乙酸的製備可(kě)以通過人工合成和細菌(jun1)發酵兩種(zhǒng)方法。生物合成法(fǎ),即利用細菌發酵,僅占(zhàn)整個世界產量(liàng)的10%,但是仍然是(shì)生產乙酸,尤其是醋的重要的方法,因為(wéi)很多的(de)食(shí)品安全法規規定(dìng)食物中(zhōng)的醋(cù)必須是(shì)通過生物法製(zhì)備,而發酵法又分為有氧發酵法和無氧發酵法。
有氧(yǎng)發酵法(fǎ)
在氧氣充足的情況下,醋杆菌(jun1)屬細菌能夠從含有酒精的食物中生產出乙酸。通常使用的是蘋果酒(jiǔ)或葡(pú)萄酒混合(hé)穀物、麥芽、米或馬鈴薯搗碎後發酵。由這些細菌發酵反應的(de)化學方程式為:
C₂H5OH + O₂ →CH₃COOH + H₂O
具體做法是(shì)將醋菌屬的細菌接種於稀釋後(hòu)的酒精(jīng)溶液並保持一定溫度,放置於一(yī)個(gè)通風的(de)位置,在幾個月內就(jiù)能夠經過發酵,後生成醋。工業生產醋的方法通過提供充足的氧氣使得反應過程加快,此方法已經被商業化生產采用(yòng),也被稱為“快速方法”或“德國方法”,因為在德(dé)國1823年應用成(chéng)功而因此得名(míng)。此方法中,發酵是在一個(gè)塞滿了木屑或木炭的塔中進行。含有酒精的原料(liào)從塔的上方滴(dī)入,新鮮空氣從下方(fāng)自然進入(rù)或強製對流。強化的空氣量使得此過程(chéng)能夠在幾個星期內完成,大大縮短了製醋的時間。
Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年提通過液態的細菌培養基製備醋。在此方法中,酒精在持續的攪拌中發酵為乙酸,空氣通過氣泡的(de)形式被充入溶液。通過這個方法,含乙酸15%的醋能(néng)夠在兩至三天製備完成。
無氧發酵法
部分厭氧細菌,包括梭菌屬的部分成(chéng)員,能夠將糖類直接轉化為(wéi)乙酸而不需要乙醇作為中間體。總體反應方程式如下:
C6H12O6==3 CH3COOH
此外,許多細菌能夠從僅含(hán)單碳(tàn)的化合物中生產乙酸(suān),例如甲醇(chún),一氧化碳或二氧化碳與氫氣的混和物。
2 CO2 + 4 H2 →CH3COOH + 2 H2O
2 CO + 2 H2 →CH3COOH
梭菌屬因為有能夠反應糖類的(de)能力,減少了成本,這意味著(zhe)這些(xiē)細菌有比(bǐ)醋菌屬細(xì)菌的乙醇氧化(huà)法生產乙酸(suān)更有效率的潛力。然而,梭菌屬細菌的(de)耐(nài)酸性(xìng)不及醋菌屬細菌(jun1)。耐酸性大的梭菌屬細菌也隻能生產(chǎn)不到10%的乙酸,而有的醋酸菌能夠生產20%的(de)乙酸。使(shǐ)用醋酸屬(shǔ)細菌製醋仍然比使用梭菌屬細菌製備後濃縮更經濟(jì)。所以,盡(jìn)管梭菌屬的細菌早(zǎo)在1940年就已經被發現,但它的工業應用範(fàn)圍較窄(zhǎi)。
除了上述生物法外,工(gōng)業用乙(yǐ)酸多(duō)采用如下方法合成(chéng):
甲醇羰(tāng)基化法
大(dà)部分乙酸是通過甲基羰基化合成的。此反應(yīng)中,甲醇和一氧化碳反應生成(chéng)乙酸,方程式如下
CH3OH + CO →CH3COOH
這個過程是以碘代甲烷為中(zhōng)間體,分三個步驟完成,並且需要(yào)多(duō)金屬成(chéng)分的催化(huà)劑(第二步中)
⑴ CH₃OH + HI →CH₃I + H₂O
⑵ CH₃I + CO →CH₃COI
⑶ CH₃COI + H₂O →CH₃COOH + HI