Formik asit - Formic acid

Formik asit
Formik asidin iskelet yapısı
Formik asidin 3 boyutlu modeli
Formik asit yüzde 85.jpg
İsimler
Tercih edilen IUPAC adı
Formik asit
Sistematik IUPAC adı
metanoik asit
Diğer isimler
Karbonlu asit; formilik asit; Hidrojen karboksilik asit; Hidroksi(okso)metan; Metakarbonoik asit; oksokarbinik asit; oksometanol
tanımlayıcılar
3B model ( JSmol )
chebi
CHEMBL
Kimyasal Örümcek
İlaç Bankası
ECHA Bilgi Kartı 1000.527 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
AT Numarası
E numarası E236 (koruyucular)
fıçı
RTECS numarası
ÜNİİ
  • InChI=1S/HCOOH/c2-1-3/h1H,(H,2,3) ☒n
    Anahtar: BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N KontrolY
  • InChI=1/HCOOH/c2-1-3/h1H,(H,2,3)
    Anahtar: BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYAT
  • O=CO
Özellikler
C , H 2 O 2
Molar kütle 46.025  g·mol -1
Dış görünüş Renksiz dumanlı sıvı
Koku Keskin, nüfuz edici
Yoğunluk 1.220  g/mL
Erime noktası 8,4 °C (47.1 °F; 281.5 K)
Kaynama noktası 100,8 °C (213,4 °F; 373.9 K)
karışabilir
çözünürlük Eter , aseton , etil asetat , gliserol , metanol , etanol ile karışabilir Benzen , toluen , ksilenlerde
kısmen çözünür
günlük P -0,54
Buhar basıncı 35  mmHg (20 °C)
Asit (s K a ) 3.745
eşlenik taban biçim
-19,90 · 10 -6 cm 3 / mol
1.3714 (20 °C)
viskozite 268 °C'de 1,57  c P
Yapı
Düzlemsel
1.41 D (gaz)  
Termokimya
Std molar
entropi
( S o 298 )
131.8  J/mol K
Std
oluşum entalpisi
f H 298 )
-425,0  kJ/mol
Std
yanma entalpisi
c H 298 )
-254.6  kJ/mol
Farmakoloji
QP53AG01 ( WHO )
Tehlikeler
Ana tehlikeler aşındırıcı; tahriş edici;
hassaslaştırıcı
Güvenlik Bilgi Formu Bakınız: JT Baker'dan MSDS veri sayfası
R cümleleri (modası geçmiş) R10 R35
S-ifadeleri (modası geçmiş) (S1/2) S23 S26 S45
NFPA 704 (ateş elması)
3
2
1
Alevlenme noktası 69 °C (156 °F; 342 K)
601 °C (1.114 °F; 874 K)
Patlayıcı limitler %14–34 %
18–57 (%90 çözüm)
Ölümcül doz veya konsantrasyon (LD, LC):
LD 50 ( ortalama doz )
700  mg/kg (fare, ağızdan), 1100  mg/kg (sıçan, ağızdan), 4000  mg/kg (köpek, ağızdan)
7853  ppm (sıçan, 15  dak)
3246  ppm (fare, 15  dak)
NIOSH (ABD sağlığa maruz kalma sınırları):
PEL (İzin Verilebilir )
TWA 5  ppm (9  mg/m 3 )
REL (Önerilen)
TWA 5  ppm (9  mg/m 3 )
IDLH (Ani tehlike)
30  sayfa/dk
Bağıntılı bileşikler
Asetik asit
Propionik asit
Bağıntılı bileşikler
formaldehit
metanol
Ek veri sayfası
Kırılma indisi ( n ),
Dielektrik sabitir ), vb.
termodinamik
veriler
Faz davranışı
katı-sıvı-gaz
UV , IR , NMR , MS
Aksi belirtilmediği sürece, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
☒n doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒n
Bilgi kutusu referansları

Formik asit , sistematik adı metanoik asit , en basit karboksilik asit , ve sahip kimyasal formül H₂CO₂. Kimyasal sentezde önemli bir ara maddedir ve doğal olarak, özellikle bazı karıncalarda bulunur . "Formik" kelimesi , karınca bedenlerinin damıtılmasıyla erken izolasyonuna atıfta bulunan, karınca anlamına gelen Latince formika kelimesinden gelir . Formik asitten türetilen esterler , tuzlar ve anyonlara formatlar denir . Endüstriyel olarak formik asit metanolden üretilir .

Özellikler

Formik asidin siklik dimeri; kesikli yeşil çizgiler hidrojen bağlarını temsil eder

Formik asit, oda sıcaklığında ilgili asetik asitle karşılaştırılabilir keskin, nüfuz edici bir kokuya sahip renksiz bir sıvıdır . Bu ise karışabilen su ve en polar olan organik çözücüler , ve biraz çözünür olduğu hidrokarbonlar . Hidrokarbonlarda ve buhar fazında, tek tek moleküllerden ziyade hidrojen bağlı dimerlerden oluşur . Gaz halindeki formik asit, hidrojen bağına eğilimi nedeniyle ideal gaz yasasına uymaz . İki polimorftan herhangi birinde bulunabilen katı formik asit, hidrojen bağlı formik asit moleküllerinin etkin bir şekilde sonsuz ağından oluşur. Formik asit , suyla (%22.4) yüksek kaynama noktalı bir azeotrop oluşturur. Sıvı formik asit aşırı soğumaya eğilimlidir .

Doğal oluşum

Doğada, formik asit çoğu karıncada ve Oxytrigona cinsinin iğnesiz arılarında bulunur . Ahşap karıncalar cinsi ile ilgili Formica avlarını formik asit püskürten ya da yuva korumak için. Pisi güvesi tırtıl ( Cerura vinula avcılar tarafından tehdit olduğunda) yanı sprey onu. Aynı zamanda bulunur trikonların arasında ısırgan otu ( Urtica dioica ). Formik asit, öncelikle orman emisyonlarından dolayı atmosferin doğal olarak oluşan bir bileşenidir .

Üretme

2009 yılında, dünya çapında formik asit üretme kapasitesi yılda 720 bin ton (1,6 milyar pound) idi ve bu, kabaca Avrupa (350 bin ton veya 770 milyon pound, çoğunlukla Almanya'da) ve Asya (370 bin ton veya 820 milyon pound) arasında eşit olarak bölündü. , esas olarak Çin'de), diğer tüm kıtalarda üretim yılda 1 bin tonun veya 2,2 milyon poundun altındaydı. % 85 ila 99 w/w arasında çeşitli konsantrasyonlarda çözeltilerde ticari olarak mevcuttur. 2009 itibariyle, en büyük üreticiler BASF , Eastman Chemical Company , LC Industrial ve Feicheng Acid Chemicals olup , Ludwigshafen'deki en büyük üretim tesisleri (yılda 200 bin ton veya 440 milyon pound, BASF, Almanya), Oulu (105 bin ton) veya 230 milyon pound, Eastman, Finlandiya), Nakhon Pathom (n/a, LC Industrial) ve Feicheng (100 bin ton veya 220 milyon pound, Feicheng, Çin). 2010 fiyatları Batı Avrupa'da yaklaşık 650€/ton (yaklaşık 800$/tona eşdeğer) ile Amerika Birleşik Devletleri'nde 1250$/ton arasında değişiyordu.

Metil format ve formamidden

Tüm metanol ve karbon monoksit güçlü varlığında birleştirilir baz , sonuç metil format göre, kimyasal denklemi :

CH 3 OH + CO → HCO 2 CH 3

Endüstride bu reaksiyon sıvı fazda yüksek basınçta gerçekleştirilir. Tipik reaksiyon koşulları 80 °C ve 40 atm'dir. En yaygın olarak kullanılan baz sodyum metoksittir . Metil formatın hidrolizi formik asit üretir:

HCO 2 CH 3 + H 2 O → HCOOH = CH 3 OH

Metil formatın verimli hidrolizi, büyük miktarda su gerektirir. Bazı yollar, ilk önce metil formatın amonyak ile muamele edilerek formamid elde edilmesiyle dolaylı olarak ilerler , bu daha sonra sülfürik asit ile hidrolize edilir :

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

Bu yaklaşımın bir dezavantajı, amonyum sülfat yan ürününün atılması ihtiyacıdır . Bu sorun, bazı üreticilerin, doğrudan hidrolizde kullanılan fazla sudan formik asidi ayırmak için enerji açısından verimli yöntemler geliştirmesine yol açmıştır. BASF tarafından kullanılan bu işlemlerden birinde , formik asit organik bir baz ile sıvı-sıvı ekstraksiyonu ile sudan uzaklaştırılır .

Niş ve eskimiş kimyasal yollar

Asetik asit üretiminin yan ürünü

Diğer kimyasalların üretiminde yan ürün olarak önemli miktarda formik asit üretilir. Bir zamanlar, asetik asit , önemli formik asit üreten bir işlemle , alkanların oksidasyonu ile büyük ölçekte üretildi . Asetik aside giden bu oksidatif yolun önemi azalmış ve böylece formik aside daha önce bahsedilen özel yollar daha önemli hale gelmiştir.

Karbondioksitin hidrojenasyonu

Katalitik hidrojenasyon ve CO 2 formik asit uzun çalışılmıştır. Bu reaksiyon homojen olarak gerçekleştirilebilir.

biyokütle oksidasyonu

Formik asit ayrıca OxFA prosesi ile ıslak biyokütlenin sulu katalitik kısmi oksidasyonuyla da elde edilebilir . Bir Keggin tipi (H polioksometalattır 5 PV 2 Mo 10 O 40 ), formik asit ve CO şekerler, ahşap, atık kağıt, ya da siyanobakteri dönüştürmek için homojen bir katalizör olarak kullanılan 2 taban yan ürün olarak. %53'e kadar formik asit verimi elde edilebilir.

Laboratuvar yöntemleri

Laboratuarda, oksalik asidin gliserol içinde ısıtılması ve buhar distilasyonu ile ekstraksiyonu ile formik asit elde edilebilir . Gliserol, reaksiyon bir gliseril oksalat ara ürünü boyunca ilerlediği için bir katalizör görevi görür. Reaksiyon karışımı daha yüksek sıcaklıklara ısıtılırsa, alil alkol oluşur. Net reaksiyon şu şekildedir:

C 2 O 4 H 2 → CO 2 H 2 + CO 2

Başka bir açıklayıcı yöntem, kurşun sülfit oluşumuyla yürütülen kurşun format ve hidrojen sülfit arasındaki reaksiyonu içerir .

Pb(HCOO) 2 + H 2 S → 2HCOOH + PbS

elektrokimyasal üretim

Format ile oluşan edilebileceği bildirilmiştir elektrokimyasal indirgeme bölgesinin CO
2
( bikarbonat formunda ) pH 8.6'da bir kurşun katotta :

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

veya

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

Besleme CO ise
2
ve oksijen anotta gelişir, toplam reaksiyon:

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

Bu, çeşitli gruplar tarafından büyük ölçekli bir format kaynağı olarak önerilmiştir. Format, biyokütle üretmek için modifiye edilmiş E. coli bakterilerine besleme olarak kullanılabilir . Formik asit veya formatla beslenebilen doğal mikroplar vardır (bkz. Metilotroph ).

biyosentez

Formik asit, zehirlerinde yüksek konsantrasyonlarda bileşik bulunan karıncaların adını almıştır. Karıncalarda formik asit, bir 5,10-meteniltetrahidrofolat ara ürünü yoluyla serinden türetilir . Formik asidin eşlenik bazı olan format da doğada yaygın olarak bulunur. Metanol zehirlenmesinden sonra formatın belirlenmesi için tasarlanmış vücut sıvılarında formik asit için bir tahlil , formatın bakteriyel format dehidrojenaz ile reaksiyonuna dayanmaktadır .

yapay fotosentez

Ağustos 2020'de Cambridge Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, güneş ışığını, karbondioksiti ve suyu başka hiçbir girdi olmaksızın oksijene ve formik aside dönüştüren bağımsız bir gelişmiş 'fotoğraf sayfası' teknolojisini duyurdular.

kullanır

Formik asidin önemli bir kullanımı, hayvan yemlerinde koruyucu ve antibakteriyel madde olarak kullanılmasıdır. Avrupa'da laktik asidin fermantasyonunu teşvik etmek ve butirik asit oluşumunu bastırmak için taze saman dahil silaj üzerine uygulanır ; ayrıca fermantasyonun daha hızlı ve daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleşmesini sağlayarak besin değeri kaybını azaltır. Formik asit, belirli çürüme süreçlerini durdurur ve yemin besleyici değerini daha uzun süre korumasına neden olur ve bu nedenle sığırlar için kış yemlerini korumak için yaygın olarak kullanılır . Olarak kanatlı sanayi, bazen öldürmek için yem ilave edilir , E. coli bakterileri. 2009 yılında küresel tüketimin %30'unu silaj ve (diğer) hayvan yemleri için koruyucu olarak kullanmak oluşturmaktadır.

Formik asit aynı zamanda tabaklama dahil deri üretiminde ( 2009'da küresel tüketimin %23'ü) ve asidik yapısı nedeniyle tekstillerin boyanması ve terbiyesinde (2009'da küresel tüketimin %9'u) önemli ölçüde kullanılmaktadır . 2009 yılında dünya üretiminin % 6'sını tüketen kauçuk üretiminde pıhtılaştırıcı olarak kullanım .

Formik asit, kireç sökücü ve klozet temizleyici gibi çeşitli temizlik ürünlerinde mineral asitlerin yerine de kullanılır . Bazı format esterleri yapay tatlandırıcılar ve parfümlerdir.

Arıcılar , trakeal akarlara ( Acarapis woodi ) ve Varroa yıkıcı akarlara ve Varroa jacobsoni akarlarına karşı mitisit olarak formik asit kullanırlar .

Formik asit uygulamasının siğiller için etkili bir tedavi olduğu bildirilmiştir .

Formik asit bir yakıt hücresinde kullanılabilir (doğrudan formik asit yakıt hücrelerinde ve dolaylı olarak hidrojen yakıt hücrelerinde kullanılabilir).

Gelen izobütanol üretilmesi için bir aracı olarak formik asit kullanmak mümkündür CO
2
mikropları kullanmak

Formik asit, oksit tabakalarını azaltma kapasitesinden dolayı lehimlemede potansiyel bir uygulamaya sahiptir , lehimin ıslanabilirliğini arttırmak için formik asit gazı bir oksit yüzeyinde püskürtülebilir .

Formik asit genellikle ters fazlı yüksek performanslı sıvı kromatografisi (RP-HPLC) analizinde ve peptitler, proteinler ve bozulmamış virüsler dahil daha karmaşık yapılar gibi hidrofobik makromoleküllerin ayrılması için ayırma tekniklerinde mobil fazın bir bileşeni olarak kullanılır . Özellikle kütle spektrometrisi tespiti ile eşleştirildiğinde, formik asit, daha geleneksel olarak kullanılan fosforik aside göre çeşitli avantajlar sunar.

kimyasal reaksiyonlar

Formik asit, asetik asitten yaklaşık on kat daha güçlüdür . HPLC ve kapiler elektroforezde uçucu pH değiştirici olarak kullanılır .

Formik asit, örneğin metilanilinin toluen içinde N-metilformanilite formilasyonunda bir formil grubu için bir kaynaktır .

Olarak sentetik organik kimya , formik asit, genellikle bir kaynağı olarak kullanılan hidrit iyonu. Eschweiler-Clarke reaksiyonu ve Leuckart-Wallach reaksiyonu bu uygulama örnekleridir. Bu veya daha yaygın olarak trietilamin ile azeotropu , transfer hidrojenasyonunda bir hidrojen kaynağı olarak da kullanılır .

Eschweiler-Clark reaksiyonu

Aşağıda bahsedildiği gibi , formik asit, karbon monoksit oluşturmak üzere konsantre sülfürik asit ile kolaylıkla ayrışır .

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

Reaksiyonlar

Formik asit, diğer karboksilik asitlerin kimyasal özelliklerinin çoğunu paylaşır . Yüksek asitliği nedeniyle alkollerdeki çözeltiler kendiliğinden ester oluşturur. Formik asit , aldehitlerin bazı indirgeme özelliklerini paylaşır , metal oksitlerin çözeltilerini ilgili metallerine indirger.

Ayrışma

Isı ve özellikle asitler, formik asidin karbon monoksite (CO) ve suya (dehidrasyon) ayrışmasına neden olur . Formik asidin sülfürik asit ile işlenmesi uygun bir laboratuvar CO kaynağıdır.

Platin varlığında, hidrojen ve karbon dioksit salınımı ile ayrışır .

CH 2 O 2 → H 2 + CO 2

Çözünür rutenyum katalizörleri de etkilidir. Çok geniş bir basınç aralığında (1-600 bar) karbon monoksit içermeyen hidrojen üretilmiştir. Formik asit, hidrojen depolama aracı olarak kabul edilmiştir . Bu ayrışmanın yan ürünü olan karbon dioksit, ikinci bir adımda yeniden formik aside yeniden hidrojenlenebilir. Formik asit, oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında 53 g/L hidrojen içerir; bu, sıkıştırılmış hidrojen gazının 350 bar basınçta (14,7 g/L) elde edebileceğinin üç buçuk katıdır. Saf formik asit, benzinden (-40 °C) veya etanolden (+13 °C) çok daha yüksek, +69 °C parlama noktasına sahip bir sıvıdır .

alkenlere ilave

Formik asit, alkenlerle katılma reaksiyonlarına katılma yeteneği bakımından karboksilik asitler arasında benzersizdir . Formik asitler ve alkenler, format esterleri oluşturmak üzere kolaylıkla reaksiyona girerler . Bununla birlikte, sülfürik ve hidroflorik asitler de dahil olmak üzere belirli asitlerin varlığında, bunun yerine Koch reaksiyonunun bir varyantı meydana gelir ve formik asit, daha büyük bir karboksilik asit üretmek için alkene eklenir.

formik asit anhidrit

Dengesiz formik anhidrit , H (C = O) -O- (C = O) H, formik asit dehidrasyonu ile elde edilebilir N , N ' disikloheksilkarbodiimid , düşük sıcaklıkta eter içinde çalışılmaktadır.

Tarih

Bazı simyacılar ve doğa bilimcileri , daha 15. yüzyılda karınca tepelerinin asidik bir buhar yaydığının farkındaydılar. Bu maddenin izolasyonunu (çok sayıda karıncanın damıtılmasıyla) ilk tanımlayan kişi 1671 yılında İngiliz doğa bilimci John Ray'dir. Karıncalar formik asidi saldırı ve savunma amaçlı salgılarlar. Formik asit ilk olarak Fransız kimyager Joseph Gay-Lussac tarafından hidrosiyanik asitten sentezlendi . 1855 yılında bir başka Fransız kimyager olan Marcellin Berthelot , karbon monoksitten bugün kullanılan işleme benzer bir sentez geliştirdi .

Formik asit, uzun zamandır kimya endüstrisinde çok az ilgi çeken bir kimyasal bileşik olarak kabul edildi . Ancak 1960'ların sonlarında asetik asit üretiminin bir yan ürünü olarak önemli miktarlar elde edilebilir hale geldi . Artık hayvan yemlerinde koruyucu ve antibakteriyel olarak artan kullanım alanı bulmaktadır .

Emniyet

Formik asit, ile, düşük toksisite (bir gıda katkı maddesi olarak dolayısıyla kullanım) sahip LD 50 1.8  (farelerde oral olarak test edilmiştir) g / kg. Konsantre asit cilt için aşındırıcıdır.

Formik asit vücut tarafından kolayca metabolize edilir ve elimine edilir. Bununla birlikte, belirli toksik etkileri vardır; Metanolün metabolitleri olarak üretilen formik asit ve formaldehit , metanol zehirlenmesinde görülen körlüğe neden olan optik sinir hasarından sorumludur . Formik asit maruziyetinin bazı kronik etkileri belgelenmiştir. Bakteri türleri üzerinde yapılan bazı deneyler, bunun bir mutajen olduğunu göstermiştir . İnsanlarda kronik maruziyet böbrek hasarına neden olabilir. Kronik maruziyetin bir başka olası etkisi , kimyasala yeniden maruz kalındığında ortaya çıkan bir cilt alerjisinin gelişmesidir .

Konsantre formik asit, yavaş yavaş karbon monoksit ve suya ayrışır ve bu da kap içinde basınç birikmesine neden olur. Bu nedenle %98 formik asit kendinden havalandırmalı kapaklı plastik şişelerde sevk edilir.

Formik asit çözeltilerinin tehlikeleri konsantrasyona bağlıdır. Aşağıdaki tablo , formik asit çözeltilerinin AB sınıflandırmasını listeler :

Konsantrasyon ( ağırlık yüzdesi ) sınıflandırma R-İbareleri
%2-10 tahriş edici ( Xi ) R36/38
%10-90 Aşındırıcı ( C ) R34
>%90 Aşındırıcı ( C ) R35

%85 konsantrasyondaki formik asit yanıcıdır ve seyreltilmiş formik asit, ABD Gıda ve İlaç Dairesi gıda katkı maddeleri listesindedir. Formik asitten kaynaklanan başlıca tehlike, konsantre sıvı veya buharlarla cilt veya göz temasıdır. Çalışma ortamındaki formik asit buharının ABD OSHA İzin Verilen Maruz Kalma Seviyesi ( PEL ), milyon parça hava başına 5 parçadır ( ppm ).

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar