3-Hydroxybenzoëzuur: Eigenschappen, Productie en Toepassingen
3-hydroxybenzoëzuur is een van de drie isomeren van hydroxybenzoëzuur, de andere twee zijn 2-hydroxybenzoëzuur en 4-hydroxybenzoëzuur met de formule C7H6O3. Het is ook bekend als m-hydroxybenzoëzuur of m-salicylzuur. Het is een witte, geurloze vaste stof die oplosbaar is in water en ethanol.
Inhoudsopgave
Voorkomen van 3-hydroxybenzoëzuur in planten
3-hydroxybenzoëzuur is een natuurlijk product dat in verschillende planten voorkomt, zoals:
- Vanille: De vanilleboon bevat ongeveer 2% 3-hydroxybenzoëzuur, wat bijdraagt aan de karakteristieke smaak en het aroma.
- Framboos: De frambozenvrucht bevat ongeveer 0,2% 3-hydroxybenzoëzuur, wat hem een zure smaak en een rode kleur geeft.
- Thee: De theebladeren bevatten ongeveer 0,1% 3-hydroxybenzoëzuur, wat werkt als een antioxidant en een conserveermiddel.
1. Fysieke eigenschappen van 3-hydroxybenzoëzuur
3-hydroxybenzoëzuur is een niet-ontvlambare vaste stof. Het is een hygroscopische en niet-vluchtige vaste stof die relatief stabiel is, maar kan ontbinden wanneer het boven het smeltpunt wordt verhit. 3-hydroxybenzoëzuur is onoplosbaar in niet-polaire oplosmiddelen zoals hexaan en chloroform.
Enkele van de fysieke eigenschappen van 3-hydroxybenzoëzuur worden in de volgende tabel vermeld:
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Moleculaire formule | C7H6O3 |
| Moleculair gewicht | 138,12 g/mol |
| Uiterlijk | Witte naalden (bij kristallisatie uit water) of ruitvormige prisma's (bij kristallisatie uit alcohol) |
| Smeltpunt | 203 °C |
| Kookpunt | 297 °C |
| Dichtheid | 1,473 g/cm³ bij 25 °C |
| Dissociatieconstanten | K1 = 8,71 × 10⁻⁵ en K2 = 1,18 × 10⁻¹⁰ bij 19 °C |
| Oplosbaarheid | 6,11 g in 100 g water bij 69 °C
39,6 g in 100 g 98% ethanol bij 65 °C 20,7 g in 100 g n-butanol bij 36,5°C |
2. Chemische reacties van 3-hydroxybenzoëzuur
3-hydroxybenzoëzuur is stabiel bij hoge temperaturen en blijft zelfs bij 300 °C onveranderd. Dit is een unieke eigenschap die zijn tegenhangers, 2- en 4-hydroxybenzoëzuren, niet delen.
Wanneer 3-hydroxybenzoëzuur elektrofiele substitutiereacties ondergaat, zoals nitrering, halogenering of sulfonering, vinden de reacties voornamelijk plaats op de ortho- of paraposities ten opzichte van de hydroxylgroep.
Bijvoorbeeld, nitrering van 3-hydroxybenzoëzuur met 62% waterig salpeterzuur produceert 2-nitro-3-hydroxybenzoëzuur als hoofdproduct, samen met kleinere hoeveelheden 4-nitro- en 6-nitro-3-hydroxybenzoëzuren.
Verestering van 3-hydroxybenzoëzuur vormt een verscheidenheid aan esters, waaronder methyl-3-hydroxybenzoaat, ethyl-3-hydroxybenzoaat en propyl-3-hydroxybenzoaat. Deze esters worden gebruikt als conserveringsmiddelen, geurstoffen en smaakstoffen.
3-hydroxybenzoëzuur kan worden geamideerd om een verscheidenheid aan amiden te vormen, waaronder 3-hydroxybenzamide en 3-hydroxy-N-methylbenzamide. Deze amiden worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder als farmaceutica, kleurstoffen en pigmenten. Het kan worden gereduceerd om 3-hydroxybenzylalcohol te vormen.
Wanneer het reageert met fosforpentachloride, vormt het 3-hydroxybenzoylchloride. Dit acylchloride wordt gebruikt bij de synthese van een verscheidenheid aan esters, amiden en andere derivaten. Het reageert ook met natriumhydroxide om natrium-3-hydroxybenzoaat te vormen.
3. Productie van 3-hydroxybenzoëzuur
3-hydroxybenzoëzuur kan worden geproduceerd met behulp van verschillende methoden:
3.1. Productie van 3-hydroxybenzoëzuur door alkalifusie van natrium-3-sulfobenzoaat
Een van de meest voorkomende methoden voor de productie van 3-hydroxybenzoëzuur is de alkalifusie van natrium-3-sulfobenzoaat dat wordt gesmolten met alkali bij 210-220 °C. Het resulterende ruwe 3-hydroxybenzoëzuur wordt neergeslagen na verzuring en gezuiverd door herkristallisatie uit water met actieve kool. Dit levert 3-hydroxybenzoëzuur op met een zuiverheid van ongeveer 90%.
3.2. Productie van 3-hydroxybenzoëzuur door reductie van 3-nitrobenzoëzuuresters
3-Nitrobenzoëzuuresters worden katalytisch gehydrogeneerd tot aminobenzoëzuuresters, die vervolgens worden gediazoteerd. Het diazoniumproduct wordt vervolgens behandeld met 3-nitrobenzoëzuur met water en zwavelzuur bij 100 °C gedurende enkele uren, gevolgd door neutralisatie en filtratie. Deze methode produceert 3-hydroxybenzoëzuur met een zuiverheid van ongeveer 95%.
3.3. Productie van 3-hydroxybenzoëzuur door oxidatie van 3-methylfenol of 3-hydroxybenzaldehyde
3-hydroxybenzaldehyde wordt geoxideerd door lucht door een hete waterige natriumhydroxidesuspensie te laten borrelen om 3-hydroxybenzoëzuur te produceren.
Een andere methode is de oxidatie van 3-methylfenol met kaliumpermanganaat in een alkalische oplossing, gevolgd door verzuring en herkristallisatie, wat 3-hydroxybenzoëzuur oplevert met een zuiverheid van ongeveer 85%.
3.4. Biosynthese
3-hydroxybenzoëzuur kan ook biosynthetisch worden geproduceerd door de fermentatie van micro-organismen zoals Escherichia coli en Bacillus subtilis. Deze micro-organismen zijn genetisch gemanipuleerd om 3-hydroxybenzoëzuur te produceren uit glucose, glycerol of 3-chloorbenzoëzuur.
Het 3-hydroxybenzoëzuur dat door fermentatie wordt geproduceerd, kan vervolgens worden gezuiverd en gewonnen.
4. Toepassingen van 3-hydroxybenzoëzuur
3-hydroxybenzoëzuur heeft veel toepassingen in verschillende industrieën vanwege zijn veelzijdige eigenschappen:
- Farmaceutica en pesticiden: 3-hydroxybenzoëzuur is een belangrijke bouwsteen in de synthese van veel farmaceutica en pesticiden.
- Oftalmologie: 3-hydroxybenzoëzuuresters worden gebruikt om de pupillen te verwijden bij oftalmische procedures en onderzoeken.
- Spijsvertering: Natrium 3-hydroxybenzoaat is een cholepoietisch middel, wat betekent dat het helpt bij het produceren en laten stromen van gal, wat essentieel is voor de spijsvertering.
- Voedselconservering: Esters en metaalzouten van 3-hydroxybenzoëzuur hebben kiemdodende en conserverende eigenschappen, waardoor ze nuttig zijn voor het verlengen van de houdbaarheid van voedselproducten.
- Kunststoffen: Etheresters afgeleid van 3-hydroxybenzoëzuur kunnen worden gebruikt als weekmakers voor vinyl- en celluloseharsen, waardoor ze flexibeler en bewerkbaarder worden.
- Cosmetica: Esters van 3-hydroxybenzoëzuur worden in cosmetica gebruikt als conserveermiddelen en UV-absorbers.
- Persoonlijke verzorgingsproducten: 3-hydroxybenzoëzuur en zijn derivaten worden gebruikt in persoonlijke verzorgingsproducten zoals tandpasta, mondwater en deodorant.
- 3-hydroxybenzoëzuur wordt in de textielindustrie gebruikt als een kleurstoftussenproduct.
- Analytische chemie: 3-hydroxybenzoëzuur wordt in de analytische chemie gebruikt als reagens voor het detecteren van metalen en andere ionen.
3-hydroxybenzoëzuur wordt ook onderzocht op zijn mogelijke gebruik bij de behandeling van verschillende ziekten, waaronder kanker, de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson.
5. Toxicologie van 3-hydroxybenzoëzuur
3-hydroxybenzoëzuur is een relatief veilige chemische stof.
- LD50 (rat, i.p.) = 3700 mg/kg
- LD50 (muis, oraal) = 2 g/kg
- TDLo (rat, s.c., 11 d zwanger) = 400 mg/kg
- Classificatie: geneesmiddel, teratogeen
- Schadelijk bij inslikken
- Veroorzaakt huidirritatie
- Veroorzaakt ernstige oogirritatie
- Kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken
- Toxiciteit voor algen: Groeiremming EC50 (Scenedesmus quadricauda) > 10 mg/L – 13 dagen
Referenties
- Hydroxycarboxylic Acids, Aromatic; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a13_519
- Process for making mu-hydroxybenzoates. – https://patents.google.com/patent/US3094558A/en
- https://www.sigmaaldrich.com/US/en/sds/SIAL/36333
- Establishing microbial co‐cultures for 3‐hydroxybenzoic acid biosynthesis on glycerol. – https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6999546/
