Kyselina octová

Kyselina octová
	Strukturní vzorec
	Prostorový model
Obecné
Systematický název	ethanová kyselina
Triviální název	kyselina octová
Latinský název	acidum aceticum
Anglický název	acetic acid
Německý název	Essigsäure
Funkční vzorec	CH3COOH
Sumární vzorec	C2H4O2
Vzhled	bezbarvá kapalina
Identifikace
Registrační číslo CAS	64-19-7
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP)	200-580-7
Indexové číslo	607-002-00-6
Vlastnosti
Molární hmotnost	60,0516 g/mol
Teplota tání	16,6 °C (289,8 K)
Teplota varu	117,9 °C (391,0 K)
Hustota	1,055 g/cm3 (kapalina, 20 °C); 1,266 g/cm3 (pevná látka)
Viskozita	1,22 mPa·s (25 °C)
Kritická teplota Tk	321,2 °C (594,4 K)
Kritický tlak pk	5,786 MPa
Disociační konstanta pKa	4,76 (25 °C)
Rozpustnost ve vodě	neomezeně mísitelná
Struktura
Dipólový moment	1,74 D (plyn)
Bezpečnost
	; GHS02 ; GHS05; Nebezpečí
H-věty	H226 H314
R-věty	R10 R35
S-věty	(S1/2) S23 S26 S45
Teplota vzplanutí	43 °C
Teplota vznícení	427 °C
	Není-li uvedeno jinak, jsou použity; jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Kyselina octová (lat. acidum aceticum), systematicky kyselina ethanová, je druhá nejjednodušší jednosytná organická (karboxylová) kyselina. Je to za normálních podmínek bezbarvá kapalina ostrého zápachu, dokonale mísitelná s vodou, s ethanolem i dimethyletherem. Čistá bezvodá kyselina tuhne za nižších teplot na bezbarvou až bílou krystalickou látku připomínající led, které byl proto dán název ledová kyselina octová. Je hygroskopická, takže pohlcuje vzdušnou vlhkost. Její vodný roztok o koncentraci od 8 % se nazývá ocet.^[2]

Výskyt

Kyselina octová je jedním z přirozených metabolitů v živých organismech. Aktivní formou je její komplex s koenzymem A, označovaný acetyl-CoA (acetylkoenzym A), který je jedním z nejdůležitějších meziproduktů buněčného metabolismu sacharidů a tuků.

Vyskytuje se běžně v rostlinách, a to jak jako volná kyselina, tak ve formě solí (octanů). Ve větším množství je obsažena v kvasícím ovoci, jako následný fermentační produkt přeměny sacharidů.

Je také přirozenou složkou poševního mazu u většiny primátů a u člověka, kde má roli slabého antibakteriálního činidla.

Příprava a výroba

Biologická výroba

Zředěný vodný roztok kyseliny octové se získává biologickou oxidací ethanolu podle celkové rovnice

CH₃CH₂OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O.

Při jeho biotechnologické výrobě jsou příslušné mikroorganismy (octové bakterie, především rodu Acetobacter) imobilizovány přirozenou přilnavostí na bukových hoblinách, které jsou skrápěny roztokem ethanolu a odspodu probublávány vzduchem. Vyšších koncentrací lze pak dosáhnout následnou destilací.

Chemická syntéza

Podobnou oxidaci lze sice provádět i čistě chemickou cestou, ale k výrobě se jí nepoužívá.

Jiný způsob přípravy spočívá v hydrogenaci oxidu uhelnatého za přítomnosti katalyzátorů

2 CO + 2 H₂ → CH₃COOH.

Může být připravena též reakcí oxidu uhelnatého s methanolem

CH₃OH + CO → CH₃COOH.

Tato reakce, která je v současnosti nejpoužívanějším průmyslovým procesem pro výrobu kyseliny octové, probíhá třístupňově za přidání jodovodíku a za přítomnosti katalyzátorů na bázi komplexních sloučenin palladia nebo iridia. Důležitým meziproduktem této reakce je jodmethan:

CH₃OH + HI → CH₃I + H₂O,

CH₃I + CO → CH₃COI,

CH₃COI + H₂O → CH₃COOH + HI.

Dříve obvyklejší metodou průmyslové výroby byla hydratace ethynu, kterou vzniká nejprve acetaldehyd

CH≡CH + H₂O → CH₃CHO,

který je pak oxidován na kyselinu octovou

2 CH₃CHO + O₂ → 2 CH₃COOH.

Jiný způsob průmyslové výroby kyseliny octové vychází ze směsi nenasycených uhlovodíků butenů (but-1-enu a but-2-enu), které jsou složkou krakovacích plynů. Ty oba hydratací přecházejí na butan-2-ol

Ten se pak oxidací štěpí na dvě molekuly kyseliny octové

Kyselinu octovou lze také připravit přímou oxidací směsí nižších alkanů, zejména butanu

2 CH₃CH₂CH₂CH₃ + 5 O₂ → 4 CH₃COOH + 2 H₂O.

Při tomto procesu, zejména jsou-li přítomny i další alkany, vzniká směs kyselin, kterou je nutno následně dělit.

Kyselina octová, resp. její vápenná sůl, octan vápenatý, je také odpadním produktem výroby methanolu suchou destilací bukového dřeva. Z odděleného bezvodého octanu se kyselina uvolní působením kyseliny sírové

(CH₃COO)₂Ca + H₂SO₄ → 2 CH₃COOH + CaSO₄.

Tímto způsobem se na počátku 20. stol. vyráběla veškerá ledová (bezvodá) kyselina octová.

Vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

V pevné krystalické fázi tvoří dvě molekuly kyseliny octové dimer, ve kterém jsou vodíky karboxylových skupin vázány vodíkovou vazbou na druhý kyslíkový atom karboxylu. I když tyto dimery mohou existovat i v bezvodé kapalné kyselině, přítomnost stop vody je okamžitě štěpí na monomery. Dimery byly však prokázány i v plynné fázi při teplotách okolo 120 °C.^[3]

Kyselina octová se neomezeně mísí s většinou polárních i nepolárních kapalin, např. s vodou, s alkoholy, s ethery. Naopak sama je velmi dobrým rozpouštědlem; rozpouštějí se v ní jak organické, tak anorganické sloučeniny. Např. v kyselině octové se rozpouštějí plynné halogenovodíky, např. chlorovodík, nebo i prvky jako síra nebo jód.

Chemické vlastnosti

Kyselina octová patří ke středně silným jednosytným kyselinám. Ve vodě disociuje na acetátový neboli octanový aniont

CH₃COOH + H₂O ↔ CH₃COO⁻ + H₃O⁺.

Podobně jako silnější anorganické kyseliny reaguje s kovy za vzniku vodíku a soli, tedy příslušného octanu, např.

2 CH₃COOH + Mg → (CH₃COO)₂Mg + H₂.

Octany také vznikají neutralizací kyseliny octové působením anorganických hydroxidů, např.

CH₃COOH + KOH → CH₃COOK + H₂O.

Octany se působením silnějších kyselin zpětně rozkládají a uvolňují opět kyselinu octovou, např.

CH₃COONa + HCl → CH₃COOH + NaCl.

Naopak působením kyseliny octové na soli slabších kyselin vznikají octany. Např. reakcí s hydrogenuhličitanem sodným vzniká octan sodný a uvolněná kyselina uhličitá se okamžitě rozkládá na vodu a oxid uhličitý

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂.

S alkoholy za přítomnosti stopy silné minerální kyseliny vznikají estery kyseliny octové, např. s ethanolem vzniká ethylacetát

CH₃COOH + CH₃CH₂OH ↔ CH₃CO–O–CH₂CH₃ + H₂O.

Jak naznačuje zdvojená šipka, reakce je zvratná, může tedy probíhat oběma směry. Probíhá-li zleva doprava, nazýváme ji esterifikací, probíhá-li opačným směrem, pak jde o zmýdelňování.

Působíme-li na bezvodou kyselinu octovou chloridem fosforečným, nahradí se v karboxylu hydroxylová skupina –OH atomem chloru za vzniku acetylchlorid (chloridu kyseliny octové)

CH₃COOH + PCl₅ → CH₃COCl + HCl + POCl₃;

podobně lze acetylchlorid připravit i reakcí s chloridem fosforitým

3 CH₃COOH + PCl₃ → 3 CH₃COCl + H₃PO₃,

nebo reakcí s thionylchloridem

CH₃COOH + SOCl₂ → CH₃COCl + HCl + SO₂.

Přímým působením elementárního chloru nevzniká acetylchlorid; místo toho chlor nahrazuje vodíkové atomy v methylové skupině za vzniku směsi chloroctových kyselin. V prvním stupni vzniká kyselina chloroctová

CH₃COOH + Cl₂ → CH₂Cl–COOH + HCl,

která je díky polárnímu efektu chloru silnější kyselinou než kyselina octová. Další chlorací pak vznikají kyselina dichloroctová a trichloroctová.

Působením vodu odnímajících činidel nebo zahříváním na vysokou teplotu se ze dvou molekul kyseliny octové odštěpí molekula vody a vzniká acetanhydrid (anhydrid kyseliny octové)

2 CH₃COOH → CH₃CO–O–CO CH₃ + H₂O.

Reakcí s amoniakem za studena vzniká octan amonný

CH₃COOH + NH₃ → CH₃COONH₄.

Probíhá-li však tato reakce za vysokých teplot, ze vzniklé soli se odštěpí voda a vznikne acetamid (amid kyseliny octové)

CH₃COONH₄ → CH₃CO–NH₂ + H₂O.

Působením silně redukčních činidel, např. hydridu lithnohlinitého (lithiumaluminiumhydridu) se kyselina octová redukuje až na ethanol. Reakce probíhá dvojstupňově; meziproduktem jsou ethanolát lithný a hlinitý

4 CH₃COOH + LiAlH₄→ CH₃CH₂OLi + (CH₃CH₂O)₃Al,

CH₃CH₂OLi + (CH₃CH₂O)₃Al + 4 H₂O → 4 CH₃CH₂OH + LiOH + Al(OH)₃.

Významné deriváty kyseliny octové

Soli

Estery

Jiné deriváty

Použití

Kyselina octová je jednou z nejvýznamnějších průmyslových organických surovin. Ročně se jí na světě vyrobí přes 5 mil. tun.

Používá se v laboratoři i v chemickém průmyslu jako významné rozpouštědlo při přípravě čistých chemických sloučenin.

Přímo jako chemická surovina slouží k výrobě řady dalších organických sloučenin. Nejvýznamnějším produktem je vinylacetát, který následně slouží jako surovina (monomer) pro přípravu polyvinylacetátu.

Derivát kyseliny octové, acetanhydrid, je používán jako silné acylační činidlo, zejména při výrobě acetylcelulosy, která v minulosti sloužila jak k výrobě syntetických vláken (acetátové hedvábí), tak pro přípravu podložek pro fotografické negativní materiály a pro kinofilm. Ve fotografické chemii se také používá jako přerušovací lázeň a součást některých ustalovačů. Je také jednou ze surovin pro výrobu kyseliny acetylsalicylové, která je hlavní složkou nejrozšířenějších léků proti horečkám a zánětům (Acylpyrin, Aspirin, Anopyrin aj.).

Octan vápenatý je surovinou pro výrobu acetonu.

Ve srovnání s průmyslovými aplikacemi je spotřeba kyseliny octové ve formě octa v kulinářských aplikacích pro okyselování jídel a při konzervaci zeleniny zcela zanedbatelná. Další použití v domácnosti nachází díky své kyselosti a schopnosti rozpouštět uhličitany jako součást čisticích přípravků, zejména pro odstraňování vodního kamene.

V zemědělství je vedle kyseliny mravenčí používána jako přísada ke konzervaci siláže, kde zesiluje baktericidní a fungicidní účinek kyseliny mléčné, spontánně vznikající při kvašení rostlinného materiálu.

Fyziologické působení

V přiměřených dávkách a v dostatečném zředění vodou je kyselina octová zcela neškodná. Vysoce koncentrovaná je však značně agresivní a může způsobit při kontaktu s kůží rozsáhlé popáleniny; její nebezpečnost tkví také v tom, že projevy poškození pokožky se mohou objevit až s několikahodinovým zpožděním, kdy je tkáň zasažena do značné hloubky. Při zasažení sliznic, např. vdechováním par, může dojít k jejich silnému poleptání, což se může projevit dýchacími potížemi. Při zasažení očí dochází k silnému poleptání rohovky, které může vést až k oslepnutí. Požití koncentrované kyseliny octové způsobuje poleptání sliznic v ústech, jícnu a žaludku, které může vést až k proděravění stěn trávicího ústrojí. Požití se projevuje silnou bolestivostí zasažených sliznic, vrhnutím a průjmem a ve velkých dávkách může vést až k úmrtí.

U laboratorních krys byla stanovena smrtná dávka LD50 při požití v potravě na 3310 mg/kg, Smrtná koncentrace LC50 ve vdechovaném vzduchu je u myší 5620 ppm při působení po dobu 1 hodiny. Smrtná dávka u králíka při aplikaci na pokožku je značně vysoká (LD50 = 1060 mg/kg).

Kyselina octová není karcinogenní.

Historická poznámka

Zředěný vodný roztok kyseliny octové, ocet, znalo lidstvo již v prehistorických dobách, díky jeho tvorbě při kvašení ovoce. První zmínky o použití kyseliny octové pocházejí ze 3. stol. př. n. l., kdy řecký filosof Theophrastos popsal její použití při přípravě pigmentů používaných v malířství rozpouštěním některých kovů (např. olova nebo mědi). Staří Římané připravovali varem zkysaného vína v olověných nádobách sladký sirup, obsahující octan olovnatý, tzv. olověný cukr, známý v té době jako Saturnův cukr (Saccharum Saturni), který zřejmě značnou měrou přispíval k chronickým otravám vyšších vrstev římské aristokracie olovem.

V 8. stol. n. l. perský alchymista Džabir ibn Hajján (asi 721–815), zvaný též Geber, připravil destilací octa poprvé koncentrovanější kyselinu octovou.

Bezvodá ledová kyselina octová byla připravena tepelným rozkladem octanů těžkých kovů. Poprvé tento proces popsal v 16. stol. německý chemik Andreas Libavius (1555–1616), který také jako první prokázal, že ledová kyselina octová a ocet jsou stejné chemické látky, lišící se jen obsahem vody. Definitivně jeho předpoklad potvrdil francouzský chemik Pierre Adet (1763–1836).

V roce 1847 německý chemik Hermann Kolbe jako první připravil v laboratoři kyselinu octovou syntézou z anorganických látek. Vyšel přitom ze sirouhlíku, který působením chloru převedl na tetrachlormethan. Ten následnou pyrolýzou přeměnil v tetrachlorethen, z něhož adicí vody vznikla kyselina trichloroctová. Z ní pak elektrolytickou redukcí připravil kyselinu octovou.

Reference

↑ ^a ^b Acetic acid. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-23]. Dostupné online. (anglicky)
↑ Potravinářské technologie a biotechnologie – fermentační biotechnologie. www.vscht.cz [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2012-06-11.
↑ CHOCHOLOUŠKOVÁ, Jana; VACEK, Jaroslav; HOBZA, Pavel. Acetic Acid Dimer in the Gas Phase, Nonpolar Solvent, Microhydrated Environment, and Dilute and Concentrated Acetic Acid: Ab Initio Quantum Chemical and Molecular Dynamics Simulations. J. Phys. Chem. A. 2003, roč. 107, s. 3086–3092.

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu kyselina octová na Wikimedia Commons

[pubchem_cid_176-1] Acetic acid. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-23]. Dostupné online. (anglicky)

[2] Potravinářské technologie a biotechnologie – fermentační biotechnologie. www.vscht.cz [online]. [cit. 2012-06-11]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2012-06-11.

[3] CHOCHOLOUŠKOVÁ, Jana; VACEK, Jaroslav; HOBZA, Pavel. Acetic Acid Dimer in the Gas Phase, Nonpolar Solvent, Microhydrated Environment, and Dilute and Concentrated Acetic Acid: Ab Initio Quantum Chemical and Molecular Dynamics Simulations. J. Phys. Chem. A. 2003, roč. 107, s. 3086–3092.

[1]

[2]

[3]

Monokarboxylové kyseliny

monokarboxylové nasycené kyseliny	kyselina mravenčí (H COOH) • kyselina octová (CH₃C OOH) • kyselina propionová (C₂H₅C OOH) • kyselina máselná (C₃H₇C OOH) • kyselina valerová (C₄H₉C OOH) • kyselina 3-methylbutanová (isovalerová) (CH₃CH(CH₃)CH₂COOH) • kyselina kapronová (C₅H₁₁C OOH) • kyselina enanthová (C₆H₁₃C OOH) • kyselina kaprylová (C₇H₁₅C OOH) • kyselina pelargonová (C₈H₁₇C OOH) • kyselina kaprinová (C₉H₁₉C OOH) • kyselina undecylová (C₁₀H₂₁C OOH) • kyselina laurová (C₁₁H₂₃C OOH) • kyselina tridecylová (C₁₂H₂₅C OOH) • kyselina myristová (C₁₃H₂₇C OOH) • kyselina pentadecylová (C₁₄H₂₉C OOH) • kyselina palmitová (C₁₅H₃₁C OOH) • kyselina heptadekanová (C₁₆H₃₃C OOH) • kyselina stearová (C₁₇H₃₅C OOH) • kyselina nonadecylová (C₁₈H₃₇C OOH) • kyselina arachidová (C₁₉H₃₉C OOH) • kyselina behenová (C₂₁H₄₃C OOH) • kyselina lignocerová (C₂₃H₄₇C OOH)

mononenasycené monokarboxylové kyseliny	kyselina akrylová (C₂H₃C OOH) • kyselina methakrylová (C₃H₅C OOH) • kyselina krotonová (C₃H₆C OOH) • kyselina trans-3-methyl-2-hexenová (C₆H₁₁C OOH) kyselina palmitoolejová (C₁₅H₂₉C OOH) • kyselina olejová (C₁₇H₃₃C OOH) • kyselina elaidová (C₁₇H₃₃C OOH) • kyselina ricinolejová (C₇H₁₃(OH)C₁₀H₁₉COOH) • kyselina eikosenová (C₁₉H₃₅C OOH) • kyselina eruková (C₂₁H₄₁C OOH) • kyselina nervonová (C₂₃H₄₅C OOH)

polynenasycené monokarboxylové kyseliny	kyselina linolová (C₁₇H₃₁C OOH) • kyselina linolenová (C₁₇H₂₉C OOH) • kyselina alfa-eleostearová (C₁₇H₂₉C OOH) • kyselina arachidonová (C₁₉H₃₁C OOH) • kyselina eikosapentaenová (C₁₉H₂₉C OOH) • kyselina klupadonová (dokosapentaenová) (C₂₁H₃₃C OOH) • kyselina dokosahexaenová (C₂₁H₃₁C OOH)

aromatické monokarboxylové kyseliny	kyselina benzoová (C₆H₅C OOH) • kyselina skořicová (C₈H₇C OOH) • kyselina chinová (C₆H₁₁O₄C OOH) • kyselina salicylová (C₆H₄(OH)C OOH) • kyselina acetylsalicylová (C₈H₇O₂C OOH)

kyselina acetyloctová (CH₃COCH₂COOH)

dikarboxylové kyseliny • hydroxykyseliny