乙酸

一种一元有机酸

乙酸

乙酸（Acetic acid，AA）是一种含有两个碳的简单单羧酸，又叫做醋酸，结构式为CH₃COOH，化学式为C₂H₄O₂，摩尔质量为60.05g/mol，外观为无色澄明液体，有刺激性气味，味极酸，易溶于水、乙醇、乙醚和四氯化碳。[0][2][3][4][5]纯乙酸在16℃时以下能结成冰块的固体，所以又被叫做冰醋酸。在医疗上乙酸常被用于空气消毒和冲洗感染创面和口腔等。[3]乙酸可分为工业乙酸和食用乙酸两种，在食品业中还可作为酸味剂、增香剂和防腐剂，[2][6]在石油化工、纺织、制药等工业中用作有机化工原料，用于生产醋酸乙烯、精对苯二甲酸（PTA）、醋酸酐、醋酸酯、涂料、黏合剂、聚酯纤维和溶剂等。[7]乙酸具有腐蚀性，其蒸汽对眼和鼻有刺激性作用。[2]最初，乙酸是通过乙醇的有氧发酵制得的，[4]在古代人类就已经开始使用乙酸，公元前 372~287 年间，德奥佛拉斯多斯（Theophrastos）曾利用乙酸制造来铅白（碱式碳酸铅）和铜绿（碱式碳酸铜）。[8]8世纪时，波斯炼金术士哈扬（Hayyān）用蒸馏法浓缩醋获得乙酸。14世纪到16世纪文艺复兴时期，人们通过干馏金属醋酸盐制取了乙酸。[9]，1540~1600年，利巴维乌斯（Libavius）首先确定并使用了“acetic acid”（乙酸）这个词。[8]约1743-1794年，拉瓦锡（Lavoisier）用化学方程式表达食品的发酵过程，并测定了乙酸的元素成分。[10]

乙酸（Acetic acid，AA）是一种含有两个碳的简单单羧酸，又叫做醋酸，结构式为CH₃COOH，化学式为C₂H₄O₂，摩尔质量为60.05g/mol，外观为无色澄明液体，有刺激性气味，味极酸，易溶于水、乙醇、乙醚和四氯化碳。[1][3][4][5][6]纯乙酸在16℃时以下能结成冰块的固体，所以又被叫做冰醋酸。在医疗上乙酸常被用于空气消毒和冲洗感染创面和口腔等。[4]乙酸可分为工业乙酸和食用乙酸两种，在食品业中还可作为酸味剂、增香剂和防腐剂，[3][7]在石油化工、纺织、制药等工业中用作有机化工原料，用于生产醋酸乙烯、精对苯二甲酸（PTA）、醋酸酐、醋酸酯、涂料、黏合剂、聚酯zhǐ纤维和溶剂等。[8]乙酸具有腐蚀性，其蒸汽对眼和鼻有刺激性作用。[3]

发展历史

最初，乙酸是通过乙醇的有氧发酵制得的，[5]在古代人类就已经开始使用乙酸，公元前 372~287 年间，德奥佛拉斯多斯（Theophrastos）曾利用乙酸制造来铅白（碱式碳酸铅）和铜绿（碱式碳酸铜）。[9]8世纪时，波斯炼金术士哈扬（Hayyān）用蒸馏法浓缩醋获得乙酸。14世纪到16世纪文艺复兴时期，人们通过干馏金属醋酸盐制取了乙酸。[10]，1540~1600年，利巴维乌斯（Libavius）首先确定并使用了“acetic acid”（乙酸）这个词。[9]约1743-1794年，拉瓦锡（Lavoisier）用化学方程式表达食品的发酵过程，并测定了乙酸的元素成分。[11]

1845年，柯尔柏（H.Kolbe）首次用化学方法合成了乙酸。[9][12]1910年，人们从干馏木材得到的煤焦油中制取乙酸。[10]1911年，德国康索蒂姆斯公司制造出用乙酸锰做催化剂、通过乙醛氧化生产乙酸的生产装置，用乙醛氧化法生产乙酸是工业规模的氧化法乙酸生产的开端。[10]20世纪50年代，随着石油化工的发展，生产醋酸的原料转向了乙烯。20世纪50年代和60年代，先后开发出了正丁烷和石脑油氧化制醋酸的工艺。[5]到1994 年世界乙酸年生产能力达到了640 万t。[13]

1996年6月，美国伊利诺伊大学的一个天文小组在2.5万光年远处人马座的一个星云中发现了乙酸分子。在此前的30年里，已经发现在宇宙空间中甲醛、乙醛、甲醇、乙醇、甲醚、丙烯腈、甲酸、甲脂等许多复杂的有机分子，但发现乙酸分子还是第一次。[14]

物理性质

乙酸为无色透明液体，具有刺激性气味，味极酸，在1℃的密度为0.446g/cm³，熔点为16.6℃，沸点为118.1℃，易溶于水、乙醇、乙醚和四氯化碳，乙酸是弱酸，其酸性比碳酸略强，具有强腐蚀性，10%左右的乙酸水溶液的腐蚀性最大，其蒸汽易着火，能和空气形成爆炸性混合物。[2][3][15]高纯度的乙酸（99%以上）在16℃左右会凝结成似冰片状晶片。[5]

纯乙酸的电导率很低，但加入少量的硫酸后，通电流时乙酸就分解为二氧化碳、一氧化碳和氧气。乙酸燃烧呈现出蓝色火焰，并生成二氧化碳和水蒸气，热的浓硫酸能炭化醋酸，生成二氧化碳和二氧化硫。[6]

和金属及氧化物反应

很多金属的氧化物、碳酸盐溶解于醋酸能生成简单的乙酸盐。碱金属的氢氧化物或碳酸盐与乙酸直接作用可制备其乙酸盐。过渡金属能与乙酸直接反应。[15]

酯化反应

乙酸和醇能直接进行酯化反应，生成重要用途的酯，反应过程如下所示：[15]

CH₃COOH+ROH⇄CH₃COOR+H₂O（H⁺条件下）

氯代反应

乙酸能在光催化作用下与氯发生光氯化反应，生成α-氯代乙酸，在反应过程中会发生一系列的连锁反应，反应过程如下所示：[15]

CH₃COOH+Cl₂→CH₂ClCOOH+HCl

CH₃COOH+2Cl₂→CHCl₂COOH+2HCl

CH₃COOH+3Cl₂→CCl₃COOH+3HCl

酰化和胺化反应

乙酸和三氯化磷可以反应生成乙酰xiān氯，和氨反应生成乙酰胺。反应过程如下所示：[15]

CH₃COOH+PCl₃→3CH₂COCl+P(OH)₃

CH₃COOH+NH₃→CH₃CONH₂+H₂O

醇醛缩合反应

乙酸在硅铝酸钙钠或负载氢氧化钾的硅胶为催化剂时，可以和甲醇缩合成丙烯酸，反应过程如下所示：[15]

CH₃COOH+HCHO→CH₂=CH-COOH+H₂O

分解反应

乙酸在500℃的高温会分解成乙烯酮和水，高温下催化脱水生成乙酸酐。反应过程如下所示：[15]

CH₃COOH→CH₂=C=O+H₂O

2CH₃COOH→（CH₃CO)₂O+H₂O

成酐反应

乙酸可在与脱水剂（如 P2O5等）共热的条件下，两个乙酸的羧基间脱水生成乙酸酐。反应过程如下所示：[16]

2CH₃COOH→CH₃COOCOCH₃

还原反应

乙酸很难用催化氢化法还原，但能被强还原剂氢化铝锂（LiAIH4）还原成伯醇。反应过程如下所示：[16]

CH₃COOH→CH₃CH₂OH

脱羧反应

乙酸，通常不发生脱羧反应，但在特殊条件下，如变成钠盐后与碱石灰（NaOH-CaO）混合加强热也可脱去羧基放出二氧化碳。反应过程如下所示：[17]

CH₃COOH+NaOH→CH₄+Na₂CO₃+H₂O（放出的CO₂被NaOH吸收）

燃烧反应

乙酸可在空气中燃烧，发出蓝色火焰，生成二氧化碳和水。反应过程如下所示：[18]

CH₃COOH+2O₂→2CO₂↑+2H₂O

脱水反应

热的浓硫酸能使乙酸脱水炭化，放出二氧化碳和少量的二氧化硫。反应过程如下所示：[18]

CH₃COOH+4H₂SO₄→2CO₂↑+4SO₂↑+4H₂O

电离

乙酸是弱酸，在水溶液中可部分电离出氢离子，其电离平衡常数Ka=1.76×10-5（25°C）。反应过程如下所示：[19]

CH₃COOH⇄CH₃COO-+H+

鉴别

乙酸可用蓝色石蕊试纸或pH试纸初步鉴别，pH较小可使蓝色石蕊试纸变红。[20]

应用领域

乙酸主要用于食品工业、橡胶工业、染料和印染工业、医药以及香料、醋酸盐、醋酸酯的制造。[21]

制造业

乙酸可用于生产乙酸酯类、醋酸乙烯酯单体、乙酸酐等。工业生产乙酸酯常用酸作催化剂与醇类进行酯化，通常可获得较高得率，但也有少量的副反应产生。由于酯化转化率受反应平衡的限制，通常会有某一种反应物大量过剩。[22]

乙酸酯类如乙酸乙烯可用于生产人造丝（醋酸纤维素），还可作为涂料、树脂的溶剂（乙酸甲酯、乙酯、异丙酯、丁酯等）。乙酸还可作为生产乙酸盐、氯乙酸、醋酐、溶剂等的原料。[23]

食品工业

乙酸在食品行业中可作为酸化剂、增香剂和食品香料。[24]乙酸可用于生产食用醋，用水将乙酸稀释至4%~5%的浓度，再添加各种调味剂来制得，其风味与酿造醋相似，可用于番茄调味酱、蛋黄酱、泡菜、糖食制品等。[7]

乙酸还可作防腐剂，未解离的乙酸由于其脂溶性和易聚集在细胞膜周围的性质，会改变细胞膜的特性，并迅速渗透至细胞内部，使细胞酸化，蛋白质变性，配合辅酶金属离子，可杀灭微生物。乙酸是食用酸，一般认为是安全的。[25]乙酸用作酸味剂，具有赋予食品酸味、调节食品pH值、增强抗氧化剂作用、防止食品氧化褐变、抑制添物生长及防止食品腐败、增进食欲、促进消化吸收等作用。[26]

乙酸的食品安全性没有太大争议，联合国粮农组织世界卫生组织（FAO/WHO）认为乙酸是食品的正常成分，对人体每日允许的乙酸摄入量没有限量规定。美国则对正常生产的不同的食物中的乙酸含量做了具体规定（21 CFR 182.1005），比如：干酪和乳制品 0.8%、油脂 0.5%。加拿大则是按世界卫生组织推出的《药品生产质量管理规范》进行。[27]

医药行业

乙酸可用于空气消毒和冲洗感染创面和口腔等用途。乙酸对细菌、真菌、芽孢和病毒均有较强的杀灭作用，但对各种微生物作用的强弱不尽相同。一般来说，对细菌繁殖体最强，依次为真菌、病毒、结核杆菌及细菌芽孢。[4]

乙酸可用于宫颈癌筛查，乙酸筛查作为筛查流程的一部分可对宫颈癌进行初步筛查，将酸涂在子宫颈上，如果一分钟后有白色的块状区域出现，则测试呈阳性，有患宫颈癌的可能，需要进一步诊断。[28]

其他

乙酸还可再摄影上作为酸性定影液的添加剂、黑白和彩色冲洗的停显剂、调pH值等。[29]

生物合成法

在氧气充足的情况下，细菌能够从含有酒精的食物中生产出乙酸，一般使用的是苹果酒或葡萄酒混合谷物、麦芽、米或马铃薯捣碎后发酵。这个方法是将醋菌属的细菌接种于稀释后的酒精溶液，在一定的温度下几个月转变成乙酸，这些细菌参与发酵。[8]

C₂H₅OH+O₂→CH₃COOH+H₂O（细菌）

也可在缺氧的情况下，由厌氧细菌能够将糖类直接转化为乙酸而不需要乙醇作为中间体。[30]

C₆H₁₂O₆→3CH₃COOH（厌氧细菌）

乙醇氧化法

乙醇氧化法是乙醇在有催化剂的作用下氧化生成乙醛，乙醛再氧化为乙酸，反应过程如下所示：[31]

乙醛氧化法

乙醛氧化法是最早的工业生产乙酸的方法。[6]乙醛氧化法是通过乙醛氧化来制得乙酸，反应过程如下所示：[32]

CH₃CHO+1/2O₂→CH₃COOH

如果在这个方法中使用催化剂，这个反应能得到95%的醋酸产率，这个反应的副产物为醋酸乙酯、甲酸和甲醛，但这些副产物由于沸点比乙酸低，可以通过蒸馏除去。[8]

乙烯氧化法

乙烯氧化法是乙烯在催化剂（氯化钯、氯化铜等）的条件下，于氧气发生反应生成乙酸。这个反应也可以是将乙烯氧化成乙醛，再通过乙醛氧化法得到。反应过程如下所示：[8]

丁烷氧化法

丁烷wán氧化法又叫做直接氧化法，这个方法是用丁烷为主要原料，通过空气氧化来合成乙酸，是主要的乙酸合成方法之一，反应过程如下所示：[8]

2CH₃CH₂CH₂CH₃+5O₂→4CH₃COOH+2H₂O

合成气法

合成气法是通过单一的天然气或煤为原料，先在催化剂的作用下生成甲醇和二甲醚，再通过甲醇和二甲醚的不分离物和一氧化碳发生基化反应生成乙酸。反应过程如下所示：[8]

甲醇碳基合成法

甲醇碳基化法是以一氧化碳和甲醇为原料，通过碳基合成法来生成乙酸，合成反应以碘代甲烷为中间体，有低压法和高压法之分。甲醇碳基化法是主要的工业生产法，反应过程如下所示：[8][32]

GHS分类

图示图意易燃腐蚀性

H226（100%）：易燃液体和蒸气[警告易燃液体]

H314（100%）：造成严重的皮肤灼伤和眼睛损伤[危险皮肤腐蚀/刺激][3]

健康危害

乙酸具有强腐蚀性，高浓度的乙酸液体皮肤接触几分钟就会引起二度烧伤，乙酸蒸气对眼睛有刺激性，入眼会导致眼睛流泪和充血。[3]

急救措施

皮肤接触高浓度乙酸时，应立即脱去衣物，然后用大量水冲洗皮肤至少15分钟，随后送医；高浓度乙酸入眼时，立即用大量水冲洗眼睛，随后送医；不慎吞服高浓度乙酸时，立即进行漱口，不要催吐，随后送医。[3]

毒理数据

乙酸的大鼠经口急性中毒半数致死量LD₅₀为310mg/kg，灰鼠静脉注射为520mg/kg，经呼吸道吸入时LD₅₀为5620ppm·1小时。[33]

消防安全

乙酸发生火灾时应使用耐酒精泡沫、水、二氧化碳灭火，用水喷洒容器使其保持冷却，消防员应佩戴自给式呼吸器后再进行灭火作业。发生意外泄露时，现场人员应及时佩戴个人防护（化学防护服，包括自给式呼吸器），将泄漏的液体收集在密闭容器中，然后大量的水冲洗掉剩余物。[3]

储存方法

乙酸应使用玻璃瓶或铝桶进行包装，存放在干燥、阴凉通风、没有排水管或下水道的地方，不可与其他酸类、碱类、盐类的氧化物和强氧化剂混放。[21]

参考资料 33

  1. 参考 1
  2. 参考 2
  3. Acetic Acid | CH3COOH — PubChem
  4. 参考 4
  5. 参考 5
  6. 参考 6
  7. 参考 7
  8. 参考 8
  9. 参考 9
  10. 参考 10
  11. 参考 11
  12. 参考 12
  13. 参考 13
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. 参考 19
  20. 参考 20
  21. 参考 21
  22. 参考 22
  23. 参考 23
  24. 参考 24
  25. 参考 25
  26. 参考 26
  27. 参考 27
  28. 参考 28
  29. 参考 29
  30. 参考 30
  31. 参考 31
  32. 参考 32
  33. 参考 33
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