乙酸，也叫醋酸，是一種有機(jī)化合物，化學(xué)式CH3COOH，是一種有機(jī)一元酸，為食醋主要成分。純的無水乙酸（冰醋酸）是無色的吸濕性液體，凝固點(diǎn)為16.6℃（62℉），凝固后為無色晶體，其水溶液中弱酸性且腐蝕性強(qiáng)，對金屬有強(qiáng)烈腐蝕性，蒸汽對眼和鼻有刺激性作用。

乙酸在自然界分布很廣，比如在水果或者植物油中，乙酸主要以酯的形式存在。而在動物的組織內(nèi)、排泄物和血液中乙酸又以游離酸的形式存在。許多微生物都可以通過發(fā)酵將不同的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為乙酸。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)

乙酸分子球棍模型

乙酸的晶體結(jié)構(gòu)顯示 ，分子間通過氫鍵結(jié)合為二聚體（亦稱二締結(jié)物），二聚體也存在于120℃的蒸汽狀態(tài)。二聚體有較高的穩(wěn)定性，已經(jīng)通過冰點(diǎn)降低測定分子量法以及X光衍射證明了分子量較小的羧酸如甲酸、乙酸在固態(tài)及液態(tài)，甚至氣態(tài)以二聚體形式存在。當(dāng)乙酸與水溶和的時(shí)候，二聚體間的氫鍵會很快的斷裂。其他的羧酸也有類似的二聚現(xiàn)象。?[1]?

分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

摩爾折射率：12.87?[12]?

摩爾體積（cm3/mol）：56.1?[12]?

等張比容（90.2 K）：133.5?[12]?

表面張力（dyne/cm）：31.9?[12]?

極化率（10-24?cm3）：5.10

乙酸的酸性

乙酸的羧基氫原子能夠部分電離變?yōu)闅潆x子（質(zhì)子）而釋放出來，導(dǎo)致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系數(shù)為4.8，pKa=4.75（25℃），濃度為1mol/L的醋酸溶液（類似于家用醋的濃度）的pH為2.4，也就是說僅有0.4%的醋酸分子是解離的。?[7]?

反應(yīng)說明

與無機(jī)物反應(yīng)

1、乙酸能與部分鹽發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的乙酸鹽。

乙酸與碳酸鈉：2CH3COOH+Na2CO3?= 2CH3COONa+CO2↑+H2O

乙酸與碳酸鈣：2CH3COOH+CaCO3?= (CH3COO)2Ca+CO2↑+H2O

乙酸與碳酸氫鈉：NaHCO3+CH3COOH = CH3COONa+H2O+CO2↑

乙酸與弱酸鹽反應(yīng)：2CH3COOH+CO32-?= 2CH3COO-+H2O+CO2↑?[2]?

2、由于弱酸的性質(zhì)，對于許多金屬，乙酸是有腐蝕性的，例如鐵、鎂和鋅，反應(yīng)生成氫氣和金屬乙酸鹽。雖然鋁在空氣中表面會形成氧化鋁保護(hù)層，但是在醋酸的作用下，氧化膜會被破壞，內(nèi)部的鋁就可以直接和酸作用了。

乙酸與鐵反應(yīng)：Fe+2CH3COOH = (CH3COO)2Fe+H2↑

乙酸與鋁反應(yīng)：2Al+6CH3COOH = 2(CH3COO)3Al+3H2↑

乙酸與鋅反應(yīng)：Zn+2CH3COOH = (CH3COO)2Zn +H2↑

乙酸與鎂反應(yīng)：Mg+2CH3COOH = (CH3COO)2Mg+H2↑

3、金屬的乙酸鹽也可以用乙酸和相應(yīng)的堿反應(yīng)制得，比如氫氧化鈉與醋的反應(yīng)。除了醋酸鉻(II)，幾乎所有的醋酸鹽能溶于水。

離子式：CH3COOH+OH-?= CH3COO-+H2O

乙酸與氫氧化鈉反應(yīng)：CH3COOH+NaOH = CH3COONa+H2O

乙酸與氨水反應(yīng)：CH3COOH+NH3·H2O = CH3COONH4+H2O?[5]?

生物化學(xué)反應(yīng)

乙酸中的乙酰基，是生物化學(xué)中所有生命的基礎(chǔ)。當(dāng)它與輔酶A結(jié)合后，就成為了碳水化合物和脂肪新陳代謝的中心。然而，乙酸在細(xì)胞中的濃度是被嚴(yán)格控制在一個(gè)很低的范圍內(nèi)，避免使得細(xì)胞質(zhì)的pH發(fā)生破壞性的改變。與其它長鏈羧酸不同，乙酸并不存在于甘油三酸脂中。但是，人造含乙酸的甘油三酸脂，又叫甘油醋酸酯（甘油三乙酸酯）?[3]??，則是一種重要的食品添加劑，也被用來制造化妝品和局部性藥物。

乙酸由一些特定的細(xì)菌生產(chǎn)或分泌。值得注意的是醋菌類梭菌屬的丙酮丁醇梭桿菌，這個(gè)細(xì)菌廣泛存在于全世界的食物、水和土壤之中。在水果或其他食物腐敗時(shí)，醋酸也會自然生成。乙酸也是包括人類在內(nèi)的所有靈長類生物的陰道潤滑液的一個(gè)組成部分，被當(dāng)作一個(gè)溫和的抗菌劑。

脫羧反應(yīng)

乙酸在銅的催化下并加熱，可以發(fā)生脫羧反應(yīng)，生成二氧化碳和甲烷：?[5]?

氧化還原反應(yīng)

還原反應(yīng)

乙酸可以被氫化鋁鋰還原為乙醛：?[5]?

氧化反應(yīng)

乙酸的燃燒反應(yīng)是廣義上的氧化反應(yīng)，乙酸完全燃燒會生成二氧化碳和水蒸氣：

取代反應(yīng)

酯化反應(yīng)

乙酸和乙醇在濃硫酸的催化下并加熱可以發(fā)生酯化反應(yīng)，生成乙酸乙酯：?[1]?

α-H鹵代反應(yīng)

在紅磷的存在下，鹵素與乙酸可發(fā)生α-H鹵代反應(yīng)。如乙酸在紅磷的作用下與氯氣反應(yīng)生成氯乙酸：?[5]?

脫水反應(yīng)

乙酸能發(fā)生分子間的脫水反應(yīng)，一個(gè)乙酸分子會脫去一個(gè)-OH基，而另一個(gè)乙酸分子會脫去一個(gè)H，最后形成乙酸酐：?[5]?

與三氯化磷反應(yīng)

乙酸與三氯化磷加熱可發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)可生成乙酰氯與亞磷酸

與氨氣反應(yīng)

乙酸在脂肪酶的催化下可以與氨氣發(fā)生加成反應(yīng)，乙酸的羥基被氨基取代生成生成乙酰胺

乙酸的制備可以通過人工合成和細(xì)菌發(fā)酵兩種方法。生物合成法，即利用細(xì)菌發(fā)酵，僅占整個(gè)世界產(chǎn)量的10%，但是仍然是生產(chǎn)乙酸，尤其是醋的最重要的方法，因?yàn)楹芏鄧业氖称钒踩ㄒ?guī)規(guī)定食物中的醋必須是通過生物法制備，而發(fā)酵法又分為有氧發(fā)酵法和無氧發(fā)酵法。

有氧發(fā)酵法

在氧氣充足的情況下，醋桿菌屬細(xì)菌能夠從含有酒精的食物中生產(chǎn)出乙酸。通常使用的是蘋果酒或葡萄酒混合谷物、麥芽、米或馬鈴薯搗碎后發(fā)酵。這些物質(zhì)在催化酶的作用下在氧氣下能發(fā)酵成乙酸。

具體做法是將醋菌屬的細(xì)菌接種于稀釋后的酒精溶液并保持一定溫度，放置于一個(gè)通風(fēng)的位置，在幾個(gè)月內(nèi)就能夠經(jīng)過發(fā)酵，最后生成醋。工業(yè)生產(chǎn)醋的方法通過提供充足的氧氣使得反應(yīng)過程加快，此方法已經(jīng)被商業(yè)化生產(chǎn)采用，也被稱為“快速方法”或“德國方法”，因?yàn)槭状卧诘聡?823年應(yīng)用成功而因此得名。此方法中，發(fā)酵是在一個(gè)塞滿了木屑或木炭的塔中進(jìn)行。含有酒精的原料從塔的上方滴入，新鮮空氣從下方自然進(jìn)入或強(qiáng)制對流。強(qiáng)化的空氣量使得此過程能夠在幾個(gè)星期內(nèi)完成，大大縮短了制醋的時(shí)間。

Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提通過液態(tài)的細(xì)菌培養(yǎng)基制備醋。在此方法中，酒精在持續(xù)的攪拌中發(fā)酵為乙酸，空氣通過氣泡的形式被充入溶液。通過這個(gè)方法，含乙酸15%的醋能夠在兩至三天制備完成。

無氧發(fā)酵法

部分厭氧細(xì)菌，包括梭菌屬的部分成員，能夠?qū)⑻穷愔苯愚D(zhuǎn)化為乙酸而不需要乙醇作為中間體。在無氧的環(huán)境下能夠?qū)⒄崽前l(fā)酵為乙酸。

此外，許多細(xì)菌能夠從僅含單碳的化合物中生產(chǎn)乙酸，例如甲醇，一氧化碳或二氧化碳與氫氣的混和物。

梭菌屬因?yàn)橛心軌蚍磻?yīng)糖類的能力，減少了成本，這意味著這些細(xì)菌有比醋菌屬細(xì)菌的乙醇氧化法生產(chǎn)乙酸更有效率的潛力。然而，梭菌屬細(xì)菌的耐酸性不及醋菌屬細(xì)菌。耐酸性最大的梭菌屬細(xì)菌也只能生產(chǎn)不到10%的乙酸，而有的醋酸菌能夠生產(chǎn)20%的乙酸。使用醋酸屬細(xì)菌制醋仍然比使用梭菌屬細(xì)菌制備后濃縮更經(jīng)濟(jì)。所以，盡管梭菌屬的細(xì)菌早在1940年就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但它的工業(yè)應(yīng)用范圍較窄。

除了上述生物法外，工業(yè)用乙酸多采用如下方法合成

甲醇羰基化法

大部分乙酸是通過甲基羰基化合成的。此反應(yīng)中，甲醇和一氧化碳反應(yīng)生成乙酸，方程式如下

這個(gè)過程是以碘代甲烷為中間體，分三個(gè)步驟完成，并且需要多金屬成分的催化劑（第二步中）

通過控制反應(yīng)條件，也可以通過同樣的反應(yīng)生成乙酸酐。因?yàn)橐谎趸己图状季浅Ｓ玫幕ぴ?，所以工業(yè)常使用此方法制備乙酸。

乙醛氧化法

在孟山都法商業(yè)生產(chǎn)之前，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。盡管不能與甲基羰基化相比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。

烷烴液氧化法

采用正丁烷為原料，以乙酸為溶劑，在170℃-180℃，5.5兆帕和乙酸鈷催化劑存在下，用空氣為氧化劑進(jìn)行氧化。同時(shí)此方法也可采用液化石油氣或輕質(zhì)油為原料。此方法原料成本低，但工藝流程較長，腐蝕嚴(yán)重，乙酸收率不高，僅限于廉價(jià)異丁烷或液化石油氣原料來源易得的地區(qū)采用。

此反應(yīng)可以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進(jìn)行，副產(chǎn)物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因?yàn)椴糠指碑a(chǎn)物也有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副產(chǎn)物更多的生成，不過分離乙酸和副產(chǎn)物使得反應(yīng)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。

乙醛也能被氫氧化銅氧化。

使用新式催化劑，此反應(yīng)能獲得95%以上的乙酸產(chǎn)率。主要的副產(chǎn)物為乙酸乙酯，甲酸和甲醛。因?yàn)楦碑a(chǎn)物的沸點(diǎn)都比乙酸低，所以很容易通過蒸餾除去。

乙烯氧化法

由乙烯在催化劑（所用催化劑為氯化鈀：PdCl?、氯化銅：CuCl?和乙酸錳：(CH?COO)?Mn）存在的條件下，與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成。此反應(yīng)可以看作先將乙烯氧化成乙醛，再通過乙醛氧化法制得。

托普索法

托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，此方法也叫做兩步法。