stringtranslate.com

уксусная кислота

Уксусная кислота / ə ˈ s t ɪ k / , систематически называемая этановой кислотой / ˌ ɛ θ ə ˈ n ɪ k / , представляет собой кислую, бесцветную жидкость и органическое соединение с химической формулой CH 3 COOH (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. Она использовалась как компонент уксуса на протяжении всей истории, по крайней мере, с третьего века до нашей эры.

Уксусная кислота является второй по простоте карбоновой кислотой (после муравьиной кислоты ). Это важный химический реагент и промышленный химикат в различных областях, используемый в основном в производстве ацетата целлюлозы для фотопленки , поливинилацетата для столярного клея , а также синтетических волокон и тканей. В домашнем хозяйстве разбавленная уксусная кислота часто используется в средствах для удаления накипи . В пищевой промышленности уксусная кислота контролируется кодом пищевой добавки E260 как регулятор кислотности и как приправа. В биохимии ацетильная группа , полученная из уксусной кислоты, имеет основополагающее значение для всех форм жизни. Связанная с коферментом А , она играет центральную роль в метаболизме углеводов и жиров .

Мировой спрос на уксусную кислоту по состоянию на 2023 год составляет около 17,88 млн метрических тонн в год (т/ г ). Большая часть уксусной кислоты в мире производится путем карбонилирования метанола . Ее производство и последующее промышленное использование представляет опасность для здоровья рабочих, включая случайные повреждения кожи и хронические респираторные заболевания от вдыхания.

Номенклатура

Тривиальное название «уксусная кислота» является наиболее часто используемым и предпочтительным названием ИЮПАК . Систематическое название «этановая кислота», допустимое название ИЮПАК , построено в соответствии с заместительной номенклатурой. [8] Название «уксусная кислота» происходит от латинского слова « ацетум », обозначающего уксус , которое связано со словом « кислота ».

«Ледяная уксусная кислота» — название безводной ( безводной ) уксусной кислоты. Подобно немецкому названию «Eisessig» («ледяной уксус»), название происходит от твёрдых льдоподобных кристаллов, которые образуются при перемешивании, немного ниже комнатной температуры при 16,6 °C (61,9 °F). Уксусная кислота никогда не может быть по-настоящему безводной в атмосфере, содержащей воду, поэтому присутствие 0,1% воды в ледяной уксусной кислоте снижает её температуру плавления на 0,2 °C. [9]

Распространенным символом для уксусной кислоты является AcOH (или HOAc), где Ac — псевдоэлементный символ , представляющий ацетильную группу CH 3 −C(=O)− ; сопряженное основание , ацетат ( CH 3 COO ), таким образом, представлено как AcO . [10] Ацетат — это ион , образующийся в результате потери H + из уксусной кислоты. Название «ацетат» может также относиться к соли , содержащей этот анион, или к эфиру уксусной кислоты. [11] (Символ Ac для ацетильной функциональной группы не следует путать с символом Ac для элемента актиния ; контекст предотвращает путаницу среди химиков-органиков). Чтобы лучше отразить ее структуру, уксусную кислоту часто записывают как CH 3 −C(O)OH , CH 3 −C(=O)−OH , CH 3 COOH и CH 3 CO 2 H . В контексте кислотно-основных реакций иногда используется сокращение HAc [12] , где Ac в данном случае является символом ацетата (а не ацетила).

Карбоксимильная функциональная группа, полученная путем удаления одного водорода из метильной группы уксусной кислоты, имеет химическую формулу −CH 2 −C(=O)−OH .

История

Уксус был известен на заре цивилизации как естественный результат воздействия воздуха на пиво и вино , поскольку бактерии, вырабатывающие уксусную кислоту, присутствуют во всем мире. Использование уксусной кислоты в алхимии распространяется до третьего века до нашей эры, когда греческий философ Теофраст описал, как уксус воздействовал на металлы, производя пигменты, полезные в искусстве, включая свинцовые белила ( карбонат свинца ) и ярь-медянку , зеленую смесь солей меди , включая ацетат меди (II) . Древние римляне кипятили кислое вино, чтобы получить очень сладкий сироп, называемый сапа . Сапа , которая производилась в свинцовых горшках, была богата ацетатом свинца , сладким веществом, также называемым сахаром свинца или сахаром Сатурна , что способствовало отравлению свинцом среди римской аристократии. [13]

В 16 веке немецкий алхимик Андреас Либавиус описал производство ацетона путем сухой перегонки ацетата свинца, кетонного декарбоксилирования . Присутствие воды в уксусе оказывает столь сильное влияние на свойства уксусной кислоты, что на протяжении столетий химики считали, что ледяная уксусная кислота и кислота, содержащаяся в уксусе, являются двумя разными веществами. Французский химик Пьер Аде доказал их идентичность. [13] [14]

стеклянный стакан с кристаллизованной уксусной кислотой
Кристаллизованная уксусная кислота

В 1845 году немецкий химик Герман Кольбе впервые синтезировал уксусную кислоту из неорганических соединений . Эта последовательность реакций состояла из хлорирования сероуглерода до четыреххлористого углерода , за которым следовал пиролиз до тетрахлорэтилена и водное хлорирование до трихлоруксусной кислоты , и завершалась электролитическим восстановлением до уксусной кислоты. [15]

К 1910 году большую часть ледяной уксусной кислоты получали из пиролиновой жидкости , продукта перегонки древесины. Уксусную кислоту выделяли путем обработки известковым молоком , а полученный ацетат кальция затем подкисляли серной кислотой для получения уксусной кислоты. В то время Германия производила 10 000 тонн ледяной уксусной кислоты, около 30% которой использовалось для производства красителя индиго . [13] [16]

Поскольку и метанол , и оксид углерода являются товарным сырьем, карбонилирование метанола долгое время казалось привлекательным предшественником уксусной кислоты. Анри Дрейфус из британской компании Celanese разработал пилотную установку карбонилирования метанола еще в 1925 году. [17] Однако нехватка практичных материалов, которые могли бы удерживать едкую реакционную смесь при требуемых высоких давлениях (200 атм или более), препятствовала коммерциализации этих путей. Первый коммерческий процесс карбонилирования метанола, в котором использовался кобальтовый катализатор, был разработан немецкой химической компанией BASF в 1963 году. В 1968 году был обнаружен катализатор на основе родия ( цис[Rh(CO) 2 I 2 ] ), который мог эффективно работать при более низком давлении практически без побочных продуктов. Американская химическая компания Monsanto Company построила первый завод с использованием этого катализатора в 1970 году, и катализируемое родием карбонилирование метанола стало доминирующим методом производства уксусной кислоты (см. процесс Monsanto ). В конце 1990-х годов BP Chemicals вывела на рынок катализатор Cativa ( [Ir(CO) 2I2 ] ), который для большей эффективности поддерживается иридием . [18] Известное как процесс Cativa , производство ледяной уксусной кислоты с использованием иридия является более экологичным и в значительной степени вытеснило процесс Monsanto, часто на тех же производственных предприятиях. [19]

Межзвездная среда

Межзвездная уксусная кислота была открыта в 1996 году группой под руководством Дэвида Мерингера [20] с использованием бывшего массива Ассоциации Беркли-Иллинойс-Мэриленд в радиообсерватории Хэт-Крик и бывшего массива миллиметровых волн , расположенного в радиообсерватории долины Оуэнс . Впервые она была обнаружена в молекулярном облаке Стрельца B2 North (также известном как источник большой молекулы Sgr B2 Heimat ). Уксусная кислота отличается тем, что является первой молекулой, обнаруженной в межзвездной среде с использованием исключительно радиоинтерферометров ; во всех предыдущих молекулярных открытиях ISM, сделанных в режимах миллиметровых и сантиметровых длин волн, однотарелочные радиотелескопы были, по крайней мере, частично ответственны за обнаружения. [20]

Характеристики

Кристаллы уксусной кислоты

Кислотность

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

СН3СООН ⇌ СН3СО2+ Н +

Из-за этого высвобождения протона ( H + ) уксусная кислота имеет кислотный характер. Уксусная кислота является слабой монопротонной кислотой . В водном растворе ее значение pKa равно 4,76. [21] Ее сопряженное основаниеацетат ( CH3COO− ) . Раствор 1,0  М (примерно концентрация домашнего уксуса) имеет pH 2,4, что указывает на то, что диссоциировано всего 0,4% молекул уксусной кислоты. [a] Только в очень разбавленном (<10−6 М ) растворе уксусная кислота диссоциирует более чем на 90 %. [ требуется цитата ]

Равновесие депротонирования уксусной кислоты в воде

Циклический димер уксусной кислоты; пунктирные зеленые линии представляют водородные связи.

Структура

В твердой уксусной кислоте молекулы образуют цепочки отдельных молекул, соединенных между собой водородными связями . [22] В паровой фазе при 120 °C (248 °F) можно обнаружить димеры . Димеры также встречаются в жидкой фазе в разбавленных растворах с растворителями, не образующими водородных связей, и в определенной степени в чистой уксусной кислоте, [23], но разрушаются растворителями, образующими водородные связи. Энтальпия диссоциации димера оценивается в 65,0–66,0 кДж/моль, а энтропия диссоциации в 154–157 Дж моль −1  К −1 . [24] Другие карбоновые кислоты участвуют в аналогичных межмолекулярных водородных связях. [25]

Свойства растворителя

Жидкая уксусная кислота является гидрофильным ( полярным ) протонным растворителем , похожим на этанол и воду . С относительной статической диэлектрической проницаемостью (диэлектрической постоянной) 6,2 она растворяет не только полярные соединения, такие как неорганические соли и сахара , но и неполярные соединения, такие как масла, а также полярные растворенные вещества. Она смешивается с полярными и неполярными растворителями, такими как вода, хлороформ и гексан . С высшими алканами (начиная с октана ) уксусная кислота не смешивается во всех составах, а растворимость уксусной кислоты в алканах снижается с более длинными н-алканами. [26] Свойства растворителя и смешиваемости уксусной кислоты делают ее полезным промышленным химикатом, например, в качестве растворителя при производстве диметилтерефталата . [27]

Биохимия

При физиологических значениях pH уксусная кислота обычно полностью ионизирована до ацетата в водном растворе. [28]

Ацетильная группа , формально полученная из уксусной кислоты, является основополагающей для всех форм жизни. Как правило, она связана с коферментом А ферментами ацетил-КоА-синтетазой , [ 29] где она играет центральную роль в метаболизме углеводов и жиров . В отличие от карбоновых кислот с более длинной цепью ( жирных кислот ), уксусная кислота не встречается в природных триглицеридах . Большая часть ацетата, образующегося в клетках для использования в ацетил-КоА, синтезируется непосредственно из этанола или пирувата . [30] Однако искусственный триглицерид триацетин (триацетат глицерина) является распространенной пищевой добавкой и содержится в косметике и местных лекарственных средствах; эта добавка метаболизируется в организме до глицерина и уксусной кислоты. [31]

Уксусная кислота производится и выделяется уксуснокислыми бактериями , в частности, родом Acetobacter и Clostridium acetobutylicum . Эти бактерии повсеместно встречаются в пищевых продуктах , воде и почве , а уксусная кислота вырабатывается естественным образом при порче фруктов и других продуктов. Уксусная кислота также является компонентом вагинальной смазки людей и других приматов , где она, по-видимому , служит мягким антибактериальным средством. [32]

Производство

Установка очистки и концентрирования уксусной кислоты в 1884 году

Уксусная кислота производится в промышленных масштабах как синтетическим путем, так и путем бактериальной ферментации . Около 75% уксусной кислоты, используемой в химической промышленности, производится путем карбонилирования метанола , как описано ниже. [27] Биологический путь составляет всего около 10% мирового производства, но он остается важным для производства уксуса , поскольку многие законы о чистоте пищевых продуктов требуют, чтобы уксус, используемый в пищевых продуктах, был биологического происхождения. Другие процессы - изомеризация метилформиата , преобразование синтез-газа в уксусную кислоту и газофазное окисление этилена и этанола . [33]

Уксусную кислоту можно очистить путем фракционного замораживания с использованием ледяной ванны. Вода и другие примеси останутся жидкими, в то время как уксусная кислота выпадет в осадок. По состоянию на 2003–2005 годы общее мировое производство чистой уксусной кислоты [b] оценивалось в 5 Мт/год (миллионов тонн в год), примерно половина из которых производилась в Соединенных Штатах. Европейское производство составляло приблизительно 1 Мт/год и снижалось, в то время как японское производство составляло 0,7 Мт/год. Еще 1,5 Мт перерабатывалось каждый год, в результате чего общий мировой рынок достиг 6,5 Мт/год. [34] [35] С тех пор мировое производство увеличилось с 10,7 Мт/год в 2010 году [36] до 17,88 Мт/год в 2023 году. [37] Двумя крупнейшими производителями чистой уксусной кислоты являются Celanese и BP Chemicals. Другие крупные производители включают Millennium Chemicals , Sterling Chemicals , Samsung , Eastman и Svensk Etanolkemi  [sv] . [38]

Карбонилирование метанола

Большая часть уксусной кислоты производится путем карбонилирования метанола . В этом процессе метанол и оксид углерода реагируют с образованием уксусной кислоты по уравнению:

Процесс включает йодметан в качестве промежуточного продукта и происходит в три этапа. Для карбонилирования (этап 2) необходим катализатор на основе карбонила металла . [33]

  1. СН3ОН + HI → СН3I + Н2О
  2. СН 3 I + СО → СН 3 COI
  3. CH 3 COI + H 2 O → CH 3 COOH + HI

Существуют два связанных процесса карбонилирования метанола: катализируемый родием процесс Monsanto и катализируемый иридием процесс Cativa . Последний процесс более экологичен и эффективен и в значительной степени вытеснил первый процесс. [19] В обоих процессах используются каталитические количества воды, но процесс Cativa требует меньшего количества, поэтому реакция конверсии водяного газа подавляется, и образуется меньше побочных продуктов.

Изменяя условия процесса, уксусный ангидрид можно также получать на заводах с использованием родиевого катализа. [39]

Окисление ацетальдегида

До коммерциализации процесса Monsanto большая часть уксусной кислоты производилась путем окисления ацетальдегида . Это остается вторым по важности методом производства, хотя он обычно не конкурирует с карбонилированием метанола. Ацетальдегид может быть получен путем гидратации ацетилена . Это была доминирующая технология в начале 1900-х годов. [40]

Легкие компоненты нафты легко окисляются кислородом или даже воздухом с образованием пероксидов , которые разлагаются с образованием уксусной кислоты в соответствии с химическим уравнением , проиллюстрированным на примере бутана :

2 С 4 Н 10 + 5 О 2 → 4 СН 3 СО 2 Н + 2 Н 2 О

Для таких окислений требуются металлические катализаторы, такие как нафтеновые соли марганца , кобальта и хрома .

Типичная реакция проводится при температурах и давлениях, рассчитанных на максимально возможное повышение температуры при сохранении жидкого состояния бутана. Типичные условия реакции: 150 °C (302 °F) и 55 атм. [41] 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 их количества при необходимости. Однако отделение уксусной кислоты от этих побочных продуктов увеличивает стоимость процесса. [42]

Аналогичные условия и катализаторы используются для окисления бутана, кислород воздуха для получения уксусной кислоты может окислять ацетальдегид . [42]

2 СН 3 СНО + О 2 → 2 СН 3 СО 2 Н

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 разделяются перегонкой . [42]

Окисление этилена

Ацетальдегид можно получить из этилена с помощью процесса Вакера , а затем окислить, как описано выше.

В более позднее время химическая компания Showa Denko , которая открыла завод по окислению этилена в Оите , Япония, в 1997 году, коммерциализировала более дешевую одноступенчатую конверсию этилена в уксусную кислоту. [42] Процесс катализируется палладиевым металлическим катализатором, нанесенным на гетерополикислоту, такую ​​как кремневольфрамовая кислота . Похожий процесс использует тот же металлический катализатор на кремневольфрамовой кислоте и кремнеземе: [43]

С2Н4 + О2СН3СО2Н

Считается, что этот процесс может конкурировать с карбонилированием метанола на небольших заводах (100–250 кт/год), в зависимости от местной цены на этилен.

Окислительная ферментация

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

С2Н5ОН + О2СН3СООН + Н2О

Разбавленный спиртовой раствор, инокулированный Acetobacter и хранящийся в теплом, проветриваемом месте, станет уксусом в течение нескольких месяцев. Промышленные методы производства уксуса ускоряют этот процесс, улучшая снабжение бактерий кислородом . [44]

Первые партии уксуса, полученные путем ферментации, вероятно, были получены из-за ошибок в процессе виноделия . Если сусло ферментируется при слишком высокой температуре, ацетобактеры подавят дрожжи, которые естественным образом присутствуют в винограде . Поскольку спрос на уксус для кулинарных, медицинских и санитарных целей возрос, виноделы быстро научились использовать другие органические материалы для производства уксуса в жаркие летние месяцы, прежде чем виноград созреет и будет готов к переработке в вино. Однако этот метод был медленным и не всегда успешным, поскольку виноделы не понимали процесс. [45]

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 . Спиртосодержащее сырье подается в верхнюю часть башни, а свежий воздух подается снизу посредством естественной или принудительной конвекции . Улучшенная подача воздуха в этом процессе сократила время приготовления уксуса с месяцев до недель. [46]

В настоящее время большую часть уксуса производят в культуре погруженных резервуаров , впервые описанной в 1949 году Отто Хроматкой и Генрихом Эбнером. [47] В этом методе спирт ферментируется в уксус в непрерывно перемешиваемом резервуаре, а кислород подается путем барботирования воздуха через раствор. Используя современные приложения этого метода, уксус из 15% уксусной кислоты может быть приготовлен всего за 24 часа в периодическом процессе, даже 20% в 60-часовом периодическом процессе с подпиткой. [45]

Анаэробная ферментация

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

С6Н12О6 → 3СН3СООН

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

2 CO 2 + 4 H 2 → CH 3 COOH + 2 H 2 O

Эта способность Clostridium напрямую 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 кислотоустойчивы, чем Acetobacter . Даже самые кислотоустойчивые штаммы Clostridium могут производить уксус в концентрациях всего несколько процентов, по сравнению со штаммами Acetobacter , которые могут производить уксус в концентрациях до 20%. В настоящее время производство уксуса с использованием Acetobacter остается более рентабельным , чем использование Clostridium и его концентрирование. В результате, хотя ацетогенные бактерии известны с 1940 года, их промышленное использование ограничивается несколькими нишевыми приложениями. [48]

Использует

Уксусная кислота — это химический реагент для производства химических соединений. Наибольшее применение уксусная кислота находит в производстве винилацетатного мономера , за которым следует производство уксусного ангидрида и эфира. Объем уксусной кислоты, используемой в уксусе, сравнительно невелик. [27] [34]

Мономер винилацетата

Основное применение уксусной кислоты — производство винилацетатного мономера (ВАМ). В 2008 году было подсчитано, что это применение потребляло треть мирового производства уксусной кислоты. [27] Реакция состоит из этилена и уксусной кислоты с кислородом над палладиевым катализатором , проводимая в газовой фазе. [49]

2H3C COOH + 2C2H4 + O2 2H3C CO − O−CH = CH2 + 2H2O

Винилацетат может быть полимеризован в поливинилацетат или другие полимеры , которые являются компонентами красок и клеев . [49]

Производство эфира

Основные эфиры уксусной кислоты обычно используются в качестве растворителей для чернил , красок и покрытий . Эфиры включают этилацетат , н - бутилацетат , изобутилацетат и пропилацетат . Обычно их получают катализируемой реакцией из уксусной кислоты и соответствующего спирта :

CH 3 COO−H + HO−R → CH 3 COO−R + H 2 O , R = общая алкильная группа

Например, уксусная кислота и этанол дают этилацетат и воду .

СН 3 COO−H + HO−CH 2 CH 3 → CH 3 COO−CH 2 CH 3 + H 2 O

Однако большинство ацетатных эфиров производятся из ацетальдегида с использованием реакции Тищенко . Кроме того, эфирацетаты используются в качестве растворителей для нитроцеллюлозы , акриловых лаков , средств для снятия лака и морилок для дерева. Во-первых, гликолевые моноэфиры производятся из этиленоксида или пропиленоксида со спиртом, которые затем этерифицируются уксусной кислотой. Три основных продукта — это 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 растворителя резиста). Это применение потребляет около 15% до 20% мировой уксусной кислоты. Было показано, что эфирацетаты, например EEA, вредны для репродуктивной функции человека. [34]

Уксусный ангидрид

Продуктом конденсации двух молекул уксусной кислоты является уксусный ангидрид . Мировое производство уксусного ангидрида является основным применением и использует приблизительно от 25% до 30% мирового производства уксусной кислоты. Основной процесс включает дегидратацию уксусной кислоты с получением кетена при 700–750 °C. Затем кетен реагирует с уксусной кислотой с получением ангидрида: [50]

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 является ацетилирующим агентом. Таким образом, его основное применение — для ацетата целлюлозы , синтетического текстиля, также используемого для фотопленки . Уксусный ангидрид также является реагентом для производства героина и других соединений. [50]

Использовать как растворитель

Как полярный протонный растворитель , уксусная кислота часто используется для перекристаллизации с целью очистки органических соединений. Уксусная кислота используется в качестве растворителя при производстве терефталевой кислоты (ТФК), сырья для полиэтилентерефталата (ПЭТ). В 2006 году около 20% уксусной кислоты использовалось для производства ТФК. [34]

Уксусная кислота часто используется в качестве растворителя для реакций с участием карбокатионов , таких как алкилирование Фриделя-Крафтса . Например, одна из стадий промышленного производства синтетической камфоры включает перегруппировку Вагнера-Мейервейна камфена в изоборнилацетат ; здесь уксусная кислота действует и как растворитель, и как нуклеофил для улавливания перегруппированного карбокатиона. [51]

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 ведет себя как сильное основание в этой среде. Затем его можно титровать, используя раствор в ледяной уксусной кислоте очень сильной кислоты, такой как хлорная кислота . [52]

Медицинское применение

Инъекция уксусной кислоты в опухоль использовалась для лечения рака с 1800-х годов. [53] [54]

Уксусная кислота используется как часть скрининга рака шейки матки во многих регионах развивающегося мира . [55] Кислота наносится на шейку матки , и если примерно через минуту появляется белая область, тест положительный. [55]

Уксусная кислота является эффективным антисептиком при использовании в виде 1% раствора с широким спектром действия против стрептококков, стафилококков, псевдомонад, энтерококков и других. [56] [57] [58] Ее можно использовать для лечения кожных инфекций, вызванных штаммами псевдомонад, устойчивыми к типичным антибиотикам. [59]

Хотя разбавленная уксусная кислота используется при ионофорезе , нет никаких высококачественных доказательств в поддержку этого метода лечения заболеваний вращательной манжеты плеча. [60] [61]

Как средство лечения наружного отита , он включен в список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения . [62] [63]

Еда

Уксусная кислота имеет 349 ккал (1460 кДж) на 100 г. [64] Уксус обычно содержит не менее 4% уксусной кислоты по массе. [65] [66] [67] 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, как правило, более разбавлен (от 4% до 8% уксусной кислоты), в то время как для коммерческого маринования пищевых продуктов используются более концентрированные растворы. Доля уксусной кислоты, используемой во всем мире в качестве уксуса, не так велика, как для промышленного использования, но это, безусловно, самое старое и известное применение. [68]

Реакции

Органическая химия

Левая реакционная стрелка

уксусная кислота

(i) Li[AlH 4 ] , эфир
Стрелка реакции вправо
( ii ) Н3О +
Две типичные органические реакции уксусной кислоты

Уксусная кислота подвергается типичным химическим реакциям карбоновой кислоты. При обработке стандартным основанием она превращается в ацетат металла и воду . С сильными основаниями (например, литийорганическими реагентами) она может быть дважды депротонирована с образованием LiCH 2 COOLi . Восстановление уксусной кислоты дает этанол. Группа ОН является основным местом реакции, как показано на примере превращения уксусной кислоты в ацетилхлорид . Другие производные замещения включают уксусный ангидрид ; этот ангидрид получается путем потери воды из двух молекул уксусной кислоты. Эфиры уксусной кислоты также могут быть образованы посредством этерификации 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: [69] [70] [71]

СН3СООН → СН4 + СО2
СН3СООН СН2 = С =О + Н2О

Реакции с неорганическими соединениями

Уксусная кислота оказывает слабое коррозионное воздействие на металлы, включая железо , магний и цинк , образуя газообразный водород и соли, называемые ацетатами :

Mg + 2CH3COOH (CH3COO ) 2 Mg + H2

Поскольку алюминий образует пассивирующую кислотостойкую пленку оксида алюминия , алюминиевые цистерны используются для транспортировки уксусной кислоты. [72] Контейнеры, облицованные стеклом, нержавеющей сталью или полиэтиленом, также используются для этой цели. [27] Ацетаты металлов также могут быть получены из уксусной кислоты и подходящего основания , как в популярной реакции « пищевая сода + уксус», в результате которой выделяется ацетат натрия :

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

Цветная реакция на соли уксусной кислоты — раствор хлорида железа (III) , который дает темно-красный цвет, исчезающий после подкисления. [73] Более чувствительный тест использует нитрат лантана с йодом и аммиаком для получения синего раствора. [74] Ацетаты при нагревании с триоксидом мышьяка образуют оксид какодила , который можно обнаружить по его зловонным парам. [75]

Другие производные

Органические или неорганические соли производятся 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 приложениях, в совокупности составляет еще 5–10 % от мирового потребления уксусной кислоты. [34]

Здоровье и безопасность

Пар

Длительное вдыхание (восемь часов) паров уксусной кислоты при 10 ppm может вызвать некоторое раздражение глаз, носа и горла; при 100 ppm может возникнуть выраженное раздражение легких и возможное повреждение легких, глаз и кожи. Концентрация паров 1000 ppm вызывает выраженное раздражение глаз, носа и верхних дыхательных путей и не может переноситься. Эти прогнозы были основаны на экспериментах на животных и промышленном воздействии. [76]

У 12 рабочих, подвергавшихся воздействию в течение двух или более лет средней концентрации уксусной кислоты в воздухе 51 ppm (оценочно), были вызваны симптомы раздражения конъюнктивы, раздражения верхних дыхательных путей и гиперкератотического дерматита. Воздействие 50 ppm или более непереносимо 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, а также конъюнктивит от концентраций ниже 10 ppm. В исследовании пяти рабочих, подвергавшихся воздействию пиковых концентраций от 80 до 200 частей на миллион в течение 7–12 лет, основными результатами были почернение и гиперкератоз кожи рук, конъюнктивит (но без повреждения роговицы), бронхит и фарингит, а также эрозия подвергшихся воздействию зубов (резцов и клыков). [77]

Решение

Концентрированная уксусная кислота (≥ 25%) разъедает кожу. [78] Эти ожоги или волдыри могут не появиться в течение нескольких часов после воздействия. [79] Опасные свойства уксусной кислоты зависят от концентрации (обычно водного ) раствора, при этом наиболее значительное увеличение уровней опасности происходит при пороговых значениях концентрации уксусной кислоты 25% и 90% по весу. В следующей таблице обобщены опасности растворов уксусной кислоты по концентрации: [80]

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

Смотрите также

Примечания

  1. ^ [H 3 O + ] = 10 −2,4 = 0,4%
  2. ^ Уксусная кислота, которая производится намеренно, а не извлекается в результате переработки (например, при производстве ацетатов целлюлозы, в операциях с поливиниловым спиртом и в многочисленных реакциях ацилирования уксусного ангидрида).

Ссылки

  1. ^ Обзоры научной литературы по общепризнанным безопасным (GRAS) пищевым ингредиентам . Национальная техническая информационная служба. 1974. С. 1.
  2. «Химия», том 5, Encyclopaedia Britannica, 1961, стр. 374.
  3. ^ Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. стр. 745. doi :10.1039/9781849733069-00648. ISBN 978-0-85404-182-4.
  4. ^ "уксусная кислота_msds".
  5. Справочник по химии Ланге , 10-е изд.
  6. ^ abc NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям. "#0002". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  7. ^ "Уксусная кислота". Концентрации, представляющие немедленную опасность для жизни или здоровья (IDLH) . Национальный институт охраны труда (NIOSH).
  8. ^ Временные рекомендации ИЮПАК 2004 Глава P-12.1; страница 4
  9. ^ Armarego WL, Chai C (2009). Очистка лабораторных химикатов (6-е изд.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-1-85617-567-8.
  10. Cooper C (9 августа 2010 г.). Organic Chemist's Desk Reference (2-е изд.). CRC Press. С. 102–104. ISBN 978-1-4398-1166-5.
  11. ^ Хендриксон Дж. Б., Крам Д. Д., Хаммонд Г. С. (1970). Органическая химия (3-е изд.). Токио: McGraw Hill Kogakusha. С. 135.
  12. ^ DeSousa LR (1995). Общие медицинские сокращения. Cengage Learning. стр. 97. ISBN 978-0-8273-6643-5.
  13. ^ abc Martin G (1917). Промышленная и производственная химия (часть 1, органическое издание). Лондон: Crosby Lockwood. С. 330–331.
  14. ^ Адет П.А. (1798). «Mémoire sur l'acide acétique» [Мемуары об уксусной кислоте]. Annales de Chimie (на французском языке). 27 : 299–319.
  15. ^ Goldwhite H (сентябрь 2003 г.). «Этот месяц в истории химии» (PDF) . New Haven Section Bulletin American Chemical Society . 20 (3): 4. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2009 г.
  16. ^ Schweppe H (1979). «Идентификация красителей на старых тканях». Журнал Американского института охраны природы . 19 (1/3): 14–23. doi :10.2307/3179569. JSTOR  3179569. Архивировано из оригинала 29 мая 2009 года . Получено 12 октября 2005 года .
  17. ^ Wagner FS (1978). «Уксусная кислота». В Grayson M (ред.). Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (3-е изд.). Нью-Йорк: John Wiley & Sons .
  18. ^ Промышленные органические химикаты, Гарольд А. Витткофф, Брайан Г. Рубен, Джеффри С. Плоткин
  19. ^ ab Lancaster M (2002). Зеленая химия, вводный текст . Кембридж: Королевское химическое общество. С. 262–266. ISBN 978-0-85404-620-1.
  20. ^ ab Mehringer DM, Snyder LE, Miao Y, Lovas FJ (1997). "Обнаружение и подтверждение наличия межзвездной уксусной кислоты". Astrophysical Journal Letters . 480 (1): L71. Bibcode : 1997ApJ...480L..71M. doi : 10.1086/310612 .
  21. ^ Goldberg R, Kishore N, Lennen R (2002). "Thermodynamic Quantities for the Ionization Reactions of Buffers" (PDF) . Journal of Physical and Chemical Reference Data . 31 (2): 231–370. Bibcode :2002JPCRD..31..231G. doi :10.1063/1.1416902. Архивировано из оригинала (PDF) 6 октября 2008 г.
  22. ^ Джонс RE, Темплтон DH (1958). "Кристаллическая структура уксусной кислоты" (PDF) . Acta Crystallographica . 11 (7): 484–487. Bibcode :1958AcCry..11..484J. doi : 10.1107/S0365110X58001341 . hdl :2027/mdp.39015077597907.
  23. ^ Briggs JM, Nguyen TB, Jorgensen WL (1991). «Моделирование методом Монте-Карло жидкой уксусной кислоты и метилацетата с потенциальными функциями OPLS». Журнал физической химии . 95 (8): 3315–3322. doi :10.1021/j100161a065.
  24. ^ Togeas JB (июнь 2005 г.). «Пары уксусной кислоты: 2. Статистическая механическая критика экспериментов по плотности пара». Журнал физической химии A. 109 ( 24): 5438–5444. Bibcode : 2005JPCA..109.5438T. doi : 10.1021/jp058004j. PMID  16839071.
  25. ^ Мак-Мерри Дж. (2000). Органическая химия (5-е изд.). Брукс/Коул. стр. 818. ISBN 978-0-534-37366-5.
  26. ^ Зиборак К, Ольшевский К (1958). «Растворимость н-парафинов в уксусной кислоте». Бюллетень Полонезской академии наук, Серия химических, геологических и географических наук . 6 (2): 3315–3322.
  27. ^ abcde Le Berre C, Serp P, Kalck, P, Torrence GP (2013). "Уксусная кислота". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a01_045.pub3. ISBN 978-3527306732.
  28. ^ Zumdahl SS (1986). Химия. Лексингтон, Массачусетс: DC Heath. стр. 627. ISBN 978-0-669-04529-1.
  29. ^ Schwer B, Bunkenborg J, Verdin RO, Andersen JS, Verdin E (июль 2006 г.). «Обратимое ацетилирование лизина контролирует активность митохондриального фермента ацетил-КоА-синтетазы 2». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (27): 10224–10229. doi : 10.1073/pnas.0603968103 . PMC 1502439. PMID  16788062 . 
  30. ^ Bose S, Ramesh V, Locasale JW (сентябрь 2019 г.). «Метаболизм ацетата в физиологии, раке и не только». Тенденции в клеточной биологии . 29 (9): 695–703. doi :10.1016/j.tcb.2019.05.005. PMC 6699882. PMID  31160120 . 
  31. ^ Fiume MZ (июнь 2003 г.). «Окончательный отчет по оценке безопасности триацетина». International Journal of Toxicology . 22 (Suppl 2): ​​1–10. doi :10.1080/747398359. PMID  14555416.
  32. ^ Buckingham J, ред. (1996). Словарь органических соединений . Том 1 (6-е изд.). Лондон: Chapman & Hall. ISBN 978-0-412-54090-5.
  33. ^ ab Yoneda N, Kusano S, Yasui M, Pujado P, Wilcher S (2001). "Последние достижения в процессах и катализаторах для производства уксусной кислоты". Applied Catalysis A: General . 221 (1–2): 253–265. doi :10.1016/S0926-860X(01)00800-6.
  34. ^ abcde Malveda M, Funada C (2003). "Уксусная кислота". Chemicals Economic Handbook . SRI International. стр. 602.5000. Архивировано из оригинала 14 октября 2011 г.
  35. ^ "Производственный отчет". Chemical & Engineering News : 67–76. 11 июля 2005 г.
  36. ^ Уксусная кислота Архивировано 23 апреля 2022 г. в Wayback Machine . SRI Consulting.
  37. ^ Анализ размера и доли рынка уксусной кислоты — тенденции роста и прогнозы (2023–2028). Mordor Intelligence. 2023.
  38. ^ "Reportlinker добавляет анализ и прогнозы мирового рынка уксусной кислоты". База данных исследований рынка . Июнь 2014 г. стр. содержание.
  39. ^ Zoeller JR, Agreda VH, Cook SL, Lafferty NL, Polichnowski SW, Pond DM (1992). "Процесс получения уксусного ангидрида Eastman Chemical Company". Catalysis Today . 13 (1): 73–91. doi :10.1016/0920-5861(92)80188-S.
  40. ^ Хинтерманн Л., Лабонн А. (2007). «Каталитическая гидратация алкинов и ее применение в синтезе». Синтез . 2007 (8): 1121–1150. doi :10.1055/s-2007-966002.
  41. ^ Chenier PJ (2002). Обзор промышленной химии (3-е изд.). Springer. стр. 151. ISBN 978-0-306-47246-6.
  42. ^ abcd Сано К, Учида Х, Вакабаяши С (1999). "Новый процесс производства уксусной кислоты прямым окислением этилена". Catalysis Surveys from Japan . 3 (1): 55–60. doi :10.1023/A:1019003230537. ISSN  1384-6574. S2CID  93855717.
  43. ^ Мисоно М (2009). «Последний прогресс в практическом применении гетерополикислотных и перовскитных катализаторов: каталитическая технология для устойчивого общества». Catalysis Today . 144 (3–4): 285–291. doi :10.1016/j.cattod.2008.10.054.
  44. ^ Chotani GK, Gaertner AL, Arbige MV, Dodge TC (2007). «Промышленная биотехнология: от открытия до поставки». Справочник Кента и Ригеля по промышленной химии и биотехнологии . Springer. стр. 32–34. Bibcode :2007karh.book....... ISBN 978-0-387-27842-1.
  45. ^ ab Hromatka O, Ebner H (1959). «Уксус, полученный путем окислительного брожения под водой». Industrial & Engineering Chemistry . 51 (10): 1279–1280. doi :10.1021/ie50598a033.
  46. ^ Партридж Э. П. (1931). «Уксусная кислота и ацетат целлюлозы в Соединенных Штатах. Общий обзор экономических и технических разработок». Промышленная и инженерная химия . 23 (5): 482–498. doi :10.1021/ie50257a005.
  47. ^ Хроматка О, Эбнер Х (1949). «Исследования по брожению уксуса: Генератор для брожения уксуса и процедур аэрации». Enzymologia . 13 : 369.
  48. ^ Sim JH, Kamaruddin AH, Long WS, Najafpour G (2007). "Clostridium aceticum — потенциальный организм, катализирующий превращение оксида углерода в уксусную кислоту: применение методологии поверхности отклика". Enzyme and Microbial Technology . 40 (5): 1234–1243. doi :10.1016/j.enzmictec.2006.09.017.
  49. ^ ab Roscher G. "Виниловые эфиры". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a27_419. ISBN 978-3527306732.
  50. ^ ab Held H, Rengstl A, Mayer D. "Acetic Anhydride and Mixed Fatty Acid Anhydrides". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a01_065. ISBN 978-3527306732.
  51. ^ Sell CS (2006). "4.2.15 Бициклические монотерпеноиды". Химия ароматов: от парфюмера до потребителя . Серия RSC Paperbacks. Том 38 (2-е изд.). Великобритания: Королевское химическое общество. стр. 80. ISBN 978-0-85404-824-3.
  52. ^ Фелгнер А. "Определение содержания воды в хлорной кислоте 0,1 моль/л в уксусной кислоте с использованием титрования по Карлу Фишеру". Sigma-Aldrich . Получено 27 июля 2017 г.
  53. ^ Barclay J (1866). "Инъекция уксусной кислоты при раке". Br Med J . 2 (305): 512. doi :10.1136/bmj.2.305.512-a. PMC 2310334 . 
  54. ^ Yamamoto S, Iguchi Y, Shibata N, Takesue M, Tsunoda T, Sato K (апрель 1998 г.). "[Чрескожная инъекция этанола и уксусной кислоты при метастазах в печень рака толстой кишки — два отчета о случаях]". Gan to Kagaku Ryoho. Cancer & Chemotherapy . 25 (5): 751–755. PMID  9571976.
  55. ^ ab Fokom-Domgue J, Combescure C, Fokom-Defo V, Tebeu PM, Vassilakos P, Kengne AP и др. (июль 2015 г.). «Эффективность альтернативных стратегий первичного скрининга рака шейки матки в странах Африки к югу от Сахары: систематический обзор и метаанализ исследований точности диагностических тестов». BMJ . 351 : h3084. doi :10.1136/bmj.h3084. PMC 4490835 . PMID  26142020. 
  56. ^ Madhusudhan VL (декабрь 2016 г.). «Эффективность 1% уксусной кислоты при лечении хронических ран, инфицированных Pseudomonas aeruginosa: проспективное рандомизированное контролируемое клиническое исследование». International Wound Journal . 13 (6): 1129–1136. doi :10.1111/iwj.12428. PMC 7949569. PMID 25851059.  S2CID 4767974  . 
  57. ^ Ryssel H, Kloeters O, Germann G, Schäfer T, Wiedemann G, Oehlbauer M (август 2009 г.). «Антимикробный эффект уксусной кислоты — альтернатива обычным местным антисептикам?». Burns . 35 (5): 695–700. doi :10.1016/j.burns.2008.11.009. PMID  19286325.
  58. ^ «Антисептики для ран: область противоречий». www.medscape.com . Получено 15 августа 2016 г. .
  59. ^ Nagoba BS, Selkar SP, Wadher BJ, Gandhi RC (декабрь 2013 г.). «Лечение раневых инфекций, вызванных псевдомонадами, уксусной кислотой — обзор». Журнал «Инфекции и общественное здоровье» . 6 (6): 410–415. doi : 10.1016/j.jiph.2013.05.005 . PMID  23999348.
  60. ^ Page MJ, Green S, Mrocki MA, Surace SJ, Deitch J, McBain B и др. (июнь 2016 г.). «Модальные методы электротерапии при заболеваниях вращательной манжеты плеча». База данных систематических обзоров Cochrane . 2016 (6): CD012225. doi :10.1002/14651858.CD012225. PMC 8570637. PMID  27283591. 
  61. ^ Хабиф TP (2009). Клиническая дерматология (5-е изд.). Elsevier Health Sciences. стр. 367. ISBN 978-0-323-08037-8.
  62. ^ Всемирная организация здравоохранения (2019). Примерный список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения: 21-й список 2019 г. Женева: Всемирная организация здравоохранения. hdl : 10665/325771 . WHO/MVP/EMP/IAU/2019.06. Лицензия: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.
  63. ^ Всемирная организация здравоохранения (2021). Примерный список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения: 22-й список (2021) . Женева: Всемирная организация здравоохранения. hdl : 10665/345533 . WHO/MHP/HPS/EML/2021.02.
  64. ^ Гринфилд Х., Саутгейт Д. (2003). Данные о составе пищевых продуктов: производство, управление и использование . Рим: ФАО . стр. 146. ISBN 9789251049495.
  65. ^ "CPG Sec. 525.825 Уксус, Определения" (PDF) . Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. Март 1995 г.
  66. ^ «Ведомственная консолидация Закона о пищевых продуктах и ​​лекарствах и Правил по пищевым продуктам и лекарствам – Часть B – Раздел 19» (PDF) . Министерство здравоохранения Канады. Август 2018 г. стр. 591.
  67. ^ "Регламент Комиссии (ЕС) 2016/263". Официальный журнал Европейского Союза . Европейская комиссия. Февраль 2016 г.
  68. ^ Бернтсен А., Садборо Дж. Дж. (1922). Органическая химия. Лондон: Blackie and Son. стр. 155.
  69. ^ Блейк ПГ, Джексон ДЖЕ (1968). «Термическое разложение уксусной кислоты». Журнал химического общества B: Physical Organic : 1153–1155. doi :10.1039/J29680001153.
  70. ^ Bamford CH, Dewar MJ (1949). "608. Термическое разложение уксусной кислоты". Журнал химического общества : 2877. doi :10.1039/JR9490002877.
  71. ^ Дуань X, Пейдж М (1995). «Теоретическое исследование конкурирующих механизмов в термическом мономолекулярном разложении уксусной кислоты и реакции гидратации кетена». Журнал Американского химического общества . 117 (18): 5114–5119. doi :10.1021/ja00123a013. ISSN  0002-7863.
  72. ^ "Коррозия уксусной кислотой — Отчет целевой группы T-5A-3 о коррозии уксусной кислотой (1)". Коррозия . 13 (11): 79–88. 1 ноября 1957 г. doi :10.5006/0010-9312-13.11.79. ISSN  1938-159X.
  73. ^ Charlot G, Murray RG (1954). Качественный неорганический анализ (4-е изд.). Архив CUP. стр. 110.
  74. ^ Neelakantam K, Row LR (1940). "Испытание нитрата лантана для качественного анализа неорганических соединений ацетата" (PDF) . Получено 5 июня 2013 г.
  75. ^ Brantley LR, Cromwell TM, Mead JF (1947). «Обнаружение ацетат-иона реакцией с оксидом мышьяка с образованием оксида какодила». Журнал химического образования . 24 (7): 353. Bibcode : 1947JChEd..24..353B. doi : 10.1021/ed024p353. ISSN  0021-9584.
  76. ^ "Руководство по охране труда и технике безопасности при работе с уксусной кислотой" (PDF) . Центры по контролю и профилактике заболеваний. Архивировано из оригинала (PDF) 8 марта 2020 г. . Получено 8 мая 2013 г. .
  77. ^ Sherertz PC (1 июня 1994 г.). Уксусная кислота (PDF) . Департамент здравоохранения Вирджинии, Отдел контроля за опасностями для здоровья. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г.
  78. ^ "ICSC 0363 – УКСУСНАЯ КИСЛОТА". Международная программа по химической безопасности. 5 июня 2010 г.
  79. ^ "Стандартная операционная процедура ледяной уксусной кислоты" (PDF) . UCMERCED. 19 октября 2012 г. . Получено 19 февраля 2024 г. .
  80. ^ "C&L Inventory". echa.europa.eu . Получено 13 декабря 2023 г. .

Внешние ссылки