Свойства эфиров бензойной кислоты

Бензойная кислота

Бензойная кислота — органическое соединение, самая ароматическая одноосновная карбоновая кислота состава С 6 Н 5 СООН. При обычных условиях кислота представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в эфире, спиртах, хлороформе, мало растворимыми в воде. Кислота образует ряд солей — бензоат.

Срок бензойная кислота соединения происходит от названия бензойной смолы, которую выделяли из деревьев стиракс в Юго-Восточной Азии. Впервые кислота была выделена в чистом виде и описана французским алхимиком Блезом где Виженер в 16 веке — путем дистилляции бензоина. В 1832 году Фридрих Велер и Либих синтезировали бензойную кислоту с бензальдегида и установили ее формулу.

Бензойная кислота и ее производные широко распространены в природе. Так, смола бензоин содержит 12-18% бензойной кислоты, а также значительное количество ее эфиров. Также эти соединения содержатся в коре, листьях, плодах вишни и чернослива.

Физические свойства

Бензойная кислота являются прозрачными, игловидными кристаллами. Имеет температуру кипения 249,2 ° C, но кристаллы могут сублимироваться уже при 100 ° C.

Кислота слабо растворяется в воде, и хорошо — в органических растворителях.

Растворимость бензойной кислоты в органических растворителях при 25 ° C, г / 100 г

Промышленный метод

Почти вся получаемая в промышленных масштабах бензойная кислота синтезируется путем каталитического окисления толуола:

Ее разработали на немецком предприятии IG Farbenindustrie в годы Второй мировой войны. Реакцию проводят при следующих условиях:

• давление в реакторе — 200-700 кПа (~ 2-7 атм)
• температура в реакторе — 136-160 ° C
• концентрация катализатора — 25-1000 мг / кг
• концентрация продукта — 10-60%

К исходному сырью предъявляются требования высокой чистоты — примеси серы, азота, фенолов и олефинов могут замедлять ход окисления. Катализатором зачастую являются соли кобальта: нафтенат, ацетат, октоат.

В качестве сокатализатор также применяются добавки марганца, однако в таком случае равновесие реакции будет нарушена и станет значительным образования побочного продукта — бензальдегида.

Использование бромидов (например, бромид кобальта) позволяет существенно увеличить эффективность окислительных процессов в системе, но такие добавки вызывают высокую коррозионную действие и требуют установки дорогостоящего оборудования из титана.

Степень превращения толуола составляет 50%, из которых 80% являются бензойной кислотой.

Ежегодный объем производства бензойной кислоты составляет 750 тыс. Тонн.

Лабораторные методы

При обработке бензальдегида водно-спиртовым раствором щелочи (например, 50% KOH), он диспропорционирует с образованием бензойной кислоты и бензилового спирта:

Бензойную кислоту можно получить карбоксилирования магний- или литийорганичних соединений, например, фенилвмисного реактива Гриньяра C 6 H 5 MgBr (в эфире):

Кислота образуется при гидролизе бензоилхлорида:

Другим методом является синтез кислоты с бензола — путем ацилирования его фосгеном в присутствии хлорида алюминия (реакция Фриделя — Крафтса):

Химические свойства

Бензойная кислота проявляет все свойства карбоновых кислот: образование эфиров при взаимодействии со спиртами, образования амидов и тому подобное.

Бензойная кислота устойчива к действию многих окислителей: воздух, перманганат, гипохлоритов. Однако, при нагревании свыше 220 ° C она взаимодействует с солями меди (II), образуя фенол и его производные. В результате взаимодействия кислоты с аммиаком образуется анилин.

Нагрев бензойную кислоту до 370 ° C в присутствии катализатора (медный или кадмиевый порошки), происходит декарбоксилирование, что ведет к бензола на незначительных количеств фенола.

При участии катализатора оксида циркония бензойную кислота может гидруватися к бензальдегида с количественным выходом. А гидрирования в присутствии благородных металлов ведет к образованию циклогексанкарбоновои кислоты (гексагидробензойнои).

Хлорирование соединения дает продуктом преимущественно 3-хлоробензойну кислоту. Нитрования и сульфирования происходит аналогично по третьему положением.

Токсичность

Бензойная кислота является веществом средней токсичности. Ежедневные дозы кислоты до 5-10 мг / кг не имеют влияния на здоровье.

Вещество может подразюваты слизистые оболочки человека, поэтому при работе с кислотой необходимо пользоваться для защиты органов дыхания.

Применение

Основная часть получаемой бензойной кислоты применяется в производстве капролактама и вискозы; некоторые предприятия, синтезирующих данные речовны имеют собственные мощности для получения бензойной кислоты.

Также значительным является использование кислоты в производстве ее солей — бензоат: бензоата калия, натрия, кальция и тому подобное.

Данные соединения нашли широкое применение в качестве пищевых и косметических консервантов, ингибиторов коррозии.

С 1909 бензойную кислоту разрешено использовать в продуктах питания, где она выполняет функции консерванта в концентрации не более 0,1%. В реестре пищевых добавок Европейского Союза бензойная кислота имеет код E210.

Бензойная кислота является сырьем для производства красителей, например, анилинового синего и некоторых антрахиноновых красителей.

Также незначительным является применение бензойной кислоты в медицине: кислота используется в изготовлении противомикробным и фунгицидным препаратов.

Ароматические карбоновые кислоты

Ароматические карбоновые кислоты — класс органических соединений, производных ароматических углеводородов, у которых функциональной группой является карбоксильная группа — $COOH$, непосредственно связанная с углеродным атомом бензольного ядра.

Рисунок 1. Бензойная кислота (бензолкарбоновая кислота). Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 2. Салициловая кислота (2-гидроксибензойная). Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 3. Фталевая кислота (бензол — 1,2-дикарбоновая). Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В отличие от ароматических карбоновых кислоты, в жирноароматических кислотах карбоксильные группы отделены от ароматического ядра углеводородной цепью.

Рисунок 4. Фенилуксусная кислота. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

По количеству карбоксильных групп ароматические кислоты на одноосновные, двух- и более основные.

По номенклатуре ароматические кислоты, в которых карбоксильная группа связана с ароматическим ядром непосредственно, называют как производные от ароматических углеводородов.

Для многих кислот приняты тривиальные названия.

Физические свойства

Ароматические монокарбоновые кислоты — кристаллические бесцветные вещества; плавятся при температуре более 100$\circ$С. Кислоты, имеющие заместители в пара-положении, имеют значительно более высокие температуры плавления, чем их изомеры.

По сравнению с алифатическими кислотами, ароматические карбоновые кислоты с таким же числом атомов углерода, кипят при более высоких температурах.

Эти соединения плохо растворимы в воде, лучше растворяются в при нагревании и в некоторых органических растворителях. Например, бензойная кислота в холодной воде растворима 1:400, в кипящей воде — 1:25), также (1:25) растворима в спирте.

Низшие монокарбоновые ароматические кислоты подвергаются перегонке с водяным паром.

Химические свойства

Функциональной группой является карбоксильная, поэтому ароматические кислоты проявляют все химические свойства, характерные для карбоновых кислот.

1. Кислотно-основные свойства ароматических кислот (например, бензойной, салициловой, ацетилсалициловой) более выражены свойствами по сравнению с алифатическими карбоновыми кислотами, что обусловлено влиянием ароматического ядра.

   В реакциях с основаниями образуются соответствующие соли:

   Рисунок 5. Бензоат натрия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

   При взаимодействии раствора бензоата натрия с соляной кислотой вновь образуется бензойная кислота:

   Бензоат натрия при сплавлении с гидроксидом натрия дает бензол и карбонат натрия:

   Рисунок 6. Бензол и карбоенат натрия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

   Салициловая кислота, имеющая в бензольном кольце гидроксил, проявляет более сильные кислотные свойства по сравнению с бензойной ($рКа$ = 2,98 у салициловой и 4,19 у бензойной). Это объясняется стабилизацией карбоксилат-аниона при образовании внутримолекулярной водородной связи:

   Салициловая кислота взаимодействует с щелочами и солями слабых кислот:

   Рисунок 8. Салицилат натрия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

2. Образование сложных эфиров при взаимодействии со спиртами

   Рисунок 10. Этилбензоат (этиловый эфир бензойной кислоты). Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

   Рисунок 11. Метилсалицилат. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

3. Декарбоксилирование при сильном нагревании в присуствии катализаторов (медь):

Распространение в природе и применение

Ароматические карбоновые кислоты и их производные имеют широкое распространение. Например, бензойная кислота и ее соединения встречаются в природных смолах и бальзамах, производные гидроксибензойных кислот входят в состав дубильных веществ. Эфиры ароматических кислот входят в состав эфирных масел (например, антраниловой и салициловой).

Производные ароматических карбоновых кислот используются как лекарственные препараты.

Бензойная и салициловая кислота используются наружно как антисептик и дезинфицирующее средство. Бензоат натрия обладает бактерицидным, бактериостатическим действием, используется при заболеваниях верхних дыхательных путей; в небольших количествах используется при консервировании.

Ацетилсалициловая кислота (аспирин) — противовоспалительное, жаропонижающее, болеутоляющее средство, антиагрегант.

Влияние на здоровье

При попадании в организм бензойная кислота реагирует с белковыми молекулами, превращаясь в N – бензоилглицин (гиппуровую кислоту). После трансформации соединение выводится с мочой.

Данный процесс «нагружает» выделительную систему человека, поэтому во избежание нанесения вреда здоровью, законодательством каждого государства установлена допустимая норма применения кислоты при изготовлении продуктов питания.

Сегодня разрешается использовать до пяти миллиграмм вещества на килограмм готовой продукции. Превышение допустимого показателя преследуется законом и накладывает запрет на продажу таких изделий.

Вред бензойной кислоты заключается не только в увеличении нагрузки на почки. Она является «прародителем» опасного канцерогенного вещества: с нее может образовываться бензол в чистом виде, который провоцирует рост злокачественных новообразований. Для превращения кислоты в яд нужна очень высокая температура.

Выделение бензола в организме человека из бензойного соединения невозможно. Однако, нагревать не предназначенные для этого консервированные продукты, а затем их есть, не рекомендуется, поскольку это может привести к пищевому отравлению.

Помните, консервант Е210 даже в мизерном количестве (до 0,01 миллиграмма) губительно влияет на домашних питомцев: подрывает здоровье, ухудшает самочувствие. Поэтому прежде, чем кормить любимца убедитесь, что в состав продукта не входит бензойная кислота, иначе последствия могут быть крайне трагичными.

Активность соединения падает в присутствии глицерина, белков, неионных ПАВ. При попадании на поверхность кожи вызывает покраснение и раздражение, вдыхании аэрозоля – тошноту, рвоту, судорожный кашель, насморк. Поэтому при работе с веществом и его солями используйте индивидуальные средства защиты (резиновые перчатки, спецодежду, противопылевые респираторы), соблюдайте меры личной гигиены.

Одновременный прием продуктов, богатых на аскорбиновую и бензойную кислоты приводит к образованию токсичного свободного бензола. Поэтому минимальный перерыв между приемами таких изделий (безалкогольных напитков и цитрусовых) составляет два часа.

Избыток и недостаток

Допустимая суточная норма потребления бензойной кислоты для взрослого человека без ущерба для здоровья определяется исходя из расчета: 5 миллиграмм органического вещества на килограмм массы тела.

Передозировка бензойной кислотой ухудшает работу печени, почек, легких, вызывает проблемы с психикой. У человека наблюдаются признаки астмы, аллергическая реакция (отек, высыпания), нарушается работа щитовидной железы.

Дефицит кислоты в организме вызывает расстройство пищеварительного тракта, головные боли, депрессию. У человека нарушается обмен веществ, возникает слабость, раздражительность, волосы становятся ломкими. В результате длительной нехватки «природного консерванта» наступает анемия.

Потребность организма в соединении снижается при низком уровне свертываемости крови, в состоянии покоя, при патологиях щитовидной железы и увеличивается при аллергии, загущении крови, инфекционных заболеваниях.

Интересно, что бензойная кислота (в пределах нормы) улучшает выработку молока у кормящих женщин.

Соли бензойной кислоты

Рассмотрим какие бывают бензоатами, их свойства и применение:

1. Бензоат аммония. Представляет собой неорганическое соединение бензойной кислоты и соли аммония. Не имеет цвета, хорошо растворяется в этаноле, воде. Структурная формула – NH4(C6H5COO). Используется как антисептик (предупреждает процессы разложения на поверхности открытых ран), консервант в пищевой промышленности для увеличения срока годности продуктов, стабилизатора при изготовлении клеев, латексов и ингибитора коррозии.
2. Бензоат лития. Это белая кристаллическая соль лития и бензойной кислоты. Химическая формула соединения – C6H5 – COOLi. Имеет сладковатый вкус, без запаха, растворяется в воде. Используется в фармакологии как нормотимическое средство для нормализации психического состояния. Оказывает антиманиакальное, седативное, антидепрессивное действие. Данный эффект обусловлен тем, что ионы лития вытесняют из клеток ионы натрия, снижая биоэлектрическую активность нейронов мозга. В результате падает уровень серотонина в тканях, концентрация норэпинефрина, повышается чувствительность нейронов гиппокампа к действию допамина. В терапевтических концентрациях снижает концентрацию нейронального инозита и блокирует активность инозил –1–фосфатазы.
3. Бензоат натрия. Выступает пищевой добавкой, зафиксирована под кодом Е211, относится к группе консервантов. Структурная формула – C6H5COONa. Натриевая соль бензойной кислоты имеет характерный неярко выраженный запах бензальдегида, белый цвет. Консервант угнетает рост плесневых грибов, включая афлатоксинообразующие, дрожжей и снижает активность ферментов, расщепляющих крахмал, триглицериды.

В натуральных продуктах бензоат натрия содержится в яблоках, горчице, изюме, клюкве, корице. Применяется для консервирования плодово-ягодных, рыбных, мясных изделий, сладких газированных напитков. Входит в состав отхаркивающих средств, косметической продукции.

Помните, бензоат натрия может нарушать область ДНК в митохондриях и вызывать нейродегенеративные заболевания, болезнь Паркинсона, цирроз печени. Поэтому применение добавки Е211, из-за небезопасности для здоровья человека, в последние годы стремительно сокращается.

Таким образом, бензойная кислота и ее соли – органические добавки, используемые в пищевой, фармакологической, авиационной промышленностях и косметологии в качестве консерванта.

Для сохранения здоровья употреблять продукты, содержащие Е210 нужно в умеренном количестве. Безопасная доза составляет 5 миллиграмм вещества на килограмм веса.

Иначе перенасыщение организма бензойной кислотой может вызвать аллергические реакции, поражение нервной системы.

Этиловый эфир бензойной кислоты. Формула соединения и его названия. Основание выбора схемы синтеза соединения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА

КАФЕДРА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ХИМИИ НЕФТИ

по синтетическим методам органической химии

на тему:

«Этиловый эфир бензойной кислоты»

Выполнил: студент группы ХТ-06-3

Проверил: преподаватель

МОСКВА 2008 г.

1. Введение. 3

2.Теоретическая часть. 3

2.1. Формула соединения и его названия. 3

2.2. Физические свойства соединения. 3

2.3. Химические свойства соединения. 4

2.4. Применение соединения. 6

2.5. Методы получения этилбензоата. 6

2.6. Основание выбора схемы синтеза соединения. 7

3. Экспериментальная часть. 8

3.1. Расчет количеств исходных веществ по второй стадии. 8

3.1.1. Уравнение основной и побочной реакции. 8

3.1.2. Расчет и таблица характеристик и количеств исходных реагентов и продуктов реакции. 8

3.1.3. Описание синтеза 9

3.1.4 Константы полученного соединения. 10

3.2. Расчет количеств исходных веществ по первой стадии. 10

3.2.1. Уравнение основной и побочной реакции. 10

3.2.2. Расчет и таблица характеристик и количеств исходных реагентов и продуктов реакции. 10

3.2.3. Описание синтеза 11

3.2.5. Схема установки. 13

4. Вывод. 14

5. Используемая литература. 15

1. Введение

По окончанию лабораторного практикума по органической химии проводится литературный анализ. Целью литературного анализа является нахождение литературы по данному веществу, проведение синтеза вещества и анализ полученных результатов.

Целью нашего синтеза является получение этилового эфира бензойной кислоты (6 г). Синтез проводится в две стадии (получение бензойной кислоты – первая стадия, получение этилового эфира бензойной кислоты – вторая стадия).

2.1. Формула соединения и его названия

Этиловый эфир бензойной кислоты (этилбензоат)

2.2. Физические свойства соединения

1. Бесцветная жидкость;
2. Хорошо растворим в этаноле, диэтиловом эфире, плохо растворим в воде, бензоле;
3. Температура плавления -35°С;
4. Температура кипения  213°С;
5. Плотность d415 1,0509;
6. Показатель преломления ηD15 1,5080;
7. Обладает характерным запахом (запах иланг-илангового масла);

2.3. Химические свойства соединения

Эфиры – нейтральные и малоактивные соединения. Разбавленные кислоты, щелочи, металлический натрий и PCl5 на холоду на них не действует. [3]

I. Реакции с участием эфирного кислорода:

1.1. Образование оксониевых соединений. Эфиры присоединяют кислоты к кислороду эфира за счет его неподеленных электронов:

Образующиеся комплексные соли напоминают соли аммония. Оксониевые соли эфиров – обычные промежуточные продукты в их реакциях в присутствии кислот. [3]

1.2. Образование  комплексных солей с различными солями:

[4]

II. Реакции сопровождающиеся гомолизом α- С-Н связи:

2.1. Взаимодействие с хлором:

[4]

2.2. Взаимодействие с нитрилами:

[4]

2.3. Взаимодействие с магний органическими соединениями:

[4]

2.4. Образование гидроперекиси:

[4]

III. Реакции расщепления по эфирному кислороду:

3.1. Металлический натрий при нагревании  расщепляет эфиры:

3.2. Ацидолиз. Концентрированные кислоты (серная, йодистоводородная), а также некоторые другие реагенты (хлорное железо в уксусном ангидриде, ацетилтозилаты) расщепляют эфиры по механизму SN1 или SN2:

[3]

2.4. Применение соединения

Этилбензоат применяют в парфюмерии. Используют как растворитель эфиров целлюлозы. В медицине его употребляют для усиления сердечной деятельности. [4]

В бензойную кислоту получают из бензилового спирта и концентрированной НNO3,

по реакции:

Вторая стадия отличается только способами провидения аппаративного оформления этерификации бензойной кислоты этиловым спиртом.

2.6. Основание выбора схемы синтеза соединения

Из приведенных методик наиболее оптимальна вторая. [2]

1)  С учетом ограниченности времени, эта методика меньше времени занимает при ее проведении. 

2)  В лаборатории имеются все необходимые реактивы и приборы для проведения данной методики.

3.1. Расчет количеств исходных веществ по второй стадии

3.1.1. Уравнение основной и побочной реакции.

Уравнение основной реакции

Уравнение побочной реакции

2C2H5ОН ↔ C2H5ОC2H5 + H2O

3.1.2. Расчет и таблица характеристик и количеств исходных реагентов и продуктов реакции

А. Расчет по уравнению реакции (для получения 6 г этилбензоата):

6 г этилбензоата соответствует количество вещества:

1) По уравнению: υ(C6H5-COOC2H5) : υ(C6H5-COOH) = 1 : 1

По условию: υ(C6H5-COOC2H5) : υ(C6H5-COOH) =  : X

ð  υ(C6H5-COOH) = 0,04 моль; 

m(C6H5-COOH) =

2) По уравнению: υ(C6H5-COOC2H5) : υ(C2H5-OH) = 1 : 1

По условию: υ(C6H5-COOC2H5) : υ(C2H5-OH) =  : X

ð   υ(C2H5-OH) = 0, 04 моль;

m(C2H5-OH) =  = 1,84 г

Б. Расчет количеств веществ по практикуму:

В практикуме Агрономова для получения 10 г этилбензоата используется 10 г бензойной кислоты, 26 г (33мл) этилового спирта, 1  мл H2SO4 (d=1,84):

Для синтеза 6 г этилбензоата требуется бензойной кислоты:

10 г ~ 10 г

                                                                         => х = 6 г

6 г ~ х г

Для синтеза 6 г этилбензоата требуется этилового спирта: