Бензойна кислота

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Бензойна кислота
Benzoic acid substance photo.jpg
Benzoic acid.svg
Скелетна структурна формула
Benzoic-acid-3D-balls-B.png
Кулестрижнева модель
Інші назви бензенкарбонова кислота
Ідентифікатори
Номер CAS 65-85-0
Властивості
Молекулярна формула C6H5COOH
Молярна маса 122,122 г/моль
Зовнішній вигляд безбарвні кристали
Густина 1,2659 г/см³ (15 °C)
Тпл 122,35 °C[1]
Ткип 249,2 °C[1]
Розчинність (вода) 0,17 г/100 г (0 °C)
0.29 г/100 г (20 °C)
0.60 г/100 г (40 °C)
1.20 г/100 г (60 °C)
2.75 г/100 г (80 °C)
6.85 г/100 г (95 °C)
Кислотність (pKa) 4,204[2]
Показник заломлення (nD) 1,504 (132 °C)
В'язкість 1,26 мПа·с (130 °C)
Термохімія
Ст. ентальпія
утворення
ΔfHo298
-385,2 кДж/моль[2]
Ст. ентропія So298 167,6 Дж/(моль·K)[2]
Теплоємність, cop 146,8 Дж/моль·K)[2]
Небезпеки
ЛД50 2530 мг/кг (пацюки, орально)
Температура спалаху 121,1 °C
Температура самозаймання 573 °C
Пов'язані речовини
Інші катіони бензоат натрію, бензоат калію
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Бензо́йна кислота́ — органічна сполука, найпростіша ароматична одноосновна карбонова кислота складу С6Н5СООН. За звичайних умов кислота є безбарвними кристалами, добре розчинними в етерах, спиртах, хлороформі, мало розчинними у воді. Кислота утворює ряд солей — бензоатів.

Термін бензойна кислота сполуки походить від назви бензойної смоли, яку виділяли з дерев стиракс у Південно-Східній Азії. Вперше кислота була виділена в чистому вигляді і описана французьким алхіміком Блезом де Віженером у 16 столітті — шляхом дистиляції бензоїну. У 1832 році Фрідріх Велер та Юстус фон Лібіх синтезували бензойну кислоту з бензальдегіду і встановили її формулу.

Бензойна кислота та її похідні широко розповсюджені у природі. Так, смола бензоїн містить 12—18% бензойної кислоти, а також значну кількість її естерів. Також ці сполуки містяться у корі, листях, плодах вишні і чорносливу.

Фізичні властивості[ред.ред. код]

Бензойна кислота є прозорими, голкоподібними кристалами. Має температуру кипіння 249,2 °C, але кристали можуть сублімуватися вже при 100 °C.

Кислота слабко розчиняється у воді, і добре — в органічних розчинниках.

Розчинність бензойної кислоти в органічних розчинниках при 25 °C, г/100 г
Ацетон 55,60
Бензен 12,17
Тетрахлорометан 4,14
Етанол 58,40
Гексан 0,94 (при 17 °C)
Метанол 71,50 (при 23 °C)
Толуен 10,60

Отримання[ред.ред. код]

Промисловий метод[ред.ред. код]

Майже вся отримувана у промислових масштабах бензойна кислота синтезується шляхом каталітичного окиснення толуену:

Benzoic acid-chemical-synthesis-1.svg

Її розробили на німецькому підприємстві IG Farbenindustrie у роки Другої світової війни. Реакцію проводять за таких умов:

  • тиск у реакторі — 200—700 кПа (~2—7 атм)
  • температура в реакторі — 136—160 °C
  • концентрація каталізатору — 25-1000 мг/кг
  • концентрація продукту — 10—60%

До вихідної сировини пред'являються вимоги високої чистоти — домішки сульфуру, нітрогену, фенолів та олефінів можуть сповільнювати хід окиснення. Каталізатором найчастіше є солі кобальту: нафтенат, ацетат, октоат. В якості співкаталізатору також застосовуються добавки марганцю, однак в такому випадку рівновага реакції буде порушена і стане значним утворення побічного продукту — бензальдегіду. Використання бромідів (наприклад, броміду кобальту) дозволяє суттєво збільшити ефективність окисних процесів у системі, але такі добавки спричинюють високу корозійну дію і вимагають встановлення дорогого обладнання з титану.

Ступінь перетворення толуену складає 50%, з яких 80% є бензойною кислотою.

Щорічний обсяг виробництва бензойної кислоти складає 750 тис. тон.[3]

Лабораторні методи[ред.ред. код]

При обробці бензальдегіду водно-спиртовим розчином лугу (наприклад, 50% KOH), він диспропорціонує із утворенням бензойної кислоти і бензилового спирту:

Cannizzaro reaction-benzaldehyde.svg

Бензойну кислоту можна отримати карбоксилюванням магній- або літійорганічних сполук, наприклад, фенілвмісного реактиву Гріньяра C6H5MgBr (в етері):

\mathrm{ C_6H_5MgBr + CO_2 \longrightarrow C_6H_2COOMgBr }
\mathrm{ C_6H_2COOMgBr + HCl \longrightarrow C_6H_5COOH + MgBrCl}

Кислота утворюється при гідролізі бензоїлхлориду:

\mathrm{ C_6H_5COCl + H_2O \leftrightarrows C_6H_5COOH + HCl }

Іншим методом є синтез кислоти із бензену — шляхом ацилювання його фосгеном у присутності хлориду алюмінію (реакція Фріделя — Крафтса):

Carboxylation with phosgene.svg

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Бензойна кислота проявляє усі властивості карбонових кислот: утворення естерів при взаємодії зі спиртами, утворення амідів тощо.

Бензойна кислота є стійкою до дії багатьох окисників: повітря, перманганатів, гіпохлоритів. Однак, при нагріванні понад 220 °C вона взаємодіє із солями міді(II), утворюючи фенол і його похідні. В результаті взаємодії кислоти з аміаком утворюється анілін.

Нагріваючи бензойну кислоту до 370 °C у присутності каталізатора (мідний або кадмієвий порошки), відбувається декарбоксилювання, що веде до бензену на незначних кількостей фенолу.

За участі каталізатору оксиду цирконію бензойну кислота може гідруватися до бензальдегіду із кількісним виходом. А гідрування в присутності благородних металів веде до утворення циклогексанкарбонової кислоти (гексагідробензойної).

Хлорування сполуки дає продуктом переважно 3-хлоробензойну кислоту. Нітрування і сульфування відбувається аналогічно за третім положенням.

Benzoic acid-chemical-reaction-1.svg

Токсичність[ред.ред. код]

Бензойна кислота є речовиною середньої токсичності. Щоденні дози кислоти до 5—10 мг/кг не мають впливу на здоров'я.

Речовина може подразювати слизові оболонки людини, тому під час роботи із кислотою необхідно користуватися захистом органів дихання.

Застосування[ред.ред. код]

Основна частина отримуваної бензойної кислоти застосовується у виробництві капролактаму і віскози; деякі підприємства, що синтезують дані речовни мають власні потужності для отримання бензойної кислоти. Також значним є використання кислоти у виробництві її солей — бензоатів: бензоату калію, натрію, кальцію тощо. Дані сполуки знайшли широке застосування в якості харчових і косметичних консервантів, інгібіторів корозії.

Із 1909 року бензойну кислоту дозволено використовувати у продуктах харчування, де вона виконує функції консерванту, у концентрації не більше 0,1%. В реєстрі харчових додатків Європейського Союзу бензойна кислота має код E210.

Бензойна кислота є сировиною для виробництва барвників, наприклад, анілінового синього та деяких антрахінонових барвників.

Також незначним є застосування бензойної кислоти у медицині: кислота використовується у виготовленні протимікробних і фунгіцидних препаратів.[4]

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. а б За тиску 101,3 кПа.
  2. а б в г Lange's Handbook of Chemistry / John A. Dean. — 15th. — New York: McGraw-Hill, 1999. — ISBN 0-07-016384-7. (англ.)
  3. Myers Richard L. The 100 Most Important Chemical Compounds. — Westport, CT: Greenwood Press, 2007. — 326 p. — ISBN 978-0-313-33758-1. (англ.)
  4. Фармацевтична хімія / За ред. П. О. Безуглого. — Вінниця: Нова книга, 2008. — 560 с. — ISBN 978-966-382-113-9.

Джерела[ред.ред. код]