Benzoesäure - Benzoic acid
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| Namen | |||
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Bevorzugter IUPAC-Name
Benzoesäure |
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Systematischer IUPAC-Name
Benzolcarbonsäure |
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| Andere Namen | |||
| Bezeichner | |||
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3D-Modell ( JSmol )
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| 3DMet | |||
| 636131 | |||
| ChEBI | |||
| ChEMBL | |||
| ChemSpider | |||
| Arzneimittelbank | |||
| ECHA-InfoCard |
100.000.562 
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| EG-Nummer | |||
| E-Nummer | E210 (Konservierungsstoffe) | ||
| 2946 | |||
| KEGG | |||
| Gittergewebe | Benzoesäure + Säure | ||
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PubChem- CID
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| RTECS-Nummer | |||
| UNII | |||
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CompTox-Dashboard ( EPA )
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| Eigenschaften | |||
| C 7 H 6 O 2 | |||
| Molmasse | 122,123 g/mol | ||
| Aussehen | Farbloser kristalliner Feststoff | ||
| Geruch | Schwacher, angenehmer Geruch | ||
| Dichte | 1,2659 g/cm 3 (15 °C) 1,0749 g/cm 3 (130 °C) |
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| Schmelzpunkt | 122 °C (252 °F; 395 K) | ||
| Siedepunkt | 250 °C (482 °F; 523 K) | ||
| 1,7 g/L (0 °C) 2,7 g/L (18 °C) 3,44 g/L (25 °C) 5,51 g/L (40 °C) 21,45 g/L (75 °C) 56,31 g/L ( 100 °C) |
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| Löslichkeit | Löslich in Aceton , Benzol , CCl 4 , CHCl 3 , Alkohol , Ethylether , Hexan , Phenylen , flüssigem Ammoniak , Acetaten | ||
| Löslichkeit in Methanol | 30 g/100 g (−18 °C) 32,1 g/100 g (−13 °C) 71,5 g/100 g (23 °C) |
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| Löslichkeit in Ethanol | 25,4 g/100 g (−18 °C) 47,1 g/100 g (15 °C) 52,4 g/100 g (19,2 °C) 55,9 g/100 g (23 °C) |
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| Löslichkeit in Aceton | 54,2 g/100 g (20 °C) | ||
| Löslichkeit in Olivenöl | 4,22 g/100 g (25 °C) | ||
| Löslichkeit in 1,4-Dioxan | 55,3 g/100 g (25 °C) | ||
| log P | 1,87 | ||
| Dampfdruck | 0,16 Pa (25 °C) 0,19 kPa (100 °C) 22,6 kPa (200 °C) |
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| Säure (p K a ) | |||
| −70,28·10 −6 cm 3 /mol | |||
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Brechungsindex ( n D )
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1,5397 (20 °C) 1,504 (132 °C) |
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| Viskosität | 1,26 mPa (130 °C) | ||
| Struktur | |||
| Monoklinik | |||
| Planar | |||
| 1,72 D in Dioxan | |||
| Thermochemie | |||
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Wärmekapazität ( C )
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146,7 J/mol·K | ||
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Std molare
Entropie ( S |
167,6 J/mol·K | ||
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Std
Bildungsenthalpie (Δ f H ⦵ 298 ) |
−385.2 kJ/mol | ||
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Std.
Verbrennungsenthalpie (Δ c H ⦵ 298 ) |
−3228 kJ/mol | ||
| Gefahren | |||
| Hauptgefahren | Reizend | ||
| Sicherheitsdatenblatt | JT Baker | ||
| GHS-Piktogramme |
 
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| GHS-Signalwort | Achtung | ||
| H318 , H335 | |||
| P261 , P280 , P305+351+338 | |||
| NFPA 704 (Feuerdiamant) | |||
| Flammpunkt | 121,5 °C (250,7 °F; 394,6 K) | ||
| 571 °C (1.060 °F; 844 K) | |||
| Letale Dosis oder Konzentration (LD, LC): | |||
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LD 50 ( mediane Dosis )
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1700 mg/kg (Ratte, oral) | ||
| Verwandte Verbindungen | |||
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Verwandte Carbonsäuren
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Hydroxybenzoesäuren Aminobenzoesäuren , Nitrobenzoesäuren , Phenylessigsäure |
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Verwandte Verbindungen
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Benzaldehyd , Benzylalkohol , Benzoylchlorid , Benzylamin , Benzamid |
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Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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 überprüfen ( was ist ?)
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| Infobox-Referenzen | |||
Benzoesäure / b ɛ n z oʊ . ɪ K / ist eine weiße (oder farblos) Feststoff mit der Formel C 6 H 5 CO 2 H. Es ist die einfachste aromatische Carbonsäure . Der Name leitet sich von Benzoeharz ab , das lange Zeit seine einzige Quelle war. Benzoesäure kommt natürlicherweise in vielen Pflanzen vor und dient als Zwischenprodukt bei der Biosynthese vieler Sekundärmetaboliten . Salze der Benzoesäure werden als Konservierungsstoffe für Lebensmittel verwendet. Benzoesäure ist eine wichtige Vorstufe für die industrielle Synthese vieler anderer organischer Stoffe. Die Salze und Ester der Benzoesäure sind bekannt als Benzoate / b ɛ n z oʊ . eɪ t / .
Geschichte
Benzoesäure wurde im 16. Jahrhundert entdeckt. Die Trockendestillation von Benzoeharz wurde zuerst von Nostradamus (1556), dann von Alexius Pedemontanus (1560) und Blaise de Vigenère (1596) beschrieben.
Justus von Liebig und Friedrich Wöhler bestimmten die Zusammensetzung der Benzoesäure. Letztere untersuchten auch, wie Hippursäure mit Benzoesäure verwandt ist.
1875 entdeckte Salkowski die antimykotischen Fähigkeiten der Benzoesäure, die lange Zeit zur Konservierung von benzoathaltigen Moltebeerfrüchten verwendet wurde .
Produktion
Industrielle Vorbereitungen
Benzoesäure wird kommerziell durch partielle Oxidation von Toluol mit Sauerstoff hergestellt . Das Verfahren wird durch katalysierte Kobalt oder Mangan Naphthenate . Das Verfahren verwendet reichlich Materialien und verläuft in hoher Ausbeute.
Der erste industrielle Prozess beinhaltete die Reaktion von Benzotrichlorid (Trichlormethylbenzol) mit Calciumhydroxid in Wasser unter Verwendung von Eisen oder Eisensalzen als Katalysator . Das resultierende Calciumbenzoat wird mit Salzsäure in Benzoesäure umgewandelt . Das Produkt enthält erhebliche Mengen an chlorierten Benzoesäurederivaten. Aus diesem Grund wurde Benzoesäure für den menschlichen Verzehr durch Trockendestillation von Benzoingummi gewonnen. Benzoesäure in Lebensmittelqualität wird heute synthetisch hergestellt.
Laborsynthese
Benzoesäure ist billig und leicht erhältlich, daher wird die Laborsynthese von Benzoesäure hauptsächlich wegen ihres pädagogischen Wertes praktiziert. Es ist eine übliche Vorbereitung auf das Studium.
Benzoesäure kann wegen ihrer hohen Löslichkeit in heißem Wasser und ihrer schlechten Löslichkeit in kaltem Wasser durch Umkristallisation aus Wasser gereinigt werden . Der Verzicht auf organische Lösungsmittel für die Umkristallisation macht diesen Versuch besonders sicher. Dieses Verfahren ergibt normalerweise eine Ausbeute von etwa 65%
Durch Hydrolyse
Wie andere Nitrile und Amide können Benzonitril und Benzamid unter sauren oder basischen Bedingungen zu Benzoesäure oder ihrer konjugierten Base hydrolysiert werden.
Aus Grignard-Reagenz
Brombenzol kann durch "Carboxylierung" des Zwischenprodukts Phenylmagnesiumbromid in Benzoesäure umgewandelt werden . Diese Synthese bietet Studenten eine praktische Übung zur Durchführung einer Grignard-Reaktion , einer wichtigen Klasse von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsbildungsreaktionen in der organischen Chemie.
Oxidation von Benzylverbindungen
Benzylalkohol und Benzylchlorid sowie praktisch alle Benzylderivate werden leicht zu Benzoesäure oxidiert.
Verwendet
Benzoesäure wird hauptsächlich bei der Herstellung von Phenol durch oxidative Decarboxylierung bei 300–400 °C verbraucht :
- C 6 H 5 CO 2 H + 1/2O 2 → C 6 H 5 OH + CO 2
Durch Zugabe katalytischer Mengen von Kupfer(II)-Salzen kann die erforderliche Temperatur auf 200 °C gesenkt werden. Das Phenol kann in Cyclohexanol umgewandelt werden , das ein Ausgangsmaterial für die Nylonsynthese ist .
Vorläufer von Weichmachern
Benzoat- Weichmacher , wie die Glykol-, Diethylenglykol- und Triethylenglykolester, werden durch Umesterung von Methylbenzoat mit dem entsprechenden Diol erhalten . Diese Weichmacher, die ähnlich wie die von Terephthalsäureester abgeleiteten eingesetzt werden , stellen Alternativen zu Phthalaten dar .
Benzoesäure und ihre Salze werden als Konservierungsmittel für Lebensmittel verwendet , dargestellt durch die E-Nummern E210 , E211 , E212 und E213 . Benzoesäure hemmt das Wachstum von Schimmelpilzen , Hefen und einigen Bakterien . Es wird entweder direkt zugegeben oder durch Reaktionen mit seinem Natrium- , Kalium- oder Calciumsalz hergestellt. Der Mechanismus beginnt mit der Aufnahme von Benzoesäure in die Zelle. Wenn sich der intrazelluläre pH-Wert auf 5 oder niedriger ändert, wird die anaerobe Fermentation von Glucose durch Phosphofructokinase um 95 % verringert. Die Wirksamkeit von Benzoesäure und Benzoat ist somit vom pH-Wert des Lebensmittels abhängig. Saure Lebensmittel und Getränke wie Fruchtsäfte ( Zitronensäure ), Schaumgetränke ( Kohlensäure ), Erfrischungsgetränke ( Phosphorsäure ), Essiggurken ( Essig ) oder andere angesäuerte Lebensmittel werden mit Benzoesäure und Benzoaten konserviert.
Typische Einsatzmengen für Benzoesäure als Konservierungsmittel in Lebensmitteln liegen zwischen 0,05 und 0,1 %. Lebensmittel, in denen Benzoesäure verwendet werden darf, und Höchstmengen für ihre Anwendung unterliegen den örtlichen Lebensmittelgesetzen.
Es wurden Bedenken geäußert, dass Benzoesäure und ihre Salze mit Ascorbinsäure (Vitamin C) in einigen Erfrischungsgetränken reagieren und geringe Mengen krebserregenden Benzols bilden können .
Medizin
Benzoesäure ist ein Bestandteil der Whitfield-Salbe, die zur Behandlung von Hautpilzerkrankungen wie Tinea , Ringelflechte und Fußpilz verwendet wird . Als Hauptbestandteil von Benzoin-Gummi ist Benzoesäure auch ein Hauptbestandteil sowohl in Benzoin-Tinktur als auch in Mönchsbalsam. Solche Produkte werden seit langem als topische Antiseptika und inhalative abschwellende Mittel verwendet .
Benzoesäure wurde im frühen 20. Jahrhundert als schleimlösendes , schmerzstillendes und antiseptisches Mittel verwendet .
Nischen- und Laboranwendungen
In Lehrlabors ist Benzoesäure ein üblicher Standard für die Kalibrierung eines Bombenkalorimeters .
Biologie und gesundheitliche Auswirkungen
Benzoesäure kommt ebenso wie ihre Ester in vielen Pflanzen- und Tierarten natürlich vor. Erhebliche Mengen sind in den meisten Beeren enthalten (ca. 0,05%). Reife Früchte mehrerer Vaccinium- Arten (z. B. Cranberry , V. vitis macrocarpon ; Heidelbeere , V. myrtillus ) enthalten 0,03–0,13 % freie Benzoesäure. Benzoesäure wird auch in Äpfeln nach einer Infektion mit dem Pilz Nectria galligena gebildet . Bei den Tieren wurde in omnivor oder phytophageous Spezies, beispielsweise in Eingeweiden und Muskeln des Benzoesäure identifiziert primär Gestein ptarmigan ( Lagopus muta ) sowie in Drüsensekreten von männlichen muskoxen ( Ovibos moschatus ) oder asiatischer bull Elefanten ( Elephas maximus ) . Gum Benzoin enthält bis zu 20 % Benzoesäure und 40 % Benzoesäureester.
In seiner Biosynthese wird Benzoat in Pflanzen aus Zimtsäure hergestellt. Ein Weg wurde von Phenol über 4-Hydroxybenzoat identifiziert .
Reaktionen
Reaktionen von Benzoesäure können entweder am aromatischen Ring oder an der Carboxylgruppe stattfinden .
Aromatischer Ring
Die elektrophile aromatische Substitutionsreaktion findet aufgrund der elektronenziehenden Carboxylgruppe hauptsächlich in 3-Position statt ; dh Benzoesäure ist meta- dirigierend .
Carboxylgruppe
Für Carbonsäuren typische Reaktionen gelten auch für Benzoesäure.
- Benzoate Ester sind das Produkt der säurekatalysierten Reaktion mit Alkoholen .
- Benzoesäure Amide sind in der Regel hergestellt aus Benzoylchlorid .
- Die Dehydratisierung zu Benzoesäureanhydrid wird mit Essigsäureanhydrid oder Phosphorpentoxid induziert .
- Hochreaktive Säurederivate wie Säurehalogenide werden leicht durch Mischen mit Halogenierungsmitteln wie Phosphorchloriden oder Thionylchloriden erhalten .
- Orthoester können durch die Reaktion von Alkoholen unter sauren wasserfreien Bedingungen mit Benzonitril erhalten werden .
- Eine Reduktion zu Benzaldehyd und Benzylalkohol ist mit DIBAL-H , LiAlH 4 oder Natriumborhydrid möglich .
- Die Decarboxylierung zu Benzol kann durch Erhitzen in Chinolin in Gegenwart von Kupfersalzen bewirkt werden . Die Hunsdiecker-Decarboxylierung kann durch Erhitzen des Silbersalzes erreicht werden.
Sicherheit und Säugetierstoffwechsel
Es wird als Hippursäure ausgeschieden . Benzoesäure wird durch Butyrat-CoA-Ligase zu einem Zwischenprodukt, Benzoyl-CoA , metabolisiert, das dann durch Glycin- N- Acyltransferase zu Hippursäure metabolisiert wird. Der Mensch verstoffwechselt Toluol und Benzoesäure, die als Hippursäure ausgeschieden wird .
Für Menschen, die Weltgesundheitsorganisation ‚s Internationales Programm für Chemikaliensicherheit schlägt vor (IPCS) eine vorläufige tolerierbare Aufnahme 5 mg / kg Körpergewicht pro Tag sein würde. Katzen haben eine deutlich geringere Toleranz gegenüber Benzoesäure und deren Salzen als Ratten und Mäuse . Die tödliche Dosis für Katzen kann bis zu 300 mg/kg Körpergewicht betragen. Die orale LD 50 beträgt für Ratten 3040 mg/kg, für Mäuse 1940–2263 mg/kg.
In Taipeh , Taiwan, ergab eine Gesundheitsumfrage der Stadt im Jahr 2010, dass 30 % der getrockneten und eingelegten Lebensmittel Benzoesäure enthielten.