「酢酸」の版間の差分

| CASNo = 64-19-7

| SMILES=CC(=O)O

| KEGG = C00033
}}

| Formula = C₂H₄O₂ または, CH₃COOH

| MolarMass = 分子量=60.05

| Appearance = 無色液体

| Density = 1.049, 液体

| 相対蒸気密度=2.1

| 水への溶解度=自由に混和

| 融点=16.7

| 沸点=118

| pKa=4.76 | pKb=

| 旋光度= | 粘度= | 屈折率=1.3715
}}

'''酢酸'''（さくさん、旧字 '''醋酸'''、{{lang-en-short|acetic acid）acid}}）は、[[脂肪酸化学式]]の一種で、が CH₃COOH と表される簡単な[[カルボン酸]]のひとつ一種である。[[酢]]に含まれる弱酸。[[IUPAC命名法]]では酢酸は許容慣用名であり、系統名は '''エタン酸''' (ethanoic acid) である。純粋なものは冬に凍結することから'''氷酢酸'''（ひょうさくさん）と呼ばれる。2分子の酢酸が脱水縮合すると別の化合物の[[無水酢酸]]となる。

=== 化学的性質工業生産 ===

全世界での酢酸の純生産量はおよそ年5メガトンと見積もられ、その半分は[[アメリカ合衆国]]によるものである。[[ヨーロッパ]]での生産量は年に約1メガトンだが減少傾向にあり、日本では年0.7メガトンである（酢酸の2008年度日本国内生産量は 500,211t211トン、消費量は 181,799t 799トンである<ref>[http://www.meti.go.jp/statistics/tyo/seidou/result/ichiran/02_kagaku.html 経済産業省生産動態統計・生産・出荷・在庫統計]平成20年年計による</ref>）。残り1.5メガトンは毎年再利用されており、都合、全世界での市場流通量は年6.5メガトンとなる<small><ref>"Production report". ''Chem. Eng. News'' (July 11, 2005), 67–76.</ref><ref>Suresh, Bala (2003). [http://www.sriconsulting.com/CEH/Public/Reports/602.5000/ "Acetic Acid"]. CEH Report 602.5000, SRI International.</ref></small>。これにより、酢酸は世界で最も広く生産されている酸となっている。

この方法は中間体として[[ヨードメタン]]を含む3段階の過程である。2段階目の反応は触媒を必要とし、通常これには[[第9族元素]]の金属錯体が用いられる。

#: CH₃OH + HI → CH₃I + H₂O

#: CH₃I + CO → CH₃COI

#: CH₃COI + H₂O → CH₃COOH + HI

同じプラントでも条件を変える事ことによって[[無水酢酸]]を製造することができる。メタノールと一酸化炭素は共に簡単に得られる原料であるため、メタノールのカルボニル化は長らく酢酸製造の魅力的な方法であった。ブ{{仮リティッシュ・ンク|セラニーズ|en|Celanese}}社 (British Celanese) のヘンリー・ドレフュス (Henry Drefyus) は本法の試験プラントを1925年頃に既に開発していた<small><ref>Wagner, F. S. (1978). "Acetic acid". In ''Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology''; Grayson, M., Ed.; New York: John Wiley & Sons.; 3rd edition.</ref></small>。しかし、腐食性の混合物を200気圧と言いう高圧下で反応させることができる装置がなかったため、当時は工業化することができなかった。最初の工業化は[[コバルト]]触媒を用いる方法で、[[ドイツ]]の化学会社 [[BASF]]社によって1963年に開発された。1968年に[[ロジウム]]触媒 (''cis''-[Rh(CO)₂I₂]⁻) が発見され、より低圧でほとんど副生物を発生させずに反応を進行させることが可能になった。この触媒を使用した最初のプラントは1970年にアメリカの化学会社[[モンサント (企業)|モンサント]]社によって建設され、ロジウム触媒によるメタノールのカルボニル化が酢酸製造の主要な方法になった（[[モンサント法]]）。1990年代後期、化学会社 BPケミカルズ社がロジウムを[[イリジウム]]で置き換えた[[カティバ法|カティバ触媒]] ([Ir(CO)₂I₂]⁻) を開発した。この触媒はより[[グリーンサスティナブルケミストリー|グリーン]]・高効率であり<small><ref name=Lancaster>{{cite book | author=Lancaster, M.Mike (| year=2002). ''| title=Green Chemistry,: an Introductory Text'', | location=Cambridge: | publisher=Royal Society of Chemistry, | pages=pp. 262–266. ISBN| isbn=0-85404-620-8.}}</ref></small>、同じプラントで利用できるモンサント法にとって代わった。

モンサント法が工業化される以前には、大部分の酢酸は[[アセトアルデヒド]]の酸化によって製造されていた。メタノールのカルボニル化と競合するほどではないが、依然として第2の重要な製造法である。アセトアルデヒドは[[ブタン]]や軽[[ナフサ]]の酸化<ref name=Sakurai3>[[#Sakurai2001|桜井 (2001)]], 3–4頁。</ref>、あるいは[[エチレン]]への水の付加酸化（[[ワッカー法]]）によって作られる<ref>[[#Sakurai2001|桜井 (2001)]], 5頁。</ref>。

ブタンや軽ナフサを空気中で[[マンガン]]、コバルト、[[クロム]]などの金属イオンの存在下に加熱すると、過酸化物[[ヒドロペルオキシド]]が生成したのちに分解し、酢酸を与える<ref name=Sakurai3 />。

一般的に、ブタンが液体状態である限界の高温で反応を進行させられるように温度と圧力を設定する。典型的には 150&nbsp;°C {{℃}}、55気圧である。[[メチルエチルケトン]]、[[酢酸エチル]]、[[ギ酸]]、[[プロピオン酸]]などが副生物として得られる。これらの副生物も市場価値があるため、十分に採算が取れれば、これらがより多く生成するように条件が変更されることもある。もっとも、それらから酢酸を分離するには余分なコストがかかる。

近代的な触媒を用いれば、この反応によって酢酸が 95% 以上の収率で得られる。主な副生物は酢酸エチル、ギ酸、[[ホルムアルデヒド]]で、これらは全て酢酸より沸点が低いため、蒸留によって容易に分離できる。

アセトアルデヒドは[[ワッカー法]]によりエチレンから作ることができ、これを上記の方法で酸化する。最近、より安価な1段階のエチレンからの酢酸の製造法が[[昭和電工]]によって工業化され、1997年に[[大分県]]でエチレン酸化プラントが開業された<small><ref name=Sano>{{cite journal | author=Sano, Ken-ichi; Uchida, Hiroshi; Wakabayashi, Syoichirou (| year=1999). ''| title=A new process for acetic acid production by direct oxidation of ethylene | journal=Catalyst Surveys from Japan'' '''| volume=3''', | pages=55–60 | doi=10.<1023/ref>A:1019003230537}}</smallref>。その方法では[[タングストケイ酸]]などの[[ヘテロポリ酸]]上に担持された[[パラジウム]]触媒を用いる<ref>[[#Sakurai2001|桜井 (2001)]], 7–8頁。</ref>。エチレンの価格によっては、小さめのプラント（100–150キロトン/年）でメタノールのカルボニル化と競合する。しかしながら2009年に[[昭和電工]]は大分での酢酸製造設備を停止し、[[メタノール]]法の酢酸をマレーシア、中国などから輸入するようになった。これは[[ナフサ]]価格上昇にともない、[[エチレン]]価格も高騰したため、[[メタノール]]法酢酸製造プラントに対抗出来できなくなった為ためである<ref name=Ohitagodo>{{cite | title=休止状態の酢酸プラント廃棄も 昭和電工 | newspaper=大分合同新聞 | date=2009-08-01 | url=http://www.oita-press.co.jp/localNews/2009_124908787945.html | accessdate=2011-09-11}}</ref>。これにより現在日本で酢酸を製造するプラントは[[協同酢酸]]の1社のみとなった。

人類の歴史の大部分において、酢酸は酢の形で[[アセトバクター属]] (''Acetobacter'') の細菌によって作られてきた。十分な量の酸素を与えられれば、それらのバクテリアは様々なアルコールを含む食材から酢を作り出す。普通に使われるのは[[シードル|リンゴ酒]]、[[ワイン]]、発酵させた[[穀物]]、[[麦芽]]、[[米]]、すりつぶした[[ジャガイモ]]である。バクテリアによって促進される化学反応は、全体として以下のようなものである。

薄いアルコールの溶液に ''Acetobacter'' アセトバクター属を接種して保温すると、空気に触れている部分が数か月後に酢になる。工業的な酢の製造過程では、酸素を供給する事ことによってバクテリアによる酸化を促進する。

発酵によって酢が初めて作られたのは、おそらくワインの製造の失敗によるものである。[[マスト (醸造学)|マスト]]（must, 発酵中のブドウ果汁）の熟成時に温度が高すぎると、''Acetobacter'' アセトバクター属が自然にブドウに付着している[[酵母]]を圧倒してしまう。料理、医療、保健衛生における酢の需要が増すと、ワイン製造者たちはすぐに、ブドウが熟してワインの製造に適するようになる前の暑い夏季に他の有機物を使って酢を作る事ことを学んだ。しかし、ワイン製造者たちは発酵の過程を理解していなかったため、その方法は時間がかかる上にいつも成功するとは限らなかった<ref name=Hromatka>{{cite journal | author=Hromatka, Otto; Ebner, Heinrich | title=Vinegar by Submerged Oxidative Fermentation | journal=Industrial & Engineering Chemistry |year=1959 | volume=51 | issue=10 | pages=1279–1280 | doi=10.1021/ie50598a033}}</ref>。

最初の近代的な工業的生産過程の1つは「促成法」あるいは「ジャーマン法」と呼ばれるもので、1823年にドイツで使われ始めた。この方法では、発酵は木の削り屑や炭を詰めた塔の中で行われる。アルコールを含んだ原料が塔の頂上から流し込まれ、新鮮な空気を自然に、または人為的な対流によって供給する。空気の供給量を増やすことによって、数ヶ月かかった酢の製造は数週間に短縮された<ref name=Partridge>{{cite journal | author=Partridge, Everett P. | year=1931 | title=Acetic Acid and Cellulose Acetate in the United States. A General Survey of Economic and Technical Developments | journal=Industrial & Engineering Chemistry | volume=23 | issue=5 | pages=482–498 | doi=10.1021/ie50257a005}}</ref>。

今日における酢の製造には1949年にオットー・ホロマツカ (Otto Hromatka) とハインリヒ・エプナー (Heinrich Ebner) によって編み出考案された<ref name=Hromatka1949>{{cite journal | author=Hromatka, Otto; Ebner, Heinrich | year=1949 | title=Investigations on vinegar fermentation: Generator for vinegar fermentation and aeration procedures | journal=Enzymologia | volume=13 | page=369}}</ref>浸水形の培養槽が用いられている。この方法では、発酵は撹拌されるタンクの中で溶液に酸素を通じさせながら行われ、15% の酢酸を含んだ酢がわずか 2–3 日24時間で出来、[[流加培養法]]を使うと20%の濃度のものが60時間ででき上がる<ref name=Hromatka />。

''[[クロストリジウム属|Clostridium属]] (''Clostridium'') のある種の好気性バクテリアは[[糖]]類を直接酢酸に変換させることができ、中間体としてエタノールを必要としない。これらのバクテリアによる化学反応は全体として次のようなものである

工業化学者の観点から興味深い事ことに、これらの[[酢酸菌|酢酸産生菌]]の多くはメタノール、一酸化炭素、または[[二酸化炭素]]と[[水素]]の混合物など、1炭素の化合物から直接酢酸を作り出すことができる。

糖類またはより安価な原料を直接酢酸の製造に利用できる[[クロストリジウム属]]の能力は、アセトバクテルター属のようなエタノール酸化菌より効率的に酢酸を作り出せる可能性があることを示している。しかしながら、クロストリジウム属は酸に弱く、最も酸に強い クロストリジウム属でも数 % の酢酸を含む酢しか作れない。一方、アセトバクテルター属には酢酸濃度 20% までの酢を作ることができるものがある。現時点では アセトバクテルター属を使う酢の製造はクロストリジウム属で作った酢を濃縮するよりも価格面でより効率的である。その結果、酢酸産生菌は1940年からその存在が知られているものの、工業的な利用は限られた条件下の場合のみである。

酢酸の主要な用途は[[酢酸ビニル]]モノマーの製造である。全世界で生産される酢酸のうち 40% から 45–45% がこの目的で消費される。[[酸素]]の存在下、[[エチレン]]と酢酸を[[パラジウム触媒]]で反応させる。

{{mainMain|無水酢酸}}

2分子の酢酸を[[付加脱離反応|脱水縮合]]させると[[無水酢酸]]が得られる。これは酢酸の主要な用途であり、全生産量のうち 25% から 35–35% が使用されている。[[メタノール]]のカルボニル化によって直接得ることもでき、[[カティバ法]]のプラントをこの目的に使うこともできる。

しかしながら、酢酸エステルの大部分は[[ティシチェンコ反応]]によって[[アルデヒド]]から合成されている。また、エーテル類の酢酸エステルは[[ニトロセルロース]]、[[アクリル塗料]]、[[ワニス]]の洗浄剤、木材用塗料の溶媒として使われる。まずグリコールのモノエーテルを[[エチレンオキシド]]や[[プロピレンオキシド]]とアルコールの反応で作り、これを酢酸でエステル化する。主なものはエチレングリコールモノエチルエーテル酢酸エステル (EEA)、エチレングリコールモノブチルエーテル酢酸エステル (EBA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル酢酸エステル (PMA) の3つである。この用途には全生産量の 15% から -20% が消費される。EEA など、これらのエステルのうちいくつかが人間の生殖に対して有害であることが示されている。

5 重量% から -18 重量% の濃度の酢酸溶液は、[[酢]]として[[調味料]]や野菜などの[[漬物]]を作るのに用いられる。全世界で酢として用いられる酢酸の量はそれほど多くはないが、歴史的に最も古く、また良く知られている用途である。また韓国では、氷酢酸がのり巻きや刺し身のたれを作る材料として食用に販売されている。

氷酢酸は優れた極性プロトン性溶媒であり、有機化合物の再結晶溶媒としてしばしば使われる。純粋な酢酸は、[[ポリエチレンテレフタラート]] (PET) の原料である[[テレフタル酸]]の製造の際に溶媒として用いられる。この用途は世界での使用量の 5% から 10–10% に過ぎないが、PET の生産量が増加すればより重要な用途になると考えられている。

* [[酢酸ナトリウム]] －- 織物工業、食品の防腐剤

* [[酢酸銅(II)]] －- [[顔料]]、[[殺菌剤]]、[[忌避剤]]（サメ用）

* [[酢酸アルミニウム]]、[[酢酸鉄(II)]] －- 染料の[[媒染剤]]

* [[酢酸パラジウム(II)]] －- [[ヘック反応]]など、カップリング反応の触媒

* [[モノクロロ酢酸]] (MCA)、ジクロロ酢酸、[[トリクロロ酢酸]] －- MCA は[[インディゴ]]染料の製造に使われる

* [[ブロモ酢酸]] －- [[ブロモ酢酸エチル]]の製造

これら、その他の用途に用いられる量は全生産量の 5% から 10–10% である（テレフタル酸の製造に使用される量を除く）。