L’acido 4-idrossibenzoico, noto anche come acido para-idrossibenzoico, è un acido organico aromatico con formula chimica C7H6O3. È un solido bianco o incolore solubile in acqua, etanolo e altri solventi polari.
L’acido 4-idrossibenzoico si trova naturalmente in alcune piante e frutti, come bacche, mele e prugne. Viene anche prodotto sinteticamente per l’uso in una varietà di applicazioni industriali e commerciali.
Sommario
1. Proprietà fisiche dell’acido 4-idrossibenzoico
Le proprietà fisiche dell’acido 4-idrossibenzoico sono riassunte nella seguente tabella:
| Proprietà | Valore |
|---|---|
| Formula chimica | C7H6O3 |
| Massa molare | 138,12 g/mol |
| Aspetto fisico | Polvere cristallina granulare bianca |
| Punto di fusione | 216,3 °C |
| Punto di ebollizione | 298 °C |
| Densità | 1,497 g/cm3 a 20 °C |
| Costanti di dissociazione | K1 = 3,3 × 10-5 K2 = 4,8 × 10-10 a 19 °C |
| Solubilità in acqua | 0,49 g in 100 g di soluzione a 20 °C 33,5 g in 100 g di soluzione a 100 °C |
| Solubilità al 99% etanolo | 38,75 g a 67 °C |
| Solubilità in n-butanolo | 19,5 g a 32,5 °C |
| Solubilità in cloroformio | Poco solubile |
2. Reazioni chimiche dell’acido 4-idrossibenzoico
L’acido 4-idrossibenzoico è un acido organico versatile che può subire una varietà di reazioni chimiche. Grazie alla presenza sia di un gruppo idrossilico (-OH) che di un gruppo carbossilico (-COOH), può partecipare a reazioni che coinvolgono sia l’anello aromatico che i gruppi funzionali.
L’acido 4-idrossibenzoico decarbossila a temperature superiori a 200 °C, formando fenolo e anidride carbonica.
È anche suscettibile a reazioni di sostituzione elettrofila, come nitrazione, solfonazione o alogenazione, che si verificano principalmente nella posizione orto rispetto al gruppo idrossilico.
È interessante notare che non presenta una reazione di colore con il cloruro di ferro (III), ma forma invece un precipitato giallo.
Una delle reazioni chimiche più comuni dell’acido 4-idrossibenzoico è l’esterificazione. In questa reazione, l’acido 4-idrossibenzoico viene fatto reagire con un alcol in presenza di un catalizzatore acido per formare un estere 4-idrossibenzoato. Gli esteri 4-idrossibenzoati sono comunemente usati come conservanti in alimenti, cosmetici e prodotti farmaceutici.
Ad esempio, la reazione dell’acido 4-idrossibenzoico con metanolo in presenza di acido solforico produce l’estere metil 4-idrossibenzoato (metilparabene):
L’acido 4-idrossibenzoico può anche subire la formazione di sale quando reagisce con una base per formare un sale di 4-idrossibenzoato.
3. Produzione di acido 4-idrossibenzoico
L’acido 4-idrossibenzoico è prodotto sinteticamente da fenolo e anidride carbonica, o biosinteticamente da materie prime rinnovabili come glucosio e L-tirosina.
Esistono cinque metodi principali per produrre acido 4-idrossibenzoico:
3.1. Carbossilazione del fenolato di potassio
Questo metodo prevede la reazione del fenolato di potassio con anidride carbonica ad alta temperatura e pressione per produrre acido 4-idrossibenzoico, in parte sotto forma di sale dipotassico. La resa è dell’80% e la conversione del fenolato è di circa il 60%.
3.2. Isomerizzazione del salicilato di dipotassio
Questo metodo prevede il riscaldamento del salicilato di dipotassio sotto una pressione di anidride carbonica leggermente elevata per convertirlo in acido 4-idrossibenzoico. Questo metodo è più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al metodo della carbossilazione del fenolato di potassio, ma produce una resa inferiore di acido 4-idrossibenzoico.
3.3. Ossidazione del sale di metallo alcalino del p-cresolo
Questo metodo prevede l’ossidazione del sale di metallo alcalino del p-cresolo ad alta temperatura su ossidi metallici per produrre acido 4-idrossibenzoico, insieme ad altri prodotti. Questo metodo è meno comunemente utilizzato rispetto agli altri metodi perché è più complesso e produce una resa inferiore di acido 4-idrossibenzoico.
3.4. Reazione con fenolo e tetraclorometano
Questo metodo prevede la reazione del fenolo con il tetraclorometano in presenza di alcali per produrre una miscela di acido salicilico e acido 4-idrossibenzoico, con l’acido salicilico come prodotto primario. Questo metodo è anche meno comunemente utilizzato rispetto agli altri metodi perché produce una resa inferiore di acido 4-idrossibenzoico e genera prodotti di scarto pericolosi.
3.5. Biosintesi da materie prime rinnovabili
Negli ultimi anni, c’è stato un crescente interesse nello sviluppo di metodi più sostenibili per la produzione di acido 4-idrossibenzoico. Un approccio promettente è quello di utilizzare microrganismi geneticamente modificati per convertire materie prime rinnovabili come glucosio e L-tirosina in acido 4-idrossibenzoico.
Ad esempio, i ricercatori hanno sviluppato ceppi di E. coli in grado di produrre acido 4-idrossibenzoico dal glucosio. In questo processo, il glucosio viene prima convertito in piruvato, che viene poi convertito in 4-idrossifenilpiruvato. Il 4-idrossifenilpiruvato viene quindi decarbossilato per produrre acido 4-idrossibenzoico.
Un altro approccio promettente è quello di utilizzare L-tirosina come precursore per la produzione di acido 4-idrossibenzoico. L-tirosina è un amminoacido non essenziale che può essere prodotto da materie prime rinnovabili come canna da zucchero e mais. In questo processo, la L-tirosina viene prima convertita in 4-idrossifenilpiruvato, che viene poi decarbossilato per produrre acido 4-idrossibenzoico.
La biosintesi dell’acido 4-idrossibenzoico da materie prime rinnovabili è ancora nelle prime fasi di sviluppo, ma ha il potenziale per essere un’alternativa più sostenibile ed ecologica alla tradizionale reazione di Kolbe-Schmitt.
4. Utilizzi dell’acido 4-idrossibenzoico e dei suoi esteri
4.1. Utilizzi dell’acido 4-idrossibenzoico
L’acido 4-idrossibenzoico è un composto versatile con un’ampia gamma di applicazioni in vari settori.
- L’acido 4-idrossibenzoico è utilizzato come intermedio nella produzione di coloranti, prodotti farmaceutici, pesticidi e materie plastiche.
- Emulsionante: l’acido 4-idrossibenzoico è utilizzato come emulsionante per miscelare componenti a base di olio e acqua in prodotti come cosmetici e preparazioni alimentari.
- Agente di protezione dalla corrosione: l’acido 4-idrossibenzoico è utilizzato per proteggere i materiali dalla corrosione.
- Agente antimicrobico: gli esteri dell’acido 4-idrossibenzoico e i sali di sodio hanno proprietà antimicrobiche e sono utilizzati come conservanti alimentari, specialmente in condizioni da debolmente acide a debolmente basiche. Sono utilizzati anche nella conservazione di alimenti e bevande, cosmetici, prodotti farmaceutici e prodotti tecnici.
- Applicazioni polimeriche: l’acido 4-idrossibenzoico è utilizzato nella produzione di poliestere e polimeri a cristalli liquidi.
- Prodotti farmaceutici: l’acido 4-idrossibenzoico è utilizzato nella produzione di alcuni prodotti farmaceutici, come l’aspirina e il paracetamolo. È utilizzato anche come antisettico topico.
- Crescita delle piante: l’acido 4-idrossibenzoico può essere utilizzato per promuovere la crescita e lo sviluppo delle piante.
- Bonifica ambientale: l’acido 4-idrossibenzoico può essere utilizzato per rimuovere metalli pesanti e altri inquinanti dall’ambiente.
4.2. Utilizzi degli esteri dell’acido 4-idrossibenzoico
- PHB-estere: il PHB-estere, una miscela di esteri etilici e n-propilici dell’acido 4-idrossibenzoico, è utilizzato come conservante alimentare. È consentito nella conservazione di prodotti alimentari in vari paesi ed è identificato come E 214 – E 219 in Europa e con nomi diversi negli Stati Uniti. Una miscela di estere etilico al 60% e di estere propilico al 40% è particolarmente efficace, ma il suo utilizzo in alcuni prodotti alimentari può essere limitato dalla legge, come nel vino.
- Controllo delle termiti: alcuni esteri superiori derivati dall’acido 4-idrossibenzoico sono utilizzati nel controllo delle termiti.
- Emulsioni: gli esteri dell’acido 4-idrossibenzoico, come l’estere benzilico PHB, possono formare miscele eutettiche che rimangono liquide a temperatura ambiente. Queste miscele sono utilizzate nelle emulsioni olio in acqua.
- Sviluppatori di colore: l’estere benzilico PHB e altri esteri dell’acido 4-idrossibenzoico sono utilizzati come sviluppatori di colore nei sistemi di scrittura sensibili alla pressione e termosensibili. Questi esteri vengono purificati e decolorati per distillazione con l’aggiunta di idrogenosolfito di sodio durante il processo di produzione.
5. Tossicologia dell’acido 4-idrossibenzoico
L’acido 4-idrossibenzoico è più tossico se iniettato nell’addome rispetto a quando ingerito o iniettato sotto la pelle. Questo perché viene assorbito nel flusso sanguigno più rapidamente quando iniettato nell’addome.
- LD50 rale nei topi: 2200 mg/kg
- LD50 intraperitoneale (i.p.) nei topi: 210 mg/kg
- LD50 sottocutanea (s.c.) nei topi: 1050 mg/kg
L’acido 4-idrossibenzoico è anche classificato come farmaco e mutageno, il che significa che può causare mutazioni genetiche.
L’acido 4-idrossibenzoico può causare irritazione della pelle e degli occhi. Il contatto con la pelle può causare arrossamento, prurito e bruciore. Il contatto con gli occhi può causare rossore, dolore e lacrimazione.
L’acido 4-idrossibenzoico può causare reazioni allergiche in alcune persone.
L’acido 4-idrossibenzoico è tossico per i pesci e altre forme di vita acquatiche. L’esposizione all’acido 4-idrossibenzoico può causare la morte di pesci e altri organismi acquatici.
Riferimenti
- Hydroxycarboxylic Acids, Aromatic; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a13_519
- Production of 4-Hydroxybenzoic Acid by an Aerobic Growth-Arrested Bioprocess Using Metabolically Engineered Corynebacterium glutamicu
- Method for preparing p-hydroxybenzoic acid. – https://patents.google.com/patent/US3532745A/en
