Уксусная кислота - Acetic acid

Костная формула уксусной кислоты
Модель заполнения уксусной кислоты
Скелетная формула уксусной кислоты с добавлением всех явных атомов водорода
Шариковая модель из уксусной кислоты
Образец уксусной кислоты во флаконе с реагентом
Имена
Предпочтительное название IUPAC
Уксусная кислота
Систематическое название ИЮПАК
Этановая кислота
Другие имена
Уксус (в разбавленном виде); Ацетат водорода; Метанкарбоновая кислота
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
3DMet
Сокращения AcOH
506007
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.000.528 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
Номер E E260 (консерванты)
1380
КЕГГ
MeSH Уксусная кислота + кислота
Номер RTECS
UNII
Номер ООН 2789
  • InChI = 1S / C2H4O2 / c1-2 (3) 4 / h1H3, (H, 3,4) проверитьY
    Ключ: QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • CC (O) = O
Характеристики
С 2 Н 4 О 2
Молярная масса 60,052  г · моль -1
Появление Бесцветная жидкость
Запах Сильно похож на уксус
Плотность 1,049 г см -3 (жидкость); 1,27 г см −3 (твердое вещество)
Температура плавления От 16 до 17 ° С; От 61 до 62 ° F; От 289 до 290 К
Точка кипения От 118 до 119 ° С; От 244 до 246 ° F; От 391 до 392 К
Смешиваемый
журнал P -0,28
Давление газа 11,6  мм рт. Ст. (20 ° C)
Кислотность (p K a ) 4,756
Основание конъюгата Ацетат
-31,54 · 10 −6 см 3 / моль
1,371 (V D = 18,19)
Вязкость 1,22 мПа с
1,74 Д
Термохимия
123,1 Дж -1 моль -1
158,0 Дж -1 моль -1
-483,88–483,16 кДж моль -1
-875,50–874,82 кДж моль -1
Фармакология
G01AD02 ( ВОЗ ) S02AA10 ( ВОЗ )
Опасности
Паспорт безопасности См .: страницу данных
Пиктограммы GHS GHS02: Легковоспламеняющийся GHS05: Коррозийный
Сигнальное слово GHS Опасность
H226 , H314
P280 , P305 + 351 + 338 , P310
NFPA 704 (огненный алмаз)
3
2
0
точка возгорания 40 ° С (104 ° F, 313 К)
427 ° С (801 ° F, 700 К)
Пределы взрываемости 4–16%
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
3,31 г кг -1 , оральный (крыса)
5620 частей на миллион (мышь, 1 час)
16000 частей на миллион (крыса, 4 часа)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 10 частей на миллион (25 мг / м 3 )
REL (рекомендуется)
TWA 10 частей на миллион (25 мг / м 3 ) ST 15 частей на миллион (37 мг / м 3 )
IDLH (Непосредственная опасность)
50 частей на миллион
Родственные соединения
Родственные карбоновые кислоты
Муравьиная кислота
Пропионовая кислота
Родственные соединения
Ацетальдегид

Ацетамид
Уксусный ангидрид
Ацетонитрил
Ацетилхлорид
Этанол
Этилацетат Ацетат
калия Ацетат
натрия
Тиоуксусная кислота

Страница дополнительных данных
Показатель преломления ( n ),
диэлектрическая проницаемостьr ) и т. Д.
Термодинамические
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
УФ , ИК , ЯМР , МС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?) проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Уксусная кислота / ə с я т ɪ к / , систематически названа этановая кислота / ˌ ɛ & thetas ; ə п ɪ к / , представляет собой кислый, бесцветную жидкость и органическое соединение с химической формулой СН 3 СООН (также пишется как CH 3 CO 2 H, C 2 H 4 O 2 или HC 2 H 3 O 2 ). Уксус содержит не менее 4% уксусной кислоты по объему, что делает уксусную кислоту основным компонентом уксуса, помимо воды.

Уксусная кислота - вторая простая карбоновая кислота (после муравьиной кислоты ). Это важный химический реагент и промышленный химикат, используемый в основном в производстве ацетата целлюлозы для фотопленки , поливинилацетата для столярного клея , а также синтетических волокон и тканей. В домашних условиях разбавленная уксусная кислота часто используется в качестве средства для удаления накипи . В пищевой промышленности уксусная кислота контролируется кодом пищевой добавки E260 в качестве регулятора кислотности и в качестве приправы. В биохимии ацетильная группа, производная уксусной кислоты, имеет фундаментальное значение для всех форм жизни. Когда связано с кофермент А , она занимает центральное место в обмене веществ из углеводов и жиров .

Мировой спрос на уксусную кислоту составляет около 6,5 миллионов метрических тонн в год (Мт / год), из которых примерно 1,5 Мт / год удовлетворяется за счет переработки; остальное производится из метанола . Уксус - это в основном разбавленная уксусная кислота, часто получаемая путем ферментации и последующего окисления этанола .

Номенклатура

В тривиальное название «уксусная кислота» является наиболее часто используемым и предпочтительным имя ИЮПАК . Систематическое название этановая кислота , действительное название ИЮПАК , построено в соответствии с заместительной номенклатурой. Имя уксусная кислота происходит от уксуса , тем латинское слово для уксуса , и это связанно со словом кислот самого.

Ледяная уксусная кислота - это название безводной ( безводной ) уксусной кислоты. Подобно немецкому названию Eisessig ( ледяной уксус ), название происходит от ледяных кристаллов, которые образуются при температуре 16,6 ° C (61,9 ° F) при температуре чуть ниже комнатной (присутствие 0,1% воды снижает температуру плавления на 0,2 ° C. ).

Обычным символом для уксусной кислоты является AcOH , где Ac - символ псевдоэлемента, представляющий ацетильную группу CH.
3
−C (= O) -; сопряженное основание , ацетата ( СН
3
COO
- ), таким образом, представлен как AcO - . ( Ас не следует путать с символом элемента актиний ; контекст предотвращает путаницу среди химиков-органиков). Чтобы лучше отразить ее структуру, уксусную кислоту часто пишут как CH
3
–C (O) OH, CH
3
−C (= O) ОН, СН
3
COOH и CH
3
CO
2
H
. В контексте кислотно-основных реакций иногда используется аббревиатура HAc , где Ac в данном случае означает ацетат (а не ацетил). Ацетат - это ион, образующийся в результате потери H+
из уксусной кислоты. Название ацетат может также относиться к соли, содержащей этот анион, или сложному эфиру уксусной кислоты.

Характеристики

Кристаллы уксусной кислоты

Кислотность

Водородный центр в карбоксильной группе (-COOH) в карбоновых кислотах, таких как уксусная кислота, может отделиться от молекулы путем ионизации:

CH 3 COOH ⇌ CH 3 CO 2 - + H +

Из-за этого высвобождения протона (H + ) уксусная кислота имеет кислый характер. Уксусная кислота - слабая монопротонная кислота . В водном растворе, он имеет рК а значение 4,76. Основание его конъюгата - ацетат (CH 3 COO - ). 1,0  М раствор (примерно концентрация домашнего уксуса) имеет pH 2,4, что указывает на то, что диссоциирует только 0,4% молекул уксусной кислоты. Однако в очень разбавленном (<10 -6 М) растворе уксусная кислота диссоциирует на> 90%.

Равновесие депротонирования уксусной кислоты в воде

Циклический димер уксусной кислоты; пунктирные зеленые линии представляют водородные связи

Состав

В твердой уксусной кислоте молекулы образуют цепочки, при этом отдельные молекулы соединяются водородными связями . В паре при 120 ° C (248 ° F) можно обнаружить димеры. Димеры также встречаются в жидкой фазе в разбавленных растворах в растворителях, не связывающих водород, и в определенной степени в чистой уксусной кислоте, но разрушаются растворителями, связывающими водородные связи. Энтальпия диссоциации димера оценивается в 65.0–66.0 кДж / моль, а энтропия диссоциации - в 154–157 Дж моль –1  К –1 . Другие карбоновые кислоты участвуют в подобных взаимодействиях межмолекулярных водородных связей.

Свойства растворителя

Жидкая уксусная кислота - гидрофильный ( полярный ) протонный растворитель , подобный этанолу и воде . Обладая умеренной относительной статической проницаемостью (диэлектрической проницаемостью) 6,2, он растворяет не только полярные соединения, такие как неорганические соли и сахара , но также неполярные соединения, такие как масла, а также полярные растворенные вещества. Он смешивается с полярными и неполярными растворителями, такими как вода, хлороформ и гексан . С высшими алканами (начиная с октана ) уксусная кислота не смешивается ни при каких составах, а растворимость уксусной кислоты в алканах снижается с более длинными н-алканами. Свойства растворителя и смешиваемости уксусной кислоты делают ее полезным промышленным химическим веществом, например, в качестве растворителя при производстве диметилтерефталата .

Биохимия

При физиологических значениях pH уксусная кислота обычно полностью ионизируется до ацетата .

Ацетил группа , формально полученные из уксусной кислоты, имеет фундаментальное значение для всех форм жизни. Когда связано с кофермент А , она занимает центральное место в обмене веществ из углеводов и жиров . В отличие от карбоновых кислот с более длинной цепью ( жирных кислот ), уксусная кислота не встречается в природных триглицеридах . Однако искусственный триглицерид триацетин (триацетат глицерина) является обычной пищевой добавкой и содержится в косметике и лекарствах местного действия.

Уксусная кислота вырабатывается и выводится из организма уксуснокислыми бактериями , особенно из рода Acetobacter и Clostridium acetobutylicum . Эти бактерии повсеместно встречаются в продуктах питания , воде и почве , а уксусная кислота вырабатывается естественным путем при порче фруктов и других пищевых продуктов. Уксусная кислота также является компонентом вагинальной смазки в организме человека и других приматов , где он появляется , чтобы служить в качестве мягкого антибактериального агента.

Производство

Завод очистки и обогащения уксусной кислоты 1884 г.

Уксусную кислоту производят промышленным путем как синтетическим путем, так и путем бактериальной ферментации . Около 75% уксусной кислоты , предназначенные для использования в химической промышленности производится карбонилирования из метанола , поясняется ниже. На биологический путь приходится лишь около 10% мирового производства, но он остается важным для производства уксуса, потому что многие законы о чистоте пищевых продуктов требуют, чтобы уксус, используемый в пищевых продуктах, имел биологическое происхождение. К другим процессам относятся изомеризация метилформиата, преобразование синтез-газа в уксусную кислоту и газофазное окисление этилена и этанола. Уксусная кислота часто является побочным продуктом различных реакций, например, во время гетерогенно-каталитического синтеза акриловой кислоты или ферментативного производства молочной кислоты. По состоянию на 2003–2005 годы общее мировое производство первичной уксусной кислоты оценивалось в 5 Мт / год (миллион тонн в год), примерно половина из которых была произведена в Соединенных Штатах . Производство в Европе составляло приблизительно 1 млн т / год и снижалось, в то время как производство в Японии составляло 0,7 млн ​​т / год. Еще 1,5 млн т перерабатывались каждый год, в результате чего общий мировой рынок достиг 6,5 млн т / год. С тех пор мировая добыча выросла до 10,7 млн ​​т / год (в 2010 г.) и далее; однако прогнозируется замедление роста производства. Двумя крупнейшими производителями первичной уксусной кислоты являются компании Celanese и BP Chemicals. Другие крупные производители включают Millennium Chemicals , Sterling Chemicals , Samsung , Eastman и Svensk Etanolkemi .

Карбонилирование метанола

Большая часть уксусной кислоты производится карбонилированием метанола . В этом процессе метанол и окись углерода реагируют с образованием уксусной кислоты в соответствии с уравнением:

Метанол Formylation.png

В этом процессе используется йодметан в качестве промежуточного продукта, и он состоит из трех этапов. Катализатора , карбонил металла , необходим для карбонилирования (этап 2).

  1. CH 3 OH + HI → CH 3 I + H 2 O
  2. CH 3 I + CO → CH 3 COI
  3. CH 3 COI + H 2 O → CH 3 COOH + HI

Две взаимосвязанные процессы для карбонилирования метанола: родием катализируемого процесса Monsanto и иридия-катализируемой процесса Cativa . Последний процесс более экологичный и эффективный и в значительной степени вытеснил первый процесс, часто на тех же производственных предприятиях. В обоих процессах используется каталитическое количество воды, но для процесса Cativa требуется меньше, поэтому реакция конверсии водяного газа подавляется, и образуется меньше побочных продуктов.

Изменяя условия процесса, уксусный ангидрид можно также производить на той же установке с использованием родиевых катализаторов.

Окисление ацетальдегида

До коммерциализации процесса Monsanto большая часть уксусной кислоты производилась путем окисления ацетальдегида . Это остается вторым по важности методом производства, хотя обычно он не конкурирует с карбонилированием метанола. Ацетальдегид можно получить гидратацией ацетилена . Это была доминирующая технология в начале 1900-х годов.

Компоненты легкой нафты легко окисляются кислородом или даже воздухом с образованием пероксидов , которые разлагаются с образованием уксусной кислоты в соответствии с химическим уравнением , проиллюстрированным бутаном:

2 C 4 H 10 + 5 O 2 → 4 CH 3 CO 2 H + 2 H 2 O

Такие окисления требуют металлического катализатора, такого как нафтенат солей из марганца , кобальта и хрома .

Типичная реакция проводится при температурах и давлениях, которые должны быть как можно более горячими, но при этом бутан остается жидким. Типичные условия реакции: 150 ° C (302 ° F) и 55 атм. Также могут образовываться побочные продукты, включая бутанон , этилацетат , муравьиную кислоту и пропионовую кислоту . Эти побочные продукты также имеют коммерческую ценность, и условия реакции могут быть изменены для получения большего количества их, где это необходимо. Однако отделение уксусной кислоты от этих побочных продуктов увеличивает стоимость процесса.

В аналогичных условиях и с использованием аналогичных катализаторов , которые используются для окисления бутана, с кислородом в воздухе с получением уксусной кислоты может окислять ацетальдегид .

2 CH 3 CHO + O 2 → 2 CH 3 CO 2 H

При использовании современных катализаторов эта реакция может иметь выход уксусной кислоты более 95%. Основными побочными продуктами являются этилацетат , муравьиная кислота и формальдегид , все из которых имеют более низкие температуры кипения, чем уксусная кислота, и легко отделяются перегонкой .

Окисление этилена

Ацетальдегид может быть получен из этилена с помощью процесса Wacker , а затем окислен, как указано выше.

В последнее время химическая компания Showa Denko , открывшая в 1997 году завод по окислению этилена в Оите , Япония , начала коммерциализацию более дешевой одностадийной конверсии этилена в уксусную кислоту. Процесс катализируется катализатором на основе металлического палладия, нанесенным на гетерополикислоту, такую ​​как кремневольфрамовая кислота . В аналогичном процессе используется тот же металлический катализатор на кремневольфрамовой кислоте и кремнеземе:

С 2 Н 4 + О 2 → СН 3 СО 2 Н

Считается, что он конкурентоспособен с карбонилированием метанола для небольших заводов (100–250 кт / год), в зависимости от местной цены на этилен. Подход будет основан на использовании новой технологии селективного фотокаталитического окисления для селективного окисления этилена и этана до уксусной кислоты. В отличие от традиционных катализаторов окисления, процесс селективного окисления будет использовать ультрафиолетовый свет для производства уксусной кислоты при температуре и давлении окружающей среды.

Окислительное брожение

На протяжении большей части истории человечества уксуснокислые бактерии из рода Acetobacter производили уксусную кислоту в форме уксуса. При наличии достаточного количества кислорода эти бактерии могут производить уксус из различных пищевых продуктов, содержащих алкоголь. Обычно используемые корма включают яблочный сидр , вино и ферментированное зерно , солод , рис или картофельное пюре. Общая химическая реакция, которой способствуют эти бактерии:

С 2 Н 5 ОН + О 2 → СН 3 СООН + Н 2 О

Разбавленный спиртовой раствор, зараженный Acetobacter и хранимый в теплом и просторном месте, через несколько месяцев превратится в уксус. Промышленные методы производства уксуса ускоряют этот процесс, улучшая снабжение бактерий кислородом .

Первые партии уксуса, произведенные путем ферментации, вероятно, были связаны с ошибками в процессе виноделия . Если сусло ферментируется при слишком высокой температуре, acetobacter подавляет естественные дрожжи, встречающиеся в винограде . По мере роста спроса на уксус для кулинарных, медицинских и санитарных целей виноделы быстро научились использовать другие органические материалы для производства уксуса в жаркие летние месяцы, еще до того, как виноград созрел и был готов к переработке в вино. Однако этот метод был медленным и не всегда успешным, поскольку виноделы не понимали его.

Одним из первых современных коммерческих процессов был «быстрый метод» или «немецкий метод», впервые примененный в Германии в 1823 году. В этом процессе ферментация происходит в башне, заполненной древесной стружкой или древесным углем . Спиртосодержащий корм поступает в верхнюю часть градирни, а свежий воздух подается снизу за счет естественной или принудительной конвекции . Улучшенная подача воздуха в этом процессе сократила время на приготовление уксуса с месяцев до недель.

В настоящее время большинство уксус производится в подводном танкового культуры , впервые была описана в 1949 году Отто Hromatka и Генрих Эбнер. В этом методе спирт ферментируется до уксуса в резервуаре с непрерывным перемешиванием, а кислород подается путем барботирования воздуха через раствор. Используя современные способы применения этого метода, уксус с 15% -ной уксусной кислотой можно приготовить всего за 24 часа при периодическом процессе, и даже за 20% при 60-часовом периодическом процессе с подпиткой.

Анаэробное брожение

Виды анаэробных бактерий , включая представителей рода Clostridium или Acetobacterium, могут напрямую преобразовывать сахара в уксусную кислоту, не создавая этанол в качестве промежуточного продукта. Общая химическая реакция, проводимая этими бактериями, может быть представлена ​​как:

C 6 H 12 O 6 → 3 CH 3 COOH

Эти ацетогенные бактерии производят уксусную кислоту из одноуглеродных соединений, включая метанол, монооксид углерода или смесь диоксида углерода и водорода :

2 CO 2 + 4 H 2 → CH 3 COOH + 2 H 2 O

Эта способность Clostridium непосредственно метаболизировать сахара или производить уксусную кислоту из менее дорогостоящих ресурсов предполагает, что эти бактерии могут производить уксусную кислоту более эффективно, чем окислители этанола, такие как Acetobacter . Однако бактерии Clostridium менее устойчивы к кислотам, чем Acetobacter . Даже самые кислотоустойчивые штаммы Clostridium могут производить уксус в концентрации всего несколько процентов по сравнению со штаммами Acetobacter , которые могут производить уксус в концентрациях до 20%. В настоящее время по-прежнему более рентабельно производить уксус с использованием Acetobacter , чем с использованием Clostridium и его концентрирования. В результате, хотя ацетогенные бактерии известны с 1940 года, их промышленное использование ограничено несколькими нишевыми приложениями.

Использует

Уксусная кислота - это химический реагент для образования химических соединений. Наибольшее разовое использование уксусной кислоты - это производство мономера винилацетата , за которым следует производство уксусного ангидрида и сложного эфира. Объем уксусной кислоты, используемой в уксусе, сравнительно невелик.

Винилацетатный мономер

Основное использование уксусной кислоты - производство мономера винилацетата (ВАМ). По оценкам, в 2008 году это приложение потребляло треть мирового производства уксусной кислоты. Реакция состоит из этилена и уксусной кислоты с кислородом над палладиевым катализатором , проводимая в газовой фазе.

2 H 3 C − COOH + 2 C 2 H 4 + O 2 → 2 H 3 C − CO − O − CH = CH 2 + 2 H 2 O

Винилацетат может быть полимеризован до поливинилацетата или других полимеров , которые входят в состав красок и клеев .

Производство эфиров

Основные сложные эфиры уксусной кислоты обычно используются в качестве растворителей для чернил , красок и покрытий . Сложные эфиры включают этилацетат , н - бутилацетат , изобутилацетат и пропилацетат . Обычно они производятся катализированной реакцией из уксусной кислоты и соответствующего спирта :

H 3 C-COOH + HO-R → H 3 C-CO-O-R + H 2 O, R = общая алкильная группа

Например. : - C2H5COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O. Или этанол и этановая кислота дают этилэтаноат + вода .

Однако большинство эфиров ацетата получают из ацетальдегида по реакции Тищенко . Кроме того, ацетаты эфира используются в качестве растворителей для нитроцеллюлозы , акриловых лаков , средств для снятия лака и красителей для древесины. Сначала моноэфиры гликоля производятся из оксида этилена или оксида пропилена со спиртом, которые затем этерифицируются уксусной кислотой. Тремя основными продуктами являются ацетат моноэтилового эфира этиленгликоля (EEA), ацетат монобутилового эфира этиленгликоля (EBA) и ацетат монометилового эфира пропиленгликоля (PMA, более известный как PGMEA в процессах производства полупроводников, где он используется в качестве резистивного растворителя. ). Это приложение потребляет от 15% до 20% мировой уксусной кислоты. Было доказано, что ацетаты эфира, например EEA, вредны для репродукции человека.

Уксусный ангидрид

Продукт конденсации двух молекул уксусной кислоты - уксусный ангидрид . Мировое производство уксусного ангидрида является одним из основных приложений, и на него приходится от 25% до 30% мирового производства уксусной кислоты. Основной процесс включает дегидратацию уксусной кислоты с образованием кетена при 700–750 ° C. После этого кетен реагирует с уксусной кислотой с получением ангидрида:

CH 3 CO 2 H → CH 2 = C = O + H 2 O
CH 3 CO 2 H + CH 2 = C = O → (CH 3 CO) 2 O

Уксусный ангидрид - агент ацетилирования . Таким образом, его основное применение - ацетат целлюлозы , синтетический текстиль, также используемый для фотопленки . Уксусный ангидрид также является реагентом для производства героина и других соединений.

Использовать как растворитель

Как отмечалось выше, ледяная уксусная кислота является прекрасным полярным протонным растворителем . Его часто используют в качестве растворителя при перекристаллизации для очистки органических соединений. Уксусная кислота используется в качестве растворителя при производстве терефталевой кислоты (TPA), сырья для полиэтилентерефталата (PET). В 2006 году для производства ТФК было использовано около 20% уксусной кислоты.

Уксусная кислота часто используется в качестве растворителя для реакций с участием карбокатионов , таких как алкилирование Фриделя-Крафтса . Так , например, один этап в коммерческом производстве синтетическога камфоры включает в себя Вагнер-Меервейна перегруппировку из камфена к изоборнилацетату ; здесь уксусная кислота действует как растворитель и как нуклеофил, улавливая перегруппированный карбокатион.

Ледяная уксусная кислота используется в аналитической химии для оценки слабощелочных веществ, таких как органические амиды. Ледяная уксусная кислота является гораздо более слабым основанием, чем вода, поэтому амид в этой среде ведет себя как сильное основание. Затем его можно титровать, используя раствор в ледяной уксусной кислоте очень сильной кислоты, такой как хлорная кислота .

Медицинское использование

Инъекции уксусной кислоты в опухоль использовались для лечения рака с 1800-х годов.

Уксусная кислота используется как часть скрининга рака шейки матки во многих регионах развивающегося мира . Кислота наносится на шейку матки, и если примерно через минуту появляется белая область, тест дает положительный результат.

Уксусная кислота является эффективным антисептиком при использовании в виде 1% раствора с широким спектром действия против стрептококков, стафилококков, псевдомонад, энтерококков и других. Его можно использовать для лечения кожных инфекций, вызванных штаммами псевдомонад, устойчивыми к обычным антибиотикам.

Хотя разбавленная уксусная кислота используется в ионтофорезе , нет высококачественных доказательств, подтверждающих это лечение болезни вращательной манжеты плеча.

Как средство для лечения наружного отита , он включен в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения - самые безопасные и эффективные лекарства, необходимые в системе здравоохранения .

Еда

В уксусной кислоте содержится 349 ккал на 100 г. Уксус обычно содержит не менее 4% уксусной кислоты по массе. Правовые ограничения на содержание уксусной кислоты различаются в зависимости от юрисдикции. Уксус используется непосредственно в качестве приправы , а также при мариновании овощей и других продуктов. Столовый уксус имеет тенденцию быть более разбавленным (от 4% до 8% уксусной кислоты), в то время как для промышленного маринования пищевых продуктов используются более концентрированные растворы. Доля уксусной кислоты, используемой во всем мире в качестве уксуса, не так велика, как в коммерческих целях, но на сегодняшний день это старейшее и наиболее известное применение.

Реакции

Органическая химия

Две типичные органические реакции уксусной кислоты

Уксусная кислота подвергается типичным химическим реакциям карбоновой кислоты. При обработке стандартной основой превращается в ацетат металла и воду . С сильными основаниями (например, литийорганическими реагентами) его можно дважды депротонировать с образованием LiCH 2 CO 2 Li. Восстановление уксусной кислоты дает этанол. Группа ОН является основным участком реакции, о чем свидетельствует превращение уксусной кислоты в ацетилхлорид . Другие замещающие производные включают уксусный ангидрид ; этот ангидрид образуется в результате потери воды двумя молекулами уксусной кислоты. Сложные эфиры уксусной кислоты также могут быть образованы этерификацией Фишера , и могут быть образованы амиды . При нагревании выше 440 ° C (824 ° F) уксусная кислота разлагается с образованием диоксида углерода и метана или с образованием кетена и воды:

CH 3 COOH → CH 4 + CO 2
CH 3 COOH → CH 2 CO + H 2 O

Реакции с неорганическими соединениями

Уксусная кислота является умеренно коррозионной для металлов , включая железо , магний и цинк , образуя водород газа и соли , называемых ацетаты :

Mg + 2 CH 3 COOH → (CH 3 COO) 2 Mg + H 2

Поскольку алюминий образует пассивирующую кислотостойкую пленку оксида алюминия, алюминиевые цистерны используются для транспортировки уксусной кислоты. Ацетаты металлов также можно получить из уксусной кислоты и соответствующего основания , как в популярной реакции « пищевая сода + уксус»:

NaHCO 3 + CH 3 COOH → NaCH 3 COO + CO 2 + H 2 O

Цветная реакция для солей уксусной кислоты железы (III) , хлорид раствор, который приводит к глубоко красному цвету , который исчезает после подкисления. Более чувствительный тест использует нитрат лантана с йодом и аммиаком, чтобы получить синий раствор. Ацетаты при нагревании с триоксидом мышьяка образуют оксид какодила , который можно обнаружить по его парам с неприятным запахом.

Прочие производные

Органические или неорганические соли получают из уксусной кислоты. Некоторые коммерчески значимые производные:

Галогенированные уксусные кислоты производятся из уксусной кислоты. Некоторые коммерчески значимые производные:

Количество уксусной кислоты, используемой в этих других областях, вместе составляет еще 5–10% от общего использования уксусной кислоты во всем мире.

История

Уксус был известен на раннем этапе развития цивилизации как естественный результат воздействия воздуха на пиво и вино , поскольку бактерии, продуцирующие уксусную кислоту, присутствуют во всем мире. Использование уксусной кислоты в алхимии простирается в 3 веке до н.э., когда греческий философ Теофраст описал , как уксус действовал на металлы для производства пигментов , используемые в данной области техники, в том числе белого свинца ( карбонат свинца ) и медянки , зеленую смесь медных солей в том числе меди (II) ацетат . Древние римляне варили кислое вино для производства сладкого сиропа, называемого сапа . Сапа, которую производили в свинцовых горшках, была богата ацетатом свинца , сладким веществом, также называемым сахаром свинца или сахаром Сатурна , что способствовало отравлению свинцом среди римской аристократии.

В 16-го века немецким алхимиком Либавий описано производство ацетона из сухой перегонки ацетата свинца, кетоновой декарбоксилирования . Присутствие воды в уксусе настолько сильно влияет на свойства уксусной кислоты, что на протяжении веков химики считали, что ледяная уксусная кислота и кислота, содержащаяся в уксусе, - это два разных вещества. Французский химик Пьер Адэ доказал их идентичность.

стеклянный стакан кристаллизованной уксусной кислоты
Кристаллизованная уксусная кислота.

В 1845 году немецкий химик Герман Кольбе впервые синтезировал уксусную кислоту из неорганических соединений . Эта последовательность реакций состояла из хлорирования из сероуглерода в четыреххлорист углерода , с последующим пиролизом до тетрахлорэтилена и водного хлорирования к трихлоруксусной кислоте , и заключил с электролитическим сокращением до уксусной кислоты.

К 1910 году большая часть ледяной уксусной кислоты была получена из пирогенного щелока , продукта перегонки древесины. Уксусную кислоту выделяли обработкой известковым молоком , а затем полученный ацетат кальция подкисляли серной кислотой для извлечения уксусной кислоты. В то время Германия производила 10 000 тонн ледяной уксусной кислоты, около 30% которой использовалось для производства красителя индиго .

Поскольку и метанол, и окись углерода являются товарным сырьем, карбонилирование метанола долгое время казалось привлекательными предшественниками уксусной кислоты. Анри Дрейфус из British Celanese разработал пилотную установку карбонилирования метанола еще в 1925 году. Однако отсутствие практических материалов, которые могли бы содержать коррозионную реакционную смесь при необходимых высоких давлениях (200 атм или более), препятствовало коммерциализации этих способов. Первый коммерческий процесс карбонилирования метанола, в котором использовался кобальтовый катализатор, был разработан немецкой химической компанией BASF в 1963 году. В 1968 году был открыт катализатор на основе родия ( цис - [Rh (CO) 2 I 2 ] - ), который мог работать. эффективно при более низком давлении практически без побочных продуктов. Американская химическая компания Monsanto Company построила первый завод, использующий этот катализатор в 1970 году, и катализируемое родием карбонилирование метанола стало доминирующим методом производства уксусной кислоты (см. Процесс Monsanto ). В конце 1990-х годов химическая компания BP Chemicals выпустила на рынок катализатор Cativa ([Ir (CO) 2 I 2 ] - ), который для большей эффективности промотирован иридием . Этот процесс Cativa, катализируемый иридием, является более экологичным и более эффективным и в значительной степени вытеснил процесс Monsanto, часто на тех же производственных предприятиях.

Межзвездная среда

Межзвездная уксусная кислота была открыта в 1996 году группой под руководством Дэвида Мерингера с использованием бывшего массива Ассоциации Беркли-Иллинойс-Мэриленд в радиообсерватории Хат-Крик и бывшего миллиметрового массива, расположенного в радиообсерватории Оуэнс-Вэлли . Впервые он был обнаружен в молекулярном облаке Sagittarius B2 North (также известном как источник большой молекулы Sgr B2 Heimat ). Уксусная кислота является первой молекулой, обнаруженной в межзвездной среде с использованием только радиоинтерферометров ; Во всех предыдущих молекулярных открытиях ISM, сделанных в миллиметровом и сантиметровом режимах длин волн, радиотелескопы с одной тарелкой были, по крайней мере, частично ответственны за обнаружение.

Воздействие на здоровье и безопасность

Концентрированная уксусная кислота разъедает кожу. Эти ожоги или волдыри могут появиться только через несколько часов после воздействия.

Длительное вдыхание (восемь часов) паров уксусной кислоты в концентрации 10 ppm может вызвать раздражение глаз, носа и горла; при 100 ppm может возникнуть заметное раздражение легких и возможное повреждение легких, глаз и кожи. Концентрация паров 1000 ppm вызывает заметное раздражение глаз, носа и верхних дыхательных путей и недопустима. Эти прогнозы были основаны на экспериментах на животных и промышленном воздействии.

У 12 рабочих, подвергавшихся в течение двух или более лет воздействию уксусной кислоты в воздухе со средней концентрацией 51 ppm (расчетная), возникли симптомы раздражения конъюнктивы, раздражения верхних дыхательных путей и гиперкератотического дерматита. Воздействие 50 ppm или более недопустимо для большинства людей и приводит к интенсивному слезотечению и раздражению глаз, носа и горла, с отеком глотки и хроническим бронхитом. Неакклиматизированные люди испытывают сильное раздражение глаз и носа при концентрациях, превышающих 25 ppm, и сообщалось о конъюнктивите при концентрациях ниже 10 ppm. В исследовании пяти рабочих, подвергавшихся в течение 7-12 лет воздействию концентраций от 80 до 200 ppm на пиках, основными результатами были почернение и гиперкератоз кожи рук, конъюнктивит (но без повреждения роговицы), бронхит, фарингит и эрозия. открытых зубов (резцов и клыков).

Опасности растворов уксусной кислоты зависят от концентрации. В следующей таблице приведена классификация растворов уксусной кислоты ЕС :

Концентрация
по весу
Молярность Классификация R-фразы
10–25% 1,67–4,16 моль / л Раздражающий ( Си ) R36 / 38
25–90% 4,16–14,99 моль / л Коррозионный ( C ) R34
> 90% > 14,99 моль / л Коррозионный ( C ) Легковоспламеняющийся ( F ) R10 , R35

Концентрированная уксусная кислота может с трудом воспламениться при стандартной температуре и давлении, но при температурах выше 39 ° C (102 ° F) она становится горючей и может образовывать взрывоопасные смеси с воздухом при более высоких температурах ( пределы взрываемости : 5,4–16 %).

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки