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苯甲酸(benzoic acid)


苯甲酸,C7H6O2(或 C6H5COOH),是一种无色结晶固体,也是最简单的芳香羧酸。名字是从安息香来的,曾经是长久以来苯甲酸的唯一来源。这个弱酸及其盐类被用来做食物防腐剂。苯甲酸是许多化学合成物质的前驱物。

历史
苯甲酸最早在16世纪发现。Nostradamus首先描述了安息香的乾馏,随后Alexius Pedemontanus、Blaise de Vigenère也陆续做了纪录。
Justus von Liebig and Friedrich Wöhler在1832年测定了苯甲酸的结构。他们也研究了马尿酸与苯甲酸间的关係。
1875年,Salkowski发现了苯甲酸抗真菌的能力,并使得长久以来使用苯甲酸盐当做防腐剂(包括水果)。

製造

工业製备
苯甲酸的商业製造是由甲苯被氧部份氧化而来。反应中,使用钴或环烷酸锰当催化剂。过程中使用便宜的未加工材料,产率也高,而且被视为是绿色化学。

美国的生产量估计约为每年126,000公吨,其中多是国内需求,用来製备其他的化工产品。

实验室合成

苯甲酸很便宜而且很容易得到,所以进行苯甲酸的实验室合成主要是因为它的教学价值。这是很常见的大学製备实验。
对于所有的合成,苯甲酸可以利用从水中再结晶达到纯化目的,这是因为它在热水里有高溶解度,却不易溶于冷水的缘故。
由于避开了使用有机溶剂做再结晶,使得这个实验格外安全。其他可用的再结晶溶剂包括冰醋酸(无水或含水)、苯、石油醚和酒精与水的混合物。

藉由水解

向其他的腈或醯胺一样,苯基腈和苯甲醯胺可以被水解成苯甲酸或它的共轭硷(C6H5COO-),分别在酸性或硷性条件下。

由苯甲醛

使用硷基诱导的苯甲醛自身分解反应,即Cannizzaro反应,产出同量的苯甲酸和苯甲醇;后者可用蒸馏法移除。

由溴苯

溴苯在乙醚里与镁一起搅拌,会产出苯基溴化镁(C6H5MgBr)。这个格里那试剂慢慢加到乾冰里,就会有苯甲酸根出来,加稀酸就可得到苯甲酸。

由苯甲醇

苯甲醇在水中与过锰酸钾或其他氧化剂做回流,而此混合物趁热过滤掉二氧化锰,冷却后即可得到苯甲酸。

历史上的製备法

最初的工业製备法用到三氯甲苯和氢氧化钙在水中的反应,并使用铁或铁盐当催化剂。产生的苯甲酸钙用盐酸转换成苯甲酸,但其产物包含大量的氯苯甲酸衍生物。因此,供人们使用的苯甲酸是用乾馏安息香胶的方式取得;食品级的安息香酸现在则是合成出来的。

烷基取代苯衍生物与化学当量的氧化剂反应会产生苯甲酸,如:过锰酸钾、三氧化铬、硝酸。

食物保存

苯甲酸和它的盐类被用于食物保存,以E编码中的E210、E211、E212及E213为代表。苯甲酸会抑制霉菌、酵母菌及某些细菌的生长。它可以直接加到食物里或从它的钠盐钾盐钙盐反应中製造。这个机制从苯甲酸被吸进细胞里开始。若细胞内的pH值变成5或更低,葡萄糖藉磷酸果糖激酶的缺氧发酵就会减少95%。因此,苯甲酸及苯甲酸盐的效力就决定于食物的pH值。酸性食物像果汁(柠檬酸)、气泡饮料(碳酸)、软性饮料(磷酸)、腌渍物(醋)或其他酸性的食物就会用苯甲酸或苯甲酸盐来保存。

传统上,苯甲酸用于保存上的浓度介于0.05–0.1%之间。苯甲酸所可以使用的食物及用量在国际食物法里有记载。

有些人担忧,苯甲酸和其盐类可能会和抗坏血酸(维生素C)在软性饮料中作用,形成少量的苯。

原料

苯甲酸可以用来製造很多种化学物质,重要的例子有:

苯甲醯氯,C6H5C(O)Cl,苯甲酸经由亚硫醯氯(Thionyl chloride)、光气(phosgene)或一种磷的氯化物处理而得到的。苯甲醯氯是製造苯甲酸衍生物之重要前驱物,如:苯甲酸苯甲酯(benzyl benzoate),常用在人工调味料及防虫液。

过氧化苯,[C6H5C(O)O”>2,经由过氧化氢处理而得。这个过氧化物是聚合反应中的自由基起始剂,也是化妆品中的一个成份。

苯甲酸酯可塑剂,如:~乙二酯、~二甘酯、~三甘酯,是经由苯甲酯与对应的二元醇之转酯化反应得到。或者,用苯甲醯氯处理二元醇,这些物质也会出现。这些可塑剂与对苯二甲酸酯的衍生物有相似的用途。

苯酚,C6H5OH,藉由在300-400°C,氧化性的脱二氧化碳作用而得。加入可接触反应量的亚铜盐,可以使需要温度低至200°C。苯酚可转换成环己醇,是耐纶组织的前驱物。

医药上

苯甲酸是Whitfield Ointment的主成份,用来治疗霉菌感染的皮肤病,如:癣、金钱癣、香港脚。

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