Сірке қышқылы (этан қышқылы) — қышқыл, түссіз сұйықтық және органикалық қосылыс болып табылады, оның химиялық формуласы CH3COOH. Сірке қышқылы — сірке суының белсенді компоненті. Тарихи тұрғыда сірке суы б.з.д. III мыңжылдықтан бастап өндірілген, сондықтан сірке қышқылы үлкен мөлшерде алынған ең алғашқы қышқылдардың бірі болуы мүмкін.
| Сірке қышқылы | |||||
 | |||||
| |||||
| Жалпы мәліметтері | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Химиялық формуласы | CH3COOH | ||||
| Физикалық қасиеттері | |||||
| Күйі | түссіз сұйықтық | ||||
| Мольдік массасы | 60,052 г/моль | ||||
| Тығыздығы | 1,049 г/см³ | ||||
| Жылу қасиеттері | |||||
| Балқу t | 16-17 °C | ||||
| Қайнау t | 118-119 °C | ||||
| Классификациясы | |||||
| CAS нөмірі | 64-19-7 | ||||
| PubChem | |||||
| SMILES | CC(O)=O (3D-моделі) | ||||
| InChI | InChI=1S/C2H4O2/c1-2(3)4/h1H3,(H,3,4) Key: QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N | ||||
| RTECS | InChI=1S/C2H4O2/c1-2(3)4/h1H3,(H,3,4) check Key: QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N check | ||||
| ChEBI | 15366 | ||||
| ChemSpider | |||||
| Егер басқаша көрсетілмесе, деректер стандартты жағдайлар (25 °C, 100 кПа) үшін беріледі. | |||||
Сірке қышқылы — ең қарапайым екінші карбон қышқылы (біріншісі — құмырсқа қышқылы). Ол әртүрлі салаларда маңызды реагент және өнеркәсіптік химиялық зат болып табылады, негізінен целлюлоза ацетатын өндіруде (фотопленка үшін), ағаш желімі ретінде қолданылатын поливинилацетат өндірісінде, сондай-ақ синтетикалық талшықтар мен маталар жасауда қолданылады. Тұрмыста сұйылтылған сірке қышқылы көбіне қақ кетіргіштерде (тұз-тас кетіргіштерде) пайдаланылады. Тағам өнеркәсібінде сірке қышқылы E260 тағамдық қоспа коды бойынша қышқылдықты реттегіш және дәмдеуіш ретінде қолданылады. Биохимияда сірке қышқылынан туындайтын ацетил тобы барлық тірі ағзалар үшін негізгі маңызды құрылым болып табылады. Ол кофермент А-мен байланысқанда, көмірсулар мен майлар алмасуының орталық бөлігіне айналады.
2023 жылғы дерек бойынша сірке қышқылына жаһандық сұраныс жылына шамамен 17,88 миллион тоннаны құрайды. Әлемдегі сірке қышқылының көп бөлігі метанолды карбонилдеу арқылы өндіріледі. Оның өндірісі және өнеркәсіптік қолданылуы жұмысшылар үшін денсаулыққа қауіп төндіреді, соның ішінде терінің зақымдануы және буларын жұтудан туындайтын созылмалы тыныс алу аурулары бар.
Қасиеттері
Қышқылдық
Карбоксил тобы (−COOH) құрамындағы сутек орталығы судағы иондану арқылы молекуладан бөлініп шыға алады:
- CH3COOH + HOH ⇌ CH3CO2- + H3O+
Осы протонның (H+) бөлінуіне байланысты сірке қышқылы қышқылдық қасиет көрсетеді. Сірке қышқылы — әлсіз бірнегізді қышқыл. Сулы ерітіндіде оның pKa мәні 4,76. Оның конъюгат негізі — ацетат (CH3COO−). 1,0 M ерітінді (тұрмыстық сірке суының шамамен концентрациясы) pH=2,4 көрсетеді, бұл сірке қышқылы молекулаларының тек 0,4% ғана иондалғанын білдіреді.
Құрылымы
Қатты күйдегі сірке қышқылында молекулалар сутектік байланыстар арқылы байланысқан тізбектер түзеді. Бу фазасы 120 °C (248 °F) кезінде димерлер анықталады. Димерлер сұйық фазада сутектік байланыс түзбейтін еріткіштерде сұйылтылған ерітінділерде де, таза сірке қышқылында да белгілі бір дәрежеде кездеседі, бірақ сутектік байланыс түзетін еріткіштерде бұзылады. Димердің диссоциация энтальпиясы 65.0–66.0 кДж/моль, ал диссоциация энтропиясы 154–157 Дж/моль−1 К−1 деп бағаланады. Басқа карбон қышқылдары да ұқсас молекулааралық сутектік байланыстар түзеді.
Еріткіш қасиеттері
Сұйық сірке қышқылы — гидрофильді (полярлы) протонды еріткіш, этанол мен суға ұқсас. Оның салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі (диэлектрлік тұрақтысы) 6,2, сондықтан ол тек полярлы қосылыстарды (бейорганикалық тұздар, қанттар) ғана емес, сонымен қатар майлар сияқты бейполярлы заттарды да ерітеді. Ол су, хлороформ және гексан сияқты полярлы және бейполярлы еріткіштермен араласа алады. Ал жоғары алкандармен (мысалы, октаннан бастап) толық араласпайды, алкандар тізбегі ұзарған сайын ерігіштік төмендейді. Бұл қасиеттер сірке қышқылын өнеркәсіпте, мысалы, диметилтерефталат өндірісінде еріткіш ретінде қолдануға мүмкіндік береді.
Биохимия
Физиологиялық pH мәндерінде сірке қышқылы сулы ерітіндіде толық дерлік ацетатқа иондалады.
Ацетил тобы, сірке қышқылынан туындайтын функционалдық топ, барлық тірі ағзалар үшін маңызды. Ол әдетте ацетил-КоА синтетаза ферменттері арқылы кофермент А-мен байланысады, және көмірсулар мен майлар алмасуының орталығында орналасады. Ұзын тізбекті карбон қышқылдарынан (май қышқылдарынан) айырмашылығы, сірке қышқылы табиғи триглицеридтер құрамында кездеспейді. Жасушаларда түзілетін ацетаттың көп бөлігі ацетил-КоА үшін этанолдан немесе пирожүзім қышқылынан түзіледі. Алайда жасанды триглицерид — триацетин (глицерин триацетаты) тағамдық қоспа ретінде және косметикада қолданылады, ол ағзада глицерин мен сірке қышқылына ыдырайды.
Сірке қышқылы сірке қышқылы бактериялары арқылы өндіріледі және шығарылады, әсіресе Acetobacter және Clostridium acetobutylicum туыстары. Бұл бактериялар тағамда, суда және топырақта кең таралған, сондықтан сірке қышқылы тағамдардың бұзылуы кезінде табиғи түрде түзіледі. Сонымен қатар ол адамдар мен басқа приматтардың қынап шырышы құрамында да кездеседі және әлсіз антибактериалды әсер көрсетеді.
Қолданылуы
Сірке қышқылы — химиялық қосылыстарды өндіруге арналған химиялық реагент. Сірке қышқылының ең ірі жеке қолданылуы — винилацетат мономерін өндіру, одан кейін сірке ангидриді мен эфирлер өндірісі келеді. Сірке суында қолданылатын сірке қышқылының көлемі салыстырмалы түрде аз.
Винилацетат мономері
Сірке қышқылының негізгі қолданылуы — винилацетат мономерін (VAM) өндіру. 2008 жылы бұл бағыт әлемдік сірке қышқылы өндірісінің үштен бірін тұтынған деп бағаланды. Реакция этилен мен сірке қышқылының оттек қатысында палладий катализаторы үстінде газ фазасында жүреді.
- 2 H3C−COOH + 2 C2H4 + O2 → 2 H3C−CO−O−CH=CH2 + 2 H2O
Винилацетат поливинилацетатқа немесе басқа полимерлерге полимерлене алады, олар бояулар мен желімдердің маңызды құрамдас бөлігі болып табылады.
Эфирлер өндірісі
Сірке қышқылының негізгі эфирлері көбінесе сия, бояу және жабындар үшін еріткіш ретінде қолданылады. Оларға этилацетат, н-бутилацетат, изобутилацетат және пропилацетат жатады. Олар әдетте сірке қышқылы мен сәйкес спирттің катализделген реакциясы арқылы алынады:
- CH3COO−H + HO−R → CH3COO−R + H2O, R = жалпы алкил тобы
Мысалы, сірке қышқылы мен этанол этилацетат пен суды түзеді:
- CH3COO−H + HO−CH2CH3 → CH3COO−CH2CH3 + H2O
Алайда эфирлердің көп бөлігі ацетальдегидтен Тищенко реакциясы арқылы өндіріледі. Сонымен қатар, эфир ацетаттары нитроцеллюлоза, акрил лактар, лак кетіргіштер және ағаш бояулары үшін еріткіш ретінде қолданылады. Алдымен гликоль моноэфирлері этилен оксиді немесе пропилен оксиді мен спирттен алынады, кейін олар сірке қышқылымен этерификацияланады. Негізгі өнімдер: этиленгликоль моноэтил эфир ацетаты (EEA), этиленгликоль монобутил эфир ацетаты (EBA) және пропиленгликоль монометил эфир ацетаты (PMA, жартылай өткізгіш өндірісінде PGMEA деп аталады). Бұл қолдану әлемдік сірке қышқылының шамамен 15–20% тұтынады. Кейбір эфир ацетаттары, мысалы EEA, адамның көбею жүйесіне зиян келтіретіні дәлелденген.
Сірке ангидриді
Екі сірке қышқылы молекуласының конденсация реакциясы нәтижесінде сірке ангидриді түзіледі. Бұл өндіріс әлемдік сірке қышқылының шамамен 25–30% тұтынады. Негізгі процесс 700–750 °C температурада сірке қышқылын сусыздандырып кетен түзу арқылы жүреді. Кейін кетен сірке қышқылымен әрекеттесіп ангидрид береді:
- CH3CO2H → CH2=C=O + H2O
- CH3CO2H + CH2=C=O → (CH3CO)2O
Сірке ангидриді — ацетилдеу агенті. Оның ең ірі қолданылуы — целлюлоза ацетаты өндірісі (синтетикалық тоқыма және фотопленка үшін), ол целлюлозаны сірке қышқылы және ангидридпен күкірт қышқылы қатысында өңдеу арқылы алынады. Сонымен қатар ол героин және басқа қосылыстар өндірісінде реагент ретінде қолданылады.
Еріткіш ретінде қолданылуы
Сірке қышқылы — полярлы протонды еріткіш, сондықтан ол органикалық қосылыстарды тазарту үшін қайта кристалдануда жиі қолданылады. Ол терефтал қышқылы (TPA) өндірісінде еріткіш ретінде пайдаланылады, ал бұл зат полиэтилентерефталат (PET) өндірісінің шикізаты болып табылады. 2006 жылы сірке қышқылының шамамен 20%-ы TPA өндірісіне жұмсалған.
Сірке қышқылы көбінесе карбокатиондар қатысатын реакцияларда, мысалы Фридель–Крафтс алкилдеуінде еріткіш ретінде қолданылады. Мысалы, синтетикалық камфора өндірісінде камфеннің Вагнер–Меервейн қайта топтасуы арқылы изоборнил ацетатқа айналуы жүреді; мұнда сірке қышқылы әрі еріткіш, әрі қайта түзілген карбокатионды ұстайтын нуклеофил қызметін атқарады.
Мұзды сірке қышқылы аналитикалық химияда әлсіз негіздік заттарды (мысалы, органикалық амидтерді) анықтау үшін қолданылады. Бұл ортада амидтер күшті негіз сияқты әрекет етеді және оларды хлорлы қышқылы арқылы титрлеуге болады.
Медициналық қолданылуы
Сірке қышқылын ісікке енгізу арқылы қатерлі ісікті емдеу 1800 жылдардан бастап қолданылған.
Сірке қышқылы дамушы елдерде жатыр мойны обырын скринингтеуде қолданылады. Қышқыл жатыр мойнына жағылады, ал бір минуттан кейін ағарған аймақ пайда болса, тест оң деп есептеледі.
1% сірке қышқылы — кең спектрлі антисептик, ол стрептококктарға, стафилококктарға, псевдомонадаларға және басқа микроорганизмдерге қарсы тиімді.
Тағамдар
Сірке қышқылының энергетикалық құндылығы 100 г үшін 349 ккал. Сірке суы әдетте кемінде 4% сірке қышқылын қамтиды. Ол тікелей дәмдеуіш ретінде және көкөністерді маринадтауда қолданылады. Асханалық сірке суы 4–8% концентрацияда болады, ал өндірістік маринадтау ерітінділері одан жоғары концентрацияда қолданылады. Сірке қышқылының тағамдағы қолданылуы өнеркәсіптік қолданудан аз болса да, ол ең көне және ең танымал қолданылулардың бірі болып табылады.