Benzoesäure

Benzoesäure (IPA: [ˈbɛnt͜soeˌzɔɪ̯ʀə], anhören^?/i) ist eine aromatische Carbonsäure und das einfachste Mitglied der Gruppe der aromatischen Carbonsäuren. Sie ist eine schwache Säure und ein Vorläufer für die Synthese vieler wichtiger organischer Verbindungen ist. Sie besteht aus einem Phenylrest mit einer Carboxygruppe. Die Salze und Ester der Benzoesäure werden Benzoate genannt.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Benzoesäure
Andere Namen	Benzencarbonsäure BENZOIC ACID (INCI) E 210 Phenylameisensäure Phenylmethansäure Benzolcarbonsäure Phenylcarbonsäure Carboxybenzen Monophenylmethansäure
Summenformel	C7H6O2
Kurzbeschreibung	farbloser Feststoff mit charakteristischem Geruch
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 65-85-0 EG-Nummer 200-618-2 ECHA-InfoCard 100.000.562 PubChem 243 ChemSpider 238 DrugBank DB03793 Wikidata Q191700
Eigenschaften
Molare Masse	122,12 g·mol^−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,27 g·cm^−3 (20 °C)
Schmelzpunkt	122 °C
Siedepunkt	250 °C
Dampfdruck	0,001 hPa (20 °C)
pKS-Wert	4,2
Löslichkeit	schwer löslich in Wasser (3,4 g·l^−1 bei 20 °C) sehr leicht löslich in Methanol und Aceton (>500 g·l^−1) leicht löslich in Ether, Chloroform, Toluol (>100 g·l^−1) und Ethanol
Brechungsindex	1,504 (132 °C)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert Gefahr H- und P-Sätze H: 315​‐​318​‐​372 P: 280​‐​302+352​‐​305+351+338​‐​314
Toxikologische Daten	1700 mg·kg^−1 (LD50, Ratte, oral) >10 000 mg·kg^−1 (LD50, Kaninchen, transdermal) 860 mg·l^−1 (EC50, Krustentiere, 48 h, Medianwert)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Etymologie

Die Benzoesäure wurde nach ihrem Ausgangsmaterial, dem Benzoeharz, benannt. Diese Bezeichnung wiederum ist malaysischen Ursprungs und hieß ursprünglich lubân djawi = „Weihrauch von Java“. Mit der gleichnamigen Droge wanderte der Name nach Westen, zunächst in den Mittelmeerraum. Aus dem Fortfall des Anlautes lu- wurde über banjawi, beijoim, belzui, schließlich benzoe. Der Trivialname Benzoesäure wird dabei in der IUPAC-Nomenklatur beibehalten.

Vorkommen

Als ein Hauptbestandteil des Harzes Benzoe ist Benzoesäure in Weihrauch – vorwiegend im russisch-orthodoxen Raum – enthalten. Benzoe ist das Harz zweier Baumarten aus der Gruppe der Storaxbaumgewächse (Styracaceae), der „Siam-Benzoe“ (Styrax tonkinensis) und der „Sumatra-Benzoe“ (Styrax benzoin), die beide in Südostasien beheimatet sind. Daneben findet sich Benzoesäure auch in Früchten, zum Beispiel im Paradiesapfel Malus pumila, Preiselbeeren (bis 0,24 % Gehalt), Himbeeren, Heidelbeeren und Pflaumen (Gehalt 0,1–0,2 %) und im Wehrsekret verschiedener Schwimmkäfer der Gattung Dytiscus. Weiterhin kommt Benzoesäure auch in vielen Lebensmitteln wie Milch und Milchprodukten sowie in Honig vor.

Eigenschaften

Kristalle (Nadeln) der Benzoesäure.

Benzoesäure bildet farblose, glänzende Blättchen oder nadelförmige Kristalle, die in kaltem Wasser nur wenig, in warmem Wasser dagegen besser löslich sind. Bei über 370 °C zersetzt sich Benzoesäure langsam in Benzol und Kohlenstoffdioxid (CO₂). Benzoesäure hat einen intensiven Geruch und ist brennbar. Der Flammpunkt liegt bei 140 °C, die Zündtemperatur bei 570 °C.

Darstellung

Benzoesäure kann über eine Grignard-Reaktion ausgehend von Brombenzol dargestellt werden. Das Brombenzol reagiert mit Magnesium zu Phenylmagnesiumbromid, welches mit Kohlenstoffdioxid zu C₆H₅COOMgBr und schließlich durch Zugabe einer Salzsäurelösung zu Benzoesäure reagiert.

Ferner kann Benzoesäure durch Carboxylierung von Benzol mittels Phosgen und Aluminiumtrichlorid (AlCl₃) als Katalysator dargestellt werden. Diese Reaktion besteht aus einer Friedel-Crafts-Acylierung und anschließender Hydrolyse des Zwischenprodukts Benzoylchlorid:

Reaktion von Benzol mit Phosgen zu Benzoesäure. Als Katalysator dient Aluminiumtrichlorid.

Technisch erfolgt eine Oxidation von Toluol mit Braunstein und Schwefelsäure in Gegenwart von Mangannaphthenat, oder durch die Reaktion mit Kaliumpermanganat. Industriell wird heute Toluol mit Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart von Katalysatoren wie Vanadiumpentoxid oxidiert.

Im Labor kann Benzoesäure ausgehend von Natriumbenzoat synthetisiert werden. In Gegenwart von Salzsäure oder Essigsäure reagiert Natriumbenzoat zur Benzoesäure und Natriumchlorid bzw. Natriumacetat:

Reaktion von Natriumbenzoat mit Salzsäure zur Benzoesäure.

Verwendung

Benzoesäure wird bei der Herstellung von Benzoesäureestern gebraucht, die in der Parfümindustrie als Duftstoffe (wie Benzoesäureethylester) oder als Biozide (beispielsweise Benzoesäurebenzylester) Anwendung finden. Auch bestimmte Lokalanästhetika sind Ester der Benzoesäure. Außerdem wird Benzoesäure für Weichmacher, bei der Darstellung von Benzoylverbindungen, wie Benzoylchlorid und Dibenzoylperoxid, verwendet.

In der Lebensmittelindustrie wird Benzoesäure (E 210) als Konservierungsmittel in Fischprodukten, Sauerkonserven und Obstprodukten eingesetzt wo sie das Wachstum von Schimmelpilzen hemmt. Hefen, die als Kontaminanten z. B. in Erfrischungsgetränken auftreten können, werden ebenfalls unterdrückt. Wegen besserer Löslichkeit ist eher die Verwendung der Salze üblich: Natriumbenzoat (E 211), Kaliumbenzoat (E 212), Calciumbenzoat (E 213). Außerdem ist Benzoesäure in der europäischen Union als Futtermittelzusatzstoff für Mastschweine zugelassen.

Weiterhin wird Benzoesäure häufig als Konservierungsstoff in Tabakprodukten verwendet. Die deutsche und die Schweizer Tabakverordnung gestattet den Einsatz von Benzoesäure und Natriumbenzoat.

Benzoesäure wird zur Behandlung von Hautpilzen eingesetzt und ist gemäß deutscher Kosmetik-Verordnung zur Konservierung von Kosmetika zugelassen. Die bakteriostatische und fungistatische Wirkung beruht auf dem Hemmeffekt gegenüber Enzymen, die reaktive Sauerstoffspezies abbauen (Katalase und Peroxidase), wodurch eine Wasserstoffperoxid-Ansammlung in den Zellen der Mikroorganismen erzeugt wird. Diese führt letztlich zu deren Absterben.

In der Umweltbeobachtung werden Bodenfallen mit gesättigter Benzoesäurelösung gefüllt, um erfasste Lebewesen wie Insekten oder Schnecken zu töten und bis zur nächsten Leerung zu fixieren.

Benzoesäure ist eine Urtitersubstanz nach Arzneibuch.

Toxikologie

Benzoesäure ist ein lungenschädigender Stoff und kann asthmaartige Symptome hervorrufen. Als Reinstoff wirkt sie ätzend und kann schwere Augenschäden verursachen.

Im Zusammenhang mit Konzentrationsproblemen und Hyperaktivität bei Kindern konnten keine kausalen Zusammenhänge mit der Aufnahme des Zusatzstoffes gezeigt werden. Die beobachteten Effekte seien wenn dann nur sehr gering und es konnte kein biologischer Mechanismus abgeleitet werden, der etwaige Effekte erklären könnte. Die EFSA sah von einer Neubewertung ab. Das BfR wies auf eine mögliche Bildung von geringen Mengen giftigen Benzols aus Benzoesäure in Verbindung mit Ascorbinsäure (Vitamin C) in Erfrischungs- und Fruchtsäften hin.

Weblinks

Commons: Benzoesäure – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Benzoesäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• zusatzstoffe-online.de: Benzoesäure
• Das chemisch konservierte Klima – Radiofeuilleton Mahlzeit

Einzelnachweise

1. Eintrag zu BENZOIC ACID in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 14. Januar 2020.
2. Eintrag zu E 210: Benzoic acid in der Europäischen Datenbank für Lebensmittelzusatzstoffe, abgerufen am 15. August 2020.
3. Eintrag zu Benzoesäure in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)
4. Datenblatt Benzoesäure bei Merck, abgerufen am 28. Dezember 2010.
5. Charles E. Mortimer: Chemie – Das Basiswissen der Chemie, Thieme 2003, ISBN 3-13-484308-0.
6. Eintrag zu Benzoesäure. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 11. Dezember 2011.
7. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-38.
8. Eintrag zu Benzoic acid im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
9. Christian Wiegand: Entstehung und Deutung wichtiger organischer Trivialnamen. In: Angewandte Chemie. A/60. Jahrg. 1948/Nr. 4
10. William H. Brown, Thomas Poon: Einführung in die Organische Chemie. John Wiley & Sons, 2020, ISBN 978-3-527-82385-7, S. 287. 
11. Klaus D. Christof, Renate Haass: Weihrauch: der Duft des Himmels. J. H. Röll Verlag, 2006, ISBN 978-3-89754-252-5, S. 49–50.
12. Eintrag zu Benzoeharz. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 9. Februar 2012.
13. H. Orth, I. Kis: Schmerzbekämpfung und Narkose. In: Franz Xaver Sailer, Friedrich Wilhelm Gierhake (Hrsg.): Chirurgie historisch gesehen. Anfang – Entwicklung – Differenzierung. Dustri-Verlag, Deisenhofen bei München 1973, ISBN 3-87185-021-7, S. 1–32, hier: S. 20.
14. Martin Weidenbörner: Lexikon der Lebensmittelmykologie. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-57058-2, S. 25. 
15. William H. Brown, Thomas Poon: Einführung in die Organische Chemie. John Wiley & Sons, 2020, ISBN 978-3-527-82385-7, S. 452. 
16. Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit: Liste der für Futtermittel zugelassenen Zusatzstoffe, Abschnitt 12: Säureregulatoren. Abgerufen am 27. Juni 2015.
17. Gerhart Jander, Karl F. Jahr: Maßanalyse: Theorie und Praxis der Titrationen mit chemischen und physikalischen Indikationen. Walter de Gruyter & Co KG, 2020, ISBN 978-3-11-084748-2, S. 112. 
18. Stellungnahme Nr. 040/2007 des BfR vom 13. September 2007: Hyperaktivität und Zusatzstoffe – gibt es einen Zusammenhang? (PDF; 58 kB)
19. Stellungnahme Nr. 013/2006 des BfR vom 1. Dezember 2005: Hinweise auf eine mögliche Bildung von Benzol aus Benzoesäure in Lebensmitteln (PDF; 58 kB)
20. Fragen und Antworten - BfR vom 16. Dezember 2013: Fragen und Antworten zu Benzol in Erfrischungsgetränken und Karottensäften.

Normdaten (Sachbegriff): GND: 4144531-4 (lobid, OGND)