Βενζοϊκό οξύ

Από testwiki
Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Πρότυπο:Πληροφορίες χημικής ένωσης

Το βενζοϊκό οξύ[1] (αγγλικά Benzoic acid) είναι αρωματική οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, με μοριακό τύπο C7H6O2, αν και αποδίδεται συχνότερα με τον αναλυτικότερο τύπο PhCOOH. Είναι το απλούστερο αρωματικό καρβοξυλικό οξύ. Το χημικά καθαρό βενζοϊκό οξύ, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, δηλαδή σε δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο κρυσταλλικό οξύ. Το όνομά του προήλθε από το «gum benzoin»[2], τη μόνη πηγή βενζοϊκού οξέος, για αιώνες. Αλλά, το βενζοϊκό οξύ βρίσκεται με φυσικό τρόπο και σε πολλά άλλα φυτά,[3] χρησιμεύοντας ως πρόδρομη ένωση για τη βιοσύνθεση πολλών δευτερευόντων μεταβολιτών.

Είναι γνωστά πολλά βενζοϊκά άλατα, βενζοϊκοί εστέρες, καθώς και διάφορα άλλα βενζοϊκά «θυγατρικά» παράγωγα, του «μητρικού βενζοϊκού οξέος». Τόσο, η «μητρική» ένωση, όσο και πολλά από τα άμεσα παράγωγά της είναι άμεσα χρήσιμα βιομηχανικά προϊόντα, όπως συντηριτικά τροφίμων ή και σημαντικές πρόδρομες ενώσεις άλλων χρήσιμων οργανικών ενώσεων.

Ιστορία

Το βενζοϊκό οξύ ανακαλύφθηκε το 16ο αιώνα. Η ξηρή απόσταξη του «gum benzoin» πρωτοπεριγράφηκε από το Νοστράδαμο (1556), τον Αλέξιο Πεντεμοντάνους (Alexius Pedemontanus, 1560) και το Μπλαισέ ντε Βιγκενέρ (Blaise de Vigenère, 1596)[4].

Μετά από κάποιες πρωτοπόρες εργασίες το 1830, διαμέσου μιας ποικιλίας πειραμάτων που βασίστηκαν στην αμυγδαλίνη, που λαμβάνεται από τα πικραμύγδαλα (δηλαδή τον καρπό του Prunus dulcis) , από τους Πιερ Ρομπικέτ (Pierre Robiquet) και Αντουάν Μπουτρόν-Χαρλάρντ (Antoine Boutron-Charlard), δυο Γάλλους χημικούς, παράχθηκε βενζαλδεΰδη[5] (PhCHO). 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 αργότερα, από τους Γιούστους φον Λήμπιχ (Justus von Liebig) και Φρήντριχ Βέλερ (Friedrich Wöhler), που καθόρισαν τη δομή του βενζοϊκού οξέος το 1832[6]. Αυτοί αργότερα ερεύνησαν πώς το ιππουρικό οξύ (PhCONHCH2COOH) σχετίζεται με το βενζοϊκό οξύ.

Το 1875 ο Σαλκόβσκι (Salkowski) ανακάλυψε τις αντισηπτικές ιδιότητες του βενζοϊκού οξέος, που ήδη για πολύ καιρό χρησιμοποιούνταν ως συντηρητικό[7].

Επίσης, το βενζοϊκό οξύ είναι μια από τις χημικές ενώσεις που βρίσκονται στο καστορέλαιο, το οποίο είναι ένα υγρό μείγμα που συλλέγεται από τους καστορικούς σάκους.

Παραγωγή

Κρύσταλλοι βενζοϊκού οξέος

Βιομηχανική

Το βενζοϊκό οξύ παράγεται βιομηχανικά με καταλυτική μερική οξείδωση τολουολίου από ατμοφαιρικό οξυγόνο. Η αντίδραση αυτή καταλύεται από ναφθαλινικό κοβάλτιο ή ναφθαλινικό μαγγάνιο. Η διεργασία αυτή χρησιμοποιεί φθηνές πρόδρομες ύλες και παρουσιάζει υψηλή απόδοση.

PhCH3+2O2Co η´ MnPhCOOH+H2O

Εργαστηριακές - εναλλακτικές μέθοδοι

1. Με οξείδωση τολουολίου με υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO4)[9]:

3PhCH3+2KMnO4+H2SO43PhCOOH+2MnO2+K2SO4+4H2O

2. Με οξείδωση 1,2-διφαινυλοαιθένιου με υπερμαγγανικό κάλιο[10]:

3PhCH=CHPh+8KMnO4+4H2SO46PhCOOH+8MnO2+4K2SO4+4H2O

3. Με οξείδωση βενζυλικής αλκοόλης[11]:

3PhCH2OH+4KMnO4+2H2SO43PhCOOH+4MnO2+2K2SO4+5H2O

4. Με οξείδωση βενζαλδεΰδης[12]:

3PhCHO+K2Cr2O7+H2SO43PhCOOH+Cr2O3+K2SO4+3H2O

5. Με οξειδοαναγωγή βενζαλδεΰδης, μέθοδος Cannizzaro[13]:

2PhCHO+KOHPhCH2OH+PhCOOK+HClPhCOOH+KCl

6. Από φαινυλοαλογονίδιο

α. Με αντίδραση Fittig:

PhX+2NaNaXPhNa+XCOOHPhCOOH+NaX

β. Μέσω ενώσεων Grignard[14]:

PhX+Mg|Et2O|PhMgX+CO2PhCOOMgX+H2OPhCOOH+Mg(OH)X

7. Από βενζονιτρίλιο με υδρόλυση[15]:

PhCN+H2OPhCONH2+H2OPhCOONH4+HClPhCOOH+NH4Cl

8. Από βενζόλιο και φωσγένιο με αντίδραση Friedel-Crafts[16]:

PhH+COCl2AlX3PhCOClH++H2OPhCOOH+HCl

Παράγωγα

Ως καρβονικό οξύ

1. Έχει όξινο χαρακτήρα και άρα σχηματίζει άλατα. Π.χ.[17]:

PhCOOH+NaOHPhCOONa+H2O

2. Αποκαρβοξυλίωση (αποτελεσματικότερη στα άλατά του)[18]:

α. Θερμική προς βενζόλιο:

PhCOOHPhH+CO2

β. Ηλεκτρολυτική (μέθοδος Kolbe) προς διφαινύλιο[19]:

2PhCOOHηλϵκτρo´λυσηPh2+2CO2+H2

γ. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιοβάριο) παράγεται βενζοφαινόνη[20]:

(PhCOO)2CaPhCOPh+CaCO3

δ. Με επίδραση βρωμίου σε βενζοϊκό άργυρο παράγεται φαινυλοβρωμίδιο- Αντίδραση Hunsdiecker[21]:

PhCOOAg+Br2PhBr+AgBr+CO2

3. Αναγωγή προς βενζυλική αλκοόλη[22]:

2PhCOOH+LiAlH42PhCH2OH+LiAlO2

4. Εστεροποίηση προς βενζοϊκό αλκυλεστέρα[23]:

PhCOOH+ROHPhCOOR=H2O

5. Με χλωριωτικά μέσα προς βενζοϋλοχλωρίδιο[24]:

α. Με SOCl2:

PhCOOH+SOCl2PhCOCl+SO2+HCl

β. Με PCl5:

PhCOOH+PCl5PhCOCl+POCl3+HCl

γ. Με PCl3:

3PhCOOH+PCl33PhCOCl+H3PO3

Ως αρωματική ένωση

  • Η παρουσία του καρβοξυλίου απενεργοποιεί σημαντικά τον βενζολικό δακτύλιο στο βενζοϊκό οξύ. Άρα οι αντίστοιχες αντιδράσεις γίνονται αρκετά πιο αργά απ' ό,τι στο βενζόλιο και παράγονται κυρίως μ-διπαράγωγα του βενζολίου[25]:

1. Με νίτρωση παράγει μ-νιτροβενζοϊκό οξύ:

PhCOOH+HNO3π.H2SO4μO2NC6H4COOH+H2O

2. Με σουλφούρωση παράγει μ-σουλφοξυβενζοϊκό οξύ:

PhCOOH+H2SO4μHSO3C6H4COOH+H2O

3. Με αλογόνωση παράγει μ-αλοβενζοϊκό οξύ:

PhCOOH+X2AlX3μXC6H4COOH+H2O

  • 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:

PhCOOH+RXAlX3μRC6H4COOH+RX

5. Ακυλίωση κατά Friedel-Crafts:

PhCOOH+RCOXAlX3μRC6H4COOH+HX

6. Αναγωγή προς κυκλοεξυλομεθανικό οξύ:

PhCOOH+3H2PtC6H11COOH (κυκλοεξυλομεθανικό οξύ)

Παρεμβολή καρβενίων

PhCOOH+CH2N2hvN2+512CH3C6H4COOH+12C7H7COOH+112PhCOOCH3

Εφαρμογές

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

  1. Δείτε τις εναλλακτικές ονομασίες στον παρακείμενο πίνακα πληροφοριών χημικής ένωσης.
  2. Δείτε το βενζόλιο για περισσότερες σχετικές λεπτομέρειες
  3. Πρότυπο:Cite web
  4. Πρότυπο:Cite book
  5. 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,
  6. Πρότυπο:Cite journal
  7. Πρότυπο:Cite journal
  8. Πρότυπο:Cite book
  9. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 411, §19.2Γ.1.
  10. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.8.
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.200, §8.4.6α.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.1,2.
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.4.
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 411, §19.2Γ2.
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 304, §13.7.1
  16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 411, §19.2Γ3.
  17. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 285, §12.4.2.
  18. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3α.
  19. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3β.
  20. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3γ.
  21. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3δ.
  22. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.4.
  23. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8α.
  24. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8β.
  25. 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

  • 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.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Πρότυπο:Commonscat

Πρότυπο:Καρβονικά οξέα Πρότυπο:Authority control