Acide 3-hydroxybenzoïque : production, réactions et utilisations

3-Hydroxybenzoic acid structure

L’acide 3-hydroxybézoïque est l’un des trois isomères de l’acide hydroxybenzoïque, les deux autres étant l’acide 2-hydroxybenzoïque et l’acide 4-hydroxybenzoïque. Il est également connu sous le nom d’acide m-hydroxybenzoïque ou acide m-salicylique. C’est un solide blanc et inodore, soluble dans l’eau et l’éthanol.

Table des matières

Présence d’acide 3-hydroxybenzoïque dans les plantes

L’acide 3-hydroxybenzoïque est un produit naturel que l’on retrouve dans diverses plantes, telles que :

  • Vanille : La gousse de vanille contient environ 2 % d’acide 3-hydroxybenzoïque, qui contribue à sa saveur et à son arôme caractéristiques.
  • Framboise : La framboise contient environ 0,2 % d’acide 3-hydroxybenzoïque, ce qui lui confère un goût aigre et une couleur rouge.
  • Thé : Les feuilles de thé contiennent environ 0,1 % d’acide 3-hydroxybenzoïque, qui agit comme antioxydant et conservateur.

1. Propriétés physiques de l’acide 3-hydroxybenzoïque

L’acide 3-hydroxybenzoïque est un solide ininflammable. C’est un solide hygroscopique et non volatil qui est relativement stable, mais il peut se décomposer lorsqu’il est chauffé au-dessus de son point de fusion. L’acide 3-hydroxybenzoïque est insoluble dans les solvants non polaires tels que l’hexane et le chloroforme.

Certaines des propriétés physiques de l’acide 3-hydroxybenzoïque sont répertoriées dans le tableau suivant :

Propriété Valeur
Formule moléculaire C7H6O3
Poids moléculaire 138,12 g/mol
Apparence Aiguilles blanches (lorsqu'elles sont cristallisées dans l'eau) ou prismes rhombiques (lorsqu'elles sont cristallisées dans l'alcool)
Point de fusion 203 °C
Point d'ébullition 297 °C
Densité 1,473 g/cm³ à 25°C
Constantes de dissociation K1 = 8,71 × 10⁻⁵ et K2 = 1,18 × 10⁻¹⁰ à 19°C
Solubilité 6,11 g dans 100 g d'eau à 69°C
39,6 g dans 100 g d'éthanol à 98% à 65°C
20,7 g dans 100 g de n-butanol à 36,5°C

2. Réactions chimiques de l’acide 3-hydroxybenzoïque

L’acide 3-hydroxybenzoïque est stable à haute température et reste inchangé même à 300°C. Il s’agit d’une propriété unique que ne partagent pas ses homologues, les acides 2- et 4-hydroxybenzoïques.

Lorsque l’acide 3-hydroxybenzoïque subit des réactions de substitution électrophile telles que la nitration, l’halogénation ou la sulfonation, les réactions se produisent principalement aux positions ortho ou para par rapport au groupe hydroxyle.

Par exemple, la nitration de l’acide 3-hydroxybenzoïque avec de l’acide nitrique aqueux à 62 % produit de l’acide 2-nitro-3-hydroxybenzoïque comme produit principal, ainsi que de plus petites quantités d’acides 4-nitro- et 6-nitro-3-hydroxybenzoïque.

L’estérification de l’acide 3-hydroxybenzoïque forme une variété d’esters, notamment le 3-hydroxybenzoate de méthyle, le 3-hydroxybenzoate d’éthyle et le 3-hydroxybenzoate de propyle. Ces esters sont utilisés comme conservateurs, parfums et arômes.

L’acide 3-hydroxybenzoïque peut être amidé pour former une variété d’amides, notamment le 3-hydroxybenzamide et le 3-hydroxy-N-méthylbenzamide. Ces amides sont utilisés dans diverses applications, notamment comme produits pharmaceutiques, colorants et pigments. Il peut être réduit pour former de l’alcool 3-hydroxybenzylique.

Lorsqu’il réagit avec le pentachlorure de phosphore, il forme du chlorure de 3-hydroxybenzoyle. Ce chlorure d’acyle est utilisé dans la synthèse d’une variété d’esters, d’amides et d’autres dérivés. Il réagit également avec l’hydroxyde de sodium pour former du 3-hydroxybenzoate de sodium.

3. Production d’acide 3-hydroxybenzoïque

L’acide 3-hydroxybenzoïque peut être produit par plusieurs méthodes :

3.1. Fusion alcaline du 3-sulfobenzoate de sodium

L’une des méthodes de production d’acide 3-hydroxybenzoïque les plus courantes consiste à faire fondre le 3-sulfobenzoate de sodium avec un alcali à 210-220°C. L’acide 3-hydroxybenzoïque brut résultant est précipité après acidification et purifié par recristallisation dans l’eau avec du charbon actif. On obtient ainsi de l’acide 3-hydroxybenzoïque d’une pureté d’environ 90 %.

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

3.2. Réduction des esters de l’acide 3-nitrobenzoïque

Les esters de l’acide 3-nitrobenzoïque sont hydrogénés catalytiquement en esters de l’acide aminobenzoïque, qui sont ensuite diazotés. Le produit diazonium est ensuite traité avec de l’acide 3-nitrobenzoïque avec de l’eau et de l’acide sulfurique à 100 °C pendant plusieurs heures, suivi d’une neutralisation et d’une filtration. Cette méthode produit de l’acide 3-hydroxybenzoïque d’une pureté d’environ 95 %.

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

3.3. Oxydation du 3-méthylphénol ou du 3-hydroxybenzaldéhyde

Le 3-hydroxybenzaldéhyde est oxydé en faisant barboter de l’air à travers une suspension aqueuse chaude d’hydroxyde de sodium pour produire de l’acide 3-hydroxybenzoïque.

Une autre méthode est l’oxydation du 3-méthylphénol avec du permanganate de potassium en solution alcaline, suivie d’une acidification et d’une recristallisation qui donne de l’acide 3-hydroxybenzoïque d’une pureté d’environ 85 %.

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

3.4. Biosynthèse

L’acide 3-hydroxybenzoïque peut également être produit par biosynthèse par la fermentation de micro-organismes tels que Escherichia coli et Bacillus subtilis. Ces micro-organismes ont été génétiquement modifiés pour produire du 3-HBA à partir de glucose, de glycérol ou d’acide 3-chlorobenzoïque.

L’acide 3-hydroxybenzoïque produit par fermentation peut ensuite être purifié et récupéré.

4. Utilisations de l’acide 3-hydroxybenzoïque

L’acide 3-hydroxybenzoïque a de nombreuses utilisations dans différentes industries en raison de ses propriétés polyvalentes :

  • Produits pharmaceutiques et pesticides : l’acide 3-hydroxybenzoïque est un élément clé dans la synthèse de nombreux produits pharmaceutiques et pesticides.
  • Ophtalmologie : les esters d’acide 3-hydroxybenzoïque sont utilisés pour dilater les pupilles lors de procédures et d’examens ophtalmologiques.
  • Digestion : le 3-hydroxybenzoate de sodium est un agent cholépoïétique, ce qui signifie qu’il aide à produire et à faire circuler la bile, essentielle à la digestion.
  • Conservation des aliments : les esters et les sels métalliques de l’acide 3-hydroxybenzoïque ont des propriétés germicides et conservatrices, ce qui les rend utiles pour prolonger la durée de conservation des produits alimentaires.
  • Plastiques : les éther-esters dérivés de l’acide 3-hydroxybenzoïque peuvent être utilisés comme plastifiants pour les résines vinyliques et cellulosiques, les rendant plus flexibles et plus faciles à travailler.
  • Cosmétiques : les esters de l’acide 3-hydroxybenzoïque sont utilisés dans les cosmétiques comme conservateurs et absorbeurs d’UV.
  • Produits de soins personnels : l’acide 3-hydroxybenzoïque et ses dérivés sont utilisés dans les produits de soins personnels tels que le dentifrice, les bains de bouche et les déodorants.
    L’acide 3-hydroxybenzoïque est utilisé dans l’industrie textile comme intermédiaire de teinture.
  • Chimie analytique : l’acide 3-hydroxybenzoïque est utilisé en chimie analytique comme réactif pour détecter les métaux et autres ions.

L’acide 3-hydroxybenzoïque fait également l’objet d’études pour son utilisation potentielle dans le traitement de diverses maladies, notamment le cancer, la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson.

5. Toxicologie de l’acide 3-hydroxybenzoïque

L’acide 3-hydroxybenzoïque est un produit chimique relativement sûr.

  • DL50 (rat, i.p.) = 3 700 mg/kg
  • DL50 (souris, orale) = 2 g/kg
  • TDLo (rat, s.c., enceinte de 11 jours) = 400 mg/kg
  • Classification : médicament, tératogène
  • Nocif en cas d’ingestion
  • Provoque une irritation cutanée
  • Provoque une grave irritation des yeux
  • Peut provoquer une irritation respiratoire
  • Toxicité pour les algues : Inhibition de la croissance EC50 (Scenedesmus quadricauda) > 10 mg/L – 13 jours

Références