HCOOH的化学名称是甲酸,又称甲酸,是最简单的羧酸。 其分子式为CH2O2,分子量为4603、结构式为HCOOH,示式为H-C(=O)-OH。 它是一种无色刺激性气味的液体,易挥发,呈弱酸性和还原性,能与许多物质反应,是有机化学品的重要原料和中间体,也是生物体内的代谢产物。
HCOOH是人类最早发现和利用的有机酸之一。 早在15世纪初,一些欧洲博物学家和炼金术士就注意到了蚁丘散发出的酸性气体,但没有进一步研究。 直到2024年,英国博物学家约翰·雷(John Ray)首次通过蒸馏大量死蚂蚁分离出HCOOH,并将其命名为甲酸,因为蚂蚁的拉丁语是formica。
后来,发现HCOOH存在于蜜蜂、毛毛虫和其他动物的分泌物中,以及某些植物的汁液中。 18世纪末,法国化学家L**Oisier和Gay-Lussac开始了HCOOH的化学研究,确定了其分子式和结构,以及它与其他物质的反应。
19世纪中叶,德国化学家贝特洛和戈德弗罗伊-施密特等人分别发明了以一氧化碳和氢氧化钠、草酸和甘油等原料制备HCOOH的方法,为HCOOH的工业化生产奠定了基础。 20世纪以来,随着有机化学的发展,HCOOH的合成方法和应用领域不断扩大,已成为一种重要的有机化合物。
HCOOH的理化性质主要受其分子结构和电子分布的影响。 HCOOH的分子结构由连接羧基(-COOH)的碳原子和氢原子组成,氢原子可以看作是最简单的羧酸或羟基取代的甲醛。 因此,HCOOH具有以下一些特征:
-溶解度HCOOH可与水、乙醇、乙醚、甘油等极性溶剂任意混溶,也可与苯等非极性溶剂混溶到一定程度。 这是因为HCOOH的分子中含有极性羧基,可以与水等极性溶剂形成氢键,还含有非极性碳氢键,可以与碳氢化合物等非极性溶剂形成范德华力。
-酸性:HCOOH为单一弱酸,比同系列其他羧酸强,如醋酸、丙酸等。 这是因为HCOOH的分子中没有烃基,烃基的电子排斥会减弱羧基的电子吸引力,使羧基碳原子的电子密度降低,羧基氧原子上的电子更偏向碳原子,从而降低羧基阴离子的稳定性,增强酸度。 HCOOH 的酸解离常数 (pka) 为 375.1%HCOOH溶液的pH值为22。
- 还原性HCOOH具有一定的还原性,能与高锰酸钾、银氨溶液等强氧化剂发生氧化还原反应,使高锰酸钾溶液褪色,生成二氧化碳和水,银氨溶液形成金属银,形成银镜。 这是因为HCOOH的分子中含有羟基,使羧基碳原子上的电子更容易被氧化剂带走,从而导致HCOOH失去一个电子而变成一氧化碳。
- 热稳定性:HCOOH热稳定性差,受热或强酸催化时易分解成一氧化碳和水。 这是因为HCOOH的分子中含有羟基,使羧基碳原子上的电子更容易被水或酸的质子带走,使HCOOH失去质子而成为甲酸根离子,而甲酸根离子又进一步分解成一氧化碳和氧原子, 然后与水或酸的质子结合形成水。
- 额外性:HCOOH具有一定的加成性,在酸的作用下能与烯烃发生加成反应,生成甲酸盐。 这是因为HCOOH的分子中含有羟基,使羧基碳原子上的电子更容易被烯烃的双键带走,使HCOOH失去一个羟基而成为甲酰基,然后与烯烃的双键结合形成甲酸盐。
HCOOH的制备方法很多,可分为实验室法和工业法。 实验室方法主要通过草酸或异乙腈水解制得HCOOH,工业法主要通过甲酸钠法、甲酸甲酯法或甲酰胺法制得HCOOH。 以下是一些常见的制备方法:
-实验室:
- 草酸法:草酸在无水甘油中加热分解成HCOOH和一氧化碳,再经水蒸气蒸馏分离出HCOOH。 反应方程式为:H2C2O4 HCOOH + CO
- 异乙腈法:在稀硫酸催化下,异乙腈水解成HCOOH和乙胺,再用碱性溶液中和,再经水蒸气蒸馏分离出HCOOH。 反应方程式为:CH3CN + 2H2O HCOOH + CH3NH2
- 工业方法:
甲酸钠法:在高温高压下,一氧化碳与氢氧化钠反应生成甲酸钠,再用浓硫酸酸化,再经水蒸气蒸馏分离,提取HCOOH。 反应方程式为:CO+Naoh HCOONA;hcoona + h2so4 → hcooh + na2so4
- 甲酸甲酯法:在高温高压下,一氧化碳和甲醇反应生成甲酸甲酯,然后用水水解,再经水蒸气蒸馏分离,提取HCOOH。 反应方程式为:CO+CH3OH HCOOCH3;hcooch3 + h2o → hcooh + ch3oh
- 甲酰胺法:在高温高压下,一氧化碳和氨反应生成甲酰胺,然后用水水解,再经水蒸气蒸馏分离,生成HCOOH。 反应方程式为:CO+NH3 HCONH2;hconh2 + h2o → hcooh + nh3
HCOOH是一种重要的有机化工原料和中间体,在许多领域都有广泛的用途,如:
- 在染料、医药、农药、合成树脂、橡胶、塑料等行业HCOOH可用作合成各种有机化合物的原料或催化剂,如甲酸盐、甲酸盐、甲酰胺、甲酰氯、甲酰甲酸、甲酰苯、甲酰苯、甲酰苯胺、甲酰苯酚、甲酰苯甲酸等。
- 在纺织、造纸、皮革、鞣制等领域HCOOH可用作漂白剂、防腐剂、鞣剂、染色助剂、脱毛剂、脱脂剂等,提高产品的质量和效率。
- 在食品、饲料、化妆品等行业HCOOH可用作防腐剂、酸味剂、增味剂、抗菌剂、营养剂等,增加产品的保质期和风味。
- 冶金、电镀、电池等HCOOH可用作还原剂、配合剂、活化剂、清洗剂、除锈剂等,改善产品的性能和外观。
- 在环保、生物等行业HCOOH可用作除臭剂、降解剂、生物燃料等,减少污染和能源消耗。
HCOOH的化学名称是甲酸,又称甲酸,是最简单的羧酸。
其分子式为CH2O2,分子量为4603、结构式为HCOOH,示式为H-C(=O)-OH。 它是一种无色刺激性气味的液体,易挥发,呈弱酸性和还原性,能与许多物质反应,是有机化学品的重要原料和中间体,也是生物体内的代谢产物。
HCOOH的历史可以追溯到15世纪初,它最早是从蚂蚁中分离出来的,后来发现存在于其他动植物中,HCOOH的化学研究始于18世纪末,HCOOH的工业化生产始于19世纪中叶,从20世纪开始, HCOOH的合成方法和应用领域不断拓展,成为一种重要的有机化合物。
HCOOH的理化性质主要受其分子结构和电子分布的影响,具有溶解性、酸性、还原性、热稳定性和加成性等特点,能与水、乙醇、乙醚、甘油、苯、高锰酸钾、银氨溶液、烯烃等物质反应。
HCOOH的制备方法很多,可分为实验室法和工业法,实验室法主要是通过草酸或异乙腈水解得到HCOOH,工业法主要是通过甲酸钠法、甲酸甲酯法或甲酰胺法得到HCOOH。
HCOOH用途广泛,在染料、医药、农药、合成树脂、橡胶、塑料、纺织、造纸、皮革、制革、食品、饲料、化妆品、冶金、电镀、电池、环保、生物等行业有着广泛的应用,可用作合成、催化、漂白、防腐、鞣革、染色、脱毛、脱脂、防腐、酸味、调味、抗菌、营养、还原、复配、活化、 清洗、除锈、除臭、降解、生物燃料等原料或添加剂。了解和掌握HCOOH的化学名称,对于提高我们的化学知识和技能具有重要的意义和价值。