กรดเบนโซอิก

Q: ประวัติศาสตร์

กรดเบนโซอิกถูกค้นพบในศตวรรษที่สิบหก การกลั่นแห้ง ของ ยางเบนโซอิน ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดย นอสตราดามุส (1556) และต่อมาโดย อเล็กเซียส เปเดมอนทานัส (1560) และ เบลส์ เดอ วิเจเนเร (1596) [ 10 ]

Q: การเตรียมการทางอุตสาหกรรม

กรดเบนโซอิกผลิตในเชิงพาณิชย์โดย การออกซิเดชันบางส่วน ของ โทลูอีน ด้วย ออกซิเจน :

กรดเบนโซอิก ( / b ɛ n ˈ z oʊ . ɪ k / ) เป็นสารประกอบอินทรีย์ ผลึกสีขาวหรือไม่มีสี มีสูตรเคมีC H COOHโครงสร้างประกอบด้วยวงแหวนเบนซีน ( C H ) กับหมู่คาร์บอกซิล ( −C(=O)OH ) หมู่เบนโซอิลมักย่อว่า "Bz" (ไม่ควรสับสนกับ "Bn" ซึ่งใช้สำหรับเบนซิล ) ดังนั้นกรดเบนโซอิกจึงเขียนแทนด้วย BzOH เนื่องจากหมู่เบนโซอิลมีสูตรเคมี − C H COเป็น กรดคาร์บอกซิลิกอะโรมา ติก ที่ง่ายที่สุด ชื่อนี้ได้มาจากยางเบนโซอินซึ่งเป็นแหล่งที่มาเพียงแหล่งเดียวมาเป็นเวลานาน

กรดเบนโซอิกเกิดขึ้นตามธรรมชาติในพืชหลายชนิด^{[ 9 ]}และทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการสังเคราะห์ทางชีวภาพของเมตาโบไลต์รองหลายชนิดเกลือ ของกรดเบนโซอิกใช้เป็นสารกันบูดในอาหาร กรดเบนโซอิกเป็น สารตั้งต้นที่สำคัญสำหรับการสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรมของสารอินทรีย์อื่นๆ อีกมากมาย เกลือและเอสเทอร์ของกรดเบนโซอิกเรียกว่าเบนโซเอต ( / ˈ b ɛ n z oʊ . eɪ t s / )

ประวัติศาสตร์

กรดเบนโซอิกถูกค้นพบในศตวรรษที่สิบหกการกลั่นแห้งของยางเบนโซอินได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยนอสตราดามุส (1556) และต่อมาโดยอเล็กเซียส เปเดมอนทานัส (1560) และเบลส์ เดอ วิเจเนเร (1596) ^{[ 10 ]}

Justus von LiebigและFriedrich Wöhlerได้กำหนดองค์ประกอบของกรดเบนโซอิก^{[ 11 ]}บุคคลเหล่านี้ยังได้ตรวจสอบ ความสัมพันธ์ระหว่าง กรดฮิปปูริกกับกรดเบนโซอิก อีกด้วย

ในปี พ.ศ. 2418 Salkowski ค้นพบ คุณสมบัติ ต้านเชื้อราของกรดเบนโซอิก ซึ่งอธิบายถึงการรักษาผลไม้คลาว ด์เบอร์ รี่ ที่มีเบนโซเอต ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

การผลิต

การเตรียมการทางอุตสาหกรรม

กรดเบนโซอิกผลิตในเชิงพาณิชย์โดยการออกซิเดชันบางส่วนของโทลูอีนด้วยออกซิเจน :

กระบวนการนี้ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นโคบอลต์หรือแมงกานีส แนฟเท เนต กระบวนการนี้ใช้วัตถุดิบที่มีอยู่มากมายและให้ผลผลิตสูง^{[ 14 ]}

กระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมครั้งแรกเกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยาระหว่างเบนโซไตรคลอไรด์ (ไตรคลอโรเมทิลเบนซีน) กับแคลเซียมไฮด รอก ไซด์ ในน้ำ โดยใช้เหล็กหรือเกลือเหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แคลเซียมเบนโซเอต ที่ได้จะถูกเปลี่ยนเป็นกรดเบนโซอิกด้วยกรดไฮโดร คลอริกผลิตภัณฑ์ที่ได้มีอนุพันธ์ของกรดเบนโซอิกที่มีคลอรีนในปริมาณมาก ด้วยเหตุนี้ กรดเบนโซอิกสำหรับบริโภคของมนุษย์จึงได้มาจากการกลั่นแห้งของกัมเบนโซอินปัจจุบันกรดเบนโซอิกเกรดอาหารผลิตขึ้นโดยวิธีการสังเคราะห์

การสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ

กรดเบนโซอิกมีราคาถูกและหาได้ง่าย ดังนั้นการสังเคราะห์กรดเบนโซอิกในห้องปฏิบัติการจึงส่วนใหญ่ทำเพื่อการเรียนการสอน และเป็นวิชาที่นักศึกษาปริญญาตรีเตรียมกันทั่วไป

กรดเบนโซอิกสามารถทำให้บริสุทธิ์ได้โดยการตกผลึกซ้ำจากน้ำ เนื่องจากมีความละลายสูงในน้ำร้อนและละลายได้น้อยในน้ำเย็น การหลีกเลี่ยงตัวทำละลายอินทรีย์สำหรับการตกผลึกซ้ำทำให้การทดลองนี้ปลอดภัยเป็นพิเศษ กระบวนการนี้โดยทั่วไปให้ผลผลิตประมาณ 65% ^{[ 15 ]}

โดยการไฮโดรไลซิส

เช่นเดียวกับ ไนไตรล์และเอไมด์อื่นๆเบนโซไนไตรล์และเบนซาไมด์สามารถไฮโดรไลซ์เป็นกรดเบนโซอิกหรือเบสคู่ควบของกรดเบนโซอิกได้ในสภาวะกรดหรือเบส

จากรีเอเจนต์ Grignard

โบรโมเบนซีนสามารถเปลี่ยนเป็นกรดเบนโซอิกได้โดย "การคาร์บอกซิเลชัน" ของฟีนิลแมกนีเซียมโบรไมด์ ตัวกลาง ^{[ 16 ]}การสังเคราะห์นี้เป็นแบบฝึกหัดที่สะดวกสำหรับนักเรียนในการดำเนินการปฏิกิริยา Grignard ซึ่งเป็นปฏิกิริยาการสร้าง พันธะคาร์บอน-คาร์บอนที่สำคัญในเคมีอินทรีย์^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}^{[ 21 ]}

การออกซิเดชันของสารประกอบเบนซิล

เบนซิลแอลกอฮอล์^{[ 22 ]}และเบนซิลคลอไรด์และอนุพันธ์เบนซิลเกือบทั้งหมดสามารถออกซิไดซ์เป็นกรดเบนโซอิกได้อย่างง่ายดาย

การใช้งาน

กรดเบนโซอิกส่วนใหญ่ถูกใช้ในการผลิตฟีนอลโดยการดีคาร์บอกซิเลชันแบบออกซิเดชันที่อุณหภูมิ 300–400 °C: ^{[ 23 ]}

คชั่วโมง CO ชั่วโมง + ½ O → C ชั่วโมง OH + CO

สามารถลดอุณหภูมิที่ต้องการลงเหลือ 200 °C ได้โดยการเติมเกลือทองแดง(II) ในปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา ฟีนอลสามารถเปลี่ยนเป็นไซโคลเฮกซานอลซึ่งเป็นวัตถุดิบตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์ไนลอน

สารตั้งต้นของพลาสติไซเซอร์

พลาสติไซเซอร์เบนโซ เอต เช่น เอสเทอร์ไกลคอล ไดเอทิลีนไกลคอล และไตรเอทิลีนไกลคอล ได้มาจากการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของเมทิลเบนโซ เอต กับไดออลที่ สอดคล้องกัน ^{[ 23 ]}พลาสติไซเซอร์เหล่านี้ ซึ่งใช้ในลักษณะเดียวกับที่ได้มาจาก เอสเทอร์ ของกรดเทเรฟทาลิกถือเป็นทางเลือกแทนฟทาเลต^{[ 23 ]}

สารตั้งต้นของโซเดียมเบนโซเอตและสารกันเสียที่เกี่ยวข้อง

กรดเบนโซอิกและเกลือของมันถูกใช้เป็นสารกันบูดในอาหารโดยมีหมายเลข E คือ E210 , E211 , E212และE213 กรดเบนโซ อิกยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อรายีสต์^[²⁴^]และแบคทีเรีย บางชนิด โดยอาจเติมโดยตรงหรือสร้างขึ้นจากปฏิกิริยากับ เกลือ โซเดียมโพแทสเซียมหรือแคลเซียม กลไกเริ่มต้นด้วยการดูดซึมกรดเบนโซ อิกเข้าสู่เซลล์ หากค่า pH ภายในเซลล์ เปลี่ยนเป็น 5 หรือต่ำกว่า การหมัก กลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจนผ่านฟอสโฟฟรุกโตไคเนส จะลดลง 95% ดังนั้นประสิทธิภาพของ กรดเบนโซอิกและเบนโซเอตจึงขึ้นอยู่กับค่า pH ของอาหาร^[²⁵^]กรดเบนโซอิก เบนโซเอต และอนุพันธ์ของสารเหล่านี้ใช้เป็นสารกันบูดสำหรับอาหารและเครื่องดื่มที่เป็นกรด เช่นน้ำผล ไม้รสเปรี้ยว ( กรดซิตริก ) เครื่องดื่มอัดลม ( คาร์บอนไดออกไซด์ ) เครื่องดื่มอัดลม ( กรดฟอสฟอริก ) ผักดอง ( น้ำส้มสายชู ) และอาหารที่เป็นกรดอื่นๆ

โดยทั่วไปความเข้มข้นของกรดเบนโซอิกที่ใช้เป็นสารกันบูดในอาหารจะอยู่ระหว่าง 0.05 ถึง 0.1% อาหารที่สามารถใช้กรดเบนโซอิกได้และระดับสูงสุดในการใช้งานจะถูกควบคุมโดยกฎหมายอาหารท้องถิ่น^{[ 26 ]}^{[ 27 ]}

มีข้อกังวลว่ากรดเบนโซอิกและเกลือของมันอาจทำปฏิกิริยากับกรดแอสคอร์บิก (วิตามินซี) ในเครื่องดื่มบางชนิด ทำให้เกิดเบนซีนซึ่ง เป็นสารก่อมะเร็งในปริมาณเล็กน้อย ^{[ 28 ]}

ยา

กรดเบนโซอิกเป็นส่วนประกอบของขี้ผึ้ง Whitfieldซึ่งใช้ในการรักษาโรคผิวหนังที่เกิดจากเชื้อรา เช่นโรคกลากและโรคเท้าของนักกีฬา^{[ 29 ]}^{[ 30 ]}ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบหลักของ กั มเบนโซอินกรดเบนโซอิกยังเป็นส่วนประกอบหลักในทิงเจอร์เบนโซอิน และบาลซัมของ Friar ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีประวัติการใช้งานมายาวนานในฐานะ ยาฆ่าเชื้อเฉพาะที่และยาแก้คัด จมูกแบบสูด ดม

กรดเบนโซอิกถูกใช้เป็นยาขับเสมหะ ยาแก้ปวดและยาฆ่าเชื้อในช่วงต้นศตวรรษที่20 ^{[ 31 ]}

การใช้งานเฉพาะทางและในห้องปฏิบัติการ

ในห้องปฏิบัติการสอน กรดเบนโซอิกเป็นสารมาตรฐานทั่วไปสำหรับการสอบเทียบเครื่องวัดความร้อนระเบิด^{[ 32 ]}

ชีววิทยาและผลกระทบต่อสุขภาพ

กรดเบนโซอิกและเอสเทอร์ของมันเกิดขึ้นตามธรรมชาติในพืชและสัตว์หลายชนิด พบในปริมาณที่มากพอสมควรในผลเบอร์รี่ส่วนใหญ่ (ประมาณ 0.05%) ผลไม้สุกของ พืช สกุล Vaccinium หลาย ชนิด (เช่นแครนเบอร์รี่ V. vitis macrocarpon ; บิลเบอร์รี่ V. myrtillus ) มีกรดเบนโซอิกอิสระมากถึง 0.03–0.13% นอกจากนี้ กรดเบนโซอิกยังเกิดขึ้นในแอปเปิลหลังจากติดเชื้อราNectria galligenaในบรรดาสัตว์ กรดเบนโซอิกถูกระบุพบเป็นหลักในสัตว์กินพืชและสัตว์ หรือสัตว์กินพืช เช่น ในอวัยวะภายในและกล้ามเนื้อของนกกระทาหิน ( Lagopus muta ) รวมถึงในสารคัดหลั่งจากต่อมของวัวมัสก์ ตัวผู้ ( Ovibos moschatus ) หรือช้างเอเชียตัวผู้ ( Elephas maximus ) ^{[ 33 ]}กัมเบนโซอินประกอบด้วยกรดเบนโซอิกมากถึง 20% และเอสเทอร์ของกรดเบนโซอิก 40% ^{[ 34 ]}

ในแง่ของการสังเคราะห์ทางชีวภาพเบนโซเอตถูกผลิตขึ้นในพืชจากกรดซินนามิก [ ^{35 ] เส้นทาง}ได้รับการระบุจากฟีนอลผ่าน4-ไฮดรอกซีเบนโซเอต^{[ 36 ]}

ปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาของกรดเบนโซอิกสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งที่วงแหวนอะโรมาติกหรือที่หมู่คาร์บอกซิล

วงแหวนอะโรมาติก

ปฏิกิริยา การแทนที่อะโรมาติกแบบอิเล็กโทรฟิลิกจะเกิดขึ้นส่วนใหญ่ที่ตำแหน่ง 3 เนื่องจากหมู่คาร์บอกซิลิก ที่ดึงอิเล็กตรอน กล่าวคือ กรดเบนโซอิกเป็นตัวกำหนดทิศทาง เมตา^[³⁷^]

หมู่คาร์บอกซิล

ปฏิกิริยาทั่วไปของกรดคาร์บอกซิลิกยังใช้ได้กับกรดเบนโซอิกด้วย^{[ 23 ]}

เบนโซเอตเอสเท อร์ เป็นผลผลิตจากปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์กับกรด โดยมีกรด เป็น ตัวเร่งปฏิกิริยา
โดยทั่วไปแล้ว เบนโซอิกแอซิดเอไมด์จะถูกเตรียมจากเบนโซอิลคลอไรด์
กระบวนการกำจัดน้ำเพื่อสร้างเบนโซอิกแอนไฮไดรด์ นั้น สามารถกระตุ้นได้ด้วยอะซิติกแอนไฮไดรด์หรือฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์
อนุพันธ์ของกรดที่มีปฏิกิริยาสูง เช่นกรดเฮไลด์สามารถหาได้ง่ายโดยการผสมกับ สารที่ ทำให้เกิดการเติมฮาโลเจนเช่นฟอสฟอรัสคลอไรด์หรือไทโอนิลคลอไรด์
ออร์โธเอสเทอร์สามารถได้มาจากการทำปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์กับเบนโซไนไตรล์ภาย ใต้สภาวะที่เป็นกรดและปราศจากน้ำ
การลดสารประกอบให้เป็นเบนซาลดีไฮด์และเบนซิลแอลกอฮอล์สามารถทำได้โดยใช้DIBAL-H , LiAlH4หรือโซเดียมโบโรไฮไดร
การดีคาร์บอกซิเลชันเพื่อสร้างเบนซีนสามารถทำได้โดยการให้ความร้อนในควินอลีนโดยมีเกลือทองแดงเป็น ตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วนการดีคาร์บอกซิเลชันแบบฮันส์ดีกเกอร์สามารถทำได้โดยการให้ความร้อนกับเกลือเงิน

ความปลอดภัยและกระบวนการเผาผลาญในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

มันถูกขับออกมาในรูปของกรดฮิปปูริก [ ^{38 ] กรด}เบนโซอิกถูกเมตาบอไลซ์โดยบิวทิเรต-CoA ไลเกสเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางเบนโซอิล-CoA [ ³⁹^]ซึ่งจากนั้นจะถูกเมตาบอไลซ์โดยไกลซีน N-อะซิลทรานสเฟอเรส^เป็นกรดฮิปปูริก^[⁴⁰^]มนุษย์เมตาบอไลซ์โทลูอีนซึ่งถูกขับออกมาในรูปของกรดฮิปปูริกเช่นกัน^[⁴¹^]

สำหรับมนุษย์โครงการระหว่างประเทศว่าด้วยความปลอดภัยทางเคมี (IPCS) ขององค์การอนามัยโลกแนะนำว่าปริมาณที่ยอมรับได้ชั่วคราวคือ 5 มก./กก. น้ำหนักตัวต่อวัน^[³³^]แมวมีความทนทานต่อกรดเบนโซอิกและเกลือ ของมันต่ำ กว่าหนูและหนู ทดลองอย่างมีนัย สำคัญ ปริมาณที่ทำให้แมวตายได้อาจต่ำถึง 300 มก./กก. น้ำหนักตัว^[⁴²^] ค่า LD50 ปากสำหรับหนูคือ 3040 มก./กก. สำหรับหนูทดลองคือ 1940–2263 มก./กก. ^[³³^]

ในไทเปประเทศไต้หวัน การสำรวจสุขภาพของเมืองในปี 2010 พบว่าผลิตภัณฑ์อาหารแห้งและดองร้อยละ 30 มีกรดเบนโซอิก^{[ 43 ]}

ดูเพิ่มเติม

กรดนิโคตินิก– สารประกอบอินทรีย์และวิตามินบี 3 รูปแบบหนึ่ง

ลิงก์ภายนอก

บัตรข้อมูลความปลอดภัยทางเคมีระหว่างประเทศ 0103
รายงานการประเมินเบื้องต้นเกี่ยวกับกรดเบนโซอิกสำหรับประเทศเกาะขนาดเล็ก (SIDS) จากองค์การเพื่อความร่วมมือทางเศรษฐกิจและการพัฒนา(OECD)

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[

[

[ 26 ]

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 30 ]

[ 31 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

35 ] เส้นทาง

[ 36 ]

[

38 ] กรด

39

เป็น

[

[

[ 43 ]

ไม่มีชื่อบทความ