氢原子百科 
乙二酸（Ethanedioic Acid），有机化合物，分子式为C2H2O4，结构简式为HOOC-COOH，俗称草酸，摩尔质量为90.03g/mol，密度为1.9g/cm3。乙二酸为无色透明单斜晶系结晶或白色粉末，无味，溶于水和乙醇，不溶于苯、氯仿、石油醚，易升华。通常所见的乙二酸是含有两分子结晶水的无色晶体，学名为二水合乙二酸，分子式为C2H2O4·2H2O。乙二酸在所有二元羧酸中酸性最强，受热易分解，具有很强的还原性，与醇会发生酯化反应，还可以与许多金属反应生成草酸盐。草酸以盐的形式广泛存在于许多草本植物和藻类中（如菠菜、芹菜、胡椒和茶叶中含量很高），最常见的是钙盐和钾盐。在人和动物的尿中，草酸以草酸钙的形式存在。工业上生产乙二酸的方法有甲酸钠法、氧化法和羰基合成法。[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15]
草酸及其盐类在工业上用途很广，常用作还原剂、漂白剂、媒染剂、清洗剂、金属表面处理剂、提炼稀有金属的溶剂以及有机合成原料等。长期接触草酸烟雾和粉尘会引起上呼吸道慢性炎症，液体对皮肤、眼睛和粘膜有刺激和腐蚀作用、局部长期作用会感到痛疼、发绀，甚致溃疡、坏死。[2][16][17][18][19]
相关历史
早在17世纪初期就在白花酢浆草和酸模的叶中发现了酸式草酸钾。1776年时，C.W.Scheele首先用硝酸氧化砂糖制得草酸，19世纪中叶，Gay-Lussac发现的熔碱法实现了工业化。该法是把锯木屑、谷物等纤维素与浓氢氧化钠、氢氧化钙，加热到高温后，得到以草酸盐和碳酸盐为主的产品，再经酸化得到草酸。近代工业生产方法主要有甲酸钠法和乙二醇法。此外，还可用硝酸氧化碳水化合物和糖类发酵制柠檬酸副产物提取。单纯以生产草酸为目的的发酵法是不经济的。[3][20]
来源
乙二酸俗名草酸，它以盐的形式广泛存在于许多草本植物和藻类中（如菠菜、芹菜、胡椒和茶叶中含量很高），最常见的是钙盐和钾盐。在人和动物的尿中，草酸以草酸钙的形式存在。[4][5][21]
哺乳动物的草酸摄取主要通过饮食来获得，植物中的草酸是草酸的最主要来源。在大多数植物中的草酸含量可达到组织干重的6%~10%。草酸分为可溶性草酸与不溶性草酸两种，两种形式的草酸均由植物产生。不溶性草酸生成一些植物的针晶状物质来防止草食动物摄入。可溶性草酸可以作为一种食源性毒素易被肠壁吸收，在肾脏沉积为草酸钙结晶。另外，至少13种食物中的前体物如乙酸醛、抗坏血酸、羟脯氨酸、甘氨酸通过复杂的代谢途径产生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的同时产生副产品草酸。[22]草酸除来自植物外，发现有多种真菌（真菌属如：核盘菌属、曲霉属、腐霉属、青霉属、 栗疫壳菌属、倒杯伞菌属、丝核菌属和小核菌属）也能产生草酸。[23][24]
代谢
草酸直接通过饮食进入身体，最终由肝脏进行代谢。草酸的总排泄量包括内源性和饮食中的草酸在微生物降解后累积。草酸的转运大部分是通过与胃壁分泌的盐酸作用下变为阴离子并与跨细胞的转运蛋白结合来实现的。特别是一些主要分布在小肠和大肠，已确定来自于SLC26基因家族的转运蛋白具有转运草酸作用。草酸盐也可以在胃里被动吸收。大量的草酸盐不能直接通过机体中的粪便和尿液排出体外，只会在肾小管和骨盆沉积使肾脏形成草酸钙晶体从而导致肾脏结石，因此必须由微生物降解后才可以排泄。[22]
生理作用
草酸作为真菌分泌的毒素参与真菌病害的致病过程。已经在核盘菌属、曲霉属、腐霉属、青霉属、 栗疫壳菌属、倒杯伞菌属、丝核菌属和小核菌属等属中有报道。草酸在上述真菌属的致病过程中都起着重要作用。低浓度下草酸有助于植物抵抗真菌；高浓度会导致死亡。[24][25]
乳酸脱氢酶催化反应是无氧糖酵解中最终产物，此酶广泛存在于各种组织中。乳酸脱氢酶能被巯基试剂所抑制，硼酸、丙二酸，草酸，草氨酸以及EDTA则是竞争性抑制剂。[26]
物理性质
乙二酸分子式为C2H2O4，其结构式为HOOC-COOH，为无色透明单斜晶系结晶或白色粉末，摩尔质量为90.04g/mol，密度为1.9g/cm3，熔点为189.5℃，溶于水和乙醇，不溶于苯、氯仿、石油醚。[1][2][6]草酸易升华，开始升华的温度为100℃，125℃迅速升华，157℃时大量升华，并开始分解。[7]
通常所见的乙二酸是含有两分子结晶水的无色晶体，学名为二水合乙二酸，分子式为C2H2O4·2H2O，摩尔质量为126.1g/mol，熔点为101℃~102℃，密度为1.65g/cm3，20℃在水中的溶解度为13g~14g/100mL，加热至100℃~105℃失去结晶水变成无水乙二酸。[8][9]
酸性
脱羧
还原
酯化
与金属反应
其他
化工领域
草酸被广泛用于淀粉水解生产纯糊精及葡萄糖的制造；生产对苯二酚、季戊四醇也需要使用草酸，草酸还用于生产各种草酸盐和草酸酯，如：草酸钙、草酸铵、草酸钠、草酸镍、草酸钾及草酸二乙酯等；草酸还用于没食子酸、盐基品绿、聚氯乙烯、氨基塑料、漆片等化工产品的生产以及油脂精制。[27]
医药领域
金属清洗剂
纺织工业
在纺织工业中，大量草酸用作织物助染剂以脱污和漂白，用草酸在低温下洗涤即能杀死衣服中存在的细菌，草酸的铝盐和锑盐可用媒染剂。[3]
阳极氧化处理和制造催化剂
用草酸或草酸盐溶液作电解液，对铝及其合金进行阳极氧化处理，得到带色的表面保护层。这种表面层坚硬、耐磨，耐腐蚀，反复弯曲不剥落，可以提高材质的绝缘击穿电压。并可因金属所含的其它元素及处理条件的不同，而得到淡黄、褐黄、青铜色等各种颜色。从化学品和能量费用看，草酸工艺比硫酸工艺昂贵。许多催化剂，例如石油重整用铂-镍催化剂，油品加氢脱硫用钴、锡、铝催化剂等在制造过程中要使用草酸。[3][28]
抽提和提纯稀有元素
大量草酸用于抽提和提纯稀有元素，例如利用稀土金属和钢系金属草酸盐的不溶性来抽提和提纯稀有金属，草酸能与草酸铵生成可溶性络合物而与其他草酸盐分离。[3]
其他
草酸可用作木材漂白剂，经过草酸处理的木材具有发亮和更为均匀的颜色；某些草酸化合物对光的敏感性而开发了摄影印染法。[3]在电机工业中，用于制作钨台金钢。在制革工业中用于皮革的油污处理。在油脂化学中用于松油醇、甘油及硬脂酸脂的精制。此外，草酸还应用于铝合金的皮膜加工，硬质金的制造、合金刀头，以及用作钢铁、土壤分析试剂。[27]
甲酸钠法
一氧化碳与氢氧化钠反应，生成甲酸钠，然后经高温脱氢生成草酸钠，草酸钠再经钙化（或铅化）、酸化、结晶和脱水干燥等工序，得到成品草酸。[7][15]
氧化法
羰基合成法
一氧化碳在钯催化剂存在下与丁醇发生羰基化反应，生成草酸二丁酯，然后通过水解生成乙二酸，此法分为液相法和气相法两种，气相法反应条件较低，反应压力为300kPa~400kPa，而液相法反应压力为13MPa~15MPa。[7][17]
气相法
液相法
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液相法生产过程中无HCI产生，避免了设备的腐蚀问题；因催化剂体系中不含Cu2+，不会生成草酸酮而使催化剂活性下降；催化剂使用寿命长，再生简单；单位Pd的生产效率高在催化剂低浓度下也可获得较高的空时收率；CO分压低时，选择率仍很高；生成物草酸二丁酯，在反应液中可达到很高的浓度[29]
气相法较液相法又向前发展了一步：反应不用在高压下进行；固体催化剂采用固定床或流化床，而不必另外设置催化剂分离系统；催化剂寿命较液相法长。[29]
糖发酵法
植物提取
在一些植物中含有丰富的草酸盐。印度研究者报道，在赤桉、香椿、柚木等的树皮中，灰菜、马齿苋属植物的茎、叶中含有大量的草酸盐。从一种对牲畜有毒的草的叶和茎中，经水浸，氯化钙硫酸溶液处理，可获得4.4%的草酸。从叶子中可以得到6.6%的草酸，其中4.4%来自可溶性草酸盐，2.2%来自草酸钙。[31]
酶催化
晶体结构
草酸有α-型（或菱形）和β-型（或单斜晶形）两种结晶形态，因氢键形成的链状和层状的结构。其中α-型（或菱形）为层状结构，β-型（或单斜晶形）为链状结构。在室温下，菱形的草酸晶体在热力学上是稳定的，而单斜晶型的草酸晶体在热力学上是亚稳态的或很不稳定的。菱形草酸晶体的熔点和密度比单斜晶形草酸略高。粒度均匀的和粗颗粒的草酸堆密度分别为0.977g/cm3和0.881g/cm3。[3][18][33]
安全标识
象形图[34]
GHS分类[34]
GHS危险说明危险等级H302吞咽有害急性毒性，口服H312与皮肤接触有害急性毒性，皮肤
毒理学资料
大鼠经口半数致死剂量（LD50）：375mg/kg。[35]
兔经皮半数致死剂量（LD50）：2000mg/kg。[35]
健康危害
长期接触草酸烟雾和粉尘会引起上呼吸道慢性炎症，液体对皮肤、眼睛和粘膜有刺激和腐蚀作用、局部长期作用会感到痛疼、发绀，甚致溃疡、坏死。食入草酸，因量的不同，可出现肌肉痉挛，中枢神经抑制，胃肠炎，呕吐（常带血），蛋白尿、血尿、强直、昏迷，直致死亡。草酸及其可溶性盐类引起的这些症状，据认为是由于草酸与钙络合，降低了体液中钙离子的量，引起体液干扰，导致心脏和脑功能索乱，草酸钙在肾、肝及其它软组织沉积，晶体草酸钙沉积在肾小管腔，使肾脏损伤。[2][19]
急救措施
吸入：立即将人移至新鲜空气处进行休息，半直立体位。立即给予医疗护理。[2]
食入：漱口，不要催吐。立即给予医疗护理。[2]
皮肤接触：脱去污染的衣服，用大量水冲洗皮肤或淋浴至少15分钟。给予医疗护理。[2]
眼睛接触：用大量水冲洗。立即给予医疗护理。[2]
储存运输
乙二酸应储存于干燥仓房，应与食用化工原料及氧化剂、碱类隔离。装卸中要轻轻卸。[36]
参考资料 36
- Oxalic Acid | (COOH)2 - PubChem — PubChem
- 乙二酸 — 国际化学品安全卡
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 二水合乙二酸 — 国际品化学安全卡
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26
- 参考 27
- 参考 28
- 参考 29
- 参考 30
- 参考 31
- 参考 32
- 参考 33
- Oxalic Acid | (COOH)2 - PubChem — PubChem
- 参考 35
- 参考 36