苯甲酸

苯甲酸

苯甲酸為具有苯或甲醛的氣味的鱗片狀或針狀結晶,化學式C6H5COOH。熔點122.13℃,沸點249℃,相對密度1.2659(15/4℃)。在100℃時迅速升華,它的蒸氣有很強的刺激性,吸入后易引起咳嗽。微溶於水,易溶於乙醇、乙醚等有機溶劑。苯甲酸是弱酸,比脂肪酸強。它們的化學性質相似,都能形成鹽、酯、醯鹵、醯胺、酸酐等,都不易被氧化。苯甲酸的苯環上可發生親電取代反應,主要得到間位取代產物。

研究簡史


苯甲酸於16世紀被發現。
1556年,Nostradamus最早描述安息香膠的乾餾作用;後由Alexius Pedemontanus和布萊斯德破譯分別於1560年和1596年發現。
1875年,Salkowski發現苯甲酸的抗真菌藥力,於是苯甲酸用於長期保存雲莓。

理化性質


物理性質

外觀與性狀:鱗片狀或針狀結晶,具有苯或甲醛的臭味。
水中溶解度:0.21g(17.5℃)、0.35g(25℃)、2.2g(75℃)、2.7g(80℃)、5.9g(100℃)。
熔點(℃):121.7。
沸點(℃):249.2。
飽和蒸氣壓(kPa):0.13(96℃)。
閃點(℃):121。
引燃溫度(℃):571。
相對密度(水=1):1.27。
相對蒸氣密度(空氣=1):4.21。

物質結構

羧基直接與苯環碳原子相連接的最簡單的芳香酸。化學式C6H5COOH。又稱安息香酸。InChI編碼:InChI=1/C7H6O2/c8-7⑼6-4-2-1-3-5-6/h1-5H,(H,8,9)

化學性質

苯甲酸是簡單的芳香族羧酸,具有芳香性,也具有羧酸的性質,因此可發生兩大類化學反應,一是苯環上的取代反應,二是羧基的反應。
酸性
苯甲酸在水中電離常數Ka= 6.4×10(25℃),苯甲酸的酸性稍強於環己烷甲酸,這是由於苯環上的sp雜化碳原子電負性較大,給電子作用較弱。
羧酸衍生物的生成
苯甲酸可以與對應試劑反應,生成酯、醯鹵、醯胺、酸酐等羧酸衍生物。
例如,苯甲酸與甲醇在酸的催化下,依循加成—消除機理生成苯甲酸甲酯。
又如,苯甲酸與苯胺在180~190℃的溫度下反應,生成苯甲醯苯胺(N-苯甲醯替苯胺),該反應的產率約為84%。
脫羧反應
苯甲酸可以在加熱條件下,脫去羧基並生成二氧化碳,即發生脫羧反應(屬於取代反應),反應溫度約為150~170℃。
與金屬有機化合物的反應
苯甲酸可以與格林試劑、甲基鋰等金屬有機化合物發生反應,生成對應的金屬有機化合物。其中,苯甲酸與甲基鋰反應是製備酮的一般方法。
還原反應
苯甲酸可以催化還原得到苯甲醇,常用的催化劑有ZrO2、CeO2、ZnO、Mo的氧化物。
親電取代反應
苯甲酸的苯環上可發生芳基親電取代反應,反應主要得到間位取代產物。
例如,苯甲酸與硝酸鈉在濃硫酸的催化下,生成間硝基苯甲酸,在85℃、濃硫酸與硝酸鈉質量比為5:1的條件下,產率約為81.0%。
親核取代反應
苯甲酸還可以發生芳基親電取代反應,反應主要得到鄰對位取代產物。

分佈情況


以遊離酸、酯或其衍生物的形式廣泛存在於自然界中,例如,在安息香膠內以遊離酸和苄酯的形式存在;在一些植物的葉和莖皮中以遊離的形式存在;在香精油中以甲酯或苄酯的形式存在;在馬尿中以其衍生物馬尿酸的形式存在。

製備方法


最初苯甲酸是由安息香膠乾餾或鹼水水解製得,也可由馬尿酸水解製得。工業上苯甲酸是在鈷、錳等催化劑存在下用空氣氧化甲苯製得;或由鄰苯二甲酸酐水解脫羧製得。

實驗室製備

原理:
甲苯與酸性高錳酸鉀溶液反應生成苯甲酸、鉀鹽(K2SO4)、錳鹽(MnSO4)和水。方程式如下:
藥品與用量:
甲苯1.5g(1.7ml,0.016mol)、高錳酸鉀5g(0.032mol)、十六烷基三甲基溴化銨0.1g。
操作流程:
用100ml的圓底燒瓶。安裝迴流裝置。向反應瓶中分別加入5g高錳酸鉀,0.1g十六烷基三甲基溴化銨,1.7ml甲苯及50ml水,攪拌加熱沸騰(劇烈攪拌,猛烈沸騰),保持反應物溶液平穩沸騰。
當大量棕色沉澱生成,高錳酸鉀的紫色變淺或消失,甲苯層消失時,反應基本結束。過濾出二氧化錳沉澱,濾液用濃鹽酸酸化,析出苯甲酸的沉澱,抽濾得粗產品。
粗產品用水重結晶。在沸水浴上乾燥,稱量,測其熔點。

工業製備

工業上常用甲苯、鄰二甲苯或萘為原料製備苯甲酸,上述原料可從煤焦油或石油中獲得。此外,由甲苯生產苯甲醛時可副產苯甲酸。

應用領域


主要用於抗真菌及消毒防腐,用於醫藥、染料載體、增塑劑、香料和食品防腐劑等的生產,也用於醇酸樹脂塗料的性能改進,也作為鋼鐵設備的防鏽劑、農業化學品。

醫藥用途

苯甲酸可以製作苯甲酸水楊酸軟膏,苯甲酸水楊酸軟膏是以苯甲酸、水楊酸為主要原料,加入羊毛脂、黃凡士林製成的藥劑。其中,苯甲酸與水楊酸聯合,可以治療成人皮膚真菌病,淺部真菌感染如體癬、手癬及足癬等疾病。

防腐劑

苯甲酸可以用作食品、飼料、乳膠、牙膏的防腐劑。在酸性條件下,對黴菌、酵母和細菌均有抑制作用,但對產酸菌作用較弱。苯甲酸分子態的抑菌活性較離子態高,故PH小於4時,抑菌活性高,抑菌的最適pH值為2.5~4.0,一般以低於pH值4.5~5.0為宜。由於苯甲酸對水的溶解度低,故實際多是加適量的碳酸鈉或碳酸氫鈉,用90℃以上熱水溶解,使其轉化成苯甲酸鈉鈉后才添加到食品中。若必須使用苯甲酸,可先用適量乙醇溶解后再應用。由於苯甲酸對水的溶解度比苯甲酸鈉低,因此在酸性食品中使用苯甲酸鈉時,要注意防止由於苯甲酸鈉轉變成苯甲酸而造成沉澱和降低其使用效果。苯甲酸在醬油、清涼飲料中可與對-羥基苯甲酸酯類一起使用而增效。

定香劑

苯甲酸可以用作果汁飲料的定香劑。可作為膏香用入薰香香精。還可用於巧克力、檸檬、橘子、子漿果、堅果、蜜餞型等食用香精中。煙用香精中亦常用之。因苯甲酸的溶解度小,使用時須經充分攪拌,或溶於少量熱水或乙醇。在清涼飲料用的濃縮果汁中使用時,因苯甲酸易隨水蒸氣揮發,故常用其鈉鹽。

化工中間體

苯甲酸可以作為生產苯甲酸酯和苯二甲酸酯的中間體,苯甲酸酯和苯二甲酸酯是重要的增塑劑。苯甲酸經溴化反應可以製得溴苯甲酸,間-溴苯甲酸可以作為電照像材料的粘合劑。也可以用作製藥和染料的中間體,用於製取增塑劑和香料等。

潤滑劑

苯甲酸鈉可以作為金屬加工、藥品生產中的潤滑劑。

塗料助劑

將苯甲酸引入醇酸樹脂之後可使漆膜快乾,但又不似苯乙烯那樣不耐溶劑。改性后的醇酸樹脂製成的漆膜的光澤、硬度和耐水性等都有所提高。也可作染色和印色的媒染劑。

日用

苯甲酸分別與二甘醇、三甘醇、二丙二醇反應分別生成重要的常見的樹脂增塑劑二甘醇二苯甲酸酯(DEDB)、三甘醇二苯甲酸酯(TEDB)和二丙二醇二苯甲酸酯(DPGDB),廣泛用於樹脂、塗料和粘合劑的生產。

檢測方法


方法名稱:苯甲酸原料葯—苯甲酸的測定—中和滴定法
應用範圍:該方法採用滴定法測定苯甲酸原料葯中苯甲酸的含量。
該方法適用於苯甲酸原料葯。
方法原理:供試品加中性稀乙醇(對酚酞指示液顯中性)溶解后,加酚酞指示液,用氫氧化鈉滴定液滴定,並將滴定的結果用空白試驗校正,根據滴定液使用量,計算苯甲酸的含量。
試劑:
1. 中性稀乙醇(對酚酞指示液顯中性)
⒉ 氫氧化鈉滴定液(0.1mol/L)
⒊ 酚酞指示液
⒋ 基準鄰苯二甲酸氫鉀
儀器設備:
試樣製備:
1. 氫氧化鈉滴定液(0.1mol/L)
配製:取氫氧化鈉適量,加水振搖使溶解成飽和溶液,冷卻后,置聚乙烯塑料瓶中,靜置數日,澄清後備用。取澄清的氫氧化鈉飽和溶液5.6mL,加新沸過的冷水使成1000mL,搖勻。
標定:取在105℃乾燥至恆重的基準鄰苯二甲酸氫鉀約0.6g,精密稱定,加新沸過的冷水50mL,振搖,使其盡量溶解,加酚酞指示液2滴,用本液滴定,在接近終點時,應使鄰苯二甲酸氫鉀完全溶解,滴定至溶液顯粉紅色。每1mL氫氧化鈉滴定液(0.1mol/L)相當於20.42mg的鄰苯二甲酸氫鉀。根據本液的消耗量與鄰苯二甲酸氫鉀的取用量,算出本液的濃度。
貯藏:置聚乙烯塑料瓶中,密封保存;塞中有2孔,孔內各插入玻璃管1支,1管與鈉石灰管相連,1管供吸出本液使用。
⒉ 酚酞指示液
取酚酞1g,加乙醇100mL使溶解。
操作步驟:精密稱取供試品約0.25g,加中性稀乙醇(對酚酞指示液顯中性)25mL溶解后,加酚酞指示液3滴,用氫氧化鈉滴定液(0.1mol/L)滴定。每1mL氫氧化鈉滴定液(0.1mol/L)相當於12.21mg的C7H6O2。
註:“精密稱取”系指稱取重量應準確至所稱取重量的千分之一。“精密量取”系指量取體積的準確度應符合國家標準中對該體積移液管的精度要求。

相關法規


《食品添加劑使用衛生標準》(GB2760-1996)規定:碳酸飲料,最大使用量為0.2g/kg;低鹽醬菜、醬類、蜜餞,0.5g/kg;葡萄酒、果酒、軟糖,0.8g/kg;醬油、食醋、果醬(不包括罐頭)、果汁(味)型飲料,1.0g/kg;食品工業用塑料桶裝濃縮果蔬汁,2g/kg;果汁(果味)冰,1.0g/kg(混用或單獨使用)。苯甲酸和苯甲酸鈉同時使用時,以苯甲酸計不得超過最大使用量。
醬油、不含二氧化碳的飲料中,以苯甲酸計,最高用量為0.6g/kg。(1998)

安全措施


泄漏應急處理

隔離泄漏污染區,周圍設警告標誌,切斷火源。應急處理人員戴好防毒面具,穿一般消防防護服。用清潔的鏟子收集於乾燥潔凈有蓋的容器中,運至廢處理場所。如大量泄漏,收集回收或無害處理后廢棄。

防護措施

呼吸系統防護:空氣中濃度超標時,戴面具式呼吸器。緊急事態搶救或撤離時,建議佩戴自給式呼吸器。
眼睛防護:戴化學安全防護眼鏡。
防護服:穿防酸鹼工作服。
手防護:戴防化學品手套。
其它:工作后,淋浴更衣。注意個人清潔衛生。定期體檢。

急救措施

皮膚接觸:脫去污染的衣著,用大量流動清水徹底沖洗。
眼睛接觸:立即翻開上下眼瞼,用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫。
吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。呼吸困難時給輸氧。呼吸停止時,立即進行人工呼吸。就醫。
食入:誤服者漱口,飲牛奶或蛋清,就醫。
滅火方法:霧狀水、泡沫、二氧化碳、乾粉、砂土。

注意事項

外用該品局部可能有輕度刺激。油膏劑不宜貯存於溫度過高處。
環境危害:對環境有危害,對水體和大氣可造成污染。
燃爆危險:該品可燃,具刺激性。
危險特性:遇明火、高熱可燃。

毒理資料


對微生物有強烈的毒性,但其鈉鹽的毒性則很低。對大鼠經口LD50:1700mg/kg。每日口服0.5g以下,對體並無毒害,甚至用量不超過4g對健康也無損害。在人體和動物組織中可與蛋白質成分的甘氨酸結合而解毒,形成馬尿酸

吸收

口服攝入苯甲酸和苯甲酸鈉后,胃腸道的實驗動物或人類,可以假定100%吸收。在人類中,達到血漿濃度峰值在1 - 2小時。

毒性表現

皮膚危害:發紅,燃燒的感覺,瘙癢。
吸入危害:咳嗽,喉嚨痛。
眼睛危害:發紅,疼痛。
誤吞危險:腹痛,噁心,嘔吐。

健康危害

侵入途徑:吸入、食入。
健康危害:對皮膚有輕度刺激性。蒸氣對上呼吸道、眼和皮膚產生刺激。該品在一般情況下接觸無明顯的危害性。

急性毒性

502530mg/kg(大鼠經口);2370mg/kg(小鼠經口);500mg/kg(人經口);人經口6mg/kg最低中毒量,可有皮膚損害。
危險特性:遇高熱、明火或與氧化劑接觸,有引起燃燒的危險。