO_4 + 2H_2SO_4  \xrightarrow{} 3PhCOOH + 4MnO_2 + 2K_2SO_4 + 5H_2O 
}

4. Με οξείδωση βενζαλδεΰδης[10]:


\mathrm{
3PhCHO + K_2Cr_2O_7 + H_2SO_4 \xrightarrow{} 3PhCOOH + Cr_2O_3 + K_2SO_4 + 3H_2O}

5. Με οξειδοαναγωγή βενζαλδεΰδης, μέθοδος Cannizzaro[11]:


\mathrm{2PhCHO + KOH \xrightarrow{-PhCH_2OH} + PhCOOK \xrightarrow{+HCl} PhCOOH + KCl}

6. Από φαινυλοαλογονίδιο

α. Με αντίδραση Fittig:


\mathrm{PhX + 2Na \xrightarrow{-NaX} PhNa \xrightarrow{+XCOOH} PhCOOH + NaX}

β. Μέσω ενώσεων Grignard[12]:


\mathrm{PhX + Mg \xrightarrow{|Et_2O|} PhMgX \xrightarrow{+CO_2} PhCOOMgX \xrightarrow{+H_2O} PhCOOH + Mg(OH)X}

7. Από βενζονιτρίλιο με υδρόλυση[13]:


\mathrm{PhCN + H_2O \xrightarrow{} PhCONH_2 \xrightarrow{+H_2O} PhCOONH_4 \xrightarrow{+HCl} PhCOOH + NH_4Cl}

8. Από βενζόλιο και φωσγένιο με αντίδραση Friedel-Crafts[14]:


\mathrm{PhH + COCl_2 \xrightarrow{AlX_3} PhCOCl \xrightarrow[H^+]{+H_2O} PhCOOH + HCl }

Παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ως καρβονικό οξύ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Έχει όξινο χαρακτήρα και άρα σχηματίζει άλατα. Π.χ.[15]:


\mathrm{PhCOOH + NaOH \xrightarrow{} PhCOONa + H_2O}

2. Αποκαρβοξυλίωση (αποτελεσματικότερη στα άλατά του)[16]:

α. Θερμική προς βενζόλιο:


PhCOOH \xrightarrow{\triangle} PhH + CO_2

β. Ηλεκτρολυτική (μέθοδος Kolbe) προς διφαινύλιο[17]:


2PhCOOH \xrightarrow{\eta \lambda \epsilon \kappa \tau \rho \acute{o} \lambda \upsilon \sigma \eta} Ph_2 + 2CO_2 + H_2

γ. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιοβάριο) παράγεται βενζοφαινόνη[18]:

\mathrm{(PhCOO)_2Ca \xrightarrow{\triangle} PhCOPh + CaCO_3 \downarrow}

δ. Με επίδραση βρωμίου σε βενζοϊκό άργυρο παράγεται φαινυλοβρωμίδιο- Αντίδραση Hunsdiecker[19]:

\mathrm{PhCOOAg + Br_2 \xrightarrow{} PhBr + AgBr \downarrow + CO_2 \uparrow}

3. Αναγωγή προς βενζυλική αλκοόλη[20]:


\mathrm{2PhCOOH + LiAlH_4 \xrightarrow{} 2PhCH_2OH + LiAlO_2}

4. Εστεροποίηση προς βενζοϊκό αλκυλεστέρα[21]:


\mathrm{PhCOOH + ROH {\overrightarrow\longleftarrow} PhCOOR = H_2O}

5. Με χλωριωτικά μέσα προς βενζοϋλοχλωρίδιο[22]:

α. Με SOCl2:


\mathrm{PhCOOH + SOCl_2 \xrightarrow{} PhCOCl + SO_2 + HCl}

β. Με PCl5:


\mathrm{PhCOOH + PCl_5 \xrightarrow{} PhCOCl + POCl_3 + HCl}

γ. Με PCl3:


\mathrm{3PhCOOH + PCl_3 \xrightarrow{} 3PhCOCl + H_3PO_3}

Ως αρωματική ένωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Η παρουσία του καρβοξυλίου απενεργοποιεί σημαντικά τον βενζολικό δακτύλιο στο βενζοϊκό οξύ. Άρα οι αντίστοιχες αντιδράσεις γίνονται αρκετά πιο αργά απ' ότι στο βενζόλιο και παράγονται κυρίως μ-διπαράγωγα του βενζολίου[23]:

1. Με νίτρωση παράγει μ-νιτροβενζοϊκό οξύ:


\mathrm{PhCOOH + HNO_3 \xrightarrow{\pi.H_2SO_4} \mu-O_2NC_6H_4COOH + H_2O}

2. Με σουλφούρωση παράγει μ-σουλφοξυβενζοϊκό οξύ:


\mathrm{PhCOOH + H_2SO_4 \xrightarrow{} \mu-HSO_3C_6H_4COOH + H_2O}

3. Με αλογόνωση παράγει μ-αλοβενζοϊκό οξύ:


\mathrm{PhCOOH + X_2 \xrightarrow{AlX_3} \mu-XC_6H_4COOH + H_2O}

  • όπου Χ Cl ή Br. Τα άλλα αλοβενζοϊκά οξέα προκύπτουν σε δεύτερη φάση με υποκατάσταση αυτών με χρήση HI ή Hg2F2, αντίστοιχα.
  • Ειδικά για το βρώμιο καλύτερος καταλύτης είναι ο FeBr2.

4. Αλκυλίωση κατά Friedel-Crafts:


\mathrm{PhCOOH + RX \xrightarrow{AlX_3} \mu-RC_6H_4COOH + RX}

5. Ακυλίωση κατά Friedel-Crafts:


\mathrm{PhCOOH + RCOX \xrightarrow{AlX_3} \mu-RC_6H_4COOH + HX}

6. Αναγωγή προς κυκλοεξυλομεθανικό οξύ:


\mathrm{PhCOOH + 3H_2 \xrightarrow{Pt} C_6H_{11}COOH} (κυκλοεξυλομεθανικό οξύ)

Παρεμβολή καρβενίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]


\mathrm{PhCOOH + CH_2N_2 \xrightarrow{hv} N_2 + \frac{5}{12} CH_3C_6H_4COOH + \frac{1}{2} C_7H_7COOH + \frac{1}{12} PhCOOCH_3}

Εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Αυτό το μέτρια ασθενές οξύ και τα άλατά του (κυρίως το βενζοϊκό νάτριο) χρησιμοποιούνται κυρίως ως συντηρητικά τροφίμων (Ε210-Ε213). Επιπλέον αποτελεί μια σημαντική ενδιάμεση ένωση για τη σύνθεση και την παραγωγή πολλών άλλων οργανικών ενώσεων, που χρησιμεύουν ως αρωματικά πρόσθετα τροφίμων, φάρμακα κ.ά..

Αναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Δείτε το βενζόλιο για περισσότερες σχετικές λεπτομέρειες
  2. Neumüller O-A (1988). Römpps Chemie-Lexikon (6 έκδοση). Stuttgart: Frankh'sche Verlagshandlung. ISBN 3-440-04516-1. OCLC 50969944. 
  3. Nouvelles expériences sur les amandes amères et sur l'huile volatile qu'elles fournissent Robiquet, Boutron-Charlard, Annales de chimie et de physique, 44 (1830), 352–382,
  4. Liebig J, Wöhler F (1832). "Untersuchungen über das Radikal der Benzoesäure". Annalen der Chemie 3: 249–282. doi:10.1002/jlac.18320030302. 
  5. Salkowski E (1875). Berl Klin Wochenschr 12: 297–298. 
  6. D. D. Perrin; W. L. F. Armarego (1988). Purification of Laboratory Chemicals (3rd έκδοση). Pergamon Press. σελ. 94. ISBN 0-08-034715-0. 
  7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 411, §19.2Γ.1.
  8. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.8.
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.200, §8.4.6α.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.1,2.
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.4.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 411, §19.2Γ2.
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 304, §13.7.1
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 411, §19.2Γ3.
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 285, §12.4.2.
  16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3α.
  17. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3β.
  18. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3γ.
  19. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3δ.
  20. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.4.
  21. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8α.
  22. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8β.
  23. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: σελ.355, §16.1.1, σελ.357, §16.1.3Β, σελ.360, §16.5.1.

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
  • Δημήτριου Ν. Νικολαΐδη: Ειδικά μαθήματα Οργανικής Χημείας, Θεσσαλονίκη 1983.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Benzoic acid της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).