Αιθανικό οξύ

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Αιθανικό οξύ
Acetic-acid-2D-skeletal.svg
Acetic-acid-2D-flat.png
Acetic-acid-CRC-GED-3D-balls-B.png
Acetic-acid-CRC-GED-3D-vdW-B.png
Acetic acid.jpg
Γενικά
Όνομα IUPAC Αιθανικό οξύ
Άλλες ονομασίες Οξικό οξύ
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C2H4O2
Μοριακή μάζα 60,05 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
CH3COOH
Συντομογραφίες MeCOOH
AcOH
Αριθμός CAS 64-19-7
SMILES CC(=O)O
Αριθμός EINECS 200-580-7
Κωδικός προσθέτου
τροφίμων
Ε260
Δομή
Διπολική ροπή 1,74 D
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης 8
Μεθανικός μεθυλεστέρας
Υδροξυαιθανάλη
Αιθενοδιόλη-1,1
Αιθενοδιόλη-1,2
Υδροξυοξιράνιο
1,2-διοξετάνιο
1,3-διοξετάνιο
Μεθυλοδιοξιράνιο
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης 16,5 °C
Σημείο βρασμού 118,1 °C
Πυκνότητα 1.049 kg/m3 (20 °C)
Διαλυτότητα
στο νερό
Πλήρως αναμείξιμο
Ιξώδες 1,22 mPa·s
Εμφάνιση άχρωμο καυστικό υγρό
Χημικές ιδιότητες
pKa 4,8
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
43 °C
Επικινδυνότητα
Διαβρωτικό (C) Εύφλεκτο (F)
Φράσεις κινδύνου R10, R35
Φράσεις ασφαλείας (S1/2) S23 S26 S45
MSDS Εξωτ. Σύνδεσμος MSDS
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
2
2
2
Ιδιότητες εκρηκτικού
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το αιθανικό οξύ[1] (αγγλικά ethanoic acid, Ε260) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, με χημικό τύπο C2H4O2, αν και συνηθέστερα παριστάνεται ως CH3COOH, ή και συντομογραφικά AcOH. Πιο συγκεκριμένα, είναι το καρβοξυλικό οξύ που δίνει στο ξύδι τη γνωστή (ξινή) γεύση και οσμή. Το καθαρό αιθανικό οξύ, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο υγρό. Το καθαρό αιθανικό οξύ πολλές φορές αποκαλείται «παγόμορφο» (glacial). Το ξύδι αποτελείται από αιθανικό οξύ σε περιεκτικότητα που κυμαίνεται περίπου από 4% - 8% σε αιθανικό οξύ κατ' όγκο, οπότε το αιθανικό οξύ είναι το δεύτερο κυριότερο συστατικό του ξυδιού, μετά από το νερό. Το αιθανικό οξύ έχει χαρακτηριστική όξινη γεύση και αποπνικτική οσμή. Εκτός από την παραγωγή του οικειακού ξυδιού, το αιθανικό οξύ είναι πρόδρομη ένωση για το οξικό πολυβινυλεστέρα και για την οξική κυτταρίνη. Παρ' όλο που ταξινομείται στα μετρίως ασθενές οξύ (pKa > 4), το πυκνό αιθανικό οξύ είναι διαβρωτικό και προκαλεί επώδυνα εγκαύματα στο δέρμα.

Το αιθανικό οξύ είναι ένα από τα απλούστερα καρβοξυλικά οξέα. Είναι σημαντικό χημικό αντιδραστήριο και σημαντικό βιομηχανικό χημικό, που χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή της οξικής κυτταρίνης, για φωτογραφικά φιλμ, και για την παραγωγή οξικού πολυβινυλεστέρα, για ξυλόκολλα, αλλά και συνθετικές ίνες και συνθετικά υφάσματα. Στα νοικοκυριά, διαλύματα αιθανικού οξέος συχνά χρησιμοποιούνται ως αφαιρετικά αλάτων. Στη βιομηχανία τροφίμων, το αιθανικό οξύ χρησιμοποιείται ως πρόσθετο με τον κωδικό E260, ως ρυθμιστής οξύτητας και ως καρύκευμα. Η χρήση του ως πρόσθετο τροφίμων, έχει εγκριθεί από πολλές χώρες, που περιλαμβάνουν τον Καναδά[2], την Ευρωπαϊκή Ένωση[3], τις ΗΠΑ[4], την Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία[5].

Η ετήσια παγκόσμια ζήτηση σε αιθανικό οξύ είναι γύρω στους 6,5 εκατομμύρια τόνους, από τους οποίους 1,5 εκατομμύρια τόνοι προέρχονται από ανακύκλωση. Η υπόλοιπη ζήτηση καλύπτεται κυρίως από υλικά με πετροχημική προέλευση[6]. Ως χημικό αντιδραστήριο, οι βιολογικές πηγές αιθανικού οξέος έχουν ενδιαφέρον, αλλά γενικά είναι μη ανταγωνιστικές. Το ξύδι είναι διάλυμα αιθανικού οξέος που παράγεται συχνά από τη ζύμωση και της επακόλουθη οξείδωση της αιθανόλης.

Ονοματολογία και συμβολισμοί[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το εμπειρικό όνομα «οξικό οξύ» χρησιμοποιείται πιο συχνά και είναι παραδεκτό και από την IUPAC. Το συστηματικό όνομα «αιθανικό οξύ» είναι η τυπική ονομασία της ένωσης κατά IUPAC, και παράγεται σύμφωνα με την ονοματολογία υποκατάστασης[7]. Η χρησιμοποιούμενη αγγλόφωνη εμπειρική ονομασία acetic acid προέρχεται από τη λατινική λέξη acetum, που είναι η λατινική λέξη για το ξύδι, και είναι συγγενική επίσης και με τη λέξη acid. Το ελληνόφωνο εμπειρικό όνομα «οξικό οξύ» προέρχεται, ομοίως, από την αρχαία ελληνική λέξη «όξος», που επίσης σημαίνει ξύδι στο νεοελληνικά και επίσης είναι συγγενική με τη λέξη «οξύ».

Ο όρος «παγόμορφο οξικό οξύ» είναι το εμπειρικό όνομα για το άνυδρο οξικό οξύ. Ομοίως, η γερμανόφωνη ονομασία Eisessig, που κυριολεκτικά στα ελληνικά σημαίνει «παγωμένο ξύδι», προέρχεται από τους παγόμορφους κρυστάλλους που σχηματίζει το αιθανικό οξύ σε θερμοκρασία 16,6°C, λίγο μικρότερη από τη θερμοκρασία δωματίου (20°C). Η παρουσία ύδατος σε συγκέντρωση 0,1% μειώνει τη θερμοκρασία τήξης του αιθανικού οξέος κατά 0,2°C[8].

Μια συνηθισμένη συντομογραφία για το αιθανικό οξύ είναι AcOH, όπου το Ac αναφέρεται στην ακετυλομάδα (CH3CO), ενώ το αιθανικό ανιόν (CH3COO-) παριστάνεται συντομογραφικά ως AcO-. Σε αυτές τις συντομογραφίες το Ac δεν πρέπει να συγχέεται με το χημικό στοιχείο ακτίνιο[9]. Για την καλύτερη απόδοση της δομή του, το αιθανικό οξύ συχνά παριστάνεται με τους τύπους CH3C(O)OH, CH3C(=O)OH, CH3COOH ή και CH3CO2H. Σε οξεοβασικές αντιδράσεις χρησιμοποιήθηκε επίσης μερικές φορές ο συντομογραφικός συμβολισμός για το αιθανικό οξύ HAc[10], που μεταβάλλεται σε Ac-, για το αιθανικό ανιόν. Το αιθανικό ανιόν είναι το ανιόν που προκύπτει όταν το αιθανικό οξύ χάσει ένα πρωτόνιο. Ο όρος «αιθανικός» μπορεί επίσης να αναφέρεται σε άλατα ή εστέρες του αιθανικού οξέος[11]

Ιστορία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το ξύδι ήταν γνωστό από νωρίς στον πολιτισμένο κόσμο, ως φυσικό προϊόν της έκθεσης στον ατμοσφαιρικό αέρα μπύρας ή κρασιού, εφόσον τα βακτήρια που μεταβολίζουν αιθανόλη σε αιθανικό οξύ βρίσκονται σ' όλον τον κόσμο.

Η χρήση του αιθανικού οξέος στην αλχημεία επεκτάθηκε κατά τον 3ο π.Χ. αιώνας, όταν ο Έλληνας φιλόσοφος Θεόφραστος περιέγραψε πώς το ξύδι επιδρά πάνω στα μέταλλα δημιουργώντας έτσι χρήσιμες (ιδιαίτερα στην τέχνη) χρωστικές, που περιλάμβαναν το «λευκό μόλυβδο»[12] και τον «πράσινο χαλκό»[13].

Οι Ρωμαίοι έβραζαν ξινισμένο κρασί σε μολύβδινα (Pb) δοχεία για να παρασκευάσουν ένα πολύ γλυκό σιρόπι που ονομάζονταν «sapa». Η «sapa» ήταν πλούσια σε οξικό μόλυβδο, μια πολύ γλυκιά στη γεύση ουσία, που την απομόνωναν, την αποκαλούσαν «ζάχαρη του Κρόνου» και τη χρησιμοποιούσαν ως γλυκαντικό και ως φάρμακο, αλλά οδηγούσε σε μολυβδίαση[14] τη ρωμαϊκή αριστοκρατία (κυρίως) που την κατανάλωνε[15].

Δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Φιάλη 2,5 lt αιθανικού οξέος σε χημικό εργαστήριο
Στερεό αιθανικό οξύ
Κρύσταλλοι στερεού αιθανικού οξέος

Είναι το δεύτερο απλούστερο καρβονικό οξύ, μετά το μεθανικό οξύ.

Δεσμοί[16]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C#2-H σ 2sp3-1s 109 pm 3% C- H+
C#2-C1 σ 2sp3-2sp2 151 pm
C=O σ 2sp2-2sp2 132 pm 19% C+ O-
π 2p-2p
C-O σ 2sp2-2sp3 147 pm 19% C+ O-
O-H σ 2sp3-1s 96 pm 32% O- H+
Γωνίες
HCH 109°28'
HCC 109°28'
CCO 120°
COO 120°
OCO 120°
COH 104,45°
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[17]
O (OH) -0,51
O (=O) -0,38
C#2 -0,09
H (HC) +0,03
H (OH) +0,32
C#1 +0,57

Ισομέρεια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Μεθανικός μεθυλεστέρας: Ένας καρβονικός εστέρας με τύπο: HCOOCH3.
  2. Υδροξυαιθανάλη: Μια υδροξυαλδεΰδη με τύπο: HOCH2CHO.
  3. Αιθενοδιόλη-1,1: Μια ασταθής αλκενοδιόλη, ελάσσων ταυτομερές του αιθανικού οξέος, με τύπο: CH2=C(OH)2.
  4. Αιθενοδιόλη-1,2: Μια ασταθής αλκενοδιόλη, ελάσσων ταυτομερές της υδροξυαιθανάλης, με τύπο: HOCH=CHOH. Έχει δύο (2) γεωμετρικά ισομερή.
  5. Υδροξυοξιράνιο: Μια ετεροκυκλική αλκοόλη με τύπο: Hydroxyoxirane.png
  6. 1,2-διοξετάνιο: Ένα ετεροκυκυκλικό υπεροξείδιο με τύπο: 1,2-dioxetane.png
  7. 1,3-διοξετάνιο: Ένας ετεροκυκλικός διαιθέρας με τύπο: 1,3-dioxetane.png
  8. Μεθυλοδιοξιράνιο: Ένα ετεροκυκυκλικό υπεροξείδιο με τύπο: Methyldioxirane.png
  • Έχει δηλαδή οκτώ (8) ισομερή θέσης. Αν υπολογιστούν και τα γεωμετρικά, έχει συνολικά εννέα (9) ισομερή.

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το οξικό οξύ παράγεται τόσο συνθετικά όσο και με βιοχημικά, δηλαδή με τη βοήθεια κάποιου ενζύμου. Ο δεύτερος τρόπος χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά για την παραγωγή ξυδιού, γιατί η νομοθεσία, σε πολλές χώρες του κόσμου, απαιτεί τόσο το επιτραπέζιο ξύδι, όσο και αυτό που χρησιμοποιείται με άλλους τρόπους στα τρόφιμα, να είναι βιολογικής προέλευσης.

Βιοχημικές μέθοδοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κύριο λήμμα: οξική ζύμωση

Αερόβια ζύμωση[18][Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με την οξική ζύμωση, δηλαδή την οξείδωση της αιθυλικής αλκοόλης που περιέχεται σε αλκοολούχα ποτά, παράγεται αιθανικό οξύ. Η οξείδωση αυτή γίνεται με τη βοήθεια ορισμένων βακτηρίων ή μυκήτων τα οποία μεταφέρουν το ένζυμο αιθανολοξειδάση που καταλύει την απευθείας αντίδραση της αιθανόλης με διοξυγόνο, που προέρχεται από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Η συνολική στοχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης που γίνεται είναι η εξής:

\mathrm{CH_3CH_2OH + O_2 \xrightarrow{\alpha \iota \theta \alpha \nu oo \lambda o \xi \epsilon \iota \delta \acute{\alpha} \sigma \eta} CH_3COOH + H_2O}

Η καθαρή αλκοόλη δεν οξειδώνεται έτσι σε οξικό οξύ. Αυτό συμβαίνει γιατί δεν περιέχει τους μύκητες που παράγουν την αιθανολοξειδάση. Οι μύκητες για να ζήσουν χρειάζονται κατάλληλες αζωτούχες θρεπτικές ουσίες, τις οποίες δεν έχει η καθαρή αλκοόλη. Επομένως για να γίνει η οξοποίηση, πρέπει να υπάρχει κρασί ή γενικότερα αλκοολούχο μίγμα που να περιέχει τις κατάλληλες θρεπτικές ουσίες, μύκητες και θερμοκρασία (συνήθως 18-35 °C). Επίσης η συγκέντρωση της αιθανόλης δεν πρέπει να είναι μικρότερη του 2% ούτε ανώτερη του 12%, γιατί τότε οι μύκητες αδρανοποιούνται.

Έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι ζύμωσης, με απώτερο σκοπό την επιτάχυνση της διαδικασίας:

  1. Μέθοδος της Ορλεάνης: Το αλκοολούχο μείγμα μπαίνει σε μεγάλα δοχεία με τρύπες μαζί με έτοιμο ξύδι και αφήνεται για μεγάλο διάστημα. Ύστερα αφαιρείται μια ποσότητα ξυδιού και προστίθεται μια ίση ποσότητα ποτού. Αυτό συνεχίζεται όσο χρειάζεται.
  2. Γερμανική μέθοδος ή μέθοδος γρήγορης οξοποίησης: Εφαρμόστηκε για πρώτη φορά στη Γερμανία το 1823 και θεωρείται η πρώτη μοντέρνα εμπορική διαδικασία. Αποβλέπει στην γρήγορη μετατροπή του αλκοολούχου μίγματος σε ξύδι, με την αύξηση της επιφάνειας του διαλύματος που έρχεται σε επαφή με τον αέρα, ώστε να επιταχυνθεί η οξείδωση. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διαβίβαση του διαλύματος, αναμεμειγμένου με ξύδι, από την κορυφή μέσα σε δρύινα βαρέλια που περιέχουν ροκανίδια εμποτισμένα με ξύδι. Από τον πυθμένα διαβιβάζεται ο αέρας είτε φυσικά είτε με κάποια μηχανική μέθοδο. Το μείγμα διαχωρίζεται σε σταγόνες, άρα αποκτά μεγάλη επιφάνεια επαφής με τον αέρα και η μετατροπή γίνεται πολύ γρήγορα, σε εβδομάδες αντί για μήνες της προηγούμενης μεθόδου.
  3. Σήμερα, η μεγαλύτερη ποσότητα ξυδιού παράγεται με μια μέθοδο που περιέγραψαν πρώτοι το 1949 οι Otto Hromatka και Heinrich Ebner. Το αλκοολούχο διάλυμα υφίσταται ζύμωση προς ξύδι σε μια δεξαμενή που αναδεύεται συνεχώς, ενώ το οξυγόνο τροφοδοτείται με μορφή φυσαλίδων μέσα στο διάλυμα. Με αυτό τον τρόπο, ξύδι με 15% οξικό οξύ μπορεί να παρασκευαστεί μέσα σε 2 – 3 ημέρες.

Αναερόβια ζύμωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ορισμένα είδη αναερόβιων βακτηρίων, όπως πολλά μέλη του γένους Clostridium, μπορούν να μετατρέψουν τη γλυκόζη που περιέχεται σε σάκχαρα, όπως η ζάχαρη ή το άμυλο, κατευθείαν σε οξικό οξύ, χωρίς την παρουσία ενδιάμεσης αιθανόλης. Η συνολική στοχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης που γίνεται είναι η εξής:

\mathrm{C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{Clostridium} 3CH_3COOH}

Τα βακτήρια όμως αυτά είναι λιγότερο ανθεκτικά στα οξέα με αποτέλεσμα να μπορούν να παράγουν ξίδι πολύ χαμηλής περιεκτικότητας σε οξικό οξύ, σε αντίθεση με τα αερόβια που μπορούν να φτάσουν μέχρι και 20%. Έτσι, παρόλο που αυτά τα βακτήρια ήταν γνωστά από το 1940, η βιομηχανική χρήση τους παραμένει περιορισμένη.

Συνθετικές βιομηχανικές μέθοδοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Συνθετικά το οξικό οξύ παρασκευάζεται με τέσσερεις (4) διαφορετικές μεθόδους: με οξείδωση του αιθενίου, οξείδωση του βουτανίου και καρβοξυλίωση της μεθανόλης[19]:

Οξείδωση αιθενίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Πρώτη ύλη της μεθόδου αυτής, είναι το αιθένιο (CH2=CH2), από το οποίο παρασκευάζεται η αιθανάλη (CH3CHO). Η ενός σταδίου διαδικασία Wacker, περιλαμβάνει τη χρήση χλωριούχου χαλκού (CuCl2), σε υδατικό διάλυμα, και μια μικρής ποσότητας χλωριούχου παλλαδίου (PdCl2), ως καταλύτη:

\mathrm{CH_2=CH_2 + H_2O + CuCl_2 \xrightarrow{PdCl_2} CH_3CHO + HCl + Cu}

  • Η απόδοση φτάνει το 95%, ενώ με περαιτέρω οξείδωση παράγεται οξικό οξύ:

\mathrm{2CH_3CHO + O_2 \xrightarrow[55-80^oC, \; 1-5 \; bar]{Mn \;\acute{\eta}\; Co} 2CH_3COOH}

Οξείδωση βουτανίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η δεύτερη αυτή συνθετική μέθοδος χρησιμοποιεί ως πρώτη ύλη το βουτάνιο το οποίο παραλαμβάνεται ως κλάσμα του πετρελαίου, ενώ η οξείδωση γίνεται με ατμοσφαιρικό αέρα. Η διαδικασία κάνει χρήση οξικού κοβαλτίου, μαγγανίου ή χρωμίου [(CH3COO)3Cr], ως καταλύτη και πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 50 – 250 °C και πίεση ~55 bar:

\mathrm{C_4H_{10} + 5O_2 \xrightarrow[50-250^oC, \; \sim 55 \; bar]{(CH_3COO)_2Mn \;\acute{\eta}\; (CH_3COO)_2Co \;\acute{\eta}\; (CH_3COO)_3Cr} 4CH_3COOH + 2H_2O}

Καρβοξυλίωση μεθανόλης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η τρίτη και πιο σημαντική μέθοδος περιλαμβάνει την αντίδραση της μεθανόλης (CH3OH) με μονοξείδιο του άνθρακα (CO), με χρήση ρόδιου (Rh) ή υδροϊωδίου (HI), ως καταλύτη, σε θερμοκρασία 175 °C και πίεση 1 bar:

\mathrm{CH_3OH + CO \xrightarrow[175^oC, \; 1 \; bar]{Rh \;\acute{\eta}\; HI} CH_3COOH}

Η απόδοση της μεθόδου φτάνει το 99% με βάση τη μεθανόλη και το 90% με βάση το μονοξείδιο του άνθρακα. Η διαδικασία περιλαμβάνει τρία (3) στάδια, όπως φαίνεται παρακάτω για την περίπτωση που χρησιμοποιείται ως «καταλύτης» το υδροϊώδιο:

\mathrm{CH_3OH + HI \xrightarrow{} CH_3I + H_2O}
\mathrm{CH_3I + CO \xrightarrow{} CH_3COI}
\mathrm{CH_3COI + H_2O \xrightarrow{} CH_3COOH + HI}

Άλλες συνθετικές μέθοδοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με καρβοξυλίωση μεθυλαλογονιδίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με καρβοξυλίωση με διοξείδιο του άνθρακα μεθυλαλογονιδίων, μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων (αντιδραστήρια Grignard) παράγεται αιθανικό οξύ[20]::

\mathrm{CH_3X + Mg \xrightarrow{|Et_2O|} CH_3MgX \xrightarrow{+CO_2} CH_3COOMgX \xrightarrow{+H_2O} CH_3COOH + Mg(OH)X \downarrow}

Με υδρόλυση αιθανονιτριλίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με υδρόλυση αιθανονιτριλίου (CH3CN) σε όξινο περιβάλλον παράγεται αιθανικό οξύ[21]:

\mathrm{CH_3CN + 2H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3COONH_4 \xrightarrow{HCl} CH_3COOH + NH_4Cl}

Με οξείδωση αιθανίου, βουτενίου-2, αιθανόλης ή αιθανάλης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Καταλυτική οξείδωση αιθανίου παράγεται αιθανάλη, με παραπέρα οξείδωση της οποίας (παραπάνω και παρακάτω αναγράφονται αρκετές μέθοδοι) παράγεται αιθανικό οξύ:

\mathrm{
C_2H_6 + O_2 \xrightarrow[\triangle]{Cu} CH_3CHO + H_2O}

2. Με οξείδωση βουτενίου-2 (CH3CH=CHCH3) παράγεται αιθανικό οξύ[22]:

\mathrm{
3CH_3CH=CHCH_3 + 8KMnO_4 + 4H_2SO_4  \xrightarrow{} 6CH_3COOH + 8MnO_2 + 4K_2SO_4 + 4H_2O}

4. Με οξείδωση αιθανόλης (CH3CH2OH) παράγεται αιθανικό οξύ[23]:

\mathrm{
CH_3CH_2OH + 4KMnO_4 + 2H_2SO_4 \xrightarrow{} 3CH_3COOH + 4MnO_2 + 2K_2SO_4 + 5H_2O
}

4. Με οξείδωση αιθανάλης (CΗ3CHO) παράγεται αιθανικό οξύ[23]:

\mathrm{
3CH_3CHO + 2KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{} 3CH_3COOH + 2MnO_2 + K_2SO_4 + H_2O
}

Από μηλονικό οξύ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Από μηλονικό οξύ παράγεται αιθανικό οξύ[24]:

\mathrm{
HOOCCH_2COOH \xrightarrow{\triangle} CH_3COOH + CO_2 \uparrow}

Φυσικές και φυσικοχημικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κυκλικό διμερές του οξικού οξέος

Σε κανονικές συνθήκες είναι άχρωμο, διαβρωτικό και εύφλεκτο υγρό, με έντονη οσμή. Έχει σημείο τήξης στους 16,5 °C και κάτω από τη θερμοκρασία αυτή το καθαρό οξικό οξύ στερεοποιείται σχηματίζοντας κρυστάλλους, οπότε ονομάζεται παγόμορφο (glacial). Είναι πλήρως διαλυτό στο νερό και την αιθυλική αλκοόλη αλλά αδιάλυτο στον διθειάνθρακα.

Σε ορισμένους διαλύτες αλλά και στην κρυσταλλική μορφή του, το οξικό οξύ όπως και άλλα μονοκαρβονικά οξέα, παρουσιάζει το φαινόμενο της συζεύξεως, δηλαδή την εμφάνιση κυκλικών διμερών ενώσεων μέσω της δημιουργίας δεσμών υδρογόνου μεταξύ δύο μορίων του. Παρουσία όμως νερού, οι δεσμοί αυτοί καταστρέφονται.[εκκρεμεί παραπομπή]

Το υγρό οξικό οξύ είναι ένα πολικός διαλύτης παρόμοιος με το νερό και την αιθανόλη. Μπορεί να διαλύσει τόσο πολικές ενώσεις, όπως ανόργανα άλατα, όσο και άπολες ενώσεις όπως έλαια και χημικά στοιχεία όπως το θείο και το ιώδιο. Αναμιγνύεται εύκολα με πολλούς πολικούς και μη-πολικούς διαλύτες όπως το νερό, το χλωροφόρμιο και το εξάνιο.

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

΄Οξινος χαρακτήρας και καρβονικά άλατα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σε υδατικό διάλυμα διίαταται μερικώς δίνοντας ανιόν καρβοξυλίου το οποίο σταθεροποιείται εξ αιτίας του φαινομένου του συντονισμού και επομένως το σημείο ισορροπίας είναι μετατοπισμένο προς τα δεξιά, σε σύγκριση με το νερό ή τις αλκοόλες.

Το οξικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ (pKa = 4,8), ασθενέστερο από τα περισσότερα ανόργανα οξέα. Τα τρία (3) υδρογόνα του μεθυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρόλα αυτά το οξικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα μέταλλα και βάσεις σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού αντίστοιχα:

 \mathrm{CH_3COOH {\overrightarrow\longleftarrow} CH_3COO^- + H^+}
(Αντίδραση διάστασης)
\mathrm{CH_3COOH + Na \xrightarrow{} CH_3COONa + H_2 \uparrow}
(Επίδραση μετάλλων ηλεκτροθετικότερων του υδρογόνου)
\mathrm{CH_3COOH + NaOH \xrightarrow{} CH_3COONa + H_2O}
(Αντίδραση εξουδετέρωσης)

Αποκαρβοξυλίωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με θέρμανση αιθανικού νατρίου παίρνουμε διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο[25]::

\mathrm{CH_3COOH + NaOH \xrightarrow{} CH_3COONa + H_2O \xrightarrow{\triangle} CH_4 \uparrow + NaOH + CO_2 \uparrow}

2. Με ηλεκτρόλυση αιθανικού νατρίου (μέθοδος Kolbe), παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και αιθάνιο[26]:

KolbeMeCOONa.png

3. Με θέρμανση αλάτων του με ασβέστιοβάριο) παράγεται προπανόνη[27]:

\mathrm{(CH_3COO)_2Ca \xrightarrow{\triangle} CH_3COCH_3 + CaCO_3 \downarrow}

4. Με επίδραση βρωμίου σε αιθανικό άργυρο παράγεται μεθυλοβρωμίδιο - Αντίδραση Hunsdiecker[28]:

\mathrm{CH_3COOAg + Br_2 \xrightarrow{} CH_3Br + AgBr \downarrow + CO_2 \uparrow}

Αναγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τo αιθανικό οξύ ανάγεται με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4) ή νατριοβοριοϋδρίδιο (NaBH4) προς αιθανόλη[29]:

\mathrm{2CH_3COOH + LiAlH_4 \xrightarrow{} 2CH_3CH_2OH + LiAlO_2}

Οξείδωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τo αιθανικό οξύ οξειδώνεται σε αιθανικό υπεροξύ από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), σε όξινο περιβάλλον[30]:

\mathrm{CH_3COOH + H_2O_2 \xrightarrow{H^+} CH_3CO_3H + H_2O}

Εστεροποίηση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]


\mathrm{CH_3COOH + ROH {\overrightarrow\longleftarrow} CH_3COOR + H_2O}

Αλογόνωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με επίδραση αλογόνων, παρουσία ερυθρού φωσφόρου, παράγεται αλαιθανικό οξύ:


\mathrm{CH_3COOH + X_2 \xrightarrow{P} XCH_2COOH + HX}

  • Η επίδραση φθορίου (F2) αποφεύγεται για λόγους ασφαλείας.

2. Με επίδραση αλογονωτικών μέσων παράγονται ακετυλοαλογονίδια[32]::

α. Με SOCl2:


\mathrm{CH_3COOH + SOCl_2 \xrightarrow{} CH_3COCl + SO_2 + HCl}

β. Με PCl5:


\mathrm{CH_3COOH + PCl_5 \xrightarrow{} CH_3COCl + POCl_3 + HCl}

γ. Με PX3, όπου X: Cl, Br, I.


\mathrm{3CH_3COOH + PX_3 \xrightarrow{} 3CH_3COX + H_3PO_3}


\mathrm{CH_3COCl + Hg_2F_2 \xrightarrow{} CH_3COF + Hg_2Cl_2 \downarrow}

Επίδραση καρβενίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση καρβενίων παράγεται ένα μίγμα προϊόντων. Π.χ. με μεθυλένιο έχουμε περίπου την παρακάτω στοιχειομετρική εξίσωση:


\mathrm{CH_3COOH + CH_2N_2 \xrightarrow{hv} N_2 + \frac{3}{5} CH_3CH_2COOH + \frac{1}{5} CH_3COOCH_3 + \frac{1}{5}} 1-hydroxyl-1-methyloxirane.png
  • Η παραπάνω στοιχειομετρική εξίσωση είναι άθροισμα κατά μέλη των ακόλουθων δράσεων:
  1. Παρεμβολή στους τρεις (3) δεσμούς C-H. Παράγεται προπανικό οξύ, ένα καρβονικό οξύ.
  2. Παρεμβολή στον ένα (1) δεσμό O-H. Παράγεται οξικός μεθυλεστέρας, ο μεθυλεστέρας του αιθανικού οξέος.
  3. Προσθήκη στον ένα (1) δεσμό C=O. Παράγεται 1-μεθυλο-1-υδροξυοξιράνιο, μια ετεροκυκλική αλκοόλη.
  • Συνολικά δηλαδή πέντε (5) παράγωγα προϊόντα, που είναι πρακτικά ισοδύναμα (σ' αυτήν την περίπτωση) σε παραγωγή, εξαιτίας της μεγάλης δραστικότητας του μεθυλενίου, που ως δίριζα κάνει σχεδόν απόλυτα κινητικές (δηλαδή όχι εκλεκτικές) τις αντιδράσεις του.

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η αρχαιότερη και πιο γνωστή, αν και όχι η μεγαλύτερη, χρήση του οξικού οξέος είναι με τη μορφή του ξυδιού. Το ξίδι είναι ένα αραιό διάλυμα του οξικού οξέος σε νερό, το οποίο παράγεται συνήθως με οξείδωση της αιθυλικής αλκοόλης. Το παραγόμενο ξίδι έχει κατά το περισσότερο δυνατόν, το άρωμα, τη γεύση και το χρώμα της πρώτης ύλης που χρησιμοποιήθηκε (κρασί, μπύρα κτλ). Τα διάφορα ξύδια έχουν οξύτητα η οποία εκφράζεται σε οξικό οξύ από 4%-12% με συνηθισμένες τιμές 5 – 8%. Πάνω από 12% δεν υπάρχουν ξίδια διότι θανατώνονται οι μικροοργανισμοί που τα παράγουν.

Η μεγαλύτερη χρήση του οξικού οξέος είναι ως πρώτη ύλη για την παραγωγή του οξικού βινυλεστέρα. Στην αντίδραση επιπλέον συμμετέχει αιθυλένιο και οξυγόνο ή ακετυλένιο παρουσία παλλαδίου ως καταλύτη:


\mathrm{CH_3COOH + 2CH_2=CH_2 + O_2 \xrightarrow{Pd} CH_3COOCH=CH_2 + 2H_2O}

Ο οξικός βινυλεστέρας χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη (μονομερές) για την παραγωγή είτε του ομοπολυμερούς του είτε συμπολυμερών με άλλα μονομερή όπως για παράδειγμα ο ακρυλικός βουτυλεστέρας. Τα πολυμερή αυτά έχουν ευρεία χρήση σήμερα ως συγκολλητικά (κυρίως για ξύλα) και ως επικαλυπτικά (πλαστικά χρώματα).

Η αμέσως επόμενη μεγαλύτερη χρήση είναι στην παραγωγή του οξικού ανυδρίτη με αντίδραση συμπύκνωσης δύο μορίων οξικού οξέος. Το προϊόν στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή οξικής κυτταρίνης, πρώτης ύλης στις μαγνητικές ταινίες, συνθετικών ινών ενώ με θέρμανσή του (οξικού ανυδρίτη) με σαλικυλικό οξύ παράγεται η ασπιρίνη (ακετυλοσαλικυλικό οξύ). Με παρόμοια αντίδραση η μορφίνη παράγει ηρωίνη.

Επίσης χρησιμοποιείται στην παραγωγή άλλων σημαντικών οξικών εστέρων όπως ο οξικός αιθυλεστέρας και ο οξικός βουτυλεστέρας, σημαντικών διαλυτών βιομηχανικής χρήσης, ενώ το ίδιο χρησιμοποιείται ως διαλύτης στην παραγωγή του τερεφθαλικού οξέος, πρώτης ύλης των γνωστών πλαστικών μπουκαλιών PET.

Ακόμα χρησιμοποιείται σαν πρόσθετο τροφίμων (Ε260), κυρίως ως μέσο οξίνισης και αντιβακτηριδιακό.

Ασφάλεια - Υγεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το πυκνό οξικό οξύ είναι εύφλεκτο και διαβρωτικό υγρό, γι' αυτό χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή τόσο στη χρήση του όσο και στο υλικό των δεξαμενών μέσα στο οποίο θα αποθηκευτεί.

Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει κατατάξει τα διαλύματα του οξικού οξέος σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με την περιεκτικότητά τους. Έτσι:[33]

Συγκέντρωση κατά βάρος Επισήμανση Φράσεις R
≥ 90% Διαβρωτικό (C) 35
25% - 90% Διαβρωτικό (C) 34
10% - 25% Ερεθιστικό (Xi) 36/38

Αντίθετα τα αραιά διαλύματα, όπως το ξύδι ή με τη μορφή που χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στα τρόφιμα, είναι αβλαβές και δεν έχει αναφερθεί καμία παρενέργεια στους ανθρώπους. Πρέπει μόνο να αποφεύγεται από άτομα που έχουν (πολύ σπάνια) δυσανεξία στο ξύδι[34].

Aναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. "Food and Drug Regulations (C.R.C., c. 870)". Consolidated Regulations. Canadian Department of Justice. 31 May 2013. Retrieved 21 July 2013.
  3. UK Food Standards Agency: "Current EU approved additives and their E Numbers". Retrieved 27 October 2011.
  4. US Food and Drug Administration: "Listing of Food Additives Status Part I". Retrieved 27 October 2011.
  5. Australia New Zealand Food Standards Code"Standard 1.2.4 - Labeling of ingredients". Retrieved 27 October 2011.
  6. Hosea Cheung; Robin S. Tanke; G. Paul Torrence (2005), "Acetic Acid", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a01_045.pub2
  7. IUPAC Provisional Recommendations 2004 Chapter P-12.1; page 4
  8. Armarego,W.L.F. and Chai,Christina (2009). Purification of Laboratory Chemicals, 6th edition. Butterworth-Heinemann. ISBN 1-85617-567-7.
  9. Cooper, Caroline (9 August 2010). Organic Chemist's Desk Reference (2 ed.). CRC Press. pp. 102–104. ISBN 1-4398-1166-0.
  10. DeSousa, Luís R. (1995). Common Medical Abbreviations. Cengage Learning. p. 97. ISBN 0-8273-6643-4.
  11. Hendrickson, James B.; Cram, Donald J.; Hammond, George S. (1970). Organic Chemistry (3 ed.). Tokyo: McGraw Hill Kogakusha. p. 135.
  12. Οξικός μόλυβδος [(AcO)2Pb]
  13. Ένα μίγμα αλάτων του χαλκού (Cu), που περιλαμβάνει τον οξικό χαλκό [(AcO)2Cu]
  14. Δηλητηρίαση από μόλυβδο
  15. Martin, Geoffrey (1917). Industrial and Manufacturing Chemistry (Part 1, Organic ed.). London: Crosby Lockwood. pp. 330–31.
  16. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  17. Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
  18. Ηλεκτρονική Εγκυκλοπαίδεια “Επιστήμη & Ζωή”.
  19. Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002.
  20. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.1.
  21. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.2.
  22. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3α.
  23. 23,0 23,1 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.3β.
  24. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.283, §12.2.4.
  25. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3α.
  26. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3β.
  27. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3γ.
  28. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.3δ.
  29. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.4.
  30. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.5α.
  31. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8α.
  32. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982: Σελ.285, §12.4.8β.
  33. Η σελίδα της Ε.Ε. για την ταξινόμηση και την επισήμανση των επικίνδυνων ουσιών.
  34. Μία σελίδα με πληροφορίες για τα πρόσθετα τροφίμων.

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
  • Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
  • Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
  • Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσσαλονίκη 1983.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Acetic acid της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).