Бензойна кислота

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.

Бензойна кислота
Скелетна структурна формула	Кулестрижнева модель
Інші назви	бензенкарбонова кислота
Ідентифікатори
Номер CAS	65-85-0
PubChem	243
Номер EINECS	200-618-2
DrugBank	03793
KEGG	D00038 і C00180
Назва MeSH	D02.241.223.100.120 і D02.455.426.559.389.127.117
ChEBI	30746
RTECS	DG0875000
SMILES	c1ccc(cc1)C(=O)O
InChI	InChI=1S/C7H6O2/c8-7(9)6-4-2-1-3-5-6/h1-5H,(H,8,9)
Номер Бельштейна	636131
Номер Гмеліна	2946
3DMet	B00053
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
Ткип	249,2 °C
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
Показник заломлення (nD)	1,504 (132 °C)
В'язкість	1,26 мПа·с (130 °C)
Термохімія
Ст. ентальпія утворення ΔfHo 298	-385,2 кДж/моль
Ст. ентропія So 298	167,6 Дж/(моль·K)
Теплоємність, co p	146,8 Дж/моль·K)
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 наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

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

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

Промисловий метод

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

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. Як співкаталізатор 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.

Лабораторні методи

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

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

$\mathrm {C_{6}H_{5}MgBr+CO_{2}\longrightarrow C_{6}H_{2}COOMgBr}$

$\mathrm {C_{6}H_{2}COOMgBr+HCl\longrightarrow C_{6}H_{5}COOH+MgBrCl}$

Кислота утворюється при гідролізі бензоїлхлориду:

$\mathrm {C_{6}H_{5}COCl+H_{2}O\leftrightarrows C_{6}H_{5}COOH+HCl}$

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

Хімічні властивості

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.

При нагріванні бензойної кислоти 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.

Токсичність

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

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

Застосування

Основна частина отримуваної бензойної кислоти застосовується у виробництві капролактаму і віскози; деякі підприємства, що синтезують дані речовини мають власні потужності для отримання бензойної кислоти. Також значним є використання кислоти у виробництві її солей — бензоатів: бензоату калію, натрію, кальцію тощо. Ці сполуки знайшли широке застосування як харчові й косметичні консерванти, інгібітори 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.

Див. також

• Бензальдегід
• Бензоати
• Консерванти

Джерела

• CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide. — 86th. — Boca Raton (FL) : CRC Press, 2005. — 2656 p. — ISBN 0-8493-0486-5. (англ.)
• Opgrande J. L., Brown E. E., Hesser M., Andrews J. Benzoic Acid // Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. — 4th. — New York : John Wiley & Sons, 2004. — Vol. 4. — ISBN 978-0-471-48517-9. — DOI:10.1002/0471238961.0205142615160718.a02.pub2. (англ.)
• Myers Richard L. The 100 Most Important Chemical Compounds. — Westport, CT : Greenwood Press, 2007. — 326 p. — ISBN 978-0-313-33758-1. (англ.)
• Maki T., Takeda K. Benzoic Acid and Derivatives // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — 6th. — Weinheim : Wiley-VCH, 2005. — P. 1-5. — DOI:10.1002/14356007.a03_555. (англ.)
• Чирва В. Я., Ярмолюк С. М., Толкачова Н. В., Земляков О. Є. Органічна хімія. — Львів : БаК, 2009. — 996 с. — ISBN 966-7065-87-4.
• Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.

Посилання

• КИСЛОТА БЕНЗОЙНА [Архівовано 28 березня 2016 у Wayback Machine.] //Фармацевтична енциклопедія