Ацетаты: свойства и применение¶

Ацетаты — соли и сложные эфиры уксусной кислоты (CH₃COOH), содержащие ацетатную группу CH₃COO⁻. В неорганической химии под ацетатами понимают преимущественно соли уксусной кислоты с металлами и аммонием, тогда как в органической химии и промышленности термин часто распространяется на сложные эфиры — жидкости с характерным фруктовым запахом. Ацетаты широко распространены в природе и играют важную роль в биохимии, промышленности и быту.

¶Химическое строение и номенклатура

Ацетат-ион представляет собой сопряжённое основание уксусной кислоты. В солях ацетатная группа связана ионной связью с катионом металла или органическим катионом. В сложных эфирах ацетатная группа связана ковалентной связью с углеводородным радикалом через атом кислорода (общая формула CH₃COOR).

По номенклатуре IUPAC соли называют «этаноатами», однако в технической и бытовой литературе сохраняется историческое название «ацетаты». Названия конкретных соединений строятся от названия катиона или радикала: ацетат натрия, ацетат целлюлозы, этилацетат.

¶Физические свойства

Соли уксусной кислоты, как правило, представляют собой кристаллические вещества белого цвета, хорошо растворимые в воде. Исключение составляют ацетат серебра и некоторые другие соли с ограниченной растворимостью. Водные растворы ацетатов щелочных металлов имеют слабощелочную реакцию вследствие гидролиза.

Сложные эфиры уксусной кислоты — летучие бесцветные жидкости с приятным сладковатым или фруктовым запахом. Они плохо растворимы в воде, но хорошо смешиваются с большинством органических растворителей. Температуры кипения эфиров уксусной кислоты, как правило, ниже, чем у соответствующих спиртов и кислот.

¶Основные виды ацетатов

¶Соли уксусной кислоты

• Ацетат натрия (CH₃COONa) — белый гигроскопичный порошок, используется в пищевой промышленности как консервант (E262), в производстве буферных растворов и как компонент грелок.
• Ацетат калия (CH₃COOK) — пищевая добавка E261, применяется как консервант и регулятор кислотности, а также в медицине как диуретик.
• Ацетат аммония (CH₃COONH₄) — используется в аналитической химии, в производстве взрывчатых веществ и как компонент некоторых лекарственных средств.
• Ацетат свинца(II) ((CH₃COO)₂Pb) — так называемый «свинцовый сахар», ядовитое вещество, ранее применявшееся в медицине и косметике; в настоящее время используется в химическом синтезе.
• Ацетат алюминия — применяется в медицине как вяжущее средство (жидкость Бурова).
• Ацетат цинка — используется в стоматологии и производстве косметических средств.

¶Сложные эфиры уксусной кислоты

• Этилацетат (CH₃COOC₂H₅) — наиболее распространённый сложный эфир, используется как растворитель в лакокрасочной промышленности, в производстве клеёв и в пищевой промышленности как ароматизатор.
• Бутилацетат — растворитель с запахом груши, применяется в производстве нитроцеллюлозных лаков.
• Метилацетат — летучий растворитель, используется в производстве ацетатов целлюлозы.
• Изоамилацетат — обладает запахом банана, используется как ароматизатор и в производстве эссенций.
• Винилацетат — мономер для производства поливинилацетата и поливинилового спирта.

¶Ацетаты целлюлозы

Особую группу составляют сложные эфиры целлюлозы и уксусной кислоты — ацетаты целлюлозы. В зависимости от степени замещения гидроксильных групп различают диацетат (частично ацетилированный) и триацетат целлюлозы. Эти полимеры используются для производства ацетатного волокна, плёнок, фотоплёнок, лаков и мембран.

¶История открытия

Уксусная кислота и её соли известны человечеству с глубокой древности: ацетаты образовывались при скисании вина и использовались ещё в Древнем Египте и Риме. Ацетат свинца («свинцовый сахар») был известен алхимикам с античных времён. Систематическое изучение сложных эфиров уксусной кислоты началось в XIX веке. В 1865 году французский химик Поль Шютценбергер разработал метод ацетилирования целлюлозы, что привело к созданию ацетатного шёлка и ацетатных плёнок.

¶Способы получения

¶Получение солей

Соли уксусной кислоты получают несколькими способами:

• взаимодействием уксусной кислоты с металлами, оксидами или гидроксидами;
• реакцией нейтрализации уксусной кислоты с карбонатами;
• окислением альдегидов и спиртов в присутствии оснований.

В промышленности ацетат натрия получают главным образом из уксусной кислоты и кальцинированной соды.

¶Получение сложных эфиров

Сложные эфиры уксусной кислоты синтезируют реакцией этерификации — взаимодействием уксусной кислоты со спиртами в присутствии кислотных катализаторов (обычно серной кислоты). Реакция обратима, поэтому для смещения равновесия используют избыток одного из реагентов или отгонку образующегося эфира.

Промышленное производство винилацетата осуществляется каталитическим присоединением уксусной кислоты к ацетилену или окислением этилена в присутствии уксусной кислоты.

¶Применение ацетатов

Ацетаты находят широкое применение в различных отраслях промышленности, медицине и быту.

¶Пищевая промышленность

Ацетаты натрия, калия и кальция зарегистрированы как пищевые добавки (E262, E261, E263). Они используются как консерванты, регуляторы кислотности и стабилизаторы в производстве хлебобулочных изделий, мясных продуктов, соусов и маринадов. Ацетаты предотвращают развитие плесневых грибов и бактерий.

¶Лакокрасочная промышленность

Этилацетат, бутилацетат и другие сложные эфиры являются одними из основных растворителей в производстве нитроцеллюлозных и полиуретановых лаков, красок и клеёв. Они отличаются высокой растворяющей способностью, умеренной летучестью и относительно низкой токсичностью по сравнению с ароматическими углеводородами.

¶Производство волокон и плёнок

Ацетаты целлюлозы используются для производства ацетатного шёлка (волокна), плёнок, фотоматериалов и мембран для обратного осмоса. Ацетатные волокна отличаются мягкостью, блеском и способностью пропускать воздух, однако уступают синтетическим волокнам по прочности.

¶Фармацевтика и медицина

Ацетаты применяются при производстве лекарственных препаратов (например, ацетат гидрокортизона), в качестве компонентов буферных растворов и инфузионных сред. Ацетат алюминия используется как вяжущее и противовоспалительное средство. Ацетат калия применяется для коррекции электролитного баланса.

¶Химическая промышленность

Ацетаты используются в органическом синтезе как ацетилирующие агенты (уксусный ангидрид), как катализаторы и как исходные вещества для получения других соединений. Винилацетат является мономером для производства поливинилацетата — основы клеёв ПВА и водоэмульсионных красок.

¶Текстильная промышленность

Ацетатные волокна используются для производства тканей, трикотажа, подкладочных материалов и обивочных тканей. Они ценятся за мягкость, шелковистость и драпируемость.

¶Биохимическая роль

Ацетат-ион является важным метаболитом в живых организмах. Ацетилкофермент А (ацетил-КоА) — ключевое соединение в обмене веществ, участвующее в цикле Кребса, синтезе жирных кислот и ацетилировании белков. Уксусная кислота образуется при брожении и является конечным продуктом метаболизма у некоторых микроорганизмов. В организме человека ацетат участвует в регуляции обмена веществ и может использоваться как источник энергии.

¶Безопасность и экологические аспекты

Ацетаты натрия, калия и кальция считаются малоопасными веществами и широко используются в пищевой промышленности. Сложные эфиры уксусной кислоты являются легковоспламеняющимися жидкостями и требуют соблюдения мер пожарной безопасности. Пары этилацетата и бутилацетата при высоких концентрациях могут вызывать раздражение дыхательных путей и слизистых оболочек. Ацетаты тяжёлых металлов (свинца, ртути) токсичны и требуют особых мер предосторожности при работе.

Ацетаты целлюлозы являются биоразлагаемыми материалами, однако их разложение в окружающей среде происходит медленно. В последние годы ведутся работы по созданию биоразлагаемых упаковочных материалов на основе ацетатов целлюлозы.