Acide benzoïque

L'acide benzoïque, de formule chimique C₆H₅COOH (ou C₇H₆O₂) est un acide carboxylique aromatique dérivé du benzène.

Acide benzoïque
Identification
Nom UICPA	acide benzoïque
Synonymes	Acide benzènecarboxylique
No CAS	65-85-0
No ECHA	100.000.562
No CE	200-618-2
No E	E210
FEMA	2131
SMILES	C1=CC=C(C=C1)C(=O)O PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1S/C7H6O2/c8-7(9)6-4-2-1-3-5-6/h1-5H,(H,8,9) InChIKey : WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N
Apparence	cristaux blancs ou poudre[1]
Propriétés chimiques
Formule	C7H6O2  [Isomères]
Masse molaire[2]	122,121 3 ± 0,006 6 g/mol C 68,85 %, H 4,95 %, O 26,2 %,
pKa	4,2
Propriétés physiques
T° fusion	122,35 °C[1]
T° ébullition	249,9 °C[1]
Solubilité	dans l'eau à 20 °C : 2,9 g l−1[1], soluble dans le chloroforme, l'éthanol et l'acétone
Masse volumique	1,3 g cm−3[1] équation[3] : ${\displaystyle \rho =0.71587/0.24812^{(1+(1-T/751)^{0.2857})}}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 395,45 à 751 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 395,45 122,3 8,8935 1,0861 419,15 146 8,70021 1,0625 431,01 157,86 8,60152 1,05044 442,86 169,71 8,50134 1,03821 454,71 181,56 8,39959 1,02578 466,56 193,41 8,29615 1,01315 478,41 205,26 8,19093 1,0003 490,26 217,11 8,08378 0,98722 502,12 228,97 7,97456 0,97388 513,97 240,82 7,86312 0,96027 525,82 252,67 7,74926 0,94636 537,67 264,52 7,63279 0,93214 549,52 276,37 7,51345 0,91757 561,37 288,22 7,39098 0,90261 573,23 300,08 7,26505 0,88723 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 585,08 311,93 7,13527 0,87138 596,93 323,78 7,00119 0,85501 608,78 335,63 6,86227 0,83804 620,63 347,48 6,71782 0,8204 632,48 359,33 6,56702 0,80198 644,34 371,19 6,4088 0,78266 656,19 383,04 6,24176 0,76226 668,04 394,89 6,06405 0,74056 679,89 406,74 5,87305 0,71723 691,74 418,59 5,66495 0,69182 703,59 430,44 5,43373 0,66358 715,45 442,3 5,16898 0,63125 727,3 454,15 4,8496 0,59225 739,15 466 4,41761 0,53949 751 477,85 2,885 0,35232
T° d'auto-inflammation	570 °C[1]
Point d’éclair	121 °C (coupelle fermée)[1]
Pression de vapeur saturante	à 25 °C : 0,1 Pa[1] équation[3] : ${\displaystyle P_{vs}=exp(88.513+{\frac {-11829}{T}}+(-8.6826)\times ln(T)+(2.3248E-19)\times T^{6})}$ Pression en pascals et température en kelvins, de 395,45 à 751 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) P (Pa) 395,45 122,3 795,5 419,15 146 2 605,79 431,01 157,86 4 445,48 442,86 169,71 7 323,62 454,71 181,56 11 684,87 466,56 193,41 18 102,62 478,41 205,26 27 295,66 490,26 217,11 40 141,64 502,12 228,97 57 686,09 513,97 240,82 81 146,35 525,82 252,67 111 909,49 537,67 264,52 151 524,07 549,52 276,37 201 685,72 561,37 288,22 264 217,08 573,23 300,08 341 042,63 T (K) T (°C) P (Pa) 585,08 311,93 434 159,5 596,93 323,78 545 605,4 608,78 335,63 677 424,7 620,63 347,48 831 634,26 632,48 359,33 1 010 189,86 644,34 371,19 1 214 954,66 656,19 383,04 1 447 670,45 668,04 394,89 1 709 932,72 679,89 406,74 2 003 169,94 691,74 418,59 2 328 627,72 703,59 430,44 2 687 357,96 715,45 442,3 3 080 213,14 727,3 454,15 3 507 845,59 739,15 466 3 970 711,64 751 477,85 4 469 100
Point critique	45,6 bar, 478,85 °C[4]
Thermochimie
S0solide	165,7 J mol−1 K−1 sous 1 bar[réf. souhaitée]
ΔfH0solide	−384,8 kJ/mol[5]
Cp	148 J mol−1 K−1 à 300 K 259 J mol−1 K−1 à 413 K (liquide) équation[3] : ${\displaystyle C_{P}=(-5480.0)+(647.12)\times T}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 395,45 à 450 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 395,45 122,3 250 420 2 051 399 125,85 252 721 2 069 400 126,85 253 368 2 075 402 128,85 254 662 2 085 404 130,85 255 956 2 096 406 132,85 257 251 2 107 408 134,85 258 545 2 117 409 135,85 259 192 2 122 411 137,85 260 486 2 133 413 139,85 261 781 2 144 415 141,85 263 075 2 154 417 143,85 264 369 2 165 419 145,85 265 663 2 175 420 146,85 266 310 2 181 422 148,85 267 605 2 191 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 424 150,85 268 899 2 202 426 152,85 270 193 2 212 428 154,85 271 487 2 223 429 155,85 272 134 2 228 431 157,85 273 429 2 239 433 159,85 274 723 2 250 435 161,85 276 017 2 260 437 163,85 277 311 2 271 439 165,85 278 606 2 281 440 166,85 279 253 2 287 442 168,85 280 547 2 297 444 170,85 281 841 2 308 446 172,85 283 136 2 318 448 174,85 284 430 2 329 450 176,85 285 720 2 340 équation[6] : ${\displaystyle C_{P}=(16.158)+(2.8234E-1)\times T+(1.7811E-4)\times T^{2}+(-3.2176E-7)\times T^{3}+(1.0752E-10)\times T^{4}}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 200 à 1 500 K. Valeurs calculées : 108,492 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 200 −73,15 77 348 633 286 12,85 104 668 857 330 56,85 118 438 970 373 99,85 131 635 1 078 416 142,85 144 491 1 183 460 186,85 157 218 1 287 503 229,85 169 173 1 385 546 272,85 180 595 1 479 590 316,85 191 685 1 570 633 359,85 201 898 1 653 676 402,85 211 468 1 732 720 446,85 220 574 1 806 763 489,85 228 790 1 873 806 532,85 236 331 1 935 850 576,85 243 357 1 993 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 893 619,85 249 564 2 044 936 662,85 255 145 2 089 980 706,85 260 243 2 131 1 023 749,85 264 671 2 167 1 066 792,85 268 604 2 199 1 110 836,85 272 179 2 229 1 153 879,85 275 304 2 254 1 196 922,85 278 144 2 278 1 240 966,85 280 846 2 300 1 283 1 009,85 283 387 2 321 1 326 1 052,85 285 934 2 341 1 370 1 096,85 288 666 2 364 1 413 1 139,85 291 585 2 388 1 456 1 182,85 294 883 2 415 1 500 1 226,85 298 796 2 447
PCS	3 226,9 kJ mol−1 (25 °C, solide)[7]
Cristallographie
Classe cristalline ou groupe d’espace	P21/c[8]
Paramètres de maille	a = 5,500 Å b = 5,128 Å c = 21,950 Å α = 90,00° β = 97,37° γ = 90,00° Z = 4 (22,0 °C)[8]
Volume	613,96 Å3[8]
Propriétés optiques
Indice de réfraction	${\displaystyle n_{}^{15}}$ 1,539 7[9]
Précautions
SIMDUT[10]
D2B, D2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques irritation des yeux chez l'animal Divulgation à 1,0 % selon la liste de divulgation des ingrédients
NFPA 704
1 1 0
Directive 67/548/EEC
Xn Symboles : Xn : Nocif Phrases R : R22 : Nocif en cas d’ingestion. R36 : Irritant pour les yeux. Phrases S : S24 : Éviter le contact avec la peau. Phrases R : 22, 36, Phrases S : 24,
Écotoxicologie
DL50	1 700 mg kg−1 (rats, peroral)[réf. souhaitée]
LogP	1,87[1]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Description

Il est utilisé comme conservateur alimentaire et est naturellement présent dans certaines plantes. C'est par exemple l'un des principaux constituants de la gomme benjoin, utilisée dans des encens dans les églises de Russie et d'autres communautés orthodoxes. Bien qu'étant un acide faible, l'acide benzoïque n'est que peu soluble dans l'eau du fait de la présence du cycle benzénique apolaire.

On trouve de l'acide benzoïque dans les plantes alimentaires :

• en quantité notable dans le canneberge d'Amérique^[11] (Vaccinium macrocarpon) : 48,10 mg/100 ml ;
• dans une moindre mesure dans la poudre de cacao (Theobroma cacao) : 0,06 mg/100 ml.

Parmi les principaux composés qui dérivent de l'acide benzoïque, on peut citer l'acide salicylique et l'acide acétylsalicylique plus connu sous le nom d'aspirine.

En tant qu'additif alimentaire, il est référencé en Europe sous le code E210. Ses sels, appelés des « benzoates », sont référencés sous les numéros :

• E211, benzoate de sodium (Ba) ;
• E212, benzoate de potassium (Ba) ;
• E213, benzoate de calcium (Ba).

Au-dessus de 370 °C, il se décompose en formant du benzène et du dioxyde de carbone. À température ambiante, l'acide benzoïque possède une légère odeur rappelant celle du miel et n'est pas inflammable.

Historique

En 1830, Friedrich Wöhler rencontre Justus von Liebig, qui poursuit des recherches similaires sur les cyanates. Ils extraient, en 1837, l’amygdaline à partir des amandes amères, et découvrent l’acide benzoïque en oxydant l’amygdaline par l’acide nitrique. En 1832, ils publient les résultats de travaux et montrent que les radicaux organiques peuvent se combiner à l’hydrogène électropositif aussi bien qu’à l’oxygène électronégatif. Ils éditent ensemble les Annalen der Chemie und Pharmazie.

En 2021, la NASA annonce la découverte de traces d'acide benzoïque sur la planète Mars ^[12].

Production

Production industrielle

L'acide benzoïque est produit industriellement par oxydation partielle du toluène par l'oxygène en phase gazeuse en présence de catalyseurs tels que des sels de cuivre^[13] ou le pentoxyde de vanadium (V₂O₅).

Synthèse au laboratoire

L'acide benzoïque est peu cher et disponible auprès de nombreux fournisseurs. Sa synthèse au laboratoire est seulement pratiquée à titre d'exercices pédagogiques.

• L'oxydation du toluène, de l'alcool benzylique ou du benzaldéhyde par le permanganate de potassium produit aussi de l'acide benzoïque. L'oxydation catalytique de l'alcool benzylique^{[14],[15],[16],[17]} avec de l'air ou de l'O₂ gazeux comme oxydant est une alternative durable prometteuse à l'oxydation avec du permanganate. Cette réaction peut devenir pertinente sur le plan industriel, en particulier si un catalyseur à base de métal non noble est utilisé^[14].

• On peut l'obtenir par l'hydrolyse d'un composé de même niveau d'oxydation que lui (par exemple à partir du benzonitrile ou du benzamide).

• On peut aussi l'obtenir par réaction d'un réactif de Grignard avec le dioxyde de carbone. Le schéma réactionnel ci-dessous montre par exemple l'obtention de l'acide benzoïque à partir du bromobenzène.

Précautions

• Phrases de risque :
  • R22 (Nocif en cas d’ingestion)
  • R36 (Irritant pour les yeux)
• Conseils de prudence :
  • S24 (Éviter le contact avec la peau)

Risques

Selon une étude britannique publiée en 2007, un lien a été établi entre la consommation d'acide benzoïque en association avec des mélanges de colorants synthétiques, et l'hyperactivité infantile, plus précisément le trouble du déficit de l'attention^[18],[19].

Alimentation

L'acide benzoïque fait partie des additifs alimentaires et porte le numéro SIN E210^[20].
Il est aussi contenu naturellement dans certains aliments (notamment dans les fruits de la plaquebière).

Réglementation

Sur le plan de la réglementation des produits phytopharmaceutiques :

• pour l’Union européenne : cette substance active est inscrite à l’annexe I de la directive 91/414/CEE par la directive 2004/30/CE ;
• pour la France : cette substance active est autorisée dans la composition de préparations bénéficiant d’une autorisation de mise sur le marché.

Voir aussi

• Benzoate de sodium
• Acide benzènedicarboxylique
• Acide benzènetricarboxylique
• Acide 4-tert-butylbenzoïque (PTBBA)
• Acide thiobenzoïque

Liens externes

• Fiche internationale de sécurité

Références

1. ACIDE BENZOIQUE, Fiches internationales de sécurité chimique
2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, États-Unis, McGraw-Hill, 1997, 7^e éd., 2400 p. (ISBN 0-07-049841-5), p. 2-50
4. « Properties of Various Gases », sur flexwareinc.com (consulté le 12 avril 2010)
5. « Thermodynamic quantities for substances and ions at 25 oC », sur uri.edu via Wikiwix (consulté le 27 novembre 2023).
6. (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 2, Huston, Texas, Gulf Pub. Co., 1996 (ISBN 0-88415-858-6)
7. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press, 18 juin 2002, 83^e éd., 2664 p. (ISBN 0849304830, présentation en ligne), p. 5-89
8. « Benzoic acid », sur reciprocalnet.org (consulté le 12 décembre 2009)
9. (en) J. G. Speight et Norbert Adolph Lange, Lange's Handbook of Chemistry, McGraw-Hill, 2005, 16^e éd., 1623 p. (ISBN 0-07-143220-5), p. 2.289
10. « Acide benzoïque » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
11. d'après Phenol ExplorerPhenol Explorer INRA
12. sur Futura science
13. Klaus Weissermel et Hans-Jürgen Arpe, Chimie organique industrielle, Éd. De Boeck Université, trad. de la 3^e éd., p. 364.
14. (en) « Multifunctionality of Crystalline MoV(TeNb) M1 Oxide Catalysts in Selective Oxidation of Propane and Benzyl Alcohol », ACS Catal,‎ 2013, p. 1103-1113 (lire en ligne)
15. (en) Gergely Nagy, Andrea Beck, György Sáfrán et Zoltán Schay, « Nanodisperse gold catalysts in oxidation of benzyl alcohol: comparison of various supports under different conditions », Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, vol. 128, n^o 1,‎ 1^er octobre 2019, p. 71–95 (ISSN 1878-5204, DOI 10.1007/s11144-019-01615-8, lire en ligne, consulté le 10 mai 2020)
16. (en) Ben Qi, Yanbing Wang, Lan-Lan Lou et Ying Yang, « Solvent-free aerobic oxidation of benzyl alcohol over palladium catalysts supported on MnOxprepared using an adsorption method », Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, vol. 108, n^o 2,‎ 1^er avril 2013, p. 519–529 (ISSN 1878-5204, DOI 10.1007/s11144-012-0529-y, lire en ligne, consulté le 10 mai 2020)
17. (en) Liming Sun, Wenwen Zhan, Jiang Shang et Guojian Chen, « Carbon-encapsulated Fe3O4 for catalyzing the aerobic oxidation of benzyl alcohol and benzene », Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, vol. 126, n^o 2,‎ 1^er avril 2019, p. 1055–1065 (ISSN 1878-5204, DOI 10.1007/s11144-018-01529-x, lire en ligne, consulté le 10 mai 2020)
18. Jim Stevenson et al., université de Southampton, dans The Lancet, septembre 2007. Étude relatée dans Le Monde, 7 septembre 2007.
19. Documentaire Reporter diffusé sur RTL TVI, 5 février 2010.
20. Codex alimentarius, « Noms de catégorie et système international de numérotation des additifs alimentaires », sur codexalimentarius.net, 2009 (consulté le 19 mai 2010)

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