Ácido 4-Hidroxibenzoico: Reacciones, Producción y Usos

4-hydroxybenzoic acid structure

El ácido 4-hidroxibenzoico, también conocido como ácido para-hidroxibenzoico, es un ácido orgánico aromático con la fórmula química C7H6O3. Es un sólido blanco o incoloro que es soluble en agua, etanol y otros disolventes polares.

El ácido 4-hidroxibenzoico se encuentra naturalmente en algunas plantas y frutas, como las bayas, las manzanas y las ciruelas. También se produce sintéticamente para su uso en una variedad de aplicaciones industriales y comerciales.

Table of Contents

1. Propiedades físicas del ácido 4-hidroxibenzoico

Las propiedades físicas del ácido 4-hidroxibenzoico se resumen en la siguiente tabla:

Propiedades físicas del ácido 4-hidroxibenzoico
Propiedad Valor
Fórmula química C7H6O3
Masa molar 138,12 g/mol
Apariencia física Polvo cristalino granular blanco
Punto de fusión 216,3 °C
Punto de ebullición 298°C
Densidad 1,497 g/cm³ a 20 °C
Constantes de disociación K1 = 3,3 × 10⁻⁵, K2 = 4,8 × 10⁻¹⁰ a 19 °C
Solubilidad en agua 0,49 g en 100 g de solución a 20 °C y 33,5 g en 100 g de solución a 100 °C
Solubilidad en etanol al 99% 38,75 g a 67 °C
Solubilidad en n-butanol 19,5 g a 32,5 °C
Solubilidad en cloroformo Escasamente soluble

2. Reacciones químicas del ácido 4-hidroxibenzoico

El ácido 4-hidroxibenzoico es un ácido orgánico versátil que puede sufrir una variedad de reacciones químicas. Debido a su presencia de un grupo hidroxilo (-OH) y carboxilo (-COOH), puede participar en reacciones que involucran tanto el anillo aromático como los grupos funcionales.

El ácido 4-hidroxibenzoico se descarboxila a temperaturas superiores a 200 °C, formando fenol y dióxido de carbono.

Decarboxylation of 4-hydroxybenzoic acid to phenol

También es susceptible a reacciones de sustitución electrófila, como nitración, sulfonación o halogenación, que ocurren principalmente en la posición orto con respecto al grupo hidroxilo.

Curiosamente, no presenta una reacción de color con el cloruro de hierro (III), sino que forma un precipitado amarillo.

Una de las reacciones químicas más comunes del ácido 4-hidroxibenzoico es la esterificación. En esta reacción, el ácido 4-hidroxibenzoico se hace reaccionar con un alcohol en presencia de un catalizador ácido para formar un éster de 4-hidroxibenzoato. Los ésteres de 4-hidroxibenzoato se utilizan habitualmente como conservantes en alimentos, cosméticos y productos farmacéuticos.

Por ejemplo, la reacción del ácido 4-hidroxibenzoico con metanol en presencia de ácido sulfúrico produce el éster 4-hidroxibenzoato de metilo (metilparabeno):

Esterification of 4-hydroxybenzoic acid

El ácido 4-hidroxibenzoico también puede sufrir la formación de sales cuando reacciona con una base para formar una sal de 4-hidroxibenzoato.

3. Producción de ácido 4-hidroxibenzoico

El ácido 4-hidroxibenzoico se produce sintéticamente a partir de fenol y dióxido de carbono, o biosintéticamente a partir de materias primas renovables como la glucosa y la L-tirosina.

Existen cinco métodos principales para producir ácido 4-hidroxibenzoico:

3.1. Carboxilación de fenolato de potasio

Este método implica hacer reaccionar fenolato de potasio con dióxido de carbono a alta temperatura y presión para producir ácido 4-hidroxibenzoico, en parte en forma de sal dipotásica. El rendimiento es del 80% y la conversión de fenolato es de aproximadamente el 60%.

production of 4-hydroxybenzoic acid by Carboxylation of Potassium Phenolate

3.2. Isomerización del salicilato de dipotasio

Este método implica calentar salicilato de dipotasio bajo una presión de dióxido de carbono ligeramente elevada para convertirlo en ácido 4-hidroxibenzoico. Este método es más eficiente energéticamente que el método de carboxilación del fenolato de potasio, pero produce un menor rendimiento de ácido 4-hidroxibenzoico.

3.3. Oxidación de la sal de metal alcalino de p-cresol

Este método implica oxidar la sal de metal alcalino de p-cresol a alta temperatura sobre óxidos metálicos para producir ácido 4-hidroxibenzoico, junto con otros productos. Este método se usa con menos frecuencia que los otros métodos porque es más complejo y produce un menor rendimiento de ácido 4-hidroxibenzoico.

3.4. Reacción con fenol y tetraclorometano

Este método implica hacer reaccionar fenol con tetraclorometano en presencia de álcali para producir una mezcla de ácido salicílico y ácido 4-hidroxibenzoico, siendo el ácido salicílico el producto principal. Este método también se usa con menos frecuencia que otros métodos porque produce un menor rendimiento de ácido 4-hidroxibenzoico y genera productos de desecho peligrosos.

production of 4-hydroxybenzoic acid by Reaction of Phenol and Tetrachloromethane

3.5. Biosíntesis a partir de materias primas renovables

En los últimos años, ha habido un interés creciente en desarrollar métodos más sostenibles para producir ácido 4-hidroxibenzoico. Un enfoque prometedor es utilizar microorganismos modificados genéticamente para convertir materias primas renovables como la glucosa y la L-tirosina en ácido 4-hidroxibenzoico.

Por ejemplo, los investigadores han desarrollado cepas de E. coli que pueden producir el ácido 4-hidroxibenzoico a partir de glucosa. En este proceso, la glucosa se convierte primero en piruvato, que luego se convierte en 4-hidroxifenilpiruvato. Luego se descarboxila el 4-hidroxifenilpiruvato para producir ácido 4-hidroxibenzoico.

Otro enfoque prometedor es utilizar L-tirosina como precursor para la producción de ácido 4-hidroxibenzoico. La L-tirosina es un aminoácido no esencial que puede producirse a partir de materias primas renovables como la caña de azúcar y el maíz. En este proceso, la L-tirosina se convierte primero en 4-hidroxifenilpiruvato, que luego se descarboxila para producir el ácido 4-hidroxibenzoico.

La biosíntesis de el ácido 4-hidroxibenzoico a partir de materias primas renovables aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo, pero tiene el potencial de ser una alternativa más sostenible y respetuosa con el medio ambiente que la tradicional reacción de Kolbe-Schmitt.

4. Usos del ácido 4-4-hidroxibenzoico y sus ésteres

4.1. Usos del ácido 4-hidroxibenzoico

El ácido 4-hidroxibenzoico es un compuesto versátil con una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias.

  • El ácido 4-hidroxibenzoico se utiliza como intermediario en la producción de tintes, productos farmacéuticos, pesticidas y plásticos.
  • Emulsionante: el ácido 4-hidroxibenzoico se utiliza como emulsionante para mezclar componentes a base de aceite y agua en productos como cosméticos y preparaciones alimenticias.
  • Agente protector contra la corrosión: el ácido 4-hidroxibenzoico se utiliza para proteger los materiales de la corrosión.
  • Agente antimicrobiano: los ésteres del ácido 4-hidroxibenzoico y las sales de sodio tienen propiedades antimicrobianas y se utilizan como conservantes de alimentos, especialmente en condiciones de débilmente ácidas a débilmente básicas. También se utilizan en la conservación de alimentos y bebidas, cosméticos, productos farmacéuticos y productos técnicos.
  • Aplicaciones en polímeros: el ácido 4-hidroxibenzoico se utiliza en la fabricación de poliéster y polímeros de cristal líquido.
  • Productos farmacéuticos: el ácido 4-hidroxibenzoico se utiliza en la producción de algunos productos farmacéuticos, como la aspirina y el paracetamol. También se utiliza como antiséptico tópico.
  • Crecimiento de las plantas: el ácido 4-hidroxibenzoico se puede utilizar para promover el crecimiento y desarrollo de las plantas.
  • Remediación ambiental: el ácido 4-hidroxibenzoico se puede utilizar para eliminar metales pesados y otros contaminantes del medio ambiente.

4.2. Usos de los ésteres del ácido 4-hidroxibenzoico

  • Éster de PHB: El éster de PHB, una mezcla de ésteres etílicos y n-propílicos del ácido 4-hidroxibenzoico, se utiliza como conservante de alimentos. Está permitido en la conservación de productos alimenticios en varios países y se identifica como E 214 – E 219 en Europa y con diferentes nombres en Estados Unidos. Una mezcla de 60% de éster etílico y 40% de propílico es particularmente efectiva, pero su uso en ciertos productos alimenticios puede estar restringido por ley, como en el vino.
  • Control de termitas: algunos ésteres superiores derivados del ácido 4-hidroxibenzoico se utilizan en el control de termitas.
  • Emulsiones: los ésteres del ácido 4-hidroxibenzoico, como el éster bencílico de PHB, pueden formar mezclas eutécticas que permanecen líquidas a temperatura ambiente. Estas mezclas se utilizan en emulsiones de aceite en agua.
  • Reveladores de color: el éster bencílico de PHB y otros ésteres del ácido 4-hidroxibenzoico se utilizan como reveladores de color en sistemas de escritura termosensibles y sensibles a la presión. Estos ésteres se purifican y decoloran mediante destilación con la adición de hidrogenosulfito de sodio durante el proceso de fabricación.

5. Toxicología del ácido 4-hidroxibenzoico

El ácido 4-hidroxibenzoico es más tóxico cuando se inyecta en el abdomen que cuando se ingiere o se inyecta debajo de la piel. Esto se debe a que se absorbe más rápidamente en el torrente sanguíneo cuando se inyecta en el abdomen.

  • LD50 ral en ratones: 2200 mg/kg
  • LD50 intraperitoneal (i.p.) en ratones: 210 mg/kg
  • LD50 subcutánea (s.c.) en ratones: 1050 mg/kg

El ácido 4-hidroxibenzoico también está clasificado como fármaco y mutágeno, lo que significa que puede provocar mutaciones genéticas.

El ácido 4-hidroxibenzoico puede provocar irritación de la piel y los ojos. El contacto con la piel puede provocar enrojecimiento, picazón y ardor. El contacto con los ojos puede provocar enrojecimiento, dolor y lagrimeo.

El ácido 4-hidroxibenzoico puede provocar reacciones alérgicas en algunas personas.

El ácido 4-hidroxibenzoico es tóxico para los peces y otras formas de vida acuática. La exposición al 4-HBA puede provocar la muerte de peces y otros organismos acuáticos.

Referencias