冰醋酸的理化性质与制备方法及生物作用！

 

 

一、基本描述

 

乙酸，也叫醋酸、冰醋酸，化学式CHCOOH，是一种有机一元酸，为食醋内酸味及刺激性气味的来源。纯的无水乙酸（冰醋酸）是无色的吸湿性液体。其广泛存在于自然界，它是一种有机化合物，是典型的脂肪酸。被公认为食醋内酸味及刺激性气味的来源。在家庭中，乙酸稀溶液常被用作除垢剂。食品工业方面，在食品添加剂列表E260中，乙酸是规定的一种酸度调节剂。纯的无水乙酸（冰醋酸）是无色的吸湿性液体，凝固点为16.6 ，凝固后为无色晶体。尽管根据乙酸在水溶液中的离解能力它是一个弱酸，但是乙酸是具有腐蚀性的，其蒸汽对眼和鼻有刺激性作用。乙酸是一种简单的羧酸，是一个重要的化学试剂。乙酸也被用来制造电影胶片所需要的醋酸纤维素和木材用胶粘剂中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纤维和织物。

 

醋酸是一种腐蚀性有机酸，具有强烈的气味、燃烧的味道和有害的起泡特性。它存在于海水、油田卤水、雨水中，并在许多植物和动物液体中微量存在。它是生物通路的核心。任何含糖的汁液或果汁都可以被细菌或真菌转化为稀释的醋酸。合成乙酸的主要合成路线包括甲醇羰基化、乙醛氧化、丁烷/石脑油氧化和乙酸甲酯羰基化。目前甲醇羰基化主要采用Cativa(铱催化剂)或Monsanto(铑催化剂)工艺。醋酸，如果浓度大于99%，可以用铝储存或运输。醋酸的主要用途是生产醋酸乙烯酯、对苯二甲酸和醋酐。

 

二、物理参数

 

醋酸的相对密度是1.050，相对分子量是60.05，凝固点（）是16.6，沸点（）是117.9，粘度(mPa.s）是1．22(20），在20时蒸气压（KPa）是1.5。其能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。醋酸稀释后对金属有强烈腐蚀性，316#和318#不锈钢及铝可作良好的结构材料。

 

三、化学性质

 

羧酸中，例如乙酸，的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子（质子）而释放出来，导致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系数为4.8，pKa=4.75（25），浓度为1mol/L的醋酸溶液（类似于家用醋的浓度）的pH为2.4，也就是说仅有0.4%的醋酸分子是解离的乙酸的酸性促使它还可以与碳酸钠、氢氧化铜、苯酚钠等物质反应。

 

2CH3COOH + Na2CO3 =2NaCH3COO + CO2 ↑+ H2O

 

2CH3COOH + Cu(OH)2 =Cu（CH3COO）2 + 2H2O

 

CH3COOH + C6H5ONa =C6H5OH (苯酚）+ CH3COONa

 

对于许多金属，乙酸是有腐蚀性的，例如铁、镁和锌，反应生成氢气和金属乙酸盐。因为铝在空气中表面会形成氧化铝保护层，所以铝制容器能用来运输乙酸。金属的乙酸盐也可以用乙酸和相应的碱性物质反应，比如最著名的例子：小苏打与醋的反应。除了醋酸铬（II），几乎所有的醋酸盐能溶于水。

 

Mg（s）+ 2 CH3COOH（aq） → (CH3COO)2Mg(aq) + H2（g） NaHCO3（s） + CH3COOH(aq) → CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O（l）

 

乙酸能发生普通羧酸的典型化学反应，特别注意的是，可以还原生成乙醇，通过亲核取代机理生成乙酰氯，也可以双分子脱水生成酸酐。同样，乙酸也可以成酯或氨基化合物。如乙酸可以与乙醇在浓硫酸存在并加热的条件下生成乙酸乙酯(本反应为可逆反应，反应类型属于取代反应中的酯化反应)。

 

CH3COOH + CH3CH2OH<==> CH3COOCH2CH3 + H2O

 

四、制备方法

 

（1）乙醇氧化法

 

由乙醇在有催化剂的条件下和氧气发生氧化反应制得。

 

C2H5OH + O2=CH3COOH + H2O

 

（2）乙醛氧化法

 

在之前大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。尽管不能与甲基羰基化相比，此法仍然是第二种工业制乙酸的方法。

 

2CH3CHO+O2→2CH3COOH

 

乙醛可以通过氧化丁烷或轻石脑油制得，也可以通过乙烯水合后生成。当丁烷或轻石脑油在空气中加热，并有多种金属离子包括镁，钴，铬以及过氧根离子催化，会分解出乙酸。化学方程式如下：

 

2 C4H10 + 5 O2 →4 CH3COOH + 2 H2O

 

此反应可以在能使丁烷保持液态的最高温度和压力下进行，一般的反应条件是150和55atm。副产物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因为部分副产物也有经济价值，所以可以调整反应条件使得副产物更多的生成，不过分离乙酸和副产物使得反应的成本增加。在类似条件下，使用上述催化剂，乙醛能被空气中的氧气氧化生成乙酸：

 

2 CH3CHO + O2 →2 CH3COOH

 

2Cu(OH)2+CH3CHO→CH3COOH+Cu2O↓+2H2O　

 

使用新式催化剂，此反应能获得95%以上的乙酸产率。主要的副产物为乙酸乙酯，甲酸和甲醛。因为副产物的沸点都比乙酸低，所以很容易通过蒸馏除去。

 

（3）乙烯氧化法

 

由乙烯在催化剂（所用催化剂为氯化钯：PdCl2、氯化铜：CuCl2和乙酸锰：（CH3COO)2Mn）存在的条件下，与氧气发生反应生成。此反应可以看作先将乙烯氧化成乙醛，再通过乙醛氧化法制得。

 

（4）丁烷氧化法

 

丁烷氧化法又称为直接氧化法，这是用丁烷为主要原料，通过空气氧化而制得乙酸的一种方法，也是主要的乙酸合成方法。

 

2CH3CH2CH2CH3 + 5O2=4CH3COOH + 2H2O

 

（5）托普索法（合成气法）

 

低压甲醇羰基化法以甲醇，co是由天然气或水煤气获得，甲醇是重要化工原料其货源和价格波动较大。托普索法以单一天然气或煤为原料。第一步：合成气在催化剂下生成甲醇和二甲醚；第二部：甲醇和二甲醚（两者不需提纯）和co羰基化生成醋酸。也叫两步法。

 

五、生物作用

 

乙酸中的乙酰基，是生物化学中所有生命的基础。当它与辅酶A结合后，就成为了碳水化合物和脂肪新陈代谢的中心。然而，乙酸在细胞中的浓度是被严格控制在一个很低的范围内，避免使得细胞质的pH发生破坏性的改变。与其它长链羧酸不同，乙酸并不存在于甘油三酸脂中。但是，人造含乙酸的甘油三酸脂，又叫甘油醋酸酯（甘油三乙酸酯），则是一种重要的食品添加剂，也被用来制造化妆品和局部性药物。

 

乙酸由一些特定的细菌生产或分泌。值得注意的是醋菌类梭菌属的丙酮丁醇梭杆菌，这个细菌广泛存在于全世界的食物、水和土壤之中。在水果或其他食物腐败时，醋酸也会自然生成。乙酸也是包括人类在内的所有灵长类生物的阴道润滑液的一个组成部分，被当作一个温和的抗菌剂。