Bentsoyyliperoksidi: rakenne, kaava, molekyylipaino ja ominaisuudet

Mikä on Bentsoyyliperoksidi ?

BPO (Bentsoyyliperoksidi) on orgaaninen peroksidiyhdiste, joka koostuu kahdesta bentsoyyliryhmästä, jotka on yhdistetty peroksidisidoksella. Se on yksi maailman laajimmin käytetyistä teollisuus- ja farmaseuttisista kemikaaleista, joka toimii samanaikaisesti vapaiden radikaalien initiaattorina polymeerikemiassa, valkaisuaineena jauhoissa ja elintarviketeollisuudessa sekä aktiivisena ainesosana aknen hoitovalmisteissa.

Puhtaassa muodossaan bentsoyyliperoksidi on valkoinen, hajuton kiteinen jauhe, joka liukenee vain niukasti veteen, mutta liukenee helposti orgaanisiin liuottimiin, kuten asetoniin, kloroformiin ja dietyylieetteriin. Koska kuiva bentsoyyliperoksidijauhe on voimakas hapetin ja aiheuttaa syttymis- ja räjähdysvaaran, sitä käsitellään ja myydään lähes yleisesti kastetussa tai flegmatisoidussa muodossa – sekoitettuna veteen tai inerttiin pehmittimeen vähentämään herkkyyttä kuumuudelle, kitkalle ja iskuille.

Yhdiste tunnetaan myös systemaattisella IUPAC-nimellä dibentsoyyliperoksidi — nimi, joka kuvaa suoraan sen rakennetta — sekä useilla kauppanimityksillä, kuten Lucidol, Panoxyl, Clearasil (paikallisissa formulaatioissa) ja Luperox. Sen CAS-rekisterinumero on 94-36-0 , ainutlaatuinen kemiallinen tunniste, jota tutkijat, sääntelyviranomaiset ja hankintaryhmät maailmanlaajuisesti käyttävät määrittääkseen tämän yhdisteen yksiselitteisesti.

Bentsoyyliperoksidin kemiallinen rakenne ja kaava

Bentsoyyliperoksidin molekyylikaava on C14H10O4 . Sen rakenne koostuu kahdesta fenyylirenkaasta (C₆H₅–), joista kumpikin on kiinnittynyt karbonyyliryhmään (–C=O), ja kaksi karbonyyliryhmää on liitetty happipäistään yhdellä peroksidisidoksella (–O–O–). Tämä järjestely voidaan kirjoittaa rakenteellisesti seuraavasti:

C₆H5–C(=O)–O–O–C(=O)–C₆H5

Peroksidisidos (O-O) on molekyylin kemiallisesti reaktiivinen keskus. Sen sidoksen dissosiaatioenergia on noin 150 kJ/mol - huomattavasti heikompi kuin tyypillinen C-C- tai C-O-sidos - minkä vuoksi bentsoyyliperoksidi hajoaa helposti kuumentaessaan muodostaen kaksi bentsoyylioksiradikaalia. Nämä radikaalit ovat aktiivisia lajeja sekä polymerisaation aloituksessa että antibakteerisessa vaikutuksessa.

Peroksidisillan vieressä olevat kaksi bentsoyyliryhmää antavat molekyylille sen symmetrisen rakenteen. Kiteisessä muodossa molekyyli ottaa lähes tasomaisen konfiguraation jokaisen karbonyyliryhmän ympärillä, jolloin fenyylirenkaat ovat hieman kiertyneet ulos esterisidoksen tasosta steeristen vuorovaikutusten vuoksi.

Bentsoyyliperoksidin molekyylipaino

Bentsoyyliperoksidin molekyylipaino on 242,23 g/mol , laskettuna sen molekyylikaavasta C14H10O4:

• 14 hiiliatomia × 12,011 g/mol = 168,15
• 10 vetyatomia × 1,008 g/mol = 10,08
• 4 happiatomia × 15,999 g/mol = 64,00
• Yhteensä: 242,23 g/mol

Tähän molekyylipainoon viitataan usein teollisessa formulointityössä, jossa aktiivisen hapen pitoisuus – hapetusreaktioihin teoreettisesti käytettävissä olevan hapen prosenttiosuus – on kriittinen määritys. Bentsoyyliperoksidin aktiivisen hapen pitoisuus on 6,61 % massa, luku, jota käytetään standardisoimaan erätoimintaa polymeerien ja kumin valmistuksessa.

Bentsoyyliperoksidin muut nimet

Bentsoyyliperoksidi esiintyy useilla synonyymeillä ja kauppanimillä eri toimialoilla ja säädöksissä. Yleisimmin kohtaamia ovat:

• Dibentsoyyliperoksidi — suositeltu järjestelmällinen IUPAC-nimi
• BPO — yleisesti käytetty lyhenne kemiassa, polymeeritieteessä ja dermatologiassa
• Bentsoyylisuperoksidi — vanhempi, nykyään harvoin käytetty nimitys
• Luperox A98 / Luperox FL — kauppanimet, joita Arkema käyttää teollisuuslaatuisille tuotelajeille
• Lucidol — historiallinen kauppanimi, johon viitataan vielä joskus vanhemmassa kirjallisuudessa
• Panoxyl, Brevoxyl, Oxy — paikallisten aknevalmisteiden farmaseuttiset kauppanimet
• Novadelox — jauhokäsittelyn kauppanimi, jota käytetään elintarvikekäyttöön tarkoitetuissa sovelluksissa

Kaikissa näissä nimityksissä CAS-numero 94-36-0 on edelleen yksiselitteinen viite, jota käytetään käyttöturvallisuustiedotteissa, tulliasiakirjoissa ja viranomaisasiakirjoissa saman yhdisteen tunnistamiseksi kaupallisesta nimestä tai puhtausasteesta riippumatta.

Bentsoyyliperoksidi vs vetyperoksidi: tärkeimmät erot

Bentsoyyliperoksidi ja vetyperoksidi (H2O2) ovat molemmat peroksidiyhdisteitä, jotka tuottavat reaktiivisia happilajeja, mutta ne eroavat toisistaan olennaisesti rakenteeltaan, mekanismiltaan, liukoisuudeltaan ja käyttökohteltaan.

Vetyperoksidi on epäorgaaninen peroksidi, joka koostuu vain kahdesta happiatomista, joita vety silta (H-O-O-H). Se sekoittuu rajattomasti veteen, hajoaa vedeksi ja happikaasuksi ja toimii ensisijaisesti pintatason hapettavana ja valkaisuaineena. Sen reaktiiviset lajit - hydroksyyliradikaalit ja singlettihappi - ovat erittäin epäselektiivisiä ja lyhytikäisiä.

Bentsoyyliperoksidi on orgaaninen peroksidi, jossa on kaksi suurta bentsoyyliryhmää O-O-sidoksen vieressä. Se on huonosti vesiliukoinen, lipofiilinen ja tunkeutuu talipitoisiin (öljyä tuottaviin) follikkeleihin paljon tehokkaammin kuin vetyperoksidi. Kun se hajoaa, se synnyttää bentsoyylioksiradikaaleja ja myöhemmin fenyyliradikaaleja – lajeja, jotka ovat vakaampia ja pitkäikäisempiä kuin hydroksyyliradikaalit, mikä tekee BPO:sta paljon tehokkaamman vapaaradikaali-initiaattorin polymerointikemiassa ja kohdistetumman antibakteerisen aineen aknen hoidossa.

BPO:n teolliset ja kemialliset sovellukset

Bentsoyyliperoksidin määrittelevä kemiallinen käyttäytyminen on sen nopea homolyyttinen hajoaminen - O-O-sidos katkeaa symmetrisesti muodostaen kaksi bentsoyylioksiradikaalia. Tämä lämpöepävakaus, joka tekee kuivasta BPO-jauheesta käsittelyvaaran, tekee siitä juuri niin hyödyllisen teollisesti.

Polymeeri- ja kumiteollisuus

BPO on yksi laajimmin käytetyistä vapaaradikaali-initiaattoreista lisäpolymeroinnissa. Se käynnistää vinyylimonomeerien, mukaan lukien styreenin, akrylaattien ja vinyyliasetaatin, ketjukasvupolymeroinnin 60-100 °C:n lämpötiloissa. Se toimii myös silloitusaineena silikonikumissa ja polyeteenissä, jossa hallittu radikaalien muodostus luo kovalenttisia siltoja polymeeriketjujen välille - parantaa mekaanista lujuutta, lämmönkestävyyttä ja mittapysyvyyttä.

Jauhot ja elintarvikkeiden jalostus

Alhaisina pitoisuuksina BPO valkaisee juuri jauhetun vehnäjauhon karotenoidipigmenttejä, mikä saa aikaan kirkkaan valkoisen ulkonäön, jota suositaan joillakin markkinoilla. Se on hyväksytty jauhojen käsittelyaineeksi useilla lainkäyttöalueilla, vaikka sen käyttö on kielletty Euroopan unionissa ja useilla muilla alueilla, joilla luonnollinen vanhentaminen tai vaihtoehtoiset valkaisumenetelmät ovat pakollisia.

Farmaseuttinen ja ihotautien käyttö

Paikallisessa aknen hoidossa BPO toimii kahdella mekanismilla: se vapauttaa reaktiivisia happilajeja, jotka tappavat Cutibacterium acnes (aknepatologiassa keskeinen bakteeri), ja se toimii lievänä keratolyyttisenä aineena auttaen irrottamaan kuolleita ihosoluja, jotka voivat tukkia huokoset. Toisin kuin paikalliset antibiootit, BPO ei edistä bakteerien vastustuskykyä – se on yhä tärkeämpi etu, kun antibiooteille vastustuskykyiset kannat yleistyvät. Tyypilliset farmaseuttiset formulaatiot sisältävät 2,5 %, 5 % tai 10 % BPO:ta voiteessa, geelissä tai pesupohjassa.

Hammaslääketieteen ja kosmeettiset sovellukset

BPO:ta käytetään polymeroinnin initiaattorina joissakin hammaskomposiittihartseissa ja akryyliproteesimateriaaleissa, joissa se laukaisee nopean kovettumisen ympäristön olosuhteissa tai hieman kohotetussa lämpötilassa. Kosmetiikassa sitä esiintyy tietyissä hampaita valkaisevissa ja ihoa vaalenevissa koostumuksissa, vaikka pitoisuusrajat ja sääntelyvaatimukset vaihtelevat huomattavasti markkinoiden mukaan.

Bentsoyyliperoksidijauheen turvallisuus ja käsittely

Puhdas, kuiva bentsoyyliperoksidijauhe luokitellaan syttyväksi kiinteäksi aineeksi ja hapettavaksi GHS:n ja YK:n kuljetusmääräysten mukaan. Siinä esitetään kolme ensisijaista vaaraluokkaa:

• Terminen epävakaus. BPO alkaa hajota eksotermisesti yli noin 80 °C:ssa ja voi syttyä tai räjähtää, jos sitä kuumennetaan nopeasti suljetussa tilassa. Säilytys alle 30 °C:ssa hyvin tuuletetuissa olosuhteissa erillään lämmönlähteistä on pakollista.
• Isku- ja kitkaherkkyys. Kuiva BPO-jauhe voi syttyä mekaanisesta iskusta tai kitkasta. Teollisuuslaadut toimitetaan siksi vedellä kostutettuina (vesipitoisuuteen ≥ 26 % asti) tai flegmatisoituina pehmittimillä, kuten dibutyyliftalaatilla.
• Yhteensopimattomuus. BPO reagoi voimakkaasti pelkistysaineiden, vahvojen happojen, amiinien ja metallisuolojen (erityisesti kuparin, raudan ja mangaanin) kanssa, jotka voivat katalysoida nopeaa hallitsematonta hajoamista. Suurin BPO:n saastuminen millä tahansa näistä materiaaleista on vakava palo- ja räjähdysvaara.

Laboratorio- ja pienimuotoista käyttöä varten BPO:ta toimitetaan rutiininomaisesti a 70-75 % tahnaa vedessä tai liuoksena orgaanisessa liuottimessa. Näissä muodoissa se on vakaa, turvallinen käsitellä normaalein kemiallisin varotoimin ja täysin tehokas radikaalikäynnistäjänä tai valkaisuaineena.