بنزوئیک اسید

بنزوئیک اسید

1-مقدمه

بنزوئیک اسید جامدی سفید یا بی رنگ با فرمول شیمیایی C6H5CO2H می باشد که نام آیوپاک آن, بنزن کربوکسیلیک اسید است. این ترکیب, ساده ترین اسید کربوکسیلیک آروماتیک است. نام این محصول از صمغ بنزوئین گرفته شده است که برای مدت طولانی تنها منبع به دست آوردن آن بوده است. از نام های رایج این ماده می توان به دراسیلیک اسید, فنیل متانوئیک اسید و کربوکسی بنزن اشاره کرد.

بنزوئیک اسید به طور طبیعی در بسیاری از گیاهان وجود دارد و به عنوان ماده ی حد واسط در بیوسنتز بسیاری از واکنش های متابولیت ثانویه شناسایی شده است. این ویژگی های بنزوئیک اسید به این دلیل است که انحلال پذیری بالایی در حلال ها مختلف مانند استون, بنزن, هگزان, آمونیاک و غیره دارد. نمک های بنزوئیک اسید به عنوان نگهدارنده مواد غذایی استفاده می شوند. بنزوئیک اسید یک پیش ماده مهم جهت سنتز صنعتی بسیاری از مواد آلی (غیر معدنی) دیگر است. نمک ها و استرهای بنزوئیک اسید را بنزوات می نامند.

2-تاریخچه

بنزوئیک اسید در قرن شانزدهم کشف شد. تقطیر صمغ بنزوئین اولین بار توسط نوستراداموس (1556) و سپس توسط الکسیوس پدمونتانوس (1560) و بلز دِ ویگنر (1596) انجام شد.
Justus von Liebig و Friedrich Wöhler ترکیب بنزوئیک اسید را شناسایی کردند و همینطور نحوه ارتباط اسید هیپوریک با بنزوئیک اسید را مورد بررسی قرار دادند. در سال 1875 سالکوفسکی کاربرد های ضد قارچی بنزوئیک اسید را کشف کرد.

3-کاربردها

1-3-تهیه فنول

بنزوئیک اسید عمدتا در تولید فنول از طریق اکسیدکردن و دکربوکسیلاسیون در دمای 300-400 درجه سانتی گراد کاربرد دارد. دمای مورد نیاز را می توان با افزودن مقادیری کاتالیزور نمک های مس II) ) به 200 درجه سانتی گراد کاهش داد. فنول را می توان به سیکلوهگزانول تبدیل کرد ، که یک ماده اولیه برای سنتز نایلون است. در نتیجه به طور غیر مستقیم از بنزوئیک اسید به نایلون خواهیم رسید.

2-3-پیش ساز نرم کننده ها

مواد نرم کننده ی حاوی بنزوات ، مانند دی اتیلن گلیکول و تری اتیلن گلیکول ، با فرایند ترانس استریفیکاسیون متیل بنزوات توسط دی ال (الکل دو عاملی) مربوطه به دست می آیند. این نرم کننده ها که مشابه استرهای ترفتالیک اسید استفاده می شوند و جایگزین فتالات ها هستند.

3-3- پیش ساز بنزوات سدیم و نگهدارنده های مربوطه

بنزوئیک اسید و نمک های آن به عنوان نگهدارنده های غذایی استفاده می شوند. بنزوئیک اسید از رشد مخمر و برخی از باکتری ها جلوگیری می کند. این ماده یا مستقیماً به مواد غذایی اضافه می شود یا در اثر واکنش با نمک های سدیم ، پتاسیم یا کلسیم ایجاد می شود. این فرایند با جذب شدن بنزوئیک اسید و ورود آن به سلول آغاز می شود. اگر pH درون سلولی به 5 یا کمتر تغییر کند ، تخمیر بی هوازی گلوکز کاهش می یابد. غذاها و نوشیدنی های اسیدی مانند آب میوه  که حاوی اسید سیتریک است ، نوشابه های گازدار که حاوی کربنیک اسید و اسید فسفریک هستند  و یا سایر غذاهای اسیدی با بنزوئیک اسید و بنزوات نگهداری می شوند. غلظت رایج استفاده از بنزوئیک اسید به عنوان نگهدارنده در غذا بین 0.05 تا 0.1 درصد است. 
این نگرانی بیان شده است که بنزوئیک اسید و نمک های آن ممکن است با اسید اسکوربیک (ویتامین C )  موجود در برخی نوشابه ها واکنش نشان داده و مقادیر کمی بنزن سرطان زا ایجاد کنند.

4-3- دارویی

بنزوئیک اسید در داروهای درمان کننده برای بیماری های قارچی پوست استفاده می شود. بنزوئیک اسید در اوایل قرن بیستم به عنوان یک خلط آور ، مسکن و ضد عفونی کننده استفاده می شده است.

5-3- مصارف آزمایشگاهی

در آزمایشگاه های آموزشی ، بنزوئیک اسید یک ماده استاندارد رایج برای کالیبراسیون گرماسنج های بمبی است. از این گرماسنج ها برای به دست آوردن گرمای واکنش استفاده می شود.

4-واکنش ها

واکنش های بنزوئیک اسید می تواند هم بر روی حلقه آروماتیک و هم بر روی گروه کربوکسیل رخ دهد.

1-4-بر روی حلقه آروماتیک

واکنش جایگزینی الکتروفیلی عمدتا در موقعیت3 حلقه و به دلیل گروه کربوکسیلیک که خارج کننده الکترون است انجام می شود.

2-4-بر روی گروه کربوکسیل

واکنش های رایج اسیدهای کربوکسیلیک در مورد بنزوئیک اسید نیز صادق است:
استرهای بنزوات، محصول واکنش اسید کاتالیز شده با الکل ها هستند.
آمیدهای بنزوئیک اسید معمولاً از بنزوئیل کلرید تهیه می شوند.
دی هیدراته شدن به بنزوئیک انیدرید توسط استیک انیدرید و پنتوکسید فسفر ایجاد می شود.
مشتقات اسیدی (که بسیار واکنش پذیر هستند) مانند هالیدهای اسید به راحتی با مخلوط کردن با عوامل هالوژناسیون مانند کلریدهای فسفر یا تیونیل کلراید بدست می آیند.
ارتواسترها را می توان با واکنش الکل ها در شرایط بدون آب اسیدی با بنزونیتریل به دست آورد.
کاهش بنزالدهید و بنزیل الکل با استفاده "از لیتیوم آلومینیوم هیدرید" یا "بوروهیدرید سدیم" امکان پذیر است.

5-روش تولید

1-5-تولید صنعتی

در آغاز, اولین فرآیند صنعتی تولید بنزوییک اسید, شامل واکنش بنزو تری کلرید (تری کلرو متیل بنزن) با هیدروکسید کلسیم در آب ، با استفاده از آهن یا نمک های آهن به عنوان کاتالیزور بوده است. بنزوات کلسیم حاصل با اسید کلریدریک به بنزوئیک اسید تبدیل می شده است. این محصول حاوی مقادیر قابل توجهی مشتقات کلرو بنزوئیک اسید است که راندمان فرایند را پایین می آورد.

1-1-5-اکسیداسون تولوئن

بنزوئیک اسید از طریق اکسیداسیون تولوئن توسط اکسیژن به صورت صنعتی و در مقیاس بالا تولید می شود. این فرآیند توسط کبالت یا منگنز کاتالیز می شود. این فرایند دارای راندمان بالایی است.

2-5-روش آزمایشگاهی

1-2-5-تبلور مجدد

بنزوئیک اسید را می توان با روش تبلور مجدد در حلال آب (به دلیل حلالیت زیاد در آب گرم و حلالیت ضعیف در آب سرد) به دست آورد. اجتناب از حلال های آلی برای تبلور مجدد، این آزمایش را ایمن می کند. 

2-2-5- هیدرولیز

مانند نیتریل ها و آمیدها ، بنزونیتریل و بنزامید را می توان در اسید به بنزوئیک اسید یا باز مزدوج آن هیدرولیز کرد.

3-2-5- واکنشگر گرینیارد

برموبنزن را می توان با "کربوکسیلاسیون" حد واسط فنیل منیزیم برمید به اسید بنزوئیک تبدیل کرد. 

4-2-5-اکسیداسیون ترکیبات بنزیل

بنزیل الکل و بنزیل کلرید و تقریباً همه مشتقات بنزیل به آسانی به بنزوئیک اسید اکسیده می شوند.

6-تحقیقات جدید

همانطور که در بالا اشاره شد, یکی از کاربردهای این ماده استفاده در مواد غذایی به عنوان نگهدارنده می باشد. این زمینه از کاربردهای این ماده به دلیل آنکه با سلامتی انسان سر و کار دارد, هنوز هم مورد بررسی و پژوهش قرار می گیرد. در همین زمینه مقاله ای با عنوان " بررسی مطالعات نگهدارنده های ضد میکروبی اسید بنزوئیک و بنزوات سدیم در فرآورده های مختلف غذایی در ایران: مروری بر شواهد موجود" در نشریه تحقیقات نظام سلامت به چاپ رسیده است.

7-شرایط نگهداری

مانند تمام مواد اسیدی دیگر(چه پودری و چه مایع) بایستی این اسید را از مواد قلیایی و بازی و مخصوصا آمونیاک که دارای بخارات است دور نگه داشت.
وجود رطوبت زیاد در اطراف این ماده سبب چسبناک شدن و از بین رفتن ماده می شود.
وجود نور مستقیم, شعله و اکسید کننده ها و کاهنده های قوی در اطراف این ماده می تواند سبب اشتعال آن شود.

8-ایمنی

با توجه به خصلت اسیدی این ماده, مصرف زیاد مواد نگهدارنده, سبب می شود تا غلظت بالایی از این اسید وارد بدن شده و بیماری های گوارشی را سبب شود.
برنامه بین المللی ایمنی شیمیایی سازمان بهداشت جهانی نشان می دهد مصرف مصرف قابل تحمل این اسید برای انسان, 5 میلی گرم بر کیلوگرم وزن بدن در روز است. 
 اساس یک مطالعه که در سال 2007 منتشر شد (انگلستان) ، ارتباط بین مصرف بیش از حد بنزوئیک اسید و بیش فعالی دوران کودکی توجیه شده است.
علاوه بر سلامتی, با توجه به خصلت اسیدی و واکنش پذیر بودن این ماده، تا حد کمی امکان اشتعال در دماهای بالا وجود دارد.