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ácido benzoico

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El ácido benzoico ( / b ɛ n ˈ z oʊ . ɪ k / ) es un compuesto orgánico cristalino blanco o incoloro con la fórmula C 6 H 5 COOH , cuya estructura consiste en un anillo de benceno ( C 6 H 6 ) con un sustituyente carboxilo ( −C(=O)OH ) . El grupo benzoílo se abrevia a menudo como "Bz" (que no debe confundirse con "Bn", que se usa para bencilo ), por lo que el ácido benzoico también se denota como BzOH, ya que el grupo benzoílo tiene la fórmula − C 6 H 5 CO . Es el ácido carboxílico aromático más simple . El nombre deriva de la goma benzoína , que durante mucho tiempo fue su única fuente.

El ácido benzoico se encuentra de forma natural en muchas plantas [ 9 ] y actúa como intermediario en la biosíntesis de muchos metabolitos secundarios . Las sales de ácido benzoico se utilizan como conservantes de alimentos . El ácido benzoico es un precursor importante para la síntesis industrial de muchas otras sustancias orgánicas. Las sales y ésteres del ácido benzoico se conocen como benzoatos ( / ˈ b ɛ n z oʊ . eɪ t s / ).

Historia

El ácido benzoico fue descubierto en el siglo XVI. La destilación seca de la goma benjuí fue descrita por primera vez por Nostradamus (1556), y luego por Alexius Pedemontanus (1560) y Blaise de Vigenère (1596). [ 10 ]

Justus von Liebig y Friedrich Wöhler determinaron la composición del ácido benzoico. [ 11 ] Estos últimos también investigaron cómo el ácido hipúrico está relacionado con el ácido benzoico.

En 1875, Salkowski descubrió las propiedades antifúngicas del ácido benzoico, lo que explica la conservación de los frutos de mora ártica que contienen benzoato . [ 12 ] [ 13 ]

Producción

preparaciones industriales

El ácido benzoico se produce comercialmente mediante la oxidación parcial del tolueno con oxígeno :

Oxidación de tolueno

El proceso es catalizado por naftenatos de cobalto o manganeso . El proceso utiliza materiales abundantes y se lleva a cabo con alto rendimiento. [ 14 ]

El primer proceso industrial consistió en la reacción del tricloruro de benzoato (triclorometilbenceno) con hidróxido de calcio en agua, utilizando hierro o sales de hierro como catalizador . El benzoato de calcio resultante se convierte en ácido benzoico con ácido clorhídrico . El producto contiene cantidades significativas de derivados clorados del ácido benzoico. Por esta razón, el ácido benzoico para consumo humano se obtenía mediante destilación seca de la goma benjuí . Actualmente, el ácido benzoico de grado alimenticio se produce sintéticamente.

Síntesis de laboratorio

El ácido benzoico es económico y fácil de conseguir, por lo que su síntesis en laboratorio se practica principalmente por su valor pedagógico. Es una preparación común para estudiantes de pregrado.

El ácido benzoico se puede purificar mediante recristalización en agua debido a su alta solubilidad en agua caliente y baja solubilidad en agua fría. Evitar el uso de disolventes orgánicos para la recristalización hace que este experimento sea particularmente seguro. Este proceso suele dar un rendimiento de alrededor del 65 %. [ 15 ]

Por hidrólisis

Al igual que otros nitrilos y amidas , el benzonitrilo y la benzamida pueden hidrolizarse a ácido benzoico o a su base conjugada en condiciones ácidas o básicas.

A partir del reactivo de Grignard

El bromobenceno se puede convertir en ácido benzoico mediante la "carboxilación" del bromuro de fenilmagnesio intermedio . [ 16 ] Esta síntesis ofrece un ejercicio conveniente para que los estudiantes realicen una reacción de Grignard , una clase importante de reacción de formación de enlaces carbono-carbono en química orgánica. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]

Oxidación de compuestos bencílicos

El alcohol bencílico [ 22 ] y el cloruro de bencilo y prácticamente todos los derivados bencílicos se oxidan fácilmente a ácido benzoico.

Usos

El ácido benzoico se consume principalmente en la producción de fenol por descarboxilación oxidativa a 300–400  °C: [ 23 ]

C 6 H 5 CO 2 H + ½ O 2 → C 6 H 5 OH + CO 2

La temperatura requerida puede reducirse a 200  °C mediante la adición de cantidades catalíticas de sales de cobre(II). El fenol puede convertirse en ciclohexanol , que es una materia prima para la síntesis de nailon .

Precursor de los plastificantes

Los plastificantes de benzoato , como los ésteres de glicol, dietilenglicol y trietilenglicol, se obtienen por transesterificación del benzoato de metilo con el diol correspondiente . [ 23 ] Estos plastificantes, que se utilizan de forma similar a los derivados del éster del ácido tereftálico , representan alternativas a los ftalatos . [ 23 ]

El ácido benzoico y sus sales se utilizan como conservantes de alimentos , representados por los números E E210 , E211 , E212 y E213 . El ácido benzoico inhibe el crecimiento de moho , levadura [ 24 ] y algunas bacterias . Se añade directamente o se crea a partir de reacciones con su sal de sodio , potasio o calcio . El mecanismo comienza con la absorción del ácido benzoico en la célula. Si el pH intracelular cambia a 5 o menos, la fermentación anaeróbica de la glucosa a través de la fosfofructocinasa disminuye en un 95%. La eficacia del ácido benzoico y el benzoato depende, por lo tanto, del pH del alimento. [ 25 ] El ácido benzoico, los benzoatos y sus derivados se utilizan como conservantes para alimentos y bebidas ácidas como zumos de frutas cítricas ( ácido cítrico ), bebidas carbonatadas ( dióxido de carbono ), refrescos ( ácido fosfórico ), encurtidos ( vinagre ) y otros alimentos acidificados.

Las concentraciones típicas de ácido benzoico como conservante en alimentos oscilan entre el 0,05 y el 0,1 %. Los alimentos en los que se puede utilizar ácido benzoico y los niveles máximos permitidos están regulados por la legislación alimentaria local. [ 26 ] [ 27 ]

Se ha expresado preocupación de que el ácido benzoico y sus sales puedan reaccionar con el ácido ascórbico (vitamina C) en algunos refrescos, formando pequeñas cantidades de benceno cancerígeno . [ 28 ]

Medicinal

El ácido benzoico es un componente del ungüento de Whitfield , que se utiliza para el tratamiento de enfermedades cutáneas fúngicas como la tiña y el pie de atleta . [ 29 ] [ 30 ] Como componente principal de la goma de benjuí , el ácido benzoico también es un ingrediente importante tanto en la tintura de benjuí como en el bálsamo de Fray. Estos productos tienen una larga historia de uso como antisépticos tópicos y descongestionantes inhalados .

El ácido benzoico se utilizó como expectorante , analgésico y antiséptico a principios del siglo XX. [ 31 ]

Usos específicos y de laboratorio

En los laboratorios de enseñanza, el ácido benzoico es un estándar común para calibrar un calorímetro de bomba . [ 32 ]

Biología y efectos sobre la salud

El ácido benzoico se encuentra de forma natural, al igual que sus ésteres, en muchas especies de plantas y animales. Se hallan cantidades apreciables en la mayoría de las bayas (alrededor del 0,05%). Los frutos maduros de varias especies de Vaccinium (p. ej., arándano rojo , V. vitis macrocarpon ; mirtillus , V. myrtillus ) contienen hasta un 0,03-0,13% de ácido benzoico libre. El ácido benzoico también se forma en las manzanas tras la infección con el hongo Nectria galligena . Entre los animales, el ácido benzoico se ha identificado principalmente en especies omnívoras o fitófagas, p. ej., en las vísceras y músculos de la perdiz nival ( Lagopus muta ), así como en las secreciones glandulares de los bueyes almizcleros machos ( Ovibos moschatus ) o los elefantes asiáticos machos ( Elephas maximus ). [ 33 ] La goma benjuí contiene hasta un 20% de ácido benzoico y un 40% de ésteres de ácido benzoico. [ 34 ]

En términos de su biosíntesis , el benzoato se produce en las plantas a partir del ácido cinámico . [ 35 ] Se ha identificado una vía desde el fenol a través del 4-hidroxibenzoato . [ 36 ]

Reacciones

Las reacciones del ácido benzoico pueden ocurrir tanto en el anillo aromático como en el grupo carboxilo .

Anillo aromático

Reacciones del anillo aromático del ácido benzoico
Reacciones del anillo aromático del ácido benzoico

La reacción de sustitución aromática electrófila tendrá lugar principalmente en la posición 3 debido al grupo carboxilo atractor de electrones ; es decir, el ácido benzoico es meta- director . [ 37 ]

grupo carboxilo

Las reacciones típicas de los ácidos carboxílicos también se aplican al ácido benzoico. [ 23 ]

reacciones del grupo del ácido benzoico
reacciones del grupo del ácido benzoico

Seguridad y metabolismo de los mamíferos

Se excreta como ácido hipúrico . [ 38 ] El ácido benzoico es metabolizado por la butirato-CoA ligasa en un producto intermedio, benzoil-CoA , [ 39 ] que luego es metabolizado por la glicina N -aciltransferasa en ácido hipúrico. [ 40 ] Los humanos metabolizan el tolueno, que también se excreta como ácido hipúrico. [ 41 ]

Para los humanos, el Programa Internacional de Seguridad Química (IPCS) de la Organización Mundial de la Salud sugiere una ingesta tolerable provisional de 5 mg/kg de peso corporal por día. [ 33 ] Los gatos tienen una tolerancia significativamente menor al ácido benzoico y sus sales que las ratas y los ratones . La dosis letal para los gatos puede ser tan baja como 300 mg/kg de peso corporal. [ 42 ] La DL50 oral para ratas es de 3040 mg /kg, para ratones es de 1940–2263 mg/kg. [ 33 ]    

En Taipéi , Taiwán, una encuesta de salud de la ciudad en 2010 encontró que el 30% de los productos alimenticios secos y encurtidos tenían ácido benzoico. [ 43 ]

Véase también

Referencias

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