Բենզոյական թթու

Կաղապար:DataboxԲենզոյական թթու, սպիտակ (կամ անգույն) պինդ օրգանական միացություն, C₆H₅COOH բանաձևով, որի կառուցվածքը բաղկացած է բենզոլային օղակից (C₆H₆) կարբոքսիլային (−C(=O)OH) փոխարինիչով։ Բենզոիլ խումբը հաճախ կրճատվում է «Bz» (չշփոթել «Bn»-ի հետ, որն օգտագործվում է բենզիլի համար), հետևաբար բենզոյական թթուն նշվում է նաև որպես BzOH, քանի որ բենզոյիլ խումբն ունի –C₆H₅CO բանաձևը: Այն ամենապարզ արոմատիկ կարբոքսիլաթթուն է։ Անվանումն առաջացել է բենզոյին խեժից, որը երկար ժամանակ եղել է նրա միակ աղբյուրը։

Բենզոյական թթուն բնականորեն հանդիպում է շատ բույսերում և ծառայում է որպես միջանկյալ նյութ շատ երկրորդական մետաբոլիտների կենսասինթեզի մեջ։ Բենզոյական թթվի աղերը օգտագործվում են որպես սննդի կոնսերվանտներ։ Բենզոյաթթուն կարևոր նախադրյալ է բազմաթիվ այլ օրգանական նյութերի արդյունաբերական սինթեզի համար: Բենզոյաթթվի աղերն ու եթերները հայտնի են որպես բենզոյատներ։

Պատմություն

Բենզոյական թթուն հայտնաբերվել է տասնվեցերորդ դարում։ Խեժի բենզոյինի չոր թորումը առաջին անգամ նկարագրել է Նոստրադամուսը (1556 թ.), այնուհետև Ալեքսիուս Պեդեմոնտանուսը (1560 թ.) և Բլեզ դե Վիգեները (1596 թ.)։

Յուստուս ֆոն Լիբիգը և Ֆրիդրիխ Վոլերը որոշել են բենզոյական թթվի բաղադրությունը։ Վերջիններս նաև ուսումնասիրեցին, թե ինչպես է հիպուրաթթուն կապված բենզոյաթթվի հետ:

1875 թվականին Սալկովսկին հայտնաբերել է բենզոյական թթվի հակասնկային հատկությունները, որը երկար ժամանակ օգտագործվում էր բենզոյատ պարունակող ծախնամորու պահպանման համար։

Ստացում

Արդյունաբերական ստացում

Բենզոյական թթուն արտադրվում է կոմերցիոն ճանապարհով՝ տոլուոլի թթվածնով մասնակի օքսիդացումով։ Գործընթացը կատալիզացվում է կոբալտի կամ մանգանի նաֆթենատներով: Գործընթացը օգտագործում է բավականին մեծ քանակությամբ նյութեր և ընթանում է բարձր արտադրողականությամբ:

toluene oxidation

Առաջին արդյունաբերական գործընթացը ներառում է բենզոտրիքլորիդի (տրիքլորմեթիլ բենզոլ) ռեակցիան ջրի մեջ կալցիումի հիդրօքսիդի հետ՝ օգտագործելով երկաթի կամ երկաթի աղերը որպես կատալիզատոր։ Ստացված կալցիումի բենզոյատը աղաթթվի հետ վերածվում է բենզոյական թթվի։ Ստացվածը պարունակում է զգալի քանակությամբ քլորացված բենզոյական թթվի ածանցյալներ: Այդ իսկ պատճառով մարդու սպառման համար նախատեսված բենզոյական թթուն ստացվել է բենզոյինի խեժի չոր թորման միջոցով: Սննդային բենզոյաթթուն այժմ արտադրվում է սինթետիկ եղանակով։

Լաբորատոր ստացում

Բենզոյաթթուն էժան է և մատչելի, ուստի բենզոյական թթվի լաբորատոր սինթեզը հիմնականում կիրառվում է իր մանկավարժական արժեքի համար: Դա ընդհանուր բակալավրիատի նախապատրաստություն է:

Բենզոյական թթուն կարող է մաքրվել ջրից վերաբյուրեղացման միջոցով՝ տաք ջրում բարձր լուծելիության և սառը ջրում վատ լուծելիության պատճառով: Վերաբյուրեղացման համար օրգանական լուծիչներից խուսափելը այս փորձը դարձնում է հատկապես անվտանգ: Այս գործընթացը սովորաբար տալիս է մոտ 65% արտադրողականություն։

Հիդրոլիզ

Ինչպես մյուս նիտրիլները և ամիդները, բենզոնիտրիլը և բենզամիդը թթվային կամ հիմնային պայմաններում կարող են հիդրոլիզվել բենզոյան թթվի կամ դրա զուգակցված հիմքի:

Գրինարդի ռեագենտ

Բրոմոբենզոլը կարող է վերածվել բենզոյական թթվի միջանկյալ ֆենիլմագնեզիումի բրոմիդի «կարբոքսիլացման» միջոցով։ Այս սինթեզը ուսանողներին առաջարկում է հարմար վարժություն՝ Գրինարդի ռեակցիան իրականացնելու համար, որը օրգանական քիմիայում ածխածին-ածխածին կապի ձևավորման կարևոր դաս է։

Բենզիլային միացությունների օքսիդացում

Բենզիլ ալկոհոլը և բենզիլ քլորիդը և գրեթե բոլոր բենզիլ ածանցյալները հեշտությամբ օքսիդացվում են բենզոյաթթվի:

Օգտագործումներ

Բենզոյական թթուն հիմնականում սպառվում է ֆենոլի արտադրության մեջ օքսիդատիվ դեկարբոքսիլացման միջոցով 300−400 °C ջերմաստիճանում:

$\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_5\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}+\frac{1}{2}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_5\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$

Պահանջվող ջերմաստիճանը կարող է իջեցվել մինչև 200 °C՝ պղնձի (II) աղերի կատալիտիկ քանակի ավելացմամբ: Ֆենոլը կարող է վերածվել ցիկլոհեքսանոլի, որը նեյլոնի սինթեզի մեկնարկային նյութ է։

Պլաստիկացնողների նախադրյալ

Բենզոատ պլաստիկացնողները, ինչպիսիք են գլիկոլ-, դիէթիլենգլիկոլ- և տրիէթիլենգլիկոլ էսթերները, ստացվում են համապատասխան դիոլով մեթիլ բենզոյատի տրանսեսթերիֆիկացիայի արդյունքում։ Այս պլաստիկացնողները, որոնք օգտագործվում են տերեֆտալաթթվի էսթերից ստացվածների նման, ներկայացնում են ֆտալատների այլընտրանքներ:

Նատրիումի բենզոատի և հարակից կոնսերվանտների նախադրյալ

Բենզոյական թթուն և դրա աղերը օգտագործվում են որպես սննդի կոնսերվանտներ, որոնք ներկայացված են E210, E211, E212 և E213 համարներով: Բենզոյական թթուն արգելակում է բորբոսի, խմորասնկի և որոշ բակտերիաների աճը։ Այն կա՛մ ուղղակիորեն ավելացվում է, կա՛մ ստեղծվում է իր նատրիումի, կալիումի կամ կալցիումի աղի ռեակցիաներից: Մեխանիզմը սկսվում է, երբ բջիջը ներծծում է բենզոյական թթու: Եթե ​​ներբջջային pH-ը փոխվում է 5-ի կամ ավելի ցածր, ապա ֆոսֆոֆրուկտոկինազի միջոցով գլյուկոզի անաէրոբ խմորումը նվազում է 95%-ով: Այսպիսով, բենզոյական թթվի և բենզոյատի արդյունավետությունը կախված է մթերքի pH-ից: Բենզոյական թթուն, բենզոյատները և դրանց ածանցյալները օգտագործվում են որպես թթվային սննդամթերքների և խմիչքների կոնսերվանտներ, ինչպիսիք են ցիտրուսային մրգային հյութերը (կիտրոնաթթու), գազավորված ըմպելիքները (ածխաթթու գազ), զովացուցիչ ըմպելիքները (ֆոսֆորական թթու), թթու վարունգները (քացախ) և այլ թթվացված մթերքները:

Բենզոյական թթվի տիպիկ կոնցենտրացիաները որպես կոնսերվանտ սննդի մեջ կազմում են 0,05-ից 0,1%: Մթերքները, որոնցում կարող է օգտագործվել բենզոյական թթու, և դրա կիրառման առավելագույն մակարդակները վերահսկվում են սննդի տեղական օրենքներով:

Մտահոգություն է արտահայտվել, որ բենզոյան թթուն և դրա աղերը կարող են արձագանքել ասկորբինաթթվի (վիտամին C) որոշ զովացուցիչ ըմպելիքների հետ՝ առաջացնելով փոքր քանակությամբ քաղցկեղածին բենզոլ։

Բժշկական

Բենզոյական թթուն Whitfield-ի քսուքի բաղադրիչն է, որն օգտագործվում է մաշկի սնկային հիվանդությունների բուժման համար, ինչպիսիք են տրիխոֆիտիան և մարզիկի ոտնաթաթը խեժային: Որպես ռետին բենզոյինի հիմնական բաղադրիչ, բենզոյական թթուն նաև բենզոյինի թուրմի և բալզամի հիմնական բաղադրիչն է: Նման արտադրանքները որպես տեղային հակասեպտիկ և ինհալացիոն դեկոնգեստանտներ օգտագործելու երկար պատմություն ունեն:

Բենզոյական թթուն օգտագործվել է որպես խորխաբեր, ցավազրկող և հակասեպտիկ 20-րդ դարի սկզբին:

Նիշային և լաբորատոր կիրառումներ

Ուսումնական լաբորատորիաներում բենզոյական թթուն սովորական չափորոշիչ է ռումբի կալորիմետրը չափելու համար:

Կենսաբանություն և առողջության վրա ազդեցություն

Բենզոյական թթուն բնության մեջ հաճախ է հանդիպում։ Շատ բույսերի և կենդանիների տեսակների մեջ հաճախ են հանդիպում նաև նրա եթերները: Զգալի քանակությամբ հայտնաբերված է հատապտուղների մեծ մասում (մոտ 0,05%): Vaccinium-ի մի քանի տեսակների հասած պտուղները (օրինակ՝ լոռամրգի, V. vitis macrocarpon, հապալաս, V. myrtillus) պարունակում են 0,03–0,13% ազատ բենզոյական թթու: Բենզոյական թթու ձևավորվում է նաև խնձորի մեջ՝ Nectria galligena սնկով վարակվելուց հետո։ Կենդանիների շրջանում բենզոյական թթուն հայտնաբերվել է հիմնականում ամենակեր կամ բուսածաղկավոր տեսակների մեջ, օրինակ՝ տունդրային կաքավի ներքին օրգաններում և մկաններում (Lagopus muta), ինչպես նաև արու Ovibos moschatus-ի կամ ասիական Elephantsus-ի գեղձային արտազատումներում: Խեժի բենզոյինը պարունակում է մինչև 20% բենզոյական թթու և 40% բենզոյական թթվի եթերներ։

Իր կենսասինթեզի առումով բենզոյատը բույսերում արտադրվում է դարչինաթթվից։ Հայտնաբերվել է ուղի ֆենոլից 4-հիդրօքսիբենզոյատի միջոցով:

Ռեակցիաներ

Բենզոյական թթուն կարող է ռեակցիաներ տալ կամ արոմատիկ օղակի շնորհիվ, կամ էլ կարբօքսիլ խմբի։

Արոմատիկ օղակ

benzoic acid aromatic ring reactions

Էլեկտրոֆիլ արոմատիկ փոխարինման ռեակցիան տեղի կունենա հիմնականում 3-դիրքում՝ էլեկտրոններ քաշող կարբոքսիլային խմբի պատճառով, այսինքն՝ բենզոյական թթուն մետա ուղղորդող է:

Կարբոքսիլ խումբ

Կարբոքսիլաթթուներին բնորոշ ռեակցիաները վերաբերում են նաև բենզոյական թթվին՝

• Բենզոյատների եթերները սպիրտների հետ թթվային կատալիզացված ռեակցիայի արդյունք են:
• Բենզոյաթթվի ամիդները սովորաբար պատրաստվում են բենզոյիլ քլորիդից։
• Ջրազրկումը բենզոյան անհիդրիդից առաջանում է քացախային անհիդրիդով կամ ֆոսֆորի պենտօքսիդով:
• Բարձր ռեակտիվ թթուների ածանցյալները, ինչպիսիք են հալոգենածանցյալները, հեշտությամբ ստացվում են թթուները հալոգենացնող նյութերի հետ խառնելով, ինչպիսիք են ֆոսֆորի քլորիդները կամ թիոնիլ քլորիդը:
• Օրթոեստերները կարող են ստացվել սպիրտների ռեակցիայի արդյունքում թթվային, ջրից ազատ պայմաններում բենզոնիտրիլով:
• Բենզալդեհիդի և բենզիլ ալկոհոլի վերականգնումը հնարավոր է օգտագործելով DIBAL-H, LiAlH4 կամ նատրիումի բորոհիդրիդ:
• Դեկարբոքսիլացումը դեպի բենզոլ կարող է իրականացվել քինոլինում տաքացնելով պղնձի աղերի առկայության դեպքում: Հանսդիքեր դեկարբոքսիլացմանը կարելի է հասնել արծաթի աղը տաքացնելով:

benzoic acid group reactions

Ապահովություն և կաթնասունների մետաբոլիզմ

Այն արտազատվում է հիպուրաթթվի տեսքով։ Բենզոյան թթուն մետաբոլիզացվում է բուտիրատ-CoA լիգազի միջոցով՝ վերածելով միջանկյալ արտադրանքի՝ բենզոյիլ-CoA-ի, որն այնուհետև գլիցին N-ացիլտրանսֆերազով մետաբոլիզացվում է հիպուրաթթվի մեջ: Մարդիկ մետաբոլիզացնում են տոլուենը, որը նույնպես արտազատվում է հիպուրաթթվի տեսքով:

Մարդկանց համար Առողջապահության Համաշխարհային Կազմակերպության Քիմիական անվտանգության միջազգային ծրագիրը (IPCS) առաջարկում է ժամանակավոր թույլատրելի ընդունումը կազմում է օրական 5 մգ/կգ։ Կատուները զգալիորեն ցածր հանդուրժողականություն ունեն բենզոյական թթվի և դրա աղերի նկատմամբ, քան առնետներն ու մկները: Կատուների համար մահացու չափաբաժինը կարող է լինել մինչև 300 մգ/կգ: Օրալ LD₅₀ (մահացու չափաբաժին)առնետների համար 3040 մգ/կգ է, մկների համար՝ 1940–2263 մգ/կգ։

Թայփեյում, Թայվան, 2010 թվականին քաղաքային առողջապահական հետազոտությունը ցույց տվեց, որ չորացրած և թթու դրված սննդամթերքի 30%-ը պարունակում է բենզոյական թթու:

Տես նաև

• Նիացին

Արտաքին հղումներ

• ChemicalLand