主要有兩種,一種是發酵,一種是甲醇羰基法!發酵我就不細講了,就是用酵母發酵糧食,釀出的是醋;但發酵只能制的15%以下的醋溶液,而且雜質很多,想得到無水乙酸,就要用甲醇羰基法了!就是甲醇和一氧化碳反應生成乙酸,方程式如下
CH3OH + CO → CH3COOH
這個過程是以碘代甲烷為中間體,分三個步驟完成,並且需要一個一般由多種金屬構成的催化劑(第二部中)
(1) CH3OH + HI → CH3I + H2O(2) CH3I + CO → CH3COI(3) CH3COI + H2O → CH3COOH + HI
透過控制反應條件,也可以透過同樣的反應生成乙酸酐。因為一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料,所以甲基羰基化一直以來備受青睞。當然,還有很多方法,比如乙醇氧化法、乙醛氧化法、乙烯氧化法和丁烷氧化法!
冰醋酸及乙酸,又稱醋酸,廣泛存在於自然界,它是一種有機化合物,是烴的重要含氧衍生物,是典型的脂肪酸。食醋的主要成分是乙酸。普通食醋中含有3%~5%的乙酸。乙酸被公認為食醋內酸味及刺激性氣味的來源。在家庭中,乙酸稀溶液常被用作除垢劑。食品工業方面,在食品新增劑列表E260中,乙酸是規定的一種酸度調節劑。
乙酸的製備可以透過人工合成和細菌發酵兩種方法。現在,生物合成法,即利用細菌發酵,僅佔整個世界產量的10%,但是仍然是生產醋的最重要的方法,因為很多國家的食品安全法規規定食物中的醋必須是由生物製備的。75%的工業用乙酸是透過甲醇的羰基化製備。
有氧發酵
在人類歷史中,以醋的形式存在的乙酸,一直是用醋桿菌屬細菌製備。在氧氣充足的情況下,這些細菌能夠從含有酒精的食物中生產出乙酸。通常使用的是蘋果酒或葡萄酒混合穀物、麥芽、米或馬鈴薯搗碎後發酵。有這些細菌達到的化學方程式為:
C2H5OH + O2 →CH3COOH + H2O
做法是將醋菌屬的細菌接種於稀釋後的酒精溶液並保持一定溫度,放置於一個通風的位置,在幾個月內就能夠變為醋。工業生產醋的方法透過提供氧氣使得此過程加快。是現在商業化生產所用方法其中之一,被稱為“快速方法”或“德國方法”,因為首次成功是在1823年的德國。此方法中,發酵是在一個塞滿了木屑或木炭的塔中進行。含有酒精的原料從塔的上方滴入,新鮮空氣從他的下方自然進入或強制對流。改進後的空氣供應使得此過程能夠在幾個星期內完成,大大縮短了制醋的時間。
現在的大部分醋是透過液態的細菌培養基製備的,由Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提出。在此方法中,酒精在持續的攪拌中發酵為乙酸,空氣透過氣泡的形式被充入溶液。透過這個方法,含乙酸15%的醋能夠在兩至三天製備完成。
無氧發酵
部分厭氧細菌,包括梭菌屬的部分成員,能夠將糖類直接轉化為乙酸而不需要乙醇作為中間體。總體反應方程式如下:
C6H12O6 →3 CH3COOH
更令工業化學感興趣的是,許多細菌能夠從僅含單碳的化合物中生產乙酸,例如甲醇,一氧化碳或二氧化碳與氫氣的混和物。
2 CO2 + 4 H2 →CH3COOH + 2 H2O
2 CO + 2 H2 →CH3COOH
梭菌屬因為有能夠直接使用糖類的能力,減少了成本,這意味著這些細菌有比醋菌屬細菌的乙醇氧化法生產乙酸更有效率的潛力。然而,梭菌屬細菌的耐酸性不及醋菌屬細菌。耐酸性最大的梭菌屬細菌也只能生產不到10%的乙酸,而有的醋酸菌能夠生產20%的乙酸。到現在為止,使用醋酸屬細菌制醋仍然比使用梭菌屬細菌製備後濃縮更經濟。所以,儘管梭菌屬的細菌早在1940年就已經被發現,但它的工業應用仍然被限制在一個狹小的範圍。
甲醇羰基化法
大部分乙酸是透過甲基羰基化合成的。此反應中,甲醇和一氧化碳反應生成乙酸,方程式如下
CH3OH + CO →CH3COOH
這個過程是以碘代甲烷為中間體,分三個步驟完成,並且需要一個一般由多種金屬構成的催化劑(第二步中)
⑴ CH3OH + HI →CH3I + H2O⑵ CH3I + CO →CH3COI⑶ CH3COI + H2O →CH3COOH + HI
透過控制反應條件,也可以透過同樣的反應生成乙酸酐。因為一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料,所以甲基羰基化一直以來備受青睞。早在1925年,英國塞拉尼斯公司的Henry Drefyus已經開發出第一個甲基羰基化制乙酸的試點裝置。然而,由於缺少能耐高壓(200atm或更高)和耐腐蝕的容器,此法一度受到抑制。直到1963年,德國巴斯夫化學公司用鈷作催化劑,開發出第一個適合工業生產的辦法。到了1968年,以銠為基礎的催化劑的(cis?[Rh(CO)2I2])被發現,使得反映所需壓力減到一個較低的水平並且幾乎沒有副產物。1970年,美國孟山都公司建造了首個使用此催化劑的裝置,此後,銠催化甲基羰基化制乙酸逐漸成為支配性的孟山都法。90年代後期,英國石油成功的將Cativa催化法商業化,此法是基於釕,使用([Ir(CO)2I2]),它比孟山都法更加綠色也有更高的效率,很大程度上排擠了孟山都法。
乙醇氧化法
由乙醇在有催化劑的條件下和氧氣發生氧化反應制得。
C2H5OH + O2=CH3COOH + H2O
乙醛氧化法
在孟山都法商業生產之前,大部分的乙酸是由乙醛氧化製得。儘管不能與甲基羰基化相比,此法仍然是第二種工業制乙酸的方法。
2CH3CHO+O2→2CH3COOH
乙醛可以透過氧化丁烷或輕石腦油製得,也可以透過乙烯水合後生成。當丁烷或輕石腦油在空氣中加熱,並有多種金屬離子包括鎂,鈷,鉻以及過氧根離子催化,會分解出乙酸。化學方程式如下:
2 C4H10 + 5 O2 →4 CH3COOH + 2 H2O
此反應可以在能使丁烷保持液態的最高溫度和壓力下進行,一般的反應條件是150℃和55atm。副產物包括丁酮,乙酸乙酯,甲酸和丙酸。因為部分副產物也有經濟價值,所以可以調整反應條件使得副產物更多的生成,不過分離乙酸和副產物使得反應的成本增加。
在類似條件下,使用上述催化劑,乙醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸:
2 CH3CHO + O2 →2 CH3COOH
也能被 氫氧化銅懸濁液氧化:
2Cu(OH)2+CH3CHO→CH3COOH+Cu2O↓+2H2O
使用新式催化劑,此反應能獲得95%以上的乙酸產率。主要的副產物為乙酸乙酯,甲酸和甲醛。因為副產物的沸點都比乙酸低,所以很容易透過蒸餾除去。
乙烯氧化法
由乙烯在催化劑(所用催化劑為氯化鈀:PdCl2、氯化銅:CuCl2和乙酸錳:(CH3COO)2Mn)存在的條件下,與氧氣發生反應生成。此反應可以看作先將乙烯氧化成乙醛,再透過乙醛氧化法制得。
丁烷氧化法
丁烷氧化法又稱為直接氧化法,這是用丁烷為主要原料,透過空氣氧化而製得乙酸的一種方法,也是主要的乙酸合成方法。
2CH3CH2CH2CH3 + 5O2=4CH3COOH + 2H2O
託普索法(合成氣法)
低壓甲醇羰基化法以甲醇,co是由天然氣或水煤氣獲得,甲醇是重要化工原料其貨源和價格波動較大。託普索法以單一天然氣或煤為原料。第一步:合成氣在催化劑下生成甲醇和二甲醚;第二部:甲醇和二甲醚(兩者不需提純)和co羰基化生成醋酸。也叫兩步法。
主要有兩種,一種是發酵,一種是甲醇羰基法!發酵我就不細講了,就是用酵母發酵糧食,釀出的是醋;但發酵只能制的15%以下的醋溶液,而且雜質很多,想得到無水乙酸,就要用甲醇羰基法了!就是甲醇和一氧化碳反應生成乙酸,方程式如下
CH3OH + CO → CH3COOH
這個過程是以碘代甲烷為中間體,分三個步驟完成,並且需要一個一般由多種金屬構成的催化劑(第二部中)
(1) CH3OH + HI → CH3I + H2O(2) CH3I + CO → CH3COI(3) CH3COI + H2O → CH3COOH + HI
透過控制反應條件,也可以透過同樣的反應生成乙酸酐。因為一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料,所以甲基羰基化一直以來備受青睞。當然,還有很多方法,比如乙醇氧化法、乙醛氧化法、乙烯氧化法和丁烷氧化法!
冰醋酸及乙酸,又稱醋酸,廣泛存在於自然界,它是一種有機化合物,是烴的重要含氧衍生物,是典型的脂肪酸。食醋的主要成分是乙酸。普通食醋中含有3%~5%的乙酸。乙酸被公認為食醋內酸味及刺激性氣味的來源。在家庭中,乙酸稀溶液常被用作除垢劑。食品工業方面,在食品新增劑列表E260中,乙酸是規定的一種酸度調節劑。
乙酸的製備可以透過人工合成和細菌發酵兩種方法。現在,生物合成法,即利用細菌發酵,僅佔整個世界產量的10%,但是仍然是生產醋的最重要的方法,因為很多國家的食品安全法規規定食物中的醋必須是由生物製備的。75%的工業用乙酸是透過甲醇的羰基化製備。
有氧發酵
在人類歷史中,以醋的形式存在的乙酸,一直是用醋桿菌屬細菌製備。在氧氣充足的情況下,這些細菌能夠從含有酒精的食物中生產出乙酸。通常使用的是蘋果酒或葡萄酒混合穀物、麥芽、米或馬鈴薯搗碎後發酵。有這些細菌達到的化學方程式為:
C2H5OH + O2 →CH3COOH + H2O
做法是將醋菌屬的細菌接種於稀釋後的酒精溶液並保持一定溫度,放置於一個通風的位置,在幾個月內就能夠變為醋。工業生產醋的方法透過提供氧氣使得此過程加快。是現在商業化生產所用方法其中之一,被稱為“快速方法”或“德國方法”,因為首次成功是在1823年的德國。此方法中,發酵是在一個塞滿了木屑或木炭的塔中進行。含有酒精的原料從塔的上方滴入,新鮮空氣從他的下方自然進入或強制對流。改進後的空氣供應使得此過程能夠在幾個星期內完成,大大縮短了制醋的時間。
現在的大部分醋是透過液態的細菌培養基製備的,由Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提出。在此方法中,酒精在持續的攪拌中發酵為乙酸,空氣透過氣泡的形式被充入溶液。透過這個方法,含乙酸15%的醋能夠在兩至三天製備完成。
無氧發酵
部分厭氧細菌,包括梭菌屬的部分成員,能夠將糖類直接轉化為乙酸而不需要乙醇作為中間體。總體反應方程式如下:
C6H12O6 →3 CH3COOH
更令工業化學感興趣的是,許多細菌能夠從僅含單碳的化合物中生產乙酸,例如甲醇,一氧化碳或二氧化碳與氫氣的混和物。
2 CO2 + 4 H2 →CH3COOH + 2 H2O
2 CO + 2 H2 →CH3COOH
梭菌屬因為有能夠直接使用糖類的能力,減少了成本,這意味著這些細菌有比醋菌屬細菌的乙醇氧化法生產乙酸更有效率的潛力。然而,梭菌屬細菌的耐酸性不及醋菌屬細菌。耐酸性最大的梭菌屬細菌也只能生產不到10%的乙酸,而有的醋酸菌能夠生產20%的乙酸。到現在為止,使用醋酸屬細菌制醋仍然比使用梭菌屬細菌製備後濃縮更經濟。所以,儘管梭菌屬的細菌早在1940年就已經被發現,但它的工業應用仍然被限制在一個狹小的範圍。
甲醇羰基化法
大部分乙酸是透過甲基羰基化合成的。此反應中,甲醇和一氧化碳反應生成乙酸,方程式如下
CH3OH + CO →CH3COOH
這個過程是以碘代甲烷為中間體,分三個步驟完成,並且需要一個一般由多種金屬構成的催化劑(第二步中)
⑴ CH3OH + HI →CH3I + H2O⑵ CH3I + CO →CH3COI⑶ CH3COI + H2O →CH3COOH + HI
透過控制反應條件,也可以透過同樣的反應生成乙酸酐。因為一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料,所以甲基羰基化一直以來備受青睞。早在1925年,英國塞拉尼斯公司的Henry Drefyus已經開發出第一個甲基羰基化制乙酸的試點裝置。然而,由於缺少能耐高壓(200atm或更高)和耐腐蝕的容器,此法一度受到抑制。直到1963年,德國巴斯夫化學公司用鈷作催化劑,開發出第一個適合工業生產的辦法。到了1968年,以銠為基礎的催化劑的(cis?[Rh(CO)2I2])被發現,使得反映所需壓力減到一個較低的水平並且幾乎沒有副產物。1970年,美國孟山都公司建造了首個使用此催化劑的裝置,此後,銠催化甲基羰基化制乙酸逐漸成為支配性的孟山都法。90年代後期,英國石油成功的將Cativa催化法商業化,此法是基於釕,使用([Ir(CO)2I2]),它比孟山都法更加綠色也有更高的效率,很大程度上排擠了孟山都法。
乙醇氧化法
由乙醇在有催化劑的條件下和氧氣發生氧化反應制得。
C2H5OH + O2=CH3COOH + H2O
乙醛氧化法
在孟山都法商業生產之前,大部分的乙酸是由乙醛氧化製得。儘管不能與甲基羰基化相比,此法仍然是第二種工業制乙酸的方法。
2CH3CHO+O2→2CH3COOH
乙醛可以透過氧化丁烷或輕石腦油製得,也可以透過乙烯水合後生成。當丁烷或輕石腦油在空氣中加熱,並有多種金屬離子包括鎂,鈷,鉻以及過氧根離子催化,會分解出乙酸。化學方程式如下:
2 C4H10 + 5 O2 →4 CH3COOH + 2 H2O
此反應可以在能使丁烷保持液態的最高溫度和壓力下進行,一般的反應條件是150℃和55atm。副產物包括丁酮,乙酸乙酯,甲酸和丙酸。因為部分副產物也有經濟價值,所以可以調整反應條件使得副產物更多的生成,不過分離乙酸和副產物使得反應的成本增加。
在類似條件下,使用上述催化劑,乙醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸:
2 CH3CHO + O2 →2 CH3COOH
也能被 氫氧化銅懸濁液氧化:
2Cu(OH)2+CH3CHO→CH3COOH+Cu2O↓+2H2O
使用新式催化劑,此反應能獲得95%以上的乙酸產率。主要的副產物為乙酸乙酯,甲酸和甲醛。因為副產物的沸點都比乙酸低,所以很容易透過蒸餾除去。
乙烯氧化法
由乙烯在催化劑(所用催化劑為氯化鈀:PdCl2、氯化銅:CuCl2和乙酸錳:(CH3COO)2Mn)存在的條件下,與氧氣發生反應生成。此反應可以看作先將乙烯氧化成乙醛,再透過乙醛氧化法制得。
丁烷氧化法
丁烷氧化法又稱為直接氧化法,這是用丁烷為主要原料,透過空氣氧化而製得乙酸的一種方法,也是主要的乙酸合成方法。
2CH3CH2CH2CH3 + 5O2=4CH3COOH + 2H2O
託普索法(合成氣法)
低壓甲醇羰基化法以甲醇,co是由天然氣或水煤氣獲得,甲醇是重要化工原料其貨源和價格波動較大。託普索法以單一天然氣或煤為原料。第一步:合成氣在催化劑下生成甲醇和二甲醚;第二部:甲醇和二甲醚(兩者不需提純)和co羰基化生成醋酸。也叫兩步法。