Αιθανικό οξύ
Η διαδικασία κάνει χρήση οξικού κοβαλτίου, μαγγανίου ή χρωμίου ως καταλύτη και πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 50 – 250 °C και πίεση ~55 bar: Όπως φαίνεται και από την αντίδραση παράγεται μια ποικιλία προϊόντων, μυρμηκικό οξύ, μεθανόλη και άλλα τα οποία στη συνέχεια πρέπει να διαχωριστούν, κάτι που ανεβάζει το κόστος της μεθόδου. Με τη χρησιμοποίηση όμως ως αναγωγικού μέσου του λιθιοαργιλιοϋδριδίου (LiAlH4), δίνει ως προϊόν αιθανόλη.Στην αντίδραση επιπλέον συμμετέχει αιθυλένιο και οξυγόνο ή ακετυλένιο παρουσία παλλαδίου ως καταλύτη: Ο οξικός βινυλεστέρας χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη (μονομερές) για την παραγωγή είτε του ομοπολυμερούς του είτε συμπολυμερών με άλλα μονομερή όπως για παράδειγμα ο ακρυλικός βουτυλεστέρας. Η απόδοση φτάνει στο 95%. Η δεύτερη αυτή συνθετική μέθοδος χρησιμοποιεί ως πρώτη ύλη το βουτάνιο το οποίο παραλαμβάνεται ως κλάσμα του πετρελαίου, ενώ η οξείδωση γίνεται με αέρα.
Επίσης, χρησιμοποιείται ως πρόσθετο τροφίμων με τον κωδικό Ε260. Σε κανονικές συνθήκες είναι άχρωμο, διαβρωτικό και εύφλεκτο υγρό, με έντονη οσμή. Η οξείδωση αυτή γίνεται με τη βοήθεια ορισμένων βακτηρίων τα οποία μεταφέρουν το ένζυμο αλκοολοξειδάση και αυτό μεταφέρει το οξυγόνο του αέρος στην αιθυλική αλκοόλη.
Το ξίδι είναι ένα αραιό διάλυμα του οξικού οξέος σε νερό, το οποίο παράγεται συνήθως με οξείδωση της αιθυλικής αλκοόλης. Έτσι, παρόλο που αυτά τα βακτήρια ήταν γνωστά από το 1940, η βιομηχανική χρήση τους παραμένει περιορισμένη. Συνθετικά το οξικό οξύ παρασκευάζεται με τρεις διαφορετικές μεθόδους: με οξείδωση της ακεταλδεΰδης, οξείδωση του κανονικού βουτανίου και καρβοξυλίωση της μεθανόλης: Πρώτη ύλη της μεθόδου αυτής, είναι το αιθυλένιο από το οποίο παρασκευάζεται η ακεταλδεΰδη.
Το προϊόν στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή οξικής κυτταρίνης, πρώτης ύλης στις μαγνητικές ταινίες, συνθετικών ινών ενώ με θέρμανση με σαλικυλικό οξύ παράγεται η ασπιρίνη (ακέτυλο-σαλικυλικό οξύ). Επίσης χρησιμοποιείται στην παραγωγή άλλων σημαντικών οξικών εστέρων όπως ο οξικός αιθυλεστέρας και ο οξικός βουτυλεστέρας, σημαντικών διαλυτών βιομηχανικής χρήσης, ενώ το ίδιο χρησιμοποιείται ως διαλύτης στην παραγωγή του τερεφθαλικού οξέος, πρώτης ύλης των γνωστών πλαστικών μπουκαλιών PET. Τέλος πρέπει να σημειωθεί και η χρήση του ως πρόσθετο τροφίμων (Ε260), κυρίως ως μέσο οξίνισης και αντιβακτηριδιακό. Το πυκνό οξικό οξύ είναι εύφλεκτο και διαβρωτικό υγρό, γι αυτό χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή τόσο στη χρήση του όσο και στο υλικό των δεξαμενών μέσα στο οποίο θα αποθηκευτεί. Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει κατατάξει τα διαλύματα του οξικού οξέος σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με την περιεκτικότητά τους. Έχει σημείο τήξης στους 16,7 °C και κάτω από τη θερμοκρασία αυτή το καθαρό οξικό οξύ στερεοποιείται σχηματίζοντας κρυστάλλους, οπότε ονομάζεται παγόμορφο (glacial).
Επίσης η αλκοόλη των ποτών δεν πρέπει να είναι μικρότερη του 2% και ανώτερη του 12% γιατί τότε οι μύκητες αδρανοποιούνται. Έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι ζύμωσης, με απώτερο σκοπό την επιτάχυνση της διαδικασίας και την παραγωγή σε όσο το δυνατόν μικρότερο χρόνο: Ορισμένα είδη αναερόβιων βακτηρίων, όπως πολλά μέλη του γένους Clostridium, μπορούν να μετατρέψουν τα σάκχαρα σε οξικό οξύ κατευθείαν χωρίς την παρουσία ενδιάμεσης αιθανόλης. Αναμιγνύεται εύκολα με πολλούς πολικούς και μη-πολικούς διαλύτες όπως το νερό, το χλωροφόρμιο και το εξάνιο. Τέλος, το οξικό οξύ ανάγεται δύσκολα όπως και τα περισσότερα καρβοξυλικά οξέα.
Μπορεί να διαλύσει τόσο πολικές ενώσεις, όπως ανόργανα άλατα, όσο και άπολες ενώσεις όπως έλαια και χημικά στοιχεία όπως το θείο και το ιώδιο. Αυτό συμβαίνει γιατί δεν περιέχει τους μύκητες που παράγουν την αλκοολοξειδάση.
Η διαδικασία περιλαμβάνει 3 στάδια, όπως φαίνεται παρακάτω για την περίπτωση που χρησιμοποιείται ως καταλύτης το ιώδιο: Η αρχαιότερη και πιο γνωστή, αν και όχι η μεγαλύτερη, χρήση του οξικού οξέος είναι με τη μορφή του ξιδιού. Πρέπει μόνο να αποφεύγεται από άτομα που έχουν (πολύ σπάνια) δυσανεξία στο ξίδι. .
Το αιθανικό οξύ ή αιθανοϊκό οξύ ή οξικό οξύ είναι ένα φυσικό οργανικό οξύ, περισσότερο γνωστό ως το ενεργό συστατικό του ξιδιού. Οι μύκητες για να ζήσουν χρειάζονται κατάλληλες αζωτούχες θρεπτικές ουσίες, τις οποίες δεν έχει η καθαρή αλκοόλη.
Είναι πλήρως διαλυτό στο νερό και την αιθυλική αλκοόλη αλλά αδιάλυτο στον διθειάνθρακα. Το οξικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ (pKa = 4,8), ασθενέστερο από τα ανόργανα οξέα. Τα τρία υδρογόνα του μεθυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρόλα αυτά το οξικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα ή μια κατάλληλη βάση σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου ή νερού αντίστοιχα: Σε υδατικό διάλυμα το οξικό οξύ ιονίζεται κανονικά δίνοντας ανιόν καρβοξυλίου το οποίο σταθεροποιείται εξ αιτίας του φαινομένου του συντονισμού και επομένως το σημείο ισορροπίας είναι μετατοπισμένο προς τα δεξιά: Σε ορισμένους διαλύτες αλλά και στην κρυσταλλική μορφή του, το οξικό οξύ όπως και άλλα μονοκαρβονικά οξέα, παρουσιάζει το φαινόμενο της συζεύξεως, δηλαδή την εμφάνιση κυκλικών διμερών ενώσεων μέσω της δημιουργίας δεσμών υδρογόνου μεταξύ δύο μορίων του.
Επομένως για να γίνει η οξοποίηση, πρέπει να υπάρχει κρασί ή γενικά αλκοολούχα ποτά που έχουν θρεπτικές ουσίες, να υπάρχουν μύκητες και κατάλληλη θερμοκρασία (συνήθως 18-35 °C). Με θέρμανση πάνω από τους 440 °C αποσυντίθεται σε διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο. Το οξικό οξύ παράγεται τόσο συνθετικά όσο και με βιολογικό τρόπο, δηλαδή με τη βοήθεια κάποιου ενζύμου.
Με κατάλληλη ρύθμιση των συνθηκών της αντίδρασης μπορεί να αυξηθεί σημαντικά η απόδοση σε οξικό οξύ. Η τρίτη και πιο σημαντική μέθοδος περιλαμβάνει την αντίδραση της μεθανόλης με μονοξείδιο του άνθρακα, με χρήση ρόδιου ή ιωδίου ως καταλύτη, σε θερμοκρασία 175 °C και πίεση 1 bar: Η απόδοση της μεθόδου φτάνει το 99% με βάση τη μεθανόλη και το 90% με βάση το μονοξείδιο του άνθρακα. Η ενός σταδίου διαδικασία Wacker, περιλαμβάνει τη χρήση χλωριούχου χαλκού και μια μικρής ποσότητας χλωριούχου παλλαδίου σε υδατικό διάλυμα ως καταλύτες: Η απόδοση φτάνει το 95%, ενώ με περαιτέρω οξείδωση της ακεταλδεΰδης παράγεται οξικό οξύ: Ως καταλύτες χρησιμοποιούνται οξικό μαγγάνιο ή κοβάλτιο, σε θερμοκρασία 55 – 80 °C και πίεση 1 – 5 bar.
Τα διάφορα ξίδια έχουν οξύτητα η οποία εκφράζεται σε οξικό οξύ από 4%-12% με συνηθισμένες τιμές 5 – 8%. Ο δεύτερος τρόπος χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά για την παραγωγή ξιδιού γιατί η νομοθεσία σε πολλές χώρες του κόσμου απαιτεί τόσο το επιτραπέζιο ξίδι όσο και αυτό που χρησιμοποιείται με άλλους τρόπους στα τρόφιμα να είναι βιολογικής προέλευσης. Έτσι με βιολογικό τρόπο σχηματίζεται κυρίως με την οξική ζύμωση, δηλαδή την οξείδωση της αιθυλικής αλκοόλης που περιέχεται στα αλκοολούχα ποτά.
Το παραγόμενο ξίδι έχει κατά το περισσότερο δυνατόν, το άρωμα, τη γεύση και το χρώμα της πρώτης ύλης που χρησιμοποιήθηκε (κρασί, μπύρα κτλ). Ανήκει στην οικογένεια των καρβοξυλικών οξέων και είναι το δεύτερο απλούστερο μέλος αυτής οικογένειας μετά το μυρμηκικό οξύ. Η πιο γνωστή χρήση του είναι το ξίδι, το οποίο είναι αραιό διάλυμα οξικού οξέος σε νερό.
Παρουσία όμως νερού, οι δεσμοί αυτοί καταστρέφονται. Το υγρό οξικό οξύ είναι ένα πολικός διαλύτης παρόμοιος με το νερό και την αιθανόλη. Η αντίδραση που γίνεται είναι η εξής: Τα βακτήρια όμως αυτά είναι λιγότερο ανθεκτικά στα οξέα με αποτέλεσμα να μπορούν να παράγουν ξίδι πολύ χαμηλής περιεκτικότητας σε οξικό οξύ, σε αντίθεση με τα αερόβια που μπορούν να φτάσουν μέχρι και 20%.
Πάνω από 12% δεν υπάρχουν ξίδια διότι θανατώνονται οι μικροοργανισμοί. Η μεγαλύτερη χρήση του οξικού οξέος είναι ως πρώτη ύλη για την παραγωγή του οξικού βινυλεστέρα. Έτσι: Αντίθετα τα αραιά διαλύματα, όπως το ξίδι ή με τη μορφή που χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στα τρόφιμα, είναι αβλαβές και δεν έχει αναφερθεί καμία παρενέργεια στους ανθρώπους.
Τα πολυμερή αυτά έχουν ευρεία χρήση σήμερα ως συγκολλητικά (κυρίως για ξύλα) και ως επικαλυπτικά (πλαστικά χρώματα). Η αμέσως επόμενη μεγαλύτερη χρήση είναι στην παραγωγή του οξικού ανυδρίτη με αντίδραση συμπύκνωσης δύο μορίων οξικού οξέος. Η αντίδραση που γίνεται είναι η εξής: Η καθαρή αλκοόλη δεν παθαίνει οξείδωση και δε μετατρέπεται σε οξικό οξύ.
Παρόλα αυτά, η μεγαλύτερη χρήση του είναι ως πρώτη ύλη στη χημική βιομηχανία για την παραγωγή σημαντικών οργανικών ενώσεων όπως ο οξικός βινυλεστέρας και ο οξικός ανυδρίτης.
