Kwas octowy

„Octowy” przekierowuje tutaj. Nie mylić z Ascetą .

Kwas octowy
Skeletal formula of acetic acid
Spacefill model of acetic acid
Skeletal formula of acetic acid with all explicit hydrogens added
Ball and stick model of acetic acid
Sample of acetic acid in a reagent bottle
Nazwy
Preferowana nazwa IUPAC
Kwas octowy
Systematyczna nazwa IUPAC
Kwas etanowy
Inne nazwy
Ocet (po rozcieńczeniu); octan wodoru; kwas metanokarboksylowy; Kwas etylowy
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
3DMet
Skróty AcOH
506007
CHEBI
CHEMBL
ChemSpider
Bank Leków
Karta informacyjna ECHA 100.000.528 Edit this at Wikidata
Numer WE
  • 200-580-7
Numer E E260 (konserwanty)
1380
KEGG
Siatka octowy + kwas
Identyfikator klienta PubChem
Numer RTECS
  • AF1225000
UNII
Numer ONZ 2789
  • InChI=1S/C2H4O2/c1-2(3)4/h1H3,(H,3,4)  check Y
    Klucz: QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N  check T
  • CC(O)=O
Nieruchomości
CH3 COOH _
Masa cząsteczkowa 60,052 g · mol -1
Wygląd Bezbarwna ciecz
Zapach Mocno przypominający ocet
Gęstość 1,049 g/cm3 ( ciecz); 1,27 g/cm3 ( ciało stałe)
Temperatura topnienia 16 do 17°C; 61 do 62 ° F; 289 do 290 K
Temperatura wrzenia 118 do 119°C; 244 do 246 ° F; 391 do 392 K
Mieszalny
dziennik P -0,28
Ciśnienie pary   11,6 mmHg (20°C)
Kwasowość ( p Ka ) 4.756
Baza sprzężona Octan
-31,54 ·10-6 cm3 / mol
1,371 (V D = 18,19)
Lepkość 1,22 mPa·s
1,74 D
Termochemia
123,1 JK -1 mol -1
158,0 JK -1 mol -1
-483,88–483,16 kJ/mol
-875,50–874,82 kJ/mol
Farmakologia
G01AD02 ( KTO ) S02AA10 ( KTO )
Zagrożenia
Oznakowanie GHS :
GHS02: Flammable GHS05: Corrosive
Niebezpieczeństwo
H226 , H314
P280 , P305+P351+P338 , P310
NFPA 704 (ognisty diament)
3
2
0
Punkt zapłonu 40 ° C (104 ° F; 313 K)
427 ° C (801 ° F; 700 K)
Wybuchowe granice 4–16%
Śmiertelna dawka lub stężenie (LD, LC):
LD 50 ( mediana dawki )
3,31 g kg -1 , doustnie (szczur)

5620 ppm (mysz, 1 godz.) 16000 ppm (szczur, 4 godz.)
NIOSH (limity ekspozycji na zdrowie w USA):
PEL (dopuszczalny)
TWA 10 ppm (25 mg/m 3 )
REL (zalecane)
TWA 10 ppm (25 mg/m 3 ) ST 15 ppm (37 mg/m 3 )
IDLH (bezpośrednie zagrożenie)
50 str./min
Związki pokrewne

Kwas mrówkowy Kwas propionowy
Związki pokrewne








Aldehyd octowy Acetamid Bezwodnik octowy Kwas chlorooctowy Chlorek acetylu Kwas glikolowy Octan etylu Octan potasu Octan sodu Kwas tiooctowy
Strona danych uzupełniających
Kwas octowy (strona danych)
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
☒  N ( co to jest check☒ T N ?)

Kwas octowy / jest ə s iː t ɪ k / , systematycznie nazywany kwasem etanowym / ˌ ɛ θ ə ˈ n oʊ ɪ k / , kwaśną, bezbarwną cieczą i związkiem organicznym o wzorze chemicznym CH 3 COOH (również zapisywany jako CH 3 CO2H _ _ , C2H4O2 lub HC2H3O2 ) . _ _ _ _ _ _ _ _ _ Ocet zawiera co najmniej 4% objętościowo kwasu octowego, dzięki czemu kwas octowy jest głównym składnikiem octu, oprócz wody i innych pierwiastków śladowych.

Kwas octowy jest drugim najprostszym kwasem karboksylowym (po kwasie mrówkowym ). Jest ważnym odczynnikiem chemicznym i przemysłowym środkiem chemicznym, stosowanym głównie do produkcji octanu celulozy do filmów fotograficznych , polioctanu winylu do kleju do drewna oraz włókien i tkanin syntetycznych. W gospodarstwach domowych rozcieńczony kwas octowy jest często stosowany w środkach odkamieniających . W przemyśle spożywczym kwas octowy jest kontrolowany przez dodatek do żywności o kodzie E260 jako regulator kwasowości i jako przyprawa. W biochemii grupa acetylowa , pochodząca z kwasu octowego, ma fundamentalne znaczenie dla wszystkich form życia. Po związaniu z koenzymem A odgrywa kluczową rolę w metabolizmie węglowodanów i tłuszczów .

Światowe zapotrzebowanie na kwas octowy wynosi około 6,5 miliona ton rocznie (t/rok), z czego około 1,5 t/rok zaspokaja recykling; pozostała część jest wytwarzana z metanolu . Ocet to głównie rozcieńczony kwas octowy, często wytwarzany w wyniku fermentacji , a następnie utleniania etanolu .

Nomenklatura

Trywialna nazwa „kwas octowy” jest najczęściej używaną i preferowaną nazwą IUPAC . Nazwa systematyczna „kwas etanowy”, prawidłowa IUPAC , jest zbudowana zgodnie z nomenklaturą zastępczą. Nazwa „kwas octowy” pochodzi od łacińskiego słowa oznaczającego ocet „ acetum ”, które jest związane z samym słowem „ kwas ”.

„Lodowaty kwas octowy” to nazwa bezwodnego ( bezwodnego ) kwasu octowego. Podobnie jak niemiecka nazwa „Eisessig” („ocet lodowy”), nazwa pochodzi od przypominających lód kryształków, które tworzą się nieco poniżej temperatury pokojowej w temperaturze 16,6 ° C (61,9 ° F) (obecność 0,1% wody obniża temperaturę topnienia o 0,2°C).

Typowym symbolem kwasu octowego jest AcOH, gdzie Ac jest symbolem pseudoelementu reprezentującym grupę acetylową CH3 - C(=O)- ; sprzężona zasada , octan ( CH 3 COO - ), jest zatem reprezentowana jako AcO - . (Symbolu Ac dla acetylowej grupy funkcyjnej nie należy mylić z symbolem Ac dla pierwiastka aktynu ; kontekst zapobiega pomyłkom wśród chemików organicznych). Aby lepiej odzwierciedlić jego strukturę, kwas octowy jest często zapisywany jako CH 3 −C(O)OH , CH 3 −C(=O)OH , CH 3 COOH i CH 3 CO 2 H . W kontekście reakcji kwas-zasada czasami używany jest skrót HAc, gdzie Ac w tym przypadku jest symbolem octanu (zamiast acetylu). Octan jest jonem powstałym w wyniku utraty H + z kwasu octowego. Nazwa „octan” może również odnosić się do soli zawierającej ten anion lub estru kwasu octowego.

Nieruchomości

Kryształy kwasu octowego

Kwasowość

Centrum wodoru w grupie karboksylowej (-COOH) w kwasach karboksylowych, takich jak kwas octowy, może oddzielić się od cząsteczki przez jonizację:

CH 3 COOH ⇌ CH 3 CO - 2 + H +

Z powodu tego uwolnienia protonu ( H + ) kwas octowy ma charakter kwasowy. Kwas octowy jest słabym kwasem monoprotonowym . W roztworze wodnym ma pK o wartości 4,76. Jego sprzężoną zasadą jest octan ( CH 3 COO − ). 1,0 M roztwór (mniej więcej o stężeniu domowego octu) ma pH 2,4, co wskazuje, że tylko 0,4% cząsteczek kwasu octowego jest zdysocjowanych. Jednak w bardzo rozcieńczonym (<10-6 M ) roztworze kwas octowy ulega dysocjacji w > 90%.

Deprotonation equilibrium of acetic acid in water

Cykliczny dimer kwasu octowego; przerywane zielone linie reprezentują wiązania wodorowe

Struktura

W stałym kwasie octowym cząsteczki tworzą łańcuchy, a poszczególne cząsteczki są połączone wiązaniami wodorowymi . W oparach o temperaturze 120 ° C (248 ° F) można wykryć dimery . Dimery występują również w fazie ciekłej w rozcieńczonych roztworach w rozpuszczalnikach niewiążących wiązań wodorowych oraz w pewnym stopniu w czystym kwasie octowym, ale są rozrywane przez rozpuszczalniki wiążące wiązania wodorowe. Entalpię dysocjacji dimeru szacuje się na 65,0–66,0 kJ/mol, a entropię dysocjacji na 154–157 J mol −1 K −1 . Inne kwasy karboksylowe biorą udział w podobnych interakcjach międzycząsteczkowych wiązań wodorowych.

Właściwości rozpuszczalnika

Ciekły kwas octowy jest hydrofilowym ( polarnym ) rozpuszczalnikiem protonowym , podobnym do etanolu i wody . Ze względną przenikalnością statyczną (stałą dielektryczną) 6,2 rozpuszcza nie tylko związki polarne, takie jak sole nieorganiczne i cukry , ale także związki niepolarne, takie jak oleje, a także polarne substancje rozpuszczone. Miesza się z polarnymi i niepolarnymi rozpuszczalnikami , takimi jak woda, chloroform i heksan . W przypadku wyższych alkanów (począwszy od oktanu ) kwas octowy nie miesza się ze wszystkimi składami, a rozpuszczalność kwasu octowego w alkanach spada wraz z dłuższymi n-alkanami. Właściwości rozpuszczalnika i mieszalności kwasu octowego sprawiają, że jest on użytecznym przemysłowym środkiem chemicznym, na przykład jako rozpuszczalnik w produkcji tereftalanu dimetylu .

Biochemia

Przy fizjologicznym pH kwas octowy jest zwykle w pełni zjonizowany do octanu .

Grupa acetylowa , formalnie pochodząca od kwasu octowego, ma fundamentalne znaczenie dla wszystkich form życia. Po związaniu z koenzymem A odgrywa kluczową rolę w metabolizmie węglowodanów i tłuszczów . W przeciwieństwie do kwasów karboksylowych o dłuższym łańcuchu ( kwasów tłuszczowych ), kwas octowy nie występuje w naturalnych trójglicerydach . Jednak sztuczna trójglicerydowa triacetyna (trioctan gliceryny) jest powszechnym dodatkiem do żywności i znajduje się w kosmetykach i lekach do stosowania miejscowego.

Kwas octowy jest wytwarzany i wydalany przez bakterie kwasu octowego , zwłaszcza z rodzaju Acetobacter i Clostridium acetobutylicum . Bakterie te powszechnie występują w żywności , wodzie i glebie , a kwas octowy jest wytwarzany naturalnie w wyniku psucia się owoców i innych produktów spożywczych. Kwas octowy jest również składnikiem nawilżenia pochwy ludzi i innych naczelnych , gdzie wydaje się służyć jako łagodny środek przeciwbakteryjny .

Produkcja

Zakład oczyszczania i zatężania kwasu octowego w 1884 r

Kwas octowy jest produkowany przemysłowo zarówno syntetycznie, jak iw drodze fermentacji bakteryjnej . Około 75% kwasu octowego wykorzystywanego w przemyśle chemicznym powstaje w wyniku karbonylowania metanolu , co wyjaśniono poniżej. Droga biologiczna stanowi tylko około 10% światowej produkcji, ale pozostaje ważna dla produkcji octu, ponieważ wiele przepisów dotyczących czystości żywności wymaga, aby ocet stosowany w żywności był pochodzenia biologicznego. Inne procesy to izomeryzacja mrówczanu metylu, konwersja gazu syntezowego do kwasu octowego oraz utlenianie etylenu i etanolu w fazie gazowej.

Kwas octowy można oczyścić przez frakcyjne zamrażanie w łaźni lodowej. Woda i inne zanieczyszczenia pozostaną płynne, podczas gdy kwas octowy wytrąci się. W latach 2003–2005 całkowitą światową produkcję kwasu octowego z pierwszego tłoczenia oszacowano na 5 Mt / rok (milion ton rocznie), z czego około połowa została wyprodukowana w Stanach Zjednoczonych. Produkcja europejska wynosiła około 1 Mt/rok i spadała, podczas gdy produkcja japońska wynosiła 0,7 Mt/rok. Każdego roku poddawano recyklingowi kolejne 1,5 mln ton, podnosząc całkowity światowy rynek do 6,5 mln ton rocznie. Od tego czasu światowa produkcja wzrosła do 10,7 Mt/rok (w 2010 r.) i dalej; przewiduje się jednak spowolnienie tego wzrostu produkcji. Dwoma największymi producentami kwasu octowego pierwszego tłoczenia są Celanese i BP Chemicals. Inni główni producenci to Millennium Chemicals , Sterling Chemicals , Samsung , Eastman i Svensk Etanolkemi [ sv ] .

Karbonylowanie metanolu

Większość kwasu octowego jest wytwarzana przez karbonylowanie metanolu . W tym procesie metanol i tlenek węgla reagują, tworząc kwas octowy zgodnie z równaniem:

Methanol formylation.png

Proces obejmuje jodometan jako produkt pośredni i przebiega w trzech etapach. Do karbonylowania potrzebny jest katalizator, karbonyl metalu (etap 2 ) .

  1. CH3OH + HI → CH3I + H2O
  2. CH 3 I + CO → CH 3 COI
  3. CH 3 COI + H 2 O → CH 3 COOH + HI

Istnieją dwa powiązane procesy karbonylowania metanolu: katalizowany rodem proces Monsanto i katalizowany irydem proces Cativa . Ten drugi proces jest ekologiczny i wydajniejszy iw dużej mierze wyparł poprzedni proces, często w tych samych zakładach produkcyjnych. W obu procesach stosuje się katalityczne ilości wody, ale proces Cativa wymaga mniej, więc reakcja przemiany wody w gaz jest tłumiona i powstaje mniej produktów ubocznych.

Zmieniając warunki procesu, bezwodnik octowy można również wytwarzać w tej samej instalacji przy użyciu katalizatorów rodowych.

Utlenianie aldehydu octowego

Przed komercjalizacją procesu Monsanto większość kwasu octowego była wytwarzana przez utlenianie aldehydu octowego . Pozostaje to drugą najważniejszą metodą wytwarzania, chociaż zwykle nie jest konkurencyjna w stosunku do karbonylowania metanolu. Aldehyd octowy można wytworzyć przez uwodnienie acetylenu . To była dominująca technologia na początku XX wieku.

benzyny lekkiej są łatwo utleniane przez tlen lub nawet powietrze, dając nadtlenki , które rozkładają się, tworząc kwas octowy zgodnie z równaniem chemicznym , zilustrowanym na przykładzie butanu :

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

utlenianie wymaga katalizatora metalicznego, takiego jak sole naftenianowe manganu , kobaltu i chromu .

Typowa reakcja jest przeprowadzana w temperaturach i ciśnieniach zaprojektowanych tak, aby były tak gorące, jak to tylko możliwe, przy jednoczesnym zachowaniu butanu w stanie ciekłym. Typowe warunki reakcji to 150°C (302°F) i 55 atmosfer. Mogą również tworzyć się produkty uboczne, w tym butanon , octan etylu , kwas mrówkowy i kwas propionowy . Te produkty uboczne są również cenne z handlowego punktu widzenia, a warunki reakcji można zmienić, aby w razie potrzeby wytworzyć ich więcej. Jednak oddzielenie kwasu octowego od tych produktów ubocznych zwiększa koszt procesu.

W podobnych warunkach i przy użyciu podobnych katalizatorów , jakie są używane do utleniania butanu, tlen zawarty w powietrzu w celu wytworzenia kwasu octowego może utleniać aldehyd octowy .

2CH3CHO + O2 → 2CH3CO2H _ _ _ _

Stosując nowoczesne katalizatory, reakcja ta może mieć wydajność kwasu octowego większą niż 95%. Głównymi produktami ubocznymi są octan etylu , kwas mrówkowy i formaldehyd , z których wszystkie mają niższe temperatury wrzenia niż kwas octowy i są łatwo oddzielane przez destylację .

Utlenianie etylenu

Aldehyd octowy można wytworzyć z etylenu w procesie Wackera , a następnie utlenić jak powyżej.

W ostatnich czasach firma chemiczna Showa Denko , która w 1997 roku otworzyła zakład utleniania etylenu w Ōita w Japonii, skomercjalizowała tańszą jednoetapową konwersję etylenu do kwasu octowego. Proces jest katalizowany przez pallad osadzony na heteropolikwasie , takim jak kwas krzemowolframowy . Podobny proces wykorzystuje ten sam katalizator metaliczny na kwasie krzemowolframowym i krzemionce:

C2H4 + O2 → CH3CO2H _ _ _ _ _ _

Uważa się, że jest konkurencyjny w stosunku do karbonylowania metanolu w przypadku mniejszych zakładów (100–250 kt / rok), w zależności od lokalnej ceny etylenu. Podejście to będzie oparte na wykorzystaniu nowej technologii selektywnego utleniania fotokatalitycznego do selektywnego utleniania etylenu i etanu do kwasu octowego. W przeciwieństwie do tradycyjnych katalizatorów utleniania, proces selektywnego utleniania wykorzystuje światło UV do produkcji kwasu octowego w temperaturze i ciśnieniu otoczenia.

Fermentacja oksydacyjna

Przez większość historii ludzkości bakterie kwasu octowego z rodzaju Acetobacter wytwarzały kwas octowy w postaci octu. Przy wystarczającej ilości tlenu bakterie te mogą wytwarzać ocet z różnych alkoholowych produktów spożywczych. Powszechnie stosowane pasze obejmują cydr jabłkowy , wino i sfermentowane zboże , słód , ryż lub puree ziemniaczane . Ogólna reakcja chemiczna ułatwiona przez te bakterie to:

C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O _ _ _ _

Rozcieńczony roztwór alkoholu zaszczepiony Acetobacter i przechowywany w ciepłym, przewiewnym miejscu zamieni się w ocet w ciągu kilku miesięcy. Przemysłowe metody produkcji octu przyspieszają ten proces, poprawiając dopływ tlenu do bakterii.

Pierwsze partie octu produkowanego w drodze fermentacji prawdopodobnie wynikały z błędów w procesie winiarskim . Jeśli moszcz będzie fermentowany w zbyt wysokiej temperaturze, acetobacter przerośnie drożdże naturalnie występujące na winogronach . Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na ocet do celów kulinarnych, medycznych i sanitarnych, winiarze szybko nauczyli się wykorzystywać inne materiały organiczne do produkcji octu w gorące letnie miesiące, zanim winogrona były dojrzałe i gotowe do przetworzenia na wino. Ta metoda była jednak powolna i nie zawsze skuteczna, ponieważ winiarze nie rozumieli tego procesu.

Jednym z pierwszych nowoczesnych procesów handlowych była „metoda szybka” lub „metoda niemiecka”, po raz pierwszy praktykowana w Niemczech w 1823 r. W tym procesie fermentacja odbywa się w wieży wypełnionej wiórami drzewnymi lub węglem drzewnym . Pasza zawierająca alkohol jest doprowadzana do górnej części wieży, a świeże powietrze dostarczane jest od dołu przez konwekcję naturalną lub wymuszoną . Ulepszony dopływ powietrza w tym procesie skrócił czas przygotowania octu z miesięcy do tygodni.

Obecnie większość octu wytwarza się w zanurzonej hodowli zbiornikowej , opisanej po raz pierwszy w 1949 roku przez Otto Hromatkę i Heinricha Ebnera. W tej metodzie alkohol jest fermentowany do octu w zbiorniku z ciągłym mieszaniem, a tlen jest dostarczany przez przepuszczanie powietrza przez roztwór. Wykorzystując nowoczesne zastosowania tej metody, ocet o stężeniu 15% kwasu octowego można przygotować w zaledwie 24 godziny w procesie wsadowym, a nawet 20% w 60-godzinnym procesie wsadowym.

Fermentacja beztlenowa

Gatunki bakterii beztlenowych , w tym członkowie rodzaju Clostridium lub Acetobacterium , mogą bezpośrednio przekształcać cukry w kwas octowy bez tworzenia etanolu jako produktu pośredniego. Ogólną reakcję chemiczną przeprowadzaną przez te bakterie można przedstawić jako:

C6H12O6 → 3CH3COOH _ _ _ _ _ _

Te bakterie octowe wytwarzają kwas octowy ze związków jednowęglowych, w tym metanolu, tlenku węgla lub mieszaniny dwutlenku węgla i wodoru :

2 CO 2 + 4 H 2 → CH 3 COOH + 2 H 2 O

Ta zdolność Clostridium do bezpośredniego metabolizowania cukrów lub do wytwarzania kwasu octowego z mniej kosztownych surowców sugeruje, że bakterie te mogą wytwarzać kwas octowy wydajniej niż utleniacze etanolu, takie jak Acetobacter . Jednak Clostridium są mniej tolerancyjne na kwasy niż Acetobacter . Nawet najbardziej odporne na kwasy Clostridium mogą wytwarzać ocet w stężeniu zaledwie kilku procent, w porównaniu ze szczepami Acetobacter , które mogą wytwarzać ocet w stężeniu do 20%. Obecnie produkcja octu przy użyciu Acetobacter jest bardziej opłacalna niż przy użyciu Clostridium i jego zagęszczania. W rezultacie, chociaż bakterie octowe są znane od 1940 r., ich zastosowanie przemysłowe ogranicza się do kilku zastosowań niszowych.

Używa

odczynnikiem chemicznym do produkcji związków chemicznych. Największym pojedynczym zastosowaniem kwasu octowego jest produkcja monomeru octanu winylu , tuż za nim plasuje się produkcja bezwodnika octowego i estrów. Objętość kwasu octowego użytego w occie jest stosunkowo niewielka.

Monomer octanu winylu

Głównym zastosowaniem kwasu octowego jest produkcja monomeru octanu winylu (VAM). Oszacowano, że w 2008 r. aplikacja ta pochłaniała jedną trzecią światowej produkcji kwasu octowego. Reakcja składa się z etylenu i kwasu octowego z tlenem nad katalizatorem palladowym , prowadzona w fazie gazowej.

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

Octan winylu można polimeryzować do polioctanu winylu lub innych polimerów , które są składnikami farb i klejów .

Produkcja estrów

Główne estry kwasu octowego są powszechnie stosowane jako rozpuszczalniki do tuszy , farb i powłok . Estry obejmują octan etylu , octan n - butylu , octan izobutylu i octan propylu . Są one zazwyczaj wytwarzane w katalizowanej z kwasu octowego i odpowiedniego alkoholu :

CH 3 COO-H + HO-R → CH 3 COO-R + H 2 O , R = ogólna grupa alkilowa

Na przykład kwas octowy i etanol dają octan etylu i wodę .

CH 3 COO-H + HO-CH 2 CH 3 → CH 3 COO-CH 2 CH 3 + H 2 O

Jednak większość estrów octanowych jest wytwarzana z aldehydu octowego w reakcji Tiszczenki . Ponadto octany eterów są stosowane jako rozpuszczalniki do nitrocelulozy , lakierów akrylowych , zmywaczy do lakierów i bejc. Najpierw monoetery glikolu są wytwarzane z tlenku etylenu lub tlenku propylenu z alkoholem, które są następnie estryfikowane kwasem octowym. Trzy główne produkty to octan eteru monoetylowego glikolu etylenowego (EEA), octan eteru monobutylowego glikolu etylenowego (EBA) i octan eteru monometylowego glikolu propylenowego (PMA, bardziej znany jako PGMEA w procesach produkcji półprzewodników, gdzie jest stosowany jako rozpuszczalnik ochronny ). Ta aplikacja zużywa około 15% do 20% światowego kwasu octowego. Wykazano, że octany eteru, na przykład EEA, są szkodliwe dla reprodukcji człowieka.

Bezwodnik octowy

Produktem kondensacji dwóch cząsteczek kwasu octowego jest bezwodnik octowy . Światowa produkcja bezwodnika octowego jest głównym zastosowaniem i zużywa około 25% do 30% światowej produkcji kwasu octowego. Główny proces polega na odwodnieniu kwasu octowego z wytworzeniem ketenu w temperaturze 700–750 ° C. Keten poddaje się następnie reakcji z kwasem octowym w celu uzyskania bezwodnika:

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

Bezwodnik octowy jest środkiem acetylującym . W związku z tym jego głównym zastosowaniem jest octan celulozy , syntetyczna tkanina używana również do filmów fotograficznych . Bezwodnik octowy jest również odczynnikiem do produkcji heroiny i innych związków.

Użyj jako rozpuszczalnika

Jako polarny rozpuszczalnik protonowy kwas octowy jest często używany do rekrystalizacji w celu oczyszczenia związków organicznych. Kwas octowy jest stosowany jako rozpuszczalnik do produkcji kwasu tereftalowego (TPA), surowca do produkcji politereftalanu etylenu (PET). W 2006 roku do produkcji TPA zużyto około 20% kwasu octowego.

Kwas octowy jest często stosowany jako rozpuszczalnik w reakcjach z udziałem karbokationów , takich jak alkilowanie Friedela-Craftsa . Na przykład jeden etap komercyjnej produkcji syntetycznej kamfory obejmuje przegrupowanie kamfenu w octan izobornylu Wagnera-Meerweina ; tutaj kwas octowy działa zarówno jako rozpuszczalnik, jak i nukleofil, wychwytując przegrupowaną karbokation .

Lodowaty kwas octowy jest używany w chemii analitycznej do oceny substancji słabo alkalicznych, takich jak amidy organiczne. Lodowaty kwas octowy jest znacznie słabszą zasadą niż woda, więc amid zachowuje się w tym ośrodku jak mocna zasada. Następnie można go miareczkować za pomocą roztworu w lodowatym kwasie octowym bardzo mocnego kwasu, takiego jak kwas nadchlorowy .

Zastosowanie medyczne

Główny artykuł: kwas octowy (zastosowanie medyczne)

Wstrzykiwanie kwasu octowego do guza było stosowane w leczeniu raka od XIX wieku.

Kwas octowy jest stosowany jako część badań przesiewowych w kierunku raka szyjki macicy w wielu obszarach rozwijającego się świata . Kwas jest nakładany na szyjkę macicy i jeśli po około minucie pojawi się biały obszar, wynik testu jest pozytywny.

Kwas octowy jest skutecznym środkiem antyseptycznym w postaci 1% roztworu, o szerokim spektrum działania przeciwko paciorkowcom, gronkowcom, Pseudomonas, enterokokom i innym. Może być stosowany w leczeniu zakażeń skóry wywołanych przez szczepy Pseudomonas oporne na typowe antybiotyki.

jonoforezie stosuje się rozcieńczony kwas octowy , żadne wysokiej jakości dowody nie potwierdzają tego leczenia choroby stożka rotatorów.

Jako lek na zapalenie ucha zewnętrznego znajduje się na Liście Podstawowych Leków Światowej Organizacji Zdrowia .

Żywność

Główny artykuł: ocet

Kwas octowy ma 349 kcal (1460 kJ) na 100 g. Ocet to zazwyczaj nie mniej niż 4% masowych kwasu octowego. Ograniczenia prawne dotyczące zawartości kwasu octowego różnią się w zależności od jurysdykcji. Ocet jest używany bezpośrednio jako przyprawa oraz do marynowania warzyw i innych produktów spożywczych. Ocet stołowy jest zwykle bardziej rozcieńczony (od 4% do 8% kwasu octowego), podczas gdy do komercyjnego marynowania żywności stosuje się bardziej skoncentrowane roztwory. Udział kwasu octowego używanego na całym świecie w postaci octu nie jest tak duży, jak w przypadku zastosowań komercyjnych, ale jest to zdecydowanie najstarsze i najbardziej znane zastosowanie.

Reakcje

Chemia organiczna

Rightward reaction arrow
) H3O + ( ii
Dwie typowe reakcje organiczne kwasu octowego

Kwas octowy podlega typowym reakcjom chemicznym kwasu karboksylowego. Po potraktowaniu standardową zasadą przekształca się w octan metalu i wodę . W przypadku silnych zasad (np. odczynników litoorganicznych) można go podwójnie zdeprotonować, otrzymując LiCH 2 COOLi . Redukcja kwasu octowego daje etanol. Grupa OH jest głównym miejscem reakcji, co ilustruje konwersja kwasu octowego do chlorku acetylu . Inne pochodne podstawieniowe obejmują bezwodnik octowy ; ten bezwodnik jest wytwarzany przez utratę wody z dwóch cząsteczek kwasu octowego. Estry kwasu octowego mogą podobnie powstawać przez estryfikację Fischera i mogą powstawać amidy . Po podgrzaniu do temperatury powyżej 440 ° C (824 ° F) kwas octowy rozkłada się, tworząc dwutlenek węgla i metan lub keten i wodę:

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

Reakcje ze związkami nieorganicznymi

Kwas octowy działa łagodnie korodująco na metale , w tym żelazo , magnez i cynk , tworząc gazowy wodór i sole zwane octanami :

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

Ponieważ aluminium tworzy pasywującą kwasoodporną warstwę tlenku glinu , do transportu kwasu octowego stosuje się zbiorniki aluminiowe. Octany metali można również otrzymać z kwasu octowego i odpowiedniej zasady , jak w popularnej reakcji „ soda oczyszczona + ocet” z wytworzeniem octanu sodu :

NaHCO 3 + CH 3 COOH → CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O

Reakcją barwną dla soli kwasu octowego jest roztwór chlorku żelaza(III) , który daje głęboko czerwony kolor, który zanika po zakwaszeniu. Bardziej czuły test wykorzystuje azotan lantanu z jodem i amoniakiem, aby uzyskać niebieski roztwór. Octany po podgrzaniu z trójtlenkiem arsenu tworzą tlenek kakodylu , który można wykryć po jego cuchnących oparach.

Inne pochodne

Sole organiczne lub nieorganiczne są wytwarzane z kwasu octowego. Niektóre instrumenty pochodne o znaczeniu handlowym:

Halogenowane kwasy octowe są wytwarzane z kwasu octowego. Niektóre instrumenty pochodne o znaczeniu handlowym:

Ilości kwasu octowego używane w tych innych zastosowaniach łącznie stanowią kolejne 5–10% zużycia kwasu octowego na całym świecie.

Historia

Ocet był znany we wczesnej cywilizacji jako naturalny efekt wystawienia piwa i wina na działanie powietrza, ponieważ bakterie wytwarzające kwas octowy są obecne na całym świecie. Stosowanie kwasu octowego w alchemii sięga III wieku pne, kiedy grecki filozof Teofrast opisał, jak ocet działał na metale, tworząc pigmenty przydatne w sztuce, w tym biały ołów ( węglan ołowiu ) i grynszpan , zieloną mieszaninę soli miedzi , w tym miedzi (II) octan . Starożytni Rzymianie gotowali kwaśne wino, aby uzyskać bardzo słodki syrop zwany sapa . Sapa produkowana w ołowianych garnkach była bogata w octan ołowiu , słodką substancję zwaną też cukrem ołowiu lub cukrem Saturna , który przyczynił się do zatrucia ołowiem wśród rzymskiej arystokracji.

W XVI wieku niemiecki alchemik Andreas Libavius ​​opisał wytwarzanie acetonu z suchej destylacji octanu ołowiu, dekarboksylacji ketonowej . Obecność wody w occie ma tak głęboki wpływ na właściwości kwasu octowego, że przez wieki chemicy uważali, że lodowaty kwas octowy i kwas znajdujący się w occie to dwie różne substancje. Francuski chemik Pierre Adet udowodnił, że są one identyczne.

glass beaker of crystallised acetic acid
Skrystalizowany kwas octowy.

W 1845 roku niemiecki chemik Hermann Kolbe po raz pierwszy zsyntetyzował kwas octowy ze związków nieorganicznych . Ta sekwencja reakcji składała się z chlorowania dwusiarczku węgla do tetrachlorku węgla , następnie pirolizy do tetrachloroetylenu i wodnego chlorowania do kwasu trichlorooctowego i zakończona elektrolityczną redukcją do kwasu octowego.

Do 1910 roku większość lodowatego kwasu octowego otrzymywano z ługu pirolowego , produktu destylacji drewna. Kwas octowy wyodrębniono przez traktowanie mlekiem wapiennym , a otrzymany octan wapnia następnie zakwaszono kwasem siarkowym w celu odzyskania kwasu octowego. W tym czasie Niemcy produkowały 10 000 ton lodowatego kwasu octowego, z czego około 30% wykorzystywano do produkcji barwnika indygo .

Ponieważ zarówno metanol , jak i tlenek węgla są surowcami towarowymi, karbonylowanie metanolu od dawna wydaje się być atrakcyjnym prekursorem kwasu octowego. Henri Dreyfus z British Celanese opracował pilotażową instalację do karbonylowania metanolu już w 1925 r. Jednak brak praktycznych materiałów, które mogłyby zawierać korozyjną mieszaninę reakcyjną pod wymaganymi wysokimi ciśnieniami (200 atm lub więcej), zniechęcał do komercjalizacji tych tras. Pierwszy komercyjny proces karbonylowania metanolu, w którym zastosowano kobaltowy , został opracowany przez niemiecką firmę chemiczną BASF w 1963 r. W 1968 r. Odkryto katalizator na bazie rodu ( cis - [Rh (CO) 2 I 2 ] - ), który może działać wydajnie przy niższym ciśnieniu, prawie bez produktów ubocznych. Amerykańska firma chemiczna Monsanto Company zbudowała pierwszą fabrykę wykorzystującą ten katalizator w 1970 roku, a katalizowana rodem karbonylacja metanolu stała się dominującą metodą produkcji kwasu octowego (patrz proces Monsanto ). Pod koniec lat 90. firma chemiczna BP Chemicals skomercjalizowała katalizator Cativa ( [Ir (CO) 2 I 2 ] - ), który jest promowany przez iryd w celu uzyskania większej wydajności. Ten katalizowany irydem proces Cativa jest bardziej ekologiczny i wydajniejszy i w dużej mierze wyparł proces Monsanto, często w tych samych zakładach produkcyjnych.

Ośrodek międzygwiezdny

Międzygwiezdny kwas octowy został odkryty w 1996 roku przez zespół kierowany przez Davida Mehringera przy użyciu dawnej tablicy Berkeley-Illinois-Maryland Association w Hat Creek Radio Observatory oraz dawnej tablicy Millimeter Array znajdującej się w Owens Valley Radio Observatory . Po raz pierwszy wykryto go w Sagittarius B2 North (znanym również jako źródło Sgr B2 Large Molecule Heimat ). Kwas octowy wyróżnia się tym, że jest pierwszą cząsteczką odkrytą w ośrodku międzygwiazdowym przy użyciu wyłącznie interferometrów radiowych ; we wszystkich poprzednich odkryciach molekularnych ISM dokonanych w reżimach długości fal milimetrowych i centymetrowych, za detekcje przynajmniej częściowo odpowiedzialne były radioteleskopy z pojedynczą anteną.

Skutki zdrowotne i bezpieczeństwo

Stężony kwas octowy działa żrąco na skórę. Te oparzenia lub pęcherze mogą pojawić się dopiero po kilku godzinach od ekspozycji.

Długotrwałe narażenie inhalacyjne (osiem godzin) na opary kwasu octowego o stężeniu 10 ppm może powodować podrażnienie oczu, nosa i gardła; przy 100 ppm może wystąpić wyraźne podrażnienie płuc i możliwe uszkodzenie płuc, oczu i skóry. Stężenie oparów 1000 ppm powoduje wyraźne podrażnienie oczu, nosa i górnych dróg oddechowych i nie może być tolerowane. Prognozy te opierały się na doświadczeniach na zwierzętach i narażeniu przemysłowym.

U 12 pracowników narażonych przez dwa lub więcej lat na działanie kwasu octowego w powietrzu o średnim stężeniu 51 ppm (szacunkowo) wywołało objawy podrażnienia spojówek, podrażnienia górnych dróg oddechowych i hiperkeratotycznego zapalenia skóry. Narażenie na 50 ppm lub więcej jest nie do zniesienia dla większości osób i powoduje intensywne łzawienie i podrażnienie oczu, nosa i gardła, z obrzękiem gardła i przewlekłym zapaleniem oskrzeli. Nieaklimatyzowani ludzie doświadczają skrajnego podrażnienia oczu i nosa przy stężeniach przekraczających 25 ppm, a od stężeń poniżej 10 ppm zgłaszano zapalenie spojówek. W badaniu pięciu pracowników narażonych przez 7 do 12 lat na maksymalne stężenia od 80 do 200 ppm główne wyniki obejmowały czernienie i nadmierne rogowacenie skóry rąk, zapalenie spojówek (ale bez uszkodzenia rogówki), zapalenie oskrzeli i zapalenie gardła oraz nadżerki odsłoniętych zębów (siekaczy i kłów).

Zagrożenia związane z roztworami kwasu octowego zależą od stężenia. Poniższa tabela zawiera klasyfikację UE roztworów kwasu octowego: [ potrzebne źródło ]


Stężenie wagowe 		Molarność Piktogramy GHS Zwroty H
10–25% 1,67–4,16 mola/l GHS07: Exclamation mark H315
25–90% 4,16–14,99 mola/l GHS05: Corrosive H314
>90% >14,99 mola/l GHS02: FlammableGHS05: Corrosive H226 , H314

Stężony kwas octowy można zapalić tylko z trudem w standardowej temperaturze i ciśnieniu, ale staje się łatwopalny w temperaturach wyższych niż 39 ° C (102 ° F) i może tworzyć wybuchowe mieszaniny z powietrzem w wyższych temperaturach (granice wybuchowości : 5,4–16 %).

Zobacz też

Notatki

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Acetic_acid&oldid=1139334779 ”