Myresyre - Formic acid

Myresyre
Skjelettstruktur av maursyre
3D -modell av maursyre
Myresyre 85 prosent.jpg
Navn
Foretrukket IUPAC -navn
Myresyre
Systematisk IUPAC -navn
Metansyre
Andre navn
Kullsyre; Formylsyre; Hydrogenkarboksylsyre; Hydroksy (okso) metan; Metakarbonosyre; Oksokarbinsyre; Oksometanol
Identifikatorer
3D -modell ( JSmol )
ChEBI
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.000.527 Rediger dette på Wikidata
EC -nummer
E -nummer E236 (konserveringsmidler)
KEGG
RTECS -nummer
UNII
  • InChI = 1S/HCOOH/c2-1-3/h1H, (H, 2,3) ☒N
    Nøkkel: BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N kryss avY
  • InChI = 1/HCOOH/c2-1-3/h1H, (H, 2,3)
    Nøkkel: BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYAT
  • O = CO
Egenskaper
C H 2 O 2
Molar masse 46,025  g · mol −1
Utseende Fargeløs røykende væske
Lukt Stikkende, gjennomtrengende
Tetthet 1,220  g/ml
Smeltepunkt 8,4 ° C (47,1 ° F; 281,5 K)
Kokepunkt 100,8 ° C (213,4 ° F; 373,9 K)
Blandbare
Løselighet Blandbar med eter , aceton , etylacetat , glyserol , metanol , etanol
Delvis løselig i benzen , toluen , xylener
logg P −0,54
Damptrykk 35  mmHg (20 ° C)
Surhet (p K a ) 3.745
Konjugert base Formater
−19,90 · 10 −6 cm 3 /mol
1,3714 (20 ° C)
Viskositet 1,57  c P ved 268 ° C
Struktur
Planar
1,41 D (gass)  
Termokjemi
Std molar
entropi
( S o 298 )
131,8  J/mol K
Std
formasjonsentalpi
f H 298 )
−425,0  kJ/mol
Std
forbrenningsentalpi
c H 298 )
−254,6  kJ/mol
Farmakologi
QP53AG01 ( WHO )
Farer
viktigste farer Etsende; irriterende;
sensibiliserende
Sikkerhetsdatablad Se: dataside
HMS -datablad fra JT Baker
R-setninger (utdatert) R10 R35
S-setninger (utdatert) (S1/2) S23 S26 S45
NFPA 704 (brann diamant)
3
2
1
Flammepunkt 69 ° C (156 ° F; 342 K)
601 ° C (1114 ° F; 874 K)
Eksplosive grenser 14–34%
18–57% (90% løsning)
Dødelig dose eller konsentrasjon (LD, LC):
LD 50 ( median dose )
700  mg/kg (mus, oral), 1100  mg/kg (rotte, oral), 4000  mg/kg (hund, oral)
7853  spm (rotte, 15  min)
3246  ppm (mus, 15  min)
NIOSH (amerikanske helseeksponeringsgrenser):
PEL (tillatt)
TWA 5  ppm (9  mg/m 3 )
REL (anbefalt)
TWA 5  ppm (9  mg/m 3 )
IDLH (Umiddelbar fare)
30  spm
Relaterte forbindelser
Relaterte karboksylsyrer
Eddiksyre
Propionsyre
Relaterte forbindelser
Formaldehyd
Metanol
Supplerende dataside
Brytningsindeks ( n ),
Dielektrisk konstantr ), etc.
Termodynamiske
data
Faseadferd
fast – væske – gass
UV , IR , NMR , MS
Med mindre annet er angitt, gis data for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N bekreft  ( hva er   ?) kryss avY☒N
Infobox -referanser

Myresyre , systematisk kalt metansyre , er den enkleste karboksylsyren , og har den kjemiske formelen H₂CO₂. Det er et viktig mellomprodukt i kjemisk syntese og forekommer naturlig, særlig hos noen maur . Ordet "formisk" kommer fra det latinske ordet for maur, formica , og refererer til dens tidlige isolasjon ved destillasjon av maurlegemer. Estere , salter og anionen avledet fra maursyre kalles formiat . Industrielt produseres maursyre fra metanol .

Egenskaper

Syklisk dimer av maursyre; stiplete grønne linjer representerer hydrogenbindinger

Myresyre er en fargeløs væske med en skarp, gjennomtrengende lukt ved romtemperatur, sammenlignbar med den beslektede eddiksyren . Det er blandbart med vann og de fleste polare organiske løsningsmidler , og er noe løselig i hydrokarboner . I hydrokarboner og i dampfasen består den av hydrogenbundne dimerer i stedet for individuelle molekyler. På grunn av sin tendens til hydrogenbinding, følger ikke gassformig maursyre den ideelle gassloven . Fast maursyre, som kan eksistere i en av to polymorfer , består av et effektivt endeløst nettverk av hydrogenbundne maursyremolekyler. Myresyre danner en høytkokende azeotrop med vann (22,4%). Flytende maursyre har en tendens til å bli avkjølt .

Naturlig forekomst

I naturen finnes maursyre hos de fleste maur og hos stingless bier av slekten Oxytrigona . De tre maur fra slekten Formica kan spray maursyre på sitt bytte eller for å forsvare reiret. Den puss møll gravemaskin ( stor gaffelstjert ) vil spraye det så godt når truet av rovdyr. Det finnes også i trikomene av brennesle ( Urtica dioica ). Myresyre er en naturlig forekommende komponent i atmosfæren først og fremst på grunn av skogutslipp.

Produksjon

I 2009 var den globale kapasiteten for produksjon av maursyre 720 tusen tonn (1,6 milliarder pund) per år, omtrent likt fordelt mellom Europa (350 tusen tonn eller 770 millioner pund, hovedsakelig i Tyskland) og Asia (370 tusen tonn eller 820 millioner pund) , hovedsakelig i Kina) mens produksjonen var under 1 tusen tonn eller 2,2 millioner pund per år på alle andre kontinenter. Det er kommersielt tilgjengelig i løsninger med forskjellige konsentrasjoner mellom 85 og 99 vekt/vekt %. Fra og med 2009 er de største produsentene BASF , Eastman Chemical Company , LC Industrial og Feicheng Acid Chemicals , med de største produksjonsanleggene i Ludwigshafen (200 tusen tonn eller 440 millioner pund per år, BASF, Tyskland), Uleåborg (105 tusen tonn eller 230 millioner pund, Eastman, Finland), Nakhon Pathom (n/a, LC Industrial) og Feicheng (100 tusen tonn eller 220 millioner pund, Feicheng, Kina). 2010 -prisene varierte fra rundt € 650/tonn (tilsvarer rundt $ 800/tonn) i Vest -Europa til $ 1250/tonn i USA.

Fra metylformiat og formamid

Når metanol og karbonmonoksid kombineres i nærvær av en sterk base , er resultatet metylformiat , ifølge den kjemiske ligningen :

CH 3 OH + CO → HCO 2 CH 3

I industrien utføres denne reaksjonen i væskefasen ved forhøyet trykk. Typiske reaksjonsbetingelser er 80 ° C og 40 atm. Den mest brukte basen er natriummetoksyd . Hydrolyse av metylformiatet produserer maursyre:

HCO 2 CH 3 + H 2 O → HCOOH + CH 3 OH

Effektiv hydrolyse av metylformiat krever et stort overskudd av vann. Noen ruter går indirekte ved først å behandle metylformiatet med ammoniakk for å gi formamid , som deretter hydrolyseres med svovelsyre :

HCO 2 CH 3 + NH 3 → HC (O) NH 2 + CH 3 OH
2 HC (O) NH 2 + 2H 2 O + H 2 SO 4 → 2HCO 2 H + (NH 4 ) 2 SO 4

En ulempe med denne tilnærmingen er behovet for å kaste ammoniumsulfatbiproduktet . Dette problemet har ført til at noen produsenter har utviklet energieffektive metoder for å skille maursyre fra overflødig vann som brukes i direkte hydrolyse. I en av disse prosessene, brukt av BASF , blir maursyren fjernet fra vannet ved ekstraksjon av væske-væske med en organisk base.

Nisje og foreldede kjemiske ruter

Biprodukt fra eddiksyreproduksjon

En betydelig mengde maursyre produseres som et biprodukt ved fremstilling av andre kjemikalier. På en gang ble eddiksyre produsert i stor skala ved oksidasjon av alkaner , ved en prosess som kogenererer betydelig maursyre. Denne oksidative veien til eddiksyre har gått ned i betydning, slik at de ovennevnte dedikerte rutene til maursyre har blitt viktigere.

Hydrogenering av karbondioksid

Den katalytiske hydrogeneringen av CO 2 til maursyre har lenge blitt studert. Denne reaksjonen kan utføres homogent.

Oksidasjon av biomasse

Myresyre kan også oppnås ved vandig katalytisk delvis oksidasjon av våt biomasse ved OxFA -prosessen . Et polyoksometalat av Keggin-type (H 5 PV 2 Mo 10 O 40 ) brukes som den homogene katalysatoren for å omdanne sukker, tre, avfallspapir eller cyanobakterier til maursyre og CO 2 som eneste biprodukt. Utbytte på opptil 53% maursyre kan oppnås.

Laboratoriemetoder

I laboratoriet kan maursyre oppnås ved oppvarming av oksalsyre i glyserol og ekstraksjon ved dampdestillasjon. Glyserol fungerer som en katalysator når reaksjonen forløper gjennom et glyseryloksalat -mellomprodukt. Hvis reaksjonsblandingen blir oppvarmet til høyere temperaturer, oppstår allylalkohol . Netto reaksjon er således:

C 2 O 4 H 2 → CO 2 H 2 + CO 2

En annen illustrerende metode involverer reaksjonen mellom blyformiat og hydrogensulfid , drevet av dannelsen av bly -sulfid .

Pb (HCOO) 2 + H 2 S → 2HCOOH + PbS

Elektrokjemisk produksjon

Det har blitt rapportert at formiat kan dannes ved elektrokjemisk reduksjon av CO
2
(i form av bikarbonat ) ved en bly katoden ved pH 8,6:

HCO-
3
+ H
2
O
+ 2e -HCO-
2
+ 2 OH-

eller

CO
2
+ H
2
O
+ 2e -HCO-
2
+ OH-

Hvis fôret er CO
2
og oksygen utvikles ved anoden, er den totale reaksjonen:

CO
2
+ OH-
HCO-
2
+ 1/2 O 2

Dette har blitt foreslått som en storskala for formater av forskjellige grupper. Formiatet kan brukes som fôr til modifiserte E. coli -bakterier for produksjon av biomasse . Det finnes naturlige mikrober som kan mate på maursyre eller formiat (se Methylotroph ).

Biosyntese

Myresyre er oppkalt etter maur som har høye konsentrasjoner av forbindelsen i giftet. Hos maur er maursyre avledet fra serin gjennom et 5,10-metenyltetrahydrofolat- mellomprodukt. Konjugatbasen av maursyre, formiat, forekommer også mye i naturen. En analyse for maursyre i kroppsvæsker, designet for bestemmelse av formiat etter metanolforgiftning, er basert på reaksjonen av formiat med bakteriell formiat dehydrogenase .

Kunstig fotosyntese

I august 2020 kunngjorde forskere ved Cambridge University en frittstående avansert "fotosheet" -teknologi som omdanner sollys, karbondioksid og vann til oksygen og maursyre uten andre innganger.

Bruker

En stor bruk av maursyre er som konserveringsmiddel og antibakterielt middel i husdyrfôr. I Europa brukes det på ensilasje , inkludert ferskt høy, for å fremme gjæring av melkesyre og for å undertrykke dannelsen av smørsyre ; det lar også gjæring skje raskt og ved lavere temperatur, noe som reduserer tapet av næringsverdi. Myresyre stopper visse forfallsprosesser og får fôret til å beholde sin næringsverdi lenger, og derfor brukes det mye for å bevare vinterfôr til storfe . I fjærfeindustrien blir det noen ganger tilsatt fôr for å drepe E. coli -bakterier. Bruk som konserveringsmiddel for ensilasje og (annet) dyrefôr utgjorde 30% av det globale forbruket i 2009.

Myresyre brukes også betydelig i produksjon av lær, inkludert soling (23% av det globale forbruket i 2009), og i farging og etterbehandling av tekstiler (9% av det globale forbruket i 2009) på grunn av dets sure natur. Bruk som koagulant i produksjonen av gummi forbruk 6% av den globale produksjonen i 2009.

Myresyre brukes også i stedet for mineralsyrer for forskjellige rengjøringsprodukter, for eksempel kalkfjerner og toalettskålrens . Noen formiat -estere er kunstige smaksstoffer og parfymer.

Birøktere bruker maursyre som et miticid mot trachealmidd ( Acarapis woodi ) og Varroa destructor mite og Varroa jacobsoni midd .

Myresyreapplikasjon har blitt rapportert å være en effektiv behandling for vorter .

Myresyre kan brukes i en brenselcelle (den kan brukes direkte i myresyrebrenselceller og indirekte i hydrogenbrenselceller).

Det er mulig å bruke maursyre som et mellomprodukt for å produsere isobutanol fra CO
2
ved hjelp av mikrober

Maursyre har en potensiell anvendelse i lodding , på grunn av sin evne til å redusere oxydlag, kan maursyre gass skal sprenges ved et oksyd overflate for å øke lodde fuktbarhet .

Myresyre brukes ofte som en komponent i mobil fase i omvendt fase høyytelses væskekromatografi (RP-HPLC) analyse og separasjonsteknikker for separering av hydrofobe makromolekyler, for eksempel peptider, proteiner og mer komplekse strukturer, inkludert intakte virus. Spesielt når paret med massespektrometri -deteksjon, tilbyr maursyre flere fordeler i forhold til den mer tradisjonelt brukte fosforsyren.

Kjemiske reaksjoner

Myresyre er omtrent ti ganger sterkere enn eddiksyre . Det brukes som en flyktig pH -modifikator i HPLC og kapillærelektroforese .

Myresyre er en kilde til en formylgruppe , for eksempel ved formylering av metylanilin til N-metylformanilid i toluen .

I syntetisk organisk kjemi brukes ofte maursyre som en kilde til hydridion . Den Eschweiler-Clarke-reaksjonen og den Leuckart-Wallach-reaksjon er eksempler på denne anvendelse. Det, eller mer vanlig dets azeotrop med trietylamin , brukes også som en kilde til hydrogen ved overføringshydrogenering .

Eschweiler - Clark -reaksjonen

Som nevnt nedenfor , brytes maursyre lett ned med konsentrert svovelsyre for å danne karbonmonoksid .

CH 2 O 2 + H 2 SO 4 → H 2 SO 4 + H 2 O + CO

Reaksjoner

Myresyre deler de fleste av de kjemiske egenskapene til andre karboksylsyrer . På grunn av sin høye surhet danner oppløsninger i alkoholer spontant estere. Myresyre deler noen av de reduserende egenskapene til aldehyder , og reduserer oppløsninger av metalloksider til deres respektive metall.

Nedbrytning

Varme og spesielt syrer får myresyre til å brytes ned til karbonmonoksid (CO) og vann (dehydrering). Behandling av maursyre med svovelsyre er en praktisk laboratoriekilde for CO.

I nærvær av platina brytes det ned med frigjøring av hydrogen og karbondioksid .

CH 2 O 2 → H 2 + CO 2

Løselige ruteniumkatalysatorer er også effektive. Karbonmonoksidfritt hydrogen har blitt generert i et veldig stort trykkområde (1–600 bar). Myresyre har blitt betraktet som et middel for lagring av hydrogen . Biproduktet av denne spaltningen, karbondioksid, kan rehydrogeneres tilbake til maursyre i et andre trinn. Myresyre inneholder 53 g/L hydrogen ved romtemperatur og atmosfæretrykk, som er tre og en halv ganger så mye som komprimert hydrogengass kan oppnå ved 350 bar trykk (14,7 g/L). Ren maursyre er en væske med et flammepunkt på +69 ° C, mye høyere enn bensin (-40 ° C) eller etanol (+13 ° C).

Tillegg til alkener

Myresyre er unik blant karboksylsyrene i sin evne til å delta i tilleggsreaksjoner med alkener . Maursyre syrer og alkener lett reagerer under dannelse av formiat- estere . I nærvær av visse syrer, inkludert svovelsyre og flussyre , skjer imidlertid en variant av Koch -reaksjonen i stedet, og maursyre tilfører alkenet for å produsere en større karboksylsyre.

Myresyreanhydrid

Et ustabilt myrsyreanhydrid , H (C = O) −O− (C = O) H, kan oppnås ved dehydrering av maursyre med N , N ′ -dicykloheksylkarbodiimid i eter ved lav temperatur.

Historie

Noen alkymister og naturforskere var klar over at maurhaver avgir en sur damp allerede på 1400 -tallet. Den første personen som beskrev isolasjonen av dette stoffet (ved destillasjon av et stort antall maur) var den engelske naturforskeren John Ray , i 1671. Myre skiller ut maursyren for angrep og forsvarsformål. Myresyre ble først syntetisert fra hydrocyansyre av den franske kjemikeren Joseph Gay-Lussac . I 1855 utviklet en annen fransk kjemiker, Marcellin Berthelot , en syntese fra karbonmonoksid som ligner på prosessen som brukes i dag.

Myresyre ble lenge ansett som en kjemisk forbindelse av liten interesse i den kjemiske industrien. På slutten av 1960 -tallet ble det imidlertid betydelige mengder tilgjengelig som et biprodukt av eddiksyreproduksjon . Den finner nå økende bruk som konserveringsmiddel og antibakteriell i husdyrfôr .

Sikkerhet

Myresyre har lav toksisitet (derav bruk som tilsetningsstoff), med en LD 50 på 1,8  g/kg (testet oralt på mus). Den konsentrerte syren er etsende for huden.

Myresyre metaboliseres og elimineres lett av kroppen. Ikke desto mindre har den spesifikke toksiske effekter; maursyren og formaldehydet som produseres som metabolitter av metanol er ansvarlig for optisk nerveskade , forårsaker blindhet, sett ved metanolforgiftning . Noen kroniske effekter av maursyreeksponering er dokumentert. Noen eksperimenter på bakteriearter har vist at det er et mutagen . Kronisk eksponering hos mennesker kan forårsake nyreskade. En annen mulig effekt av kronisk eksponering er utvikling av en hudallergi som manifesterer seg ved re-eksponering for kjemikaliet.

Konsentrert maursyre brytes sakte ned til karbonmonoksid og vann, noe som fører til trykkoppbygging i beholderen som inneholder. Av denne grunn sendes 98% maursyre i plastflasker med selvluftende hetter.

Farene ved løsninger av maursyre avhenger av konsentrasjonen. Tabellen nedenfor viser EU -klassifiseringen av maursyreoppløsninger:

Konsentrasjon ( vektprosent ) Klassifisering R-setninger
2–10% Irriterende ( Xi ) R36/38
10–90% Etsende ( C ) R34
> 90% Etsende ( C ) R35

Myresyre i 85% konsentrasjon er brannfarlig, og fortynnet maursyre er på den amerikanske Food and Drug Administration -listen over tilsetningsstoffer. Hovedfaren ved maursyre er hud- eller øyekontakt med den konsentrerte væsken eller damper. Det amerikanske OSHA tillatte eksponeringsnivået ( PEL ) for maursyredamp i arbeidsmiljøet er 5 deler per million deler luft ( ppm ).

Se også

Referanser

Eksterne linker