Wenn Butan oder leichtes Naphtha in Gegenwart verschiedener Metallionen, einschließlich solcher von Mangan, Kobalt und Chrom, mit Luft erhitzt wird, bilden sich Peroxide und zersetzen sich dann zu Essigsäure gemäß der chemischen Gleichung

2 C4H10 + 5 O2 → 4 CH3COOH + 2 H2O

Typischerweise wird die Reaktion bei einer Kombination von Temperatur und Druck ausgeführt, die so heiß wie möglich ist, während das Butan immer noch flüssig bleibt. Typische Reaktionsbedingungen sind 150 °C und 55 atm., Es können sich auch mehrere Nebenprodukte bilden, einschließlich Butanon, Ethylacetat, Ameisensäure und Propionsäure. Diese Nebenprodukte sind auch kommerziell wertvoll, und die Reaktionsbedingungen können geändert werden, um mehr von ihnen zu produzieren, wenn dies wirtschaftlich nützlich ist. Die Trennung von Essigsäure von diesen Nebenprodukten erhöht jedoch die Kosten des Prozesses.,

Unter ähnlichen Bedingungen und unter Verwendung ähnlicher Katalysatoren, wie sie für die Butanoxidation verwendet werden, kann Acetaldehyd durch den Sauerstoff in der Luft oxidiert werden, um Essigsäure zu erzeugen

2 CH3CHO + O2 → 2 CH3COOH

Unter Verwendung moderner Katalysatoren kann diese Reaktion eine Essigsäureausbeute von mehr als 95% aufweisen. Die wichtigsten Nebenprodukte sind Ethylacetat, Ameisensäure und Formaldehyd, die alle niedrigere Siedepunkte als Essigsäure aufweisen und durch Destillation leicht getrennt werden können.,

Ethylenoxidation

Fermentation

Oxidative Fermentation

Für den größten Teil der menschlichen Geschichte wurde Essigsäure in Form von Essig von Bakterien der Gattung Acetobacter hergestellt. Bei ausreichendem Sauerstoff können diese Bakterien Essig aus einer Vielzahl alkoholischer Lebensmittel herstellen. Häufig verwendete Futtermittel umfassen Apfelwein, Wein und fermentiertes Getreide, Malz, Reis oder Kartoffelpüree., Die allgemeine chemische Reaktion, die durch diese Bakterien erleichtert wird, ist

C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O

Eine verdünnte Alkohollösung, die mit Acetobacter inokuliert und an einem warmen, luftigen Ort aufbewahrt wird, wird im Laufe einiger Monate zu Essig. Industrielle Essigherstellungsmethoden beschleunigen diesen Prozess, indem sie die Sauerstoffversorgung der Bakterien verbessern.

Die ersten durch Gärung erzeugten Essigpartien folgten wahrscheinlich Fehlern im Weinherstellungsprozess. Wenn Most bei zu hoher Temperatur fermentiert wird, überwältigt Acetobacter die auf den Trauben natürlich vorkommende Hefe., Als die Nachfrage nach Essig für kulinarische, medizinische und sanitäre Zwecke zunahm, lernten die Winzer schnell, in den heißen Sommermonaten andere organische Materialien zur Herstellung von Essig zu verwenden, bevor die Trauben reif und bereit für die Verarbeitung zu Wein waren. Diese Methode war jedoch langsam und nicht immer erfolgreich, da die Winzer den Prozess nicht verstanden.

Eines der ersten modernen kaufmännischen Verfahren war die 1823 in Deutschland erstmals praktizierte“ schnelle Methode“. Bei diesem Prozess findet die Fermentation in einem Turm statt, der mit Holzspänen oder Holzkohle gefüllt ist., Das alkoholhaltige Futter wird in die Oberseite des Turms geleitet und Frischluft von unten entweder durch natürliche oder erzwungene Konvektion zugeführt. Die verbesserte Luftzufuhr in diesem Prozess verkürzt die Zeit für die Zubereitung von Essig von Monaten auf Wochen.

Der meiste Essig wird heute in untergetauchter Tankkultur hergestellt, die erstmals 1949 von Otto Hromatka und Heinrich Ebner beschrieben wurde. Bei diesem Verfahren wird Alkohol in einem kontinuierlich gerührten Tank zu Essig fermentiert und Sauerstoff wird durch sprudelnde Luft durch die Lösung zugeführt. Mit dieser Methode kann Essig von 15% Essigsäure in nur 2-3 Tagen hergestellt werden.,

Anaerobe Fermentation

Einige Arten anaerober Bakterien, darunter mehrere Mitglieder der Gattung Clostridium, können Zucker direkt in Essigsäure umwandeln, ohne Ethanol als Zwischenprodukt zu verwenden.,alle chemischen Reaktionen, die von diesen Bakterien durchgeführt werden, können wie folgt dargestellt werden:

C6H12O6 → 3 CH3COOH

Interessanterweise aus der Sicht eines Industriechemikers können viele dieser acetogenen Bakterien Essigsäure aus Ein-Kohlenstoff-Verbindungen herstellen, einschließlich Methanol, Kohlenmonoxid oder einer Mischung aus Kohlendioxid und Wasserstoff:

2 CO2 + 4 H2 → CH3COOH + 2 H2O

Diese Fähigkeit von Clostridium, Zucker direkt zu verwenden oder Essigsäure aus weniger kostspieligen Inputs zu produzieren, bedeutet, dass diese Bakterien möglicherweise produzieren Essigsäure effizienter als Ethanol-Oxidationsmittel wie Acetobacter., Clostridium-Bakterien sind jedoch weniger säuretolerant als Acetobacter. Selbst die säuretolerantesten Clostridium-Stämme können Essig von nur wenigen Prozent Essigsäure produzieren, verglichen mit einigen Acetobacter-Stämmen, die Essig von bis zu 20% Essigsäure produzieren können. Gegenwärtig bleibt es kostengünstiger, Essig mit Acetobacter herzustellen, als ihn mit Clostridium herzustellen und dann zu konzentrieren. Obwohl acetogene Bakterien seit 1940 bekannt sind, bleibt ihre industrielle Verwendung daher auf einige Nischenanwendungen beschränkt.,

Anwendungen

2,5 – Liter-Flasche Essigsäure im Labor.

Essigsäure ist ein chemisches Reagenz zur Herstellung vieler chemischer Verbindungen. Die größte einmalige Verwendung von Essigsäure ist bei der Herstellung von Vinylacetatmonomer, dicht gefolgt von Essigsäureanhydrid und Esterproduktion. Das in Essig verwendete Essigsäurevolumen ist vergleichsweise gering.,

Vinylacetat-Monomer

Die Hauptanwendung von Essigsäure ist die Herstellung von Vinylacetat-Monomer (VAM). Diese Anwendung verbraucht ungefähr 40% bis 45% der weltweiten Essigsäureproduktion. Die Reaktion erfolgt von Ethylen und Essigsäure mit Sauerstoff über einen Palladium-Katalysator.

2 H3C-COOH + 2 C2H4 + O2 → 2 H3C-CO-O-CH=CH2 + 2 H2O

Vinylacetat kann zu Polyvinylacetat oder zu anderen Polymeren polymerisiert werden, die in Farben und Klebstoffen aufgebracht werden.

Essigsäureanhydrid

Das Kondensationsprodukt zweier Essigsäuremoleküle ist Essigsäureanhydrid., Die weltweite Produktion von Essigsäureanhydrid ist eine Hauptanwendung und verwendet ungefähr 25% bis 30% der globalen Produktion von Essigsäure. Essigsäureanhydrid kann direkt durch Methanolcarbonylierung unter Umgehung der Säure hergestellt werden, und Cativa-Pflanzen können für die Anhydridproduktion angepasst werden.

Essigsäureanhydrid ist ein starkes Acetylierungsmittel. Als solches ist seine Hauptanwendung für Celluloseacetat, ein synthetisches Textil, das auch für fotografischen Film verwendet wird. Essigsäureanhydrid ist auch ein Reagenz zur Herstellung von Aspirin, Heroin und anderen Verbindungen.,

Essig

In Form von Essig werden Essigsäurelösungen (typischerweise 5% bis 18% Essigsäure, wobei der prozentuale Anteil üblicherweise nach Masse berechnet wird) direkt als Gewürz und auch beim Beizen von Gemüse und anderen Lebensmitteln verwendet. Tafelessig ist tendenziell verdünnter (5% bis 8% Essigsäure), während beim kommerziellen Beizen von Lebensmitteln im Allgemeinen konzentriertere Lösungen verwendet werden. Die Menge an Essigsäure, die weltweit als Essig verwendet wird, ist nicht groß, aber historisch gesehen ist dies die mit Abstand älteste und bekannteste Anwendung.,

Verwendung als Lösungsmittel

Glaziale Essigsäure ist ein ausgezeichnetes polares protisches Lösungsmittel, wie oben erwähnt. Es wird häufig als Lösungsmittel zur Rekristallisation zur Reinigung organischer Verbindungen verwendet. Reine geschmolzene Essigsäure wird als Lösungsmittel bei der Herstellung von Terephthalsäure (TPA), dem Rohstoff für Polyethylenterephthalat (PET), verwendet. Obwohl derzeit 5% -10% des weltweiten Essigsäureverbrauchs entfallen, wird erwartet, dass diese spezifische Anwendung im nächsten Jahrzehnt mit zunehmender PET-Produktion erheblich zunehmen wird.,

Essigsäure wird häufig als Lösungsmittel für Reaktionen mit Carbokationen wie Friedel-Crafts-Alkylierung verwendet. Zum Beispiel beinhaltet eine Stufe bei der kommerziellen Herstellung von synthetischem Kampfer eine Wagner-Meerwein-Umlagerung von Camphen zu Isobornylacetat; Hier wirkt Essigsäure sowohl als Lösungsmittel als auch als nukleophile, um die neu angeordnete Carbokation einzufangen. Essigsäure ist das Lösungsmittel der Wahl, wenn eine Arylnitrogruppe unter Verwendung von Palladium-auf-Kohlenstoff zu einem Anilin reduziert wird.,

Glaziale Essigsäure wird in der analytischen Chemie zur Abschätzung schwach alkalischer Substanzen wie organischer Amide verwendet. Gletscheressigsäure ist eine viel schwächere Base als Wasser, daher verhält sich das Amid in diesem Medium als starke Base. Es kann dann unter Verwendung einer Lösung in Eisessigsäure einer sehr starken Säure, wie Perchlorsäure, titriert werden.

Andere Anwendungen

Verdünnte Lösungen von Essigsäuren werden auch für ihre milde Säure verwendet., Beispiele in der Haushaltsumgebung umfassen die Verwendung in einem Stoppbad während der Entwicklung von fotografischen Filmen und in Entkalkungsmitteln, um Kalk aus Wasserhähnen und Kesseln zu entfernen. Die Säure wird auch zur Behandlung des Stachels der Kastenqualle verwendet, indem die stechenden Zellen der Qualle deaktiviert werden, schwere Verletzungen oder den Tod verhindert werden, wenn sie sofort angewendet werden, und zur Behandlung von Außenohrentzündungen bei Menschen in Präparaten wie Vosol. Gleichwertig wird Essigsäure als Sprühkonservierungsmittel für Viehsilage verwendet, um das Wachstum von Bakterien und Pilzen zu verhindern.,

Aus Essigsäure werden mehrere organische oder anorganische Salze hergestellt, darunter:

• Natriumacetat-verwendet in der Textilindustrie und als Lebensmittelkonservierungsmittel ( E262).
• Kupfer (II) Acetat—als Pigment und Fungizid verwendet.
• Aluminiumacetat und Eisen (II) Acetat—als Beizmittel für Farbstoffe verwendet.
• Palladium (II) Acetat—wird als Katalysator für organische Kopplungsreaktionen wie die Heck-Reaktion verwendet.

Zu den hergestellten substituierten Essigsäuren gehören:

• Monochloressigsäure (MCA), Dichloressigsäure (als Nebenprodukt betrachtet) und Trichloressigsäure., MCA wird bei der Herstellung von Indigofarbstoff verwendet.
• Bromoessigsäure, die verestert wird, um das Reagenz Ethylbromoacetat zu produzieren.
• Fluoressigsäure, die ein häufiges Reagenz in der organischen Synthese ist.

Die in diesen anderen Anwendungen verwendeten Essigsäuremengen zusammen (abgesehen von TPA) machen weitere 5% -10% der weltweiten Essigsäurenutzung aus. Es wird jedoch nicht erwartet, dass diese Anwendungen so stark wachsen wie die TPA-Produktion.,

Sicherheit

Konzentrierte Essigsäure ist ätzend und muss daher mit entsprechender Sorgfalt behandelt werden, da sie Hautverbrennungen, dauerhafte Augenschäden und Schleimhautreizungen verursachen kann. Diese Verbrennungen oder Blasen können erst einige Stunden nach der Exposition auftreten. Latexhandschuhe bieten keinen Schutz, daher sollten besonders widerstandsfähige Handschuhe wie solche aus Nitrilkautschuk beim Umgang mit der Verbindung getragen werden. Konzentrierte Essigsäure kann im Labor mit einigen Schwierigkeiten entzündet werden., Es wird zu einem brennbaren Risiko, wenn die Umgebungstemperatur 39 °C (102 °F) überschreitet und explosive Gemische mit Luft oberhalb dieser Temperatur bilden kann ( explosive Grenzen: 5,4% -16%).

Die Gefahren von Essigsäurelösungen hängen von der Konzentration ab. In der folgenden Tabelle ist die EU-Klassifizierung von Essigsäurelösungen aufgeführt:

Sicherheitssymbol

Lösungen mit mehr als 25% Essigsäure werden in einer Dunstabzugshaube behandelt, da des stechenden, ätzenden Dampfes., Verdünnte Essigsäure in Form von Essig ist harmlos. Die Einnahme stärkerer Lösungen ist jedoch gefährlich für Mensch und Tier. Es kann schwere Schäden am Verdauungssystem und eine potenziell tödliche Veränderung des Säuregehalts des Blutes verursachen.