Eddiksyre

eddiksyre
Plan struktur av eddiksyre
Tredimensjonal struktur av eddiksyre
IUPAC navn
etansyre
Generell
Andre navn	Eddiksyre
halvutviklet formel	CH3COOH _ _
Molekylær formel	C2H4O2 _ _ _ _ _
Identifikatorer
CAS-nummer	64-19-7 [ 1 ]
RTECS-nummer	AF1225000
ChEBI	15366
ChEMBL	CHEMBL539
ChemSpider	171
Narkotikabank	DB03166
PubChem	176
UNII	Q40Q9N063P
KEGG	D00010
SMILCC(O)=O
fysiske egenskaper
Utseende	krystaller
Tetthet	1049 kg / m³ ; _ 1 049 g / cm³ _
molar masse	60,021129372g / mol _
Smeltepunkt	290K (17°C)
Kokepunkt	391,2K (118°C)
Kjemiske egenskaper
Surhet	4,74 pKa
dipolmoment	1.74D _
fare
EMS
NFPA 704	to 3 0
H-setninger	H226 , H314
P-setninger	P280 , P305 + P351 + P338 , P310
risikoer
Svelging	Sår hals, oppkast, diaré, magesmerter, brennende følelse i fordøyelseskanalen.
Innånding	Sår hals, kortpustethet, hoste.
Hud	Brenne.
Øyne	Irritasjon, tåkesyn, dype brannskader.
Beslektede forbindelser
Relaterte syrer	Metansyre Propylsyre Smørsyre
Beslektede forbindelser	Acetamid Etylacetat , Eddiksyreanhydrid , Acetonitril , Acetaldehyd , Etanol , Etanylklorid
Verdier i SI og under standardforhold (25 ℃ og 1 atm ), med mindre annet er angitt.

Eddiksyre ( også kalt metylkarboksylsyre eller etansyre ) kan finnes i form av acetationet . Den finnes i eddik , og er først og fremst ansvarlig for dens sure smak og lukt . Formelen er CH 3 -COOH (C 2 H 4 O 2 ). I følge IUPAC kalles det systematisk etansyre .

Det er den nest enkleste karboksylsyren etter maursyre eller metansyre, som bare har ett karbon , og før propansyre , som allerede har en tre-karbonkjede.

Smeltepunktet er 16,6°C og kokepunktet er 117,9°C.

I vandig løsning kan den miste protonet til karboksylgruppen for å gi dens konjugatbase , acetat. Dens pKa er 4,8 ved 25 °C, noe som betyr at ved en moderat sur pH på 4,8 vil halvparten av molekylene ha løsnet fra protonet. Dette gjør den til en svak syre , og i passende konsentrasjoner kan den danne bufferløsninger med sin konjugerte base. Dissosiasjonskonstanten ved 20 °C er Ka = 1,75·10 -5 .

Det er av interesse for organisk kjemi som et reagens , for uorganisk kjemi som en ligand , og for biokjemi som en metabolitt (aktivert som acetyl-koenzym A ). Det brukes også som et substrat , i sin aktiverte form, i reaksjoner katalysert av enzymene kjent som acetyltransferaser , og spesifikt histonacetyltransferaser .

I dag er den naturlige måten å oppnå det på gjennom karbonylering (reaksjon med CO ) av metanol. Tidligere ble det produsert ved oksidasjon av etylen til acetaldehyd , som deretter ble oksidert for til slutt å oppnå eddiksyre.

Produksjon

Det produseres ved syntese og ved bakteriell gjæring . I dag utgjør den biologiske ruten omtrent 10 % av den globale produksjonen, men er fortsatt viktig i eddikproduksjon, ettersom globale lover om matrenhet fastsetter at eddik til bruk i mat må være av biologisk opprinnelse. Omtrent 75 % av eddiksyren laget i den kjemiske industrien fremstilles ved karbonylering av metanol, forklart senere. Alternative metoder (som etylformiat-isomerisering, syntesegassomdannelse, etylen- og etanoloksidasjon) gir resten. [ 2 ] [ 3 ]

I forskjellige reaksjoner er eddiksyre et sekundærprodukt. For eksempel, i syntesen av akrylsyre fra propan , propylen og akrolein , produseres også eddiksyre med selektiviteter mellom 1 og 15%. [ 4 ] [ 5 ] Den fermentative produksjonen av melkesyre produserer også eddiksyre. [ 6 ] Total verdensproduksjon av virgin eddiksyre er estimert til 5 Mt/a (millioner tonn per år), med omtrent halvparten produsert i USA . Europas produksjon er på ca. 1 Mt/år og er på vei ned, og Japan produserer 0,7 Mt/år. Ytterligere 1,5 Mt resirkuleres hvert år, noe som gir totalt 6,5 Mt/år på verdensmarkedet. [ 7 ] [ 8 ] De to største produsentene av virgin eddiksyre er Celanese og BP . Andre store produsenter inkluderer Millennium Chemicals , Sterling Chemicals , Samsung , Eastman Chemical Company og Svensk Etanolkemi .

Karbonylering av metanol

Mest eddiksyre produseres ved karbonylering av metanol. I denne prosessen reagerer metanol og karbonmonoksid for å produsere eddiksyre, i henhold til den kjemiske ligningen:

CH_{3}OH+CO\longrightarrow CH_{3}COOH

Prosessen involverer jodmetan som et mellomprodukt, og det skjer i tre trinn. En katalysator , vanligvis et metallkompleks , er nødvendig for karbonyleringen (trinn 2).

(1)

CH_{3}OH+HI\longrightarrow CH_{3}I+H_{2}O

(to)

CH_{3}I+CO\longrightarrow CH_{3}COI

(3)

CH_{3}COI+H_{2}O\longrightarrow CH_{3}COOH+HI

Ved å endre prosessbetingelsene kan eddiksyreanhydrid også produseres i samme anlegg. Fordi både metanol og karbonmonoksid er billige råvarer, så karbonylering av metanol ut til å være en attraktiv metode for eddiksyreproduksjon.

Henry Dreyfus , ved det britiske selskapet Celanese , utviklet et pilotanlegg for karbonylering av metanol allerede i 1925. [ 9 ] Imidlertid motvirket mangelen på praktiske materialer som kunne inneholde den korrosive reaksjonen ved det nødvendige høytrykket (200 atm ). kommersialisering av disse rutene. Den første kommersielle metanolkarbonyleringsprosessen, ved bruk av en koboltkatalysator , ble utviklet av det tyske kjemiske selskapet BASF i 1963.

I 1968 viste en rhodiumbasert katalysator ( cis -[Rh (CO) 2 I 2 ] - at den kunne fungere effektivt ved lavere temperaturer, og nesten uten biprodukter. Det første anlegget som brukte denne katalysatoren ble bygget av Det amerikanske kjemiselskapet Monsanto i 1970, og rhodium-katalysert metanolkarbonylering ble den dominerende metoden for produksjon av eddiksyre (se Monsanto-prosess .) På slutten av 1990-tallet kommersialiserte BP -kjemikalier Cativa-prosesskatalysatoren (Ir (CO) 2 I 2 ] − ), som fremmes av ruthenium . Denne iridium - katalyserte prosessen er grønnere og mer effektiv [ 10 ] og har i stor grad erstattet Monsanto-prosessen, ofte i de samme produksjonsanleggene.

Oksidasjon av acetaldehyd

Før kommersialiseringen av Monsanto -prosessen ble det meste av eddiksyre produsert ved oksidasjon av acetaldehyd . Dette er fortsatt den nest viktigste fremstillingsmetoden, selv om den ikke er konkurransedyktig med karbonylering av metanol.

Acetaldehyd kan produseres ved oksidasjon av butan eller lett nafta, eller ved hydratisering av etylen . Når butan eller lett nafta varmes opp med luft i nærvær av forskjellige metallioner , inkludert de av mangan , kobolt og krom ; peroksid dannes og spaltes deretter for å produsere eddiksyre i henhold til den kjemiske ligningen :

2C_{4}H_{10}+5O_{2}\longrightarrow 4CH_{3}COOH+2H_{2}O

Vanligvis utføres reaksjonen ved en kombinasjon av temperatur og trykk designet for å være så varm som mulig mens butanen holdes i " flytende" fase . Typiske reaksjonsbetingelser er 150 °C og 55 atm . Biprodukter kan dannes, inkludert butanon , etylacetat , maursyre og propionsyre . Disse biproduktene er også av kommersiell verdi, og reaksjonsbetingelsene kan modifiseres for å produsere flere av dem hvis de er økonomisk nyttige. Separasjonen av eddiksyre fra biproduktene øker imidlertid kostnadene for prosessen.

Under lignende forhold og ved å bruke katalysatorer som ligner på de som brukes til butanoksidasjon, kan acetaldehyd oksideres av oksygen i luft for å produsere eddiksyre.

2CH_{3}CHO+O_{2}\longrightarrow 2CH_{3}COOH

Ved å bruke moderne katalysatorer kan denne reaksjonen ha et utbytte av eddiksyre på over 95 %.

De viktigste biproduktene er etylacetat , maursyre og formaldehyd , som alle har et lavere kokepunkt enn eddiksyre, og kan enkelt skilles fra ved destillasjon . [ 11 ]

Oksidasjon av etylen

Acetaldehyd kan fremstilles fra etylen ved Wacker-prosessen , men det skal bemerkes at det ikke kan oksideres. Nylig har en billigere ett-trinns konvertering av etylen til eddiksyre blitt kommersialisert av det kjemiske selskapet Showa Denko , som åpnet et etylenoksidasjonsanlegg i Ōita , Japan , i 1997. [ 12 ] Prosessen utløses av et palladiummetall katalysator på en heteropolysyrebærer , slik som wolframkiselsyre . Denne metoden antas å være konkurransedyktig med metanolkarbonylering i små anlegg (100–250 kt/a), avhengig av den lokale prisen på etylen.

Oksidativ gjæring

I det meste av menneskets historie har eddiksyre, i form av eddik, blitt fremstilt av bakterier av slekten Acetobacter . I nærvær av tilstrekkelig oksygen kan disse bakteriene produsere eddik fra en rekke alkoholholdige matvarer. Noen vanlige input er cider , vin , fermentert frokostblanding , malt , ris eller poteter . Den generelle kjemiske reaksjonen tilrettelagt av disse bakteriene er:

C_{2}H_{5}OH+O_{2}\longrightarrow CH_{3}COOH+H_{2}O

En fortynnet løsning av alkohol, inokulert med Acetobacter og oppbevart på et varmt, luftig sted vil bli til eddik i løpet av noen måneder. Industrielle metoder for tilberedning av eddik fremskynder denne prosessen ved å forbedre tilførselen av oksygen til bakterier.

Sannsynligvis var den første eddikproduksjonen en konsekvens av feil i gjæringen under vinfremstillingsprosessen . Hvis mosten gjæres ved for høy temperatur, vil acetobacter overvinne gjæren som er naturlig tilstede i druene .

Med økende etterspørsel etter eddik til kulinariske, medisinske og helsemessige formål, lærte vinprodusenter raskt å bruke andre organiske materialer for å produsere eddik i de varme sommermånedene, før druene modnes og er klare til å bli bearbeidet til vin. Denne metoden var imidlertid treg og ikke alltid vellykket, og vinprodusenter forsto ikke prosessen.

En av de første moderne kommersielle prosessene var "hurtigmetoden" eller "tysk metode", først praktisert i Tyskland i 1823. I denne prosessen foregår gjæringen i et tårn pakket med flis eller trekull . Alkoholtilførselen pumpes på toppen av tårnet og frisk luft tilføres fra bunnen, ved naturlig eller tvungen konveksjon . Den forbedrede lufttilførselen i denne prosessen reduserer tiden for å tilberede eddik fra måneder til uker.

Mesteparten av eddik i dag er laget i nedsenket tankkultur , først beskrevet i 1949 av Otto Hromatka og Heinrich Ebner. I denne metoden fermenteres alkohol til eddik i en kontinuerlig omrørt tank, og oksygen tilføres ved å boble luft gjennom løsningen. Ved å bruke moderne anvendelser av denne metoden kan 15 % eddiksyreeddik lages på bare 24 timer i en batchprosess, til og med 20 % på 60 timer.

Anaerob gjæring

Noen arter av anaerobe bakterier , inkludert medlemmer av slekten Clostridium , kan konvertere sukker til eddiksyre direkte, uten å bruke etanol som mellomprodukt. Den totale kjemiske reaksjonen utført av disse bakteriene kan representeres av:

C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow 3CH_{3}COOH

Mer interessant fra en industrikjemikers synspunkt er det faktum at disse acetogenene kan produsere eddiksyre fra en-karbonforbindelser, inkludert metanol , karbonmonoksid eller en blanding av karbondioksid og hydrogen :

2CO_{2}+4H_{2}\longrightarrow CH_{3}COOH+2H_{2}O

Denne evnen til Clostridium til å bruke sukker direkte, eller å produsere eddiksyre fra rimeligere tilsetninger, betyr at disse bakteriene kan produsere eddiksyre mer effektivt enn etanoloksidasjonsmidler som Acetobacter . Clostridium -bakterier er imidlertid mindre syretolerante enn Acetobacter . Selv de mest syretolerante Clostridium -stammene kan kun produsere eddik med svært lav prosentandel av eddiksyre, sammenlignet med Acetobacter -stammer som kan produsere eddik på opptil 20 % eddiksyre. For tiden er det fortsatt mer kostnadseffektivt å produsere eddik ved hjelp av Acetobacter enn å produsere det ved å bruke Clostridium og deretter konsentrere det. Som et resultat, selv om acetogene bakterier har vært kjent siden 1940-tallet, forblir deres industrielle bruk begrenset til noen få bruksområder.

Applikasjoner og bruksområder

I birøkt brukes den til å kontrollere voksmølllarver og egg , en sykdom som kalles galleriose , som ødelegger vokskammene som honningbier arbeider for å fremskaffe eller samle opp honning på .
Dens anvendelser i den kjemiske industrien er nært knyttet til dens estere , for eksempel vinylacetat eller celluloseacetat (base for fremstilling av nylon , rayon , cellofan , etc.).
Dets egenskaper som et bejdsemiddel i fikserende løsninger for vevskonservering ( histologi ) er viden kjent, der det fungerer empirisk som et fikseringsmiddel for nukleoproteiner, og ikke for plasmaproteiner, enten kuleformede eller fibrøse. (Resultater godkjent av J. Baker).
I utviklingen av svart-hvitt - fotografier ble og brukes det i en veldig svak løsning som et "stoppbad": når det fremkalte materialet ble nedsenket i det, ble alkaliniteten til fremkallingsbadet nøytralisert og prosessen ble stoppet; deretter eliminerte fikseringsbadet resten av det uavslørte materialet. I sin tur inneholder fikseringsmidler , som for det meste bruker natriumtiosulfat som hovedkomponent , eddiksyre som surgjørende middel ( syrefikseringsmiddel ) for å holde pH i løsningen lav nok sammenlignet med fremkallerbadet .
Celluloseacetat , på grunn av dets kvaliteter av gjennomsiktighet og fleksibilitet, brukes også som et av basis- eller støttematerialene for fremstilling av kinematografiske og fotografiske filmer som den lysfølsomme emulsjonen påføres . Den ble også brukt en tid som støtte eller base for fremstilling av magnetbånd , selv om det for denne applikasjonen med fordel ble erstattet av polyester .
Andre bruksområder i medisin er som fargestoff i kolposkopier for å oppdage humant papillomavirusinfeksjon , når livmorhalsvevet er farget hvitt med eddiksyre, er det positivt for humant papillomavirusinfeksjon, kjent som positivt hvitt acetat.

Også, blandet med alkohol, er det nyttig for forebygging av ekstern otitis.

Den fungerer også bra for flekkrengjøring generelt.
Den brukes også til kjøkkenbruk som eddik og også til rengjøring.
I radiologi bruker prosessorene som utvikler radiografiske plater et eddiksyrebad for å stoppe utviklingsprosessen, der den radiografiske platen kommer fra.

Sikkerhet

Konsentrert eddiksyre er etsende og må derfor håndteres med riktig forsiktighet, da det kan forårsake hudforbrenninger, permanent øyeskade og irritasjon av slimhinner. Disse forbrenningene kan ikke vises før timer etter eksponering. Latekshansker gir ingen beskyttelse, så spesielt kraftige hansker, som de som er laget av nitrilgummi, bør brukes når du håndterer denne blandingen.

Konsentrert eddiksyre antennes med vanskeligheter i laboratoriet. Det er fare for brennbarhet hvis omgivelsestemperaturen overstiger 39 °C (102 °F), og kan danne eksplosive blandinger med luft over denne temperaturen (eksplosiv grense: 5,4 %-16 %).

Farene ved eddiksyreløsninger avhenger av konsentrasjonen deres. Følgende tabell viser EU-klassifiseringen av eddiksyreløsninger:

Sikkerhetssymbol

Konsentrasjon etter masse (%)	molaritet (mol/L)	Klassifisering	R-setninger
10–25	1,67–4,16	Irriterende ( Xi )	R36, R38
25–90	4.16–14.99	Etsende ( C )	R34
>90	>14,99	Etsende ( C )	R10, R35

Løsninger med mer enn 25 % eddiksyre håndteres i et avtrekksskap , på grunn av den etsende og skarpe dampen. Fortynnet eddiksyre, i form av eddik, er ufarlig. Imidlertid er inntak av sterke løsninger farlig for mennesker og dyreliv generelt. Det kan forårsake alvorlig skade på fordøyelsessystemet, noe som fører til en potensielt dødelig endring i surheten i blodet.

På grunn av inkompatibiliteter anbefales det å lagre eddiksyre borte fra kromsyre , etylenglykol , salpetersyre og perklorsyre .

Se også

pereddiksyre

Referanser

↑ CAS-nummer
↑ Yoneda, N.; Kusano, S.; Yasui, M.; Pujada, P.; Wilcher, S. (2001). "Nylige fremskritt innen prosesser og katalysatorer for produksjon av eddiksyre". Applied Catalysis A, General 221 (1-2): 253-265. doi : 10.1016/S0926-860X(01)00800-6 .
^ "Prosess for å skaffe eddiksyre fra etanol" . WO 2013053032 A1 .
↑ Kinetiske studier av propanoksidasjon på Mo- og V-baserte blandede oksidkatalysatorer . 2011.s. 14-18; 77-100.
^ "Reaksjonsnettverket i propanoksidasjon over faserene MoVTeNb M1 oksidkatalysatorer" . Journal of Catalysis (311): 369-385. 2014. doi : 10.1016/j.jcat.2013.12.008 . Arkivert fra originalen 15. februar 2016.
↑ "PRODUKTER AV EDIKKSYRE, ETANOL OG TO OTISOMERER AV MELKESYRE AV LINHAGENS AV Lactobacillus ISOLERT FRA INDUSTRIELL ALKOOL GJÆRING" . Vitenskap. agrotech. 32 : 503-509. 2008 . Hentet 2017 .
^ "Produksjonsrapport". Chem. Eng. Nyheter : s. 67-76. 11. juli 2005.
↑ Suresh, Bala (2003), "Ediksyre" , Chemicals Economic Handbook , SRI International, s. 602.5000 .
↑ Wagner, Frank S. (1978), "Eddiksyre", i Grayson, Martin, red., Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (3. utgave), New York: John Wiley & Sons .
↑ Lancaster, Mike (2002). Grønn kjemi, en introduksjonstekst . Cambridge: Royal Society of Chemistry . s. 262–66 . ISBN 0-85404-620-8 .
^ "Eddiksyre" . Nasjonalt institutt for standarder og teknologi . Hentet 3. februar 2008 .
↑ Sano, Kenichi; Uchida, Hiroshi; Wakabayashi, Syoichirou (1999). "En ny prosess for eddiksyreproduksjon ved direkte oksidasjon av etylen". Katalysatorundersøkelser fra Japan 3 . s. 66-60. doi : 10.1023/A:1019003230537 .

Eksterne lenker

National Institute for Safety and Hygiene at Work of Spain : Internasjonalt kjemisk sikkerhetsdatablad for eddiksyre.