Benzoesäure
| |||
| |||
| Bezeichnungen | |||
|---|---|---|---|
| Bevorzugter IUPAC-Name
Benzoesäure | |||
| Systematische IUPAC-Bezeichnung
Benzolcarbonsäure | |||
Andere Bezeichnungen
| |||
| Bezeichner | |||
3D-Modell (JSmol)
|
|||
| 3DMet | |||
Beilstein-Referenz
|
636131 | ||
| ChEBI | |||
| ChEMBL | |||
| ChemSpider | |||
| Arzneimittelbank | |||
| EC-Nummer |
| ||
Gmelin Referenz
|
2946 | ||
| KEGG | |||
| MeSH | Benzoesäure+Säure | ||
PubChem CID
|
|||
| RTECS-Nummer |
| ||
| UNII | |||
InChI
| |||
SMILES
| |||
| Eigenschaften | |||
Chemische Formel
|
C7H6O2 | ||
| Molekulare Masse | 122,123 g/mol | ||
| Erscheinungsbild | Farbloser kristalliner Feststoff | ||
| Geruch | Schwacher, angenehmer Geruch | ||
| Dichte | 1,2659 g/cm3 (15 °C) 1,0749 g/cm3 (130 °C) | ||
| Schmelzpunkt | 122 °C (252 °F; 395 K) | ||
| Siedepunkt | 250 °C (482 °F; 523 K) | ||
Löslichkeit in Wasser
|
1,7 g/L (0 °C) 2,7 g/L (18 °C) 3,44 g/L (25 °C) 5,51 g/L (40 °C) 21,45 g/L (75 °C) 56,31 g/L (100 °C) | ||
| Löslichkeit | Löslich in Aceton, Benzol, CCl4, CHCl3, Alkohol, Ethylether, Hexan, Phenylen, flüssigem Ammoniak, Acetaten | ||
| Löslichkeit in Methanol | 30 g/100 g (-18 °C) 32,1 g/100 g (-13 °C) 71,5 g/100 g (23 °C) | ||
| Löslichkeit in Ethanol | 25,4 g/100 g (-18 °C) 47,1 g/100 g (15 °C) 52,4 g/100 g (19,2 °C) 55,9 g/100 g (23 °C) | ||
| Löslichkeit in Aceton | 54,2 g/100 g (20 °C) | ||
| Löslichkeit in Olivenöl | 4,22 g/100 g (25 °C) | ||
| Löslichkeit in 1,4-Dioxan | 55,3 g/100 g (25 °C) | ||
| log P | 1.87 | ||
| Dampfdruck | 0,16 Pa (25 °C) 0,19 kPa (100 °C) 22,6 kPa (200 °C) | ||
| Säuregehalt (pKa) |
| ||
Magnetische Suszeptibilität (χ)
|
-70,28-10-6 cm3/mol | ||
Brechungsindex (nD)
|
1.5397 (20 °C) 1.504 (132 °C) | ||
| Viskosität | 1,26 mPa (130 °C) | ||
| Struktur | |||
Kristallstruktur
|
Monoklin | ||
Molekulare Form
|
Planar | ||
Dipolmoment
|
1,72 D in Dioxan | ||
| Thermochemie | |||
Wärmekapazität (C)
|
146,7 J/mol-K | ||
Std. molare
Entropie (S |
167,6 J/mol-K | ||
Std. Bildungsenthalpie
Bildung (ΔfH⦵298) |
-385,2 kJ/mol | ||
Std. Bildungsenthalpie
Verbrennung (ΔcH⦵298) |
-3228 kJ/mol | ||
| Gefahren | |||
| Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (OHS/OSH): | |||
Hauptgefahren
|
Reizend | ||
| GHS-Kennzeichnung: | |||
Piktogramme
|
 
| ||
Signalwort
|
Gefahr | ||
Gefahrenhinweise
|
H318, H335 | ||
Sicherheitshinweise
|
P261, P280, P305+P351+P338 | ||
| NFPA 704 (Feuerdiamant) |  
2
1
0 | ||
| Flammpunkt | 121,5 °C (250,7 °F; 394,6 K) | ||
Selbstentzündung
temperatur |
571 °C (1.060 °F; 844 K) | ||
| Letale Dosis oder Konzentration (LD, LC): | |||
LD50 (mittlere Dosis)
|
1700 mg/kg (Ratte, oral) | ||
| Sicherheitsdatenblatt (SDS) | JT Baker | ||
| Verwandte Verbindungen | |||
Verwandte Carbonsäuren
|
Hydroxybenzoesäuren Aminobenzoesäuren, Nitrobenzoesäuren, Phenylessigsäure | ||
Verwandte Verbindungen
|
Benzaldehyd, Benzylalkohol, Benzoylchlorid, Benzylamin, Benzamid | ||
Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
 verifizieren (was ist   ?)
Infobox Referenzen
| |||
Benzoesäure /bɛnˈzoʊ.ɪk/ ist ein weißer (oder farbloser) Feststoff mit der Formel C6H5CO2H. Sie ist die einfachste aromatische Carbonsäure. Der Name leitet sich von Benzoingummi ab, das lange Zeit ihre einzige Quelle war. Benzoesäure kommt in der Natur in vielen Pflanzen vor und dient als Zwischenprodukt bei der Biosynthese vieler Sekundärmetaboliten. Salze der Benzoesäure werden als Lebensmittelkonservierungsmittel verwendet. Benzoesäure ist ein wichtiges Ausgangsmaterial für die industrielle Synthese vieler anderer organischer Stoffe. Die Salze und Ester der Benzoesäure werden als Benzoate /ˈbɛnzoʊ.eɪt/ bezeichnet. ⓘ
Geschichte
Die Benzoesäure wurde im sechzehnten Jahrhundert entdeckt. Die trockene Destillation von Benzoingummi wurde zuerst von Nostradamus (1556), dann von Alexius Pedemontanus (1560) und Blaise de Vigenère (1596) beschrieben. ⓘ
Justus von Liebig und Friedrich Wöhler bestimmten die Zusammensetzung der Benzoesäure. Letztere untersuchten auch, wie Hippursäure mit Benzoesäure verwandt ist. ⓘ
1875 entdeckte Salkowski die antimykotischen Eigenschaften der Benzoesäure, die lange Zeit zur Konservierung von benzoathaltigen Moltebeerfrüchten verwendet wurde. ⓘ
Herstellung
Industrielle Zubereitungen
Benzoesäure wird kommerziell durch partielle Oxidation von Toluol mit Sauerstoff hergestellt. Der Prozess wird durch Kobalt- oder Mangannaphthenate katalysiert. Bei diesem Verfahren werden reichlich vorhandene Materialien verwendet, und es wird eine hohe Ausbeute erzielt.
Das erste industrielle Verfahren war die Reaktion von Benzotrichlorid (Trichlormethylbenzol) mit Calciumhydroxid in Wasser unter Verwendung von Eisen oder Eisensalzen als Katalysator. Das entstandene Calciumbenzoat wird mit Salzsäure in Benzoesäure umgewandelt. Das Produkt enthält erhebliche Mengen an chlorierten Benzoesäurederivaten. Aus diesem Grund wurde Benzoesäure für den menschlichen Verzehr durch trockene Destillation von Benzoingummi gewonnen. Benzoesäure in Lebensmittelqualität wird heute synthetisch hergestellt. ⓘ
Synthese im Labor
Da Benzoesäure billig und leicht erhältlich ist, wird die Laborsynthese von Benzoesäure hauptsächlich aus pädagogischen Gründen durchgeführt. Es handelt sich um ein gängiges Präparat für Studienanfänger. ⓘ
Benzoesäure kann durch Umkristallisation aus Wasser gereinigt werden, da sie in heißem Wasser gut und in kaltem Wasser schlecht löslich ist. Der Verzicht auf organische Lösungsmittel für die Umkristallisation macht diesen Versuch besonders sicher. Die Ausbeute bei diesem Verfahren beträgt in der Regel etwa 65 %. ⓘ
Durch Hydrolyse
Wie andere Nitrile und Amide können auch Benzonitril und Benzamid unter sauren oder basischen Bedingungen zu Benzoesäure oder ihrer konjugierten Base hydrolysiert werden. ⓘ
Aus Grignard-Reagenz
Brombenzol kann durch "Carboxylierung" des Zwischenprodukts Phenylmagnesiumbromid in Benzoesäure umgewandelt werden. Diese Synthese ist eine praktische Übung für Schüler zur Durchführung einer Grignard-Reaktion, einer wichtigen Klasse von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen bildenden Reaktionen in der organischen Chemie. ⓘ
Oxidation von Benzylverbindungen
Benzylalkohol und Benzylchlorid sowie praktisch alle Benzylderivate lassen sich leicht zu Benzoesäure oxidieren. ⓘ
Verwendungen
Benzoesäure wird hauptsächlich bei der Herstellung von Phenol durch oxidative Decarboxylierung bei 300-400 °C verbraucht:
- C6H5CO2H + 1/2 O2 → C6H5OH + CO2
Die erforderliche Temperatur kann durch Zugabe von katalytischen Mengen von Kupfer(II)-Salzen auf 200 °C gesenkt werden. Das Phenol kann in Cyclohexanol umgewandelt werden, das ein Ausgangsmaterial für die Nylonsynthese ist. ⓘ
Vorprodukt für Weichmacher
Benzoat-Weichmacher, wie die Glykol-, Diethylenglykol- und Triethylenglykolester, werden durch Umesterung von Benzoesäuremethylester mit dem entsprechenden Diol gewonnen. Diese Weichmacher, die in ähnlicher Weise wie die aus Terephthalsäureester gewonnenen verwendet werden, stellen Alternativen zu Phthalaten dar. ⓘ
Vorläufer von Natriumbenzoat und verwandten Konservierungsmitteln
Benzoesäure und ihre Salze werden unter den E-Nummern E210, E211, E212 und E213 als Lebensmittelkonservierungsmittel verwendet. Benzoesäure hemmt das Wachstum von Schimmel, Hefe und einigen Bakterien. Sie wird entweder direkt zugesetzt oder entsteht durch Reaktionen mit ihrem Natrium-, Kalium- oder Kalziumsalz. Der Mechanismus beginnt mit der Aufnahme von Benzoesäure in die Zelle. Wenn der intrazelluläre pH-Wert auf 5 oder darunter sinkt, wird die anaerobe Fermentation von Glukose durch Phosphofructokinase um 95 % verringert. Die Wirksamkeit von Benzoesäure und Benzoat hängt also vom pH-Wert des Lebensmittels ab. Saure Lebensmittel und Getränke wie Fruchtsaft (Zitronensäure), kohlensäurehaltige Getränke (Kohlensäure), Erfrischungsgetränke (Phosphorsäure), Essiggurken (Essig) oder andere gesäuerte Lebensmittel werden mit Benzoesäure und Benzoaten konserviert. ⓘ
Typische Konzentrationen von Benzoesäure als Konservierungsmittel in Lebensmitteln liegen zwischen 0,05 und 0,1 %. Die Lebensmittel, in denen Benzoesäure verwendet werden darf, und die Höchstwerte für ihre Verwendung werden durch die örtlichen Lebensmittelgesetze geregelt. ⓘ
Es wurde die Befürchtung geäußert, dass Benzoesäure und ihre Salze mit Ascorbinsäure (Vitamin C) in einigen Erfrischungsgetränken reagieren und dabei geringe Mengen des krebserregenden Benzols bilden könnten. ⓘ
Medizinisch
Benzoesäure ist ein Bestandteil von Whitfields Salbe, die zur Behandlung von Pilzerkrankungen der Haut wie Tinea, Ringelflechte und Fußpilz eingesetzt wird. Als Hauptbestandteil von Benzoingummi ist Benzoesäure auch ein Hauptbestandteil von Benzointinktur und Bruderbalsam. Diese Produkte werden schon seit langem als örtliche Antiseptika und abschwellende Inhalationsmittel verwendet. ⓘ
Benzoesäure wurde im frühen 20. Jahrhundert als schleimlösendes, schmerzstillendes und antiseptisches Mittel verwendet. ⓘ
Nischen- und Laboranwendungen
In Lehrlabors ist Benzoesäure ein gängiger Standard für die Kalibrierung eines Bombenkalorimeters. ⓘ
Biologie und gesundheitliche Auswirkungen
Benzoesäure und ihre Ester kommen in der Natur in vielen Pflanzen- und Tierarten vor. In den meisten Beeren sind nennenswerte Mengen enthalten (etwa 0,05 %). Die reifen Früchte mehrerer Vaccinium-Arten (z. B. Cranberry, V. vitis macrocarpon; Heidelbeere, V. myrtillus) enthalten bis zu 0,03-0,13 % freie Benzoesäure. Benzoesäure wird auch in Äpfeln nach einer Infektion mit dem Pilz Nectria galligena gebildet. Bei Tieren wurde Benzoesäure vor allem bei allesfressenden oder pflanzenfressenden Arten nachgewiesen, z. B. in Eingeweiden und Muskeln des Alpenschneehuhns (Lagopus muta) sowie in Drüsensekreten von männlichen Moschusochsen (Ovibos moschatus) oder asiatischen Elefantenbullen (Elephas maximus). Benzoeharz enthält bis zu 20% Benzoesäure und 40% Benzoesäureester. ⓘ
Was die Biosynthese betrifft, so wird Benzoat in Pflanzen aus Zimtsäure hergestellt. Es wurde ein Weg von Phenol über 4-Hydroxybenzoat identifiziert. ⓘ
Reaktionen
Die Reaktionen der Benzoesäure können entweder am aromatischen Ring oder an der Carboxylgruppe stattfinden. ⓘ
Aromatischer Ring
Elektrophile aromatische Substitutionsreaktionen finden aufgrund der elektronenziehenden Carboxylgruppe hauptsächlich in 3-Position statt, d. h. Benzoesäure ist meta-leitend. ⓘ
Carboxylgruppe
Die für Carbonsäuren typischen Reaktionen gelten auch für Benzoesäure. ⓘ
- Benzoatester sind das Produkt der säurekatalysierten Reaktion mit Alkoholen.
- Benzoesäureamide werden gewöhnlich aus Benzoylchlorid hergestellt.
- Die Dehydratisierung zu Benzoesäureanhydrid wird mit Essigsäureanhydrid oder Phosphorpentoxid eingeleitet.
- Hochreaktive Säurederivate wie Säurehalogenide lassen sich leicht durch Mischen mit Halogenierungsmitteln wie Phosphorchlorid oder Thionylchlorid herstellen.
- Orthoester können durch die Reaktion von Alkoholen unter sauren, wasserfreien Bedingungen mit Benzonitril erhalten werden.
- Die Reduktion zu Benzaldehyd und Benzylalkohol ist mit DIBAL-H, LiAlH4 oder Natriumborhydrid möglich.
- Die Decarboxylierung zu Benzol kann durch Erhitzen in Chinolin in Gegenwart von Kupfersalzen erfolgen. Die Hunsdiecker-Decarboxylierung kann durch Erhitzen des Silbersalzes erreicht werden.
Sicherheit und Metabolismus bei Säugetieren
Sie wird als Hippursäure ausgeschieden. Benzoesäure wird durch Butyrat-CoA-Ligase zu einem Zwischenprodukt, Benzoyl-CoA, metabolisiert, das dann durch Glycin-N-Acyltransferase zu Hippursäure metabolisiert wird. Der Mensch verstoffwechselt Toluol und Benzoesäure, die als Hippursäure ausgeschieden wird. ⓘ
Für den Menschen empfiehlt das Internationale Programm für Chemikaliensicherheit (IPCS) der Weltgesundheitsorganisation eine vorläufige tolerierbare Aufnahme von 5 mg/kg Körpergewicht pro Tag. Katzen haben eine deutlich geringere Toleranz gegenüber Benzoesäure und ihren Salzen als Ratten und Mäuse. Die tödliche Dosis für Katzen kann bis zu 300 mg/kg Körpergewicht betragen. Die orale LD50 für Ratten liegt bei 3040 mg/kg, für Mäuse bei 1940-2263 mg/kg. ⓘ
In Taipeh, Taiwan, ergab eine städtische Gesundheitsuntersuchung im Jahr 2010, dass 30 % der getrockneten und eingelegten Lebensmittel Benzoesäure enthielten. ⓘ
Etymologie
Die Benzoesäure wurde nach ihrem Ausgangsmaterial, dem Benzoeharz, benannt. Diese Bezeichnung wiederum ist malaysischen Ursprungs und hieß ursprünglich "lubân djawi" = Weihrauch von Java. Mit der gleichnamigen Droge wanderte der Name nach Westen, zunächst in den Mittelmeerraum. Aus dem Fortfall des Anlautes lu- wurde über banjawi, beijoim, belzui, schließlich benzoe. ⓘ
Vorkommen
Als ein Hauptbestandteil des Harzes Benzoe ist Benzoesäure in Weihrauch – vorwiegend im russisch-orthodoxen Raum – enthalten. Benzoe ist das Harz zweier Baumarten aus der Gruppe der Storaxbaumgewächse (Styracaceae), der „Siam-Benzoe“ (Styrax tonkinensis) und der „Sumatra-Benzoe“ (Styrax benzoin), die beide in Südostasien beheimatet sind. Daneben findet sich Benzoesäure auch in Früchten, zum Beispiel im Paradiesapfel Malus pumila, Preiselbeeren (bis 0,24 % Gehalt), Himbeeren, Heidelbeeren und Pflaumen (Gehalt 0,1–0,2 %) und im Wehrsekret verschiedener Schwimmkäfer der Gattung Dytiscus. Weiterhin kommt Benzoesäure auch in vielen Lebensmitteln wie Milch und Milchprodukten sowie in Honig vor. ⓘ
Verwendung
Benzoesäure wird bei der Herstellung von Benzoesäureestern gebraucht, die in der Parfümindustrie als Duftstoffe (wie Benzoesäureethylester) oder als Biozide (beispielsweise Benzoesäurebenzylester) Anwendung finden. Auch bestimmte Lokalanästhetika sind Ester der Benzoesäure. Außerdem wird Benzoesäure für Weichmacher, bei der Darstellung von Benzoylverbindungen, wie Benzoylchlorid und Dibenzoylperoxid, verwendet. ⓘ
In der Lebensmittelindustrie wird Benzoesäure (E 210) als Konservierungsmittel häufig in haltbaren Nahrungsmitteln eingesetzt, wie Ketchup, Senf und anderen Soßen, sowie Wurst, Margarine, Fischsalaten und vielen anderen Produkten, vor allem aber bei sauer eingelegten Lebensmitteln. Wegen besserer Löslichkeit ist eher die Verwendung der Salze üblich: Natriumbenzoat (E 211), Kaliumbenzoat (E 212), Calciumbenzoat (E 213). Außerdem ist Benzoesäure in der europäischen Union als Futtermittelzusatzstoff für Mastschweine zugelassen. ⓘ
Weiterhin wird Benzoesäure häufig als Konservierungsstoff in Tabakprodukten verwendet. Die deutsche und die Schweizer Tabakverordnung gestattet den Einsatz von Benzoesäure und Natriumbenzoat. ⓘ
Benzoesäure wird zur Behandlung von Hautpilzen eingesetzt und ist gemäß deutscher Kosmetik-Verordnung zur Konservierung von Kosmetika zugelassen. Die bakteriostatische und fungistatische Wirkung beruht auf dem Hemmeffekt gegenüber Enzymen, die reaktive Sauerstoffspezies abbauen (Katalase und Peroxidase), wodurch eine Wasserstoffperoxid-Ansammlung in den Zellen der Mikroorganismen erzeugt wird. Diese führt letztlich zu deren Absterben. ⓘ
In der Umweltbeobachtung werden Bodenfallen mit gesättigter Benzoesäurelösung gefüllt, um erfasste Lebewesen wie Insekten oder Schnecken zu töten und bis zur nächsten Leerung zu fixieren. ⓘ
Benzoesäure ist eine Urtitersubstanz nach Arzneibuch. ⓘ
Toxikologie
Benzoesäure ist ein lungenschädigender Stoff und kann asthmaartige Symptome hervorrufen. Er wirkt ätzend und kann schwere Augenschäden verursachen. Er wird auch im Zusammenhang mit Konzentrationsproblemen und Hyperaktivität bei Kindern diskutiert. Das BfR wies auf eine mögliche Bildung von geringen Mengen giftigen Benzols aus Benzoesäure in Verbindung mit Ascorbinsäure (Vitamin C) in Erfrischungs- und Fruchtsäften hin. ⓘ