3-Hydroxybenzoesäure: Herstellung, Reaktionen und Verwendung

3-Hydroxybenzoic acid structure

3-Hydroxybenzoesäure ist eines von drei Isomeren der Hydroxybenzoesäure, die anderen beiden sind 2-Hydroxybenzoesäure und 4-Hydroxybenzoesäure. Sie ist auch als m-Hydroxybenzoesäure oder m-Salicylsäure bekannt. Es ist ein weißer, geruchloser Feststoff, der in Wasser und Ethanol löslich ist.

Inhaltsverzeichnis

Vorkommen von 3-Hydroxybenzoesäure in Pflanzen

3-Hydroxybenzoesäure ist ein Naturprodukt, das in verschiedenen Pflanzen vorkommt, wie zum Beispiel:

  • Vanille: Die Vanilleschote enthält etwa 2 % 3-Hydroxybenzoesäure, die zu ihrem charakteristischen Geschmack und Aroma beiträgt.
  • Himbeere: Die Himbeerfrucht enthält etwa 0,2 % 3-Hydroxybenzoesäure, was ihr einen säuerlichen Geschmack und eine rote Farbe verleiht.
  • Tee: Die Teeblätter enthalten etwa 0,1 % 3-Hydroxybenzoesäure, die als Antioxidans und Konservierungsmittel wirkt.

1. Physikalische Eigenschaften von 3-Hydroxybenzoesäure

3-Hydroxybenzoesäure ist ein nicht brennbarer Feststoff. Es ist ein hygroskopischer und nichtflüchtiger Feststoff, der relativ stabil ist, sich jedoch zersetzen kann, wenn es über seinen Schmelzpunkt erhitzt wird. 3-Hydroxybenzoesäure ist in unpolaren Lösungsmitteln wie Hexan und Chloroform unlöslich.

Einige der physikalischen Eigenschaften von 3-Hydroxybenzoesäure sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Eigenschaft Wert
Summenformel C7H6O3
Molekulargewicht 138,12 g/mol
Aussehen Weiße Nadeln (bei Kristallisation aus Wasser) oder rhombische Prismen (bei Kristallisation aus Alkohol)
Schmelzpunkt 203 °C
Siedepunkt 297 °C
Dichte 1,473 g/cm³ bei 25°C
Dissoziationskonstanten K1 = 8,71 × 10⁻⁵ und K2 = 1,18 × 10⁻¹⁰ bei 19 °C
Löslichkeit 6,11 g in 100 g Wasser bei 69 °C
39,6 g in 100 g 98 %igem Ethanol bei 65 °C
20,7 g in 100 g n-Butanol bei 36,5°C

2. Chemische Reaktionen von 3-Hydroxybenzoesäure

3-Hydroxybenzoesäure ist bei hohen Temperaturen stabil und bleibt selbst bei 300 °C unverändert. Dies ist eine einzigartige Eigenschaft, die ihre Gegenstücke, die 2- und 4-Hydroxybenzoesäuren, nicht haben.

Wenn 3-Hydroxybenzoesäure elektrophilen Substitutionsreaktionen wie Nitrierung, Halogenierung oder Sulfonierung unterliegt, finden die Reaktionen hauptsächlich an den ortho- oder para-Positionen relativ zur Hydroxylgruppe statt.

Beispielsweise entsteht bei der Nitrierung von 3-Hydroxybenzoesäure mit 62 %iger wässriger Salpetersäure als Hauptprodukt 2-Nitro-3-hydroxybenzoesäure sowie kleinere Mengen an 4-Nitro- und 6-Nitro-3-hydroxybenzoesäure.

Durch die Veresterung von 3-Hydroxybenzoesäure entstehen verschiedene Ester, darunter Methyl-3-hydroxybenzoat, Ethyl-3-hydroxybenzoat und Propyl-3-hydroxybenzoat. Diese Ester werden als Konservierungsmittel, Duftstoffe und Geschmacksstoffe verwendet.

3-Hydroxybenzoesäure kann zu einer Vielzahl von Amiden amidiert werden, darunter 3-Hydroxybenzamid und 3-Hydroxy-N-methylbenzamid. Diese Amide werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, unter anderem als Pharmazeutika, Farbstoffe und Pigmente. Es kann zu 3-Hydroxybenzylalkohol reduziert werden.

Bei der Reaktion mit Phosphorpentachlorid entsteht 3-Hydroxybenzoylchlorid. Dieses Acylchlorid wird bei der Synthese verschiedener Ester, Amide und anderer Derivate verwendet. Es reagiert auch mit Natriumhydroxid unter Bildung von Natrium-3-hydroxybenzoat.

3. Herstellung von 3-Hydroxybenzoesäure

3-Hydroxybenzoesäure kann auf verschiedene Arten hergestellt werden:

3.1. Alkalifusion von Natrium-3-sulfobenzoat

Eines der gebräuchlichsten Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxybenzoesäure ist die Alkalifusion von Natrium-3-sulfobenzoat, das mit Alkali bei 210–220 °C geschmolzen wird. Die resultierende rohe 3-Hydroxybenzoesäure wird nach Ansäuern ausgefällt und durch Umkristallisation aus Wasser mit Aktivkohle gereinigt. Dabei entsteht 3-Hydroxybenzoesäure mit einer Reinheit von etwa 90 %.

Production of 3-hydroxybenzoic acid by Alkali fusion of sodium 3-sulfobenzoate

3.2. Reduktion von 3-Nitrobenzoesäureestern

3-Nitrobenzoesäureester werden katalytisch zu Aminobenzoesäureestern hydriert und anschließend diazotiert. Das Diazoniumprodukt wird dann mehrere Stunden lang bei 100 °C mit 3-Nitrobenzoesäure mit Wasser und Schwefelsäure behandelt, gefolgt von Neutralisierung und Filtration. Bei dieser Methode entsteht 3-Hydroxybenzoesäure mit einer Reinheit von etwa 95 %.

Production of 3-hydroxybenzoic acid by Reduction of 3-nitrobenzoic acid esters

3.3. Oxidation von 3-Methylphenol oder 3-Hydroxybenzaldehyd

3-Hydroxybenzaldehyd wird oxidiert, indem Luft durch eine heiße wässrige Natriumhydroxidsuspension geblasen wird, um 3-Hydroxybenzoesäure zu erzeugen.

Eine andere Methode ist die Oxidation von 3-Methylphenol mit Kaliumpermanganat in alkalischer Lösung, gefolgt von Ansäuern und Umkristallisieren, was 3-Hydroxybenzoesäure mit einer Reinheit von etwa 85 % ergibt.

Production of 3-hydroxybenzoic acid by Oxidation of 3-methylphenol or 3-hydroxybenzaldehyde

3.4. Biosynthese

3-Hydroxybenzoesäure kann auch biosynthetisch durch Fermentation von Mikroorganismen wie Escherichia coli und Bacillus subtilis hergestellt werden. Diese Mikroorganismen wurden gentechnisch verändert, um 3-HBA aus Glucose, Glycerin oder 3-Chlorbenzoesäure zu produzieren.

Die durch Fermentation entstehende 3-Hydroxybenzoesäure kann dann gereinigt und gewonnen werden.

4. Verwendung von 3-Hydroxybenzoesäure

3-Hydroxybenzoesäure findet aufgrund ihrer vielseitigen Eigenschaften vielfältige Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Branchen:

  1. Pharmazeutika und Pestizide: 3-Hydroxybenzoesäure ist ein wichtiger Baustein bei der Synthese vieler Pharmazeutika und Pestizide.
  2. Augenheilkunde: 3-Hydroxybenzoesäureester werden zur Pupillenerweiterung bei ophthalmologischen Eingriffen und Untersuchungen eingesetzt.
  3. Verdauung: Natrium-3-hydroxybenzoat ist ein cholepoetisches Mittel, das heißt, es hilft bei der Produktion und dem Fluss von Galle, die für die Verdauung unerlässlich ist.
  4. Lebensmittelkonservierung: Ester und Metallsalze der 3-Hydroxybenzoesäure haben keimtötende und konservierende Eigenschaften, wodurch sie zur Verlängerung der Haltbarkeit von Lebensmitteln nützlich sind.
  5. Kunststoffe: Von 3-Hydroxybenzoesäure abgeleitete Etherester können als Weichmacher für Vinyl- und Zelluloseharze verwendet werden, wodurch diese flexibler und verarbeitbarer werden.
  6. Kosmetik: Ester der 3-Hydroxybenzoesäure werden in Kosmetika als Konservierungsmittel und UV-Absorber verwendet.
  7. Körperpflegeprodukte: 3-Hydroxybenzoesäure und ihre Derivate werden in Körperpflegeprodukten wie Zahnpasta, Mundwasser und Deodorant verwendet.
  8. 3-Hydroxybenzoesäure wird in der Textilindustrie als Farbstoffzwischenprodukt verwendet.
  9. Analytische Chemie: 3-Hydroxybenzoesäure wird in der analytischen Chemie als Reagenz zum Nachweis von Metallen und anderen Ionen verwendet.

3-Hydroxybenzoesäure wird auch auf ihren möglichen Einsatz bei der Behandlung verschiedener Krankheiten untersucht, darunter Krebs, Alzheimer und Parkinson.

5. Toxikologie von 3-Hydroxybenzoesäure

3-Hydroxybenzoesäure ist eine relativ sichere Chemikalie.

  • LD50 (Ratte, i.p.) = 3700 mg/kg
  • LD50 (Maus, oral) = 2 g/kg
  • TDLo (Ratte, s.c., 11 Tage trächtig) = 400 mg/kg
  • Einstufung: Arzneimittel, teratogen
  • Gesundheitsschädlich beim Verschlucken
  • Verursacht Hautreizungen
  • Verursacht schwere Augenreizung
  • Kann Reizungen der Atemwege verursachen
  • Toxizität gegenüber Algen: Wachstumshemmung EC50 (Scenedesmus quadricauda) > 10 mg/L – 13 Tage

Verweise