Промышленный способ получения метановой кислоты

Муравьиная кислота: общая характеристика и применение

HCOOH – рациональная формула муравьиной кислоты, насыщенной односоставной карбоновой кислоты, входящая в так называемую карбоксильную группу. В настоящее время муравьиная кислота имеет систематическое название метановой, является органическим соединением, зарегистрированным в качестве пищевой добавки Е236.

История появления муравьиной кислоты

Открытие

В 1670 году натуралист, член Лондонского королевского общества Джон Рей провел эксперимент, результатом которого стало появление нового водного раствора химического соединения, проявляющего типичные свойства кислот. Рей путем кипячения воды в сосуде с помещенными в него рыжими лесными муравьями, произвел процесс перегонки паром.

Сейчас процесс заменен синтезом муравьиной кислоты из угарного газа и воды. Позже энтомологи подтвердят, что в теле муравьев в брюшной полости находятся ядовитые железы, которые вырабатывают кислоту как средство защиты от нападения.

Рыжие лесные муравьи оказались не единственными носителями кислоты данного вида. Муравьиная кислота, хоть и в меньших объемах, обнаружена в пчелином яде, гусеницах шелкопряда, сосновой хвое, крапиве, фруктах, а также выделениях животных и даже человека. Соли и эфиры кислоты, формиаты, также получили название от латинского formica — муравей.

Получение

С XIX века муравьиную кислоту получают химическим путем в виде натриевой соли. Большее количество муравьиной кислоты получается как побочный продукт при жидкофазном окислении бутана и бензиновой фракции при производстве другой кислоты – уксусной.

Около 35% мирового производства получают гидролизом формамида. Основным промышленным способом получения муравьиной кислоты является реакция монооксида углерода с гидроксидом натрия: NaOH + CO → HCOONa → (+H2SO4, −Na2SO4) HCOOH. Процесс разделен на две стадии:

• 1 стадия. Монооксид углерода пропускают под давлением 0.6 – 0.8 МПа через 120 – 130 °C гидроксид натрия.
• 2 стадия. Обработка формиата натрия серной кислотой и перегонка продукта вакуумом.

Еще одним способом является разложение глицериновых эфиров щавелевой кислоты. При нагревании щавелевой кислоты и безводного глицерина путем отгона воды образуют щавелевые эфиры. Разлагая щавелевые эфиры методом нагревания, получают углекислый газ и образования муравьиных эфиров. Последние методом разложения водой образуют глицерин и муравьиную кислоту.

Физические и химические свойства муравьиной кислоты

Одна из самых простых карбоновых кислот, муравьиная одновременно является самой сильной. При попадании на кожу вызывает ожог, жжение, растворение. Растворяет капрон, нейлон и прочие полимеры.

Муравьиная кислота представляет собой бесцветную жидкость с едким и резким запахом. Смешивается с водой, этанолом, диэтиловым эфиром. Растворяется в ацетоне, бензоле, глицерине и толуоле. Обладает свойствами кислот и альдегида, в молекулярной формуле есть кислотная часть (CO-OH) и атом углерода (H-CO). Такая особенность привела к особенной реакции восстанавливать серебро, что характерно для альдегидов, но не для кислот.

Важная особенность муравьиной кислоты является изготовление «тяжелых» жидкостей. Применяемые геологами, минеролагами, геммологами, помогают при идентификации и разделении минералов по свойствам их плотности.

При растворении металлического таллия в 90% растворе муравьиной кислоты, получают формиат таллия. При растворении таких веществ и их солей получают раствор в котором плавают тяжелый шпат, корунд, малахит.

Муравьиная кислота известна своими бактерицидными свойствами. Используется при дезинфекции продовольственной тары. Кислота используется как пищевой концентрат. Слабые растворы применяют в медицине.

Применение

Основное применение муравьиной кислота – консервант, это обусловлено высоким бактерицидными и антисептическими свойствами. Останавливающая свойства гнилостности муравьиная кислота (пищевой вариант E236) широко применяется во многих областях, среди которых:

• пищевая:
  • консервация соков, овощей
  • очистка от примесей сахаров при производстве меда, маринадов
  • дезинфекция винных и пивных емкостей
• медицинская:
  • анальгетическое и противовоспалительное средство
  • лечение грибковых заболеваний, ушибов, растяжений, варикозного расширения вен
  • противотуберкулерных растворах
  • анестетиков
• косметологическая:
  • очищающие средства при лечении угревой сыпи
  • стимуляция роста волос
  • средства для соляриев и загара
• бытовая:
  • чистящие средства против ржавчины и известкового налета
• сельское хозяйство:
  • заготовка зимних кормов
  • борьба с клещами при пчеловодстве

Более подробно о сферах применения муравьиной кислоты можно узнать в публикации «Применение муравьиной кислоты в различных отраслях».

Безопасность и допустимость использования

Следует обратить внимание на то, что применение муравьиной кислоты в продуктах питания разрешено России, Беларуси, а также странах ЕАЭС. В странах Евросоюза разрешено применять Е236 в косметических средствах, а в США в составе синтетических ароматизаторов для продуктов питания.

Неразбавленная муравьиная кислота вызывает сильные химические ожоги, 10% и более обладает разъедающим эффектом, менее 10% — раздражающим.

Основная отличительная особенность метановой кислоты — это отсутствие производств в России. Тем не менее, муравьиную кислоту всегда можно купить в ООО «Эверест». Узнать подробнее можно здесь.

Источник

— Муравьиная кислота. Мини-справочник по химическим веществам (3340 веществ)

Определение и формула муравьиной кислоты. Её свойства

Кислота муравьиная — это прозрачная жидкость, которая имеет резкий запах и является представителем насыщенных одноосновных карбоновых соединений:

1. Физические свойства. Молярная масса вещества составляет 46 г на моль, плотность — 1,2196 г/см³. Имеет вид бесцветной жидкости, растворяется в хлороформе, нефтепродуктах, глицерине. Смешивается с водой, этанолом и диэтиловым эфиром.
2. Химические свойства кислоты. Молекула муравьиной кислоты: H-COOH. Температура кипения: 100°С. Она проявляет свойства фенолов и альдегидов (восстановительные реакции). Окисление с перманганатом калия приводит к выделению углекислого газа, благодаря чему применяется в качестве консервирующего агента (Е236).
3. Муравьиный ангидрид взаимодействует с:

• металлами: 2H-COOH + Zn → (HCOO)2Zn + H2↑;
• гидроксидами: H-COOH + KOH → H-COOK + H2O;
• солями: 2H-COOH + NaHCO3→ HCOONa + H2O + CO2↑.

При нагревании в присутствии иридия происходит разложение кислоты на углекислый газ и водород: НСООН = Н2+СО2.

Фармакологическое действие. Влияние кислоты на организм человека и его здоровье

Органические вещества, которые выделяют муравьи встречается в некоторых фруктах, крапиве и секретах пчел при их укусе. В тех количествах, в которых содержится вещество в натуральных продуктах или добавлено в качестве консервантов, оно не оказывает вредного воздействия на человеческий организм. Употребление в больших количествах может повредить здоровью и привести к нарушениям из-за разъедающего действия.

Суточная потребность

Не является необходимым элементом для организма человека, поэтому суточная потребность не рассчитана. Однако допустимая норма не должна превышать 3 мг.

Видео

Побочные эффекты и взаимодействие с алкоголем

При обработке кожи препаратами, на основе муравьиной кислоты будьте внимательны, соблюдайте инструкцию производителя. Поскольку насыщенные растворы 10% и выше вызывают болевую реакцию, характеризуются разъедающими свойствами. Случайный прием такого вещества внутрь сжигает слизистую оболочку пищевода, желудка, способствует появлению выраженного некротического воспаления. Пары химического соединения разъедают ткани органов дыхания, вызывают ожоги роговицы глаз.

При попадании концентрированного раствора муравьиной кислоты на участок кожи немедленно обработайте место щелочным раствором (пищевой содой – бикарбонатом натрия).

Метановое соединение и его формальдегид – метаболиты, образуемые при распаде метанола в человеческом организме. Данные вещества токсичны и поражают зрительный нерв, что ведет к частичной либо полной слепоте. Если в организм попал метанол, во избежание образования муравьиной кислоты под влиянием алкогольдегидрогеназы, нужно сразу выпить раствор этилового спирта. Так вы сможете не допустить протекание реакции, последствием которой является потеря зрения.

Этиловый спирт – своеобразный антидот, препятствующий отравлению муравьиной кислотой.

Удаление волос при помощи метановой кислоты

Соединение применяется скорее не для избавления от нежелательной растительности, а для замедления роста волос после эпиляционной процедуры. Муравьиная кислота используется как мощный антисептик, исключительно в разбавленном виде. Ее добавляют в масляную базу или приобретают сразу готовое средство. После первого нанесения на выбритый участок, масло с муравьиной кислотой увеличивает сроки между эпиляциями, продлевая результативность процедуры, затем при регулярном использовании блокирует активность фолликула. В результате волосяное волокно не образовывается, рост растительности замедляется.

Последовательность выполнения процедуры:

• удалить волосы с проблемного места (при помощи эпилятора, воска, пинцета);
• ополоснуть, просушить кожу;
• на данный участок нанести тонким слоем средство на 15 минут;
• смыть масляный состав негорячей водой;
• осмотреть участок кожи на наличие аллергической реакции, дискомфортных явлений (при появлении зуда, шероховатости, покраснения наносить масло с муравьиной кислотой категорически запрещается, если данных явлений не наблюдается процедуру можно продолжить);
• нанести повторно средство на выбранный участок еще на 15 минут, постепенно продолжительность можно увеличивать и довести до 4 часов;
• тщательно смыть масло мыльным раствором.

Данную процедуру повторяйте по мере прорастания новых волосков. Для достижения устойчивого результата запаситесь терпением, потребуется 7–10 эпиляций с использованием муравьиного масла. Если на коже имеются повреждения (царапины, ссадины, раны, трещинки) от процедуры следует воздержаться до их полного заживления. Помимо этого, в целях безопасности не рекомендуется наносить средство в период беременности и лактации.

Для более деликатного устранения волос 10 капель муравьиного масла нужно добавить в детский крем, полученную смесь можно ежедневно наносить на проблемные участки. Помимо замедления роста волос вы получите питательное средство.

Нахождение в природе

В природе муравьиная кислота обнаружена в хвое, крапиве, фруктах, едких выделениях медуз, пчёл и муравьёв. Муравьиная кислота впервые была выделена в 1670 году английским натуралистом Джоном Рэйем из рыжих лесных муравьёв, чем и объясняется её название.

В больших количествах муравьиная кислота образуется в качестве побочного продукта при жидкофазном окислении бутана и лёгкой бензиновой фракции в производстве уксусной кислоты. Муравьиную кислоту получают также гидролизом формамида (

35 % от общего мирового производства); процесс состоит из нескольких стадий: карбонилирование метанола, взаимодействие метилформиата с безводным NH₃ и последующий гидролиз образовавшегося формамида 75%-ной H₂SO₄. Иногда используют прямой гидролиз метилформиата (реакцию проводят в избытке воды или в присутствии третичного амина), гидратацию СО в присутствии щёлочи (кислоту выделяют из соли действием H₂SO₄), дегидрогенизацию CH₃OH в паровой фазе в присутствии катализаторов, содержащих Cu, а также Zr, Zn, Cr, Mn, Mg и др. (метод не имеет промышленного значения).

Кому показана?

Спиртовой раствор муравьиной кислоты рекомендуется использовать при:

• невралгии, миалгии;
• ревматизме;
• артрозе;
• повреждениях кожи в качестве обеззараживающего средства;
• кожных заболеваниях, прыщах, фурункулах;
• полиартрите;
• варикозе;
• грибковых инфекциях;
• травмах суставов, мышц для устранения болевого синдрома.

В косметологии в качестве основного или вспомогательного средства вещество применяют при:

• воспаленных угрях, прыщах;
• повышенной жирности кожи;
• наличии пятен на коже после акне;
• поражении ногтей грибком.

Также раствор кислоты является хорошим профилактическим средством от пролежней у лежачих больных. Клинически значимые данные относительно использования кислоты с другими медикаментозными препаратами отсутствуют.

Применение кислоты

Используется для борьбы с бактериями, дезинфекции, обработки кожи и текстиля. Она влияет на вкус пищевых продуктов и применяется для консервирования овощей и фруктов.

В медицине

Получение муравьиной кислоты происходит окислением метанола (СН3ОН). Выпускается в виде раствора, с содержанием спирта и кислоты 1,4% и в контейнерах объемом 50 или 100 мл. Применение в медицине обусловлено оказанием болеутоляющего и антисептического свойства, в некоторых случаях может быть использовано как противовоспалительное и бактерицидное средство для улучшения тканевого метаболизма. При попадании на поверхность эпидермиса происходит раздражение нервных окончаний, активизация рефлекторных реакций и расширение сосудов.

Помимо спиртового раствора муравьиную кислоту добавляют при создании мазей. Такое средство оказывает тонизирующее, восстанавливающее и болеутоляющее воздействие и уменьшает проницаемость капилляров.

Для чего используют:

• сильные боли в суставах, в области шеи, поясницы, спины;
• обморожение конечностей;
• грибковые заболевания;
• гематомы, синяки;
• травмы конечностей.

Гели, мази и растворы на основе метанола предназначены только для наружного применения. Для достижения лечебного эффекта нужно нанести препарат тонким слоем на проблемный участок и оставить до полного высыхания. Процедуру необходимо повторить 2-3 раза в день до полного исчезновения симптомов.

В пищевой промышленности

Надмуравьиная кислота (Е236) получается в результате взаимодействия пероксида водорода с муравьиной кислотой. Она препятствует появлению плесени и патогенной среды в консервированных продуктах. Благодаря этому широко применяется для маринования и консервирования овощей, рыбы, при производстве соков из фруктов, безалкогольных напитков. Соль кислоты используется в качестве усилителя вкуса и может заменить соль. При производстве искусственного меда с помощью кислоты создаются условия расщепления сахаров. Раствором обрабатывают пивные и винные бочки.

Химические свойства

Муравьиная кислота, кроме кислотных свойств, проявляет также некоторые свойства альдегидов, в частности, восстановительные. При этом она окисляется до углекислого газа. Например:

При нагревании с сильными водоотнимающими средствами (H₂SO_{4 (конц.)} или P₄O₁₀) разлагается на воду и моноксид углерода:

Применение

Метановая кислота не относится к разряду жизненно необходимых соединений для человеческого организма. Допустимая суточная норма вещества составляет 3 миллиграмма. Хорошо усваивается печенью, при высоких концентрациях обладает мочегонным действием, выводится с калом.

Муравьиная кислота – активатор химических реакций в межклеточном матриксе, органах, соединительной ткани, за счет чего организм быстрее восстанавливается.

Сегодня соединение выпускается в виде спиртовых настоек 1,4%, медицинских препаратов, входит в состав гель-бальзамов, мазей.

Сферы применения муравьиной кислоты:

1. Сельское хозяйство, для заготовки кормов. Соединение используется как антибактериальный, консервирующий агент, замедляющий процессы распада, гниения. Интересно, что силос, сено после обработки метановой кислотой дольше сохраняются.
2. Текстильная промышленность – в протравном крашении шерсти.
3. Пчеловодство – для борьбы с паразитами.
4. Химическая промышленность – как растворитель.
5. Парфюмерия и косметология – как регулятор жёсткости воды, составной компонент аэрозольных спреев для волос.
6. Пищевая промышленность – как консервант. Благодаря тому, что Е236 борется с развитием плесени и патогенной среды в квашеных, маринованных, консервированных овощах, он используется в производстве безалкогольных напитков, рыбопродуктов. Помимо этого, органическая кислота применяется для дезинфекции пивных и винных бочек. Консервант усиливает запах и вкусовые качества пищевых продуктов, поэтому широко используется при создании фруктовых полуфабрикатов. В диетическом питании в качестве солезаменителей рекомендуется употреблять формиаты (соли муравьиной кислоты).
7. Медицина – как средство от угревой сыпи, для расширения сосудов, улучшения питания тканей.

Для устранения прыщей метановую кислоту нанесите на проблемное место, при этом, очищать кожу предварительно не рекомендуется, поскольку это приведет к излишней потере влаги. Через 10 минут после высыхания 1,4 % спирта, нанесите на лицо увлажняющий крем. Процедуру выполнять утром и вечером в течение пяти дней.

Рассмотрим подробно, какими свойствами обладает муравьиная кислота и показания к применению препарата в лечебных целях.

Безопасность при обращении с муравьиной кислотой:

Муравьиная кислота относится к веществам 2-го класса опасности (ГОСТ 12.1.007-76). Предельно допустимая концентрация ее в воздухе рабочей зоны производственных помещений (ПДК) составляет 1 мг/м 3 ( см. ГОСТ 5848-73 Реактивы. Кислота муравьиная. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3)).

При превышении предельно допустимой концентрации пары муравьиной кислоты действуют раздражающе на слизистую оболочку верхних дыхательных путей и глаз; муравьиная кислота вызывает также ожог кожи.

Муравьиная кислота и ее растворы – легковоспламеняющиеся жидкости. Все работы с муравьиной кислотой следует проводить вдали от огня.

Все помещения, в которых проводятся работы с муравьиной кислотой, должны быть оборудованы общей приточно-вытяжной механической вентиляцией. Анализ муравьиной кислотой следует проводить в вытяжном шкафу лаборатории.

При работе с ней следует применять индивидуальные средства защиты. Не допускать попадания препарата внутрь организма. Первая помощь при ожогах – обильное промывание водой.

Получение

1. Побочный продукт в производстве уксусной кислоты жидкофазным окислением бутана.
2. Окисление метанола: CH₃OH → HCHO → HCOOH
3. Реакцией монооксида углерода с гидроксидом натрия:NaOH + CO → HCOONa → (+H₂SO₄, −Na₂SO₄) HCOOHЭто основной промышленный метод, который осуществляют в две стадии: на первой стадии монооксид углерода под давлением 0,6—0,8 МПа пропускают через нагретый до 120—130 °C гидроксид натрия; на второй стадии проводят обработку формиата натрия серной кислотой и вакуумную перегонку продукта.
4. Разложением глицериновых эфиров щавелевой кислоты. Для этого нагревают безводный глицерин со щавелевой кислотой, при этом отгоняется вода и образуются щавелевые эфиры. При дальнейшем нагревании эфиры разлагаются, выделяя углекислый газ, при этом образуются муравьиные эфиры, которые после разложения водой дают муравьиную кислоту и глицерин.

Показания к применению

Лекарственное средство применяют для обработки инструментов и оборудования перед операцией. Вещество используют местно в составе растворов для лечения ревматических болей, миозита, радикулита, невралгии, периартритов, поли- и моноартритов.

Химические свойства муравьиной кислоты:

Муравьиная кислота, кроме кислотных свойств, проявляет также некоторые свойства альдегидов, в частности, восстановительные.

Для нее характерны следующие химические реакции:

реакция муравьиной кислоты с щелочами:

HCOOH + NaOH → HCOONa + H2O,

HCOOH + KOH → HCOOK + H2O.

В ходе данной реакции образуется формиат натрия (формиат калия) и вода.

реакция муравьиной кислоты с гидроксидами:

HCOOH + 2Cu(OH)2 → CO2 + Cu2O + 3H2O.

В ходе данной реакции образуется углекислый газ, оксид меди и вода.

реакция разложения муравьиной кислоты при нагревании:

HCOOH → CO + H2O (to, kat = H2SO4 (конц.) или P4O10).

При нагревании с сильными водоотнимающими средствами, такими как концентрированная серная кислота или оксид фосфора, разлагается на моноксид углерода (угарный газ) и воду.

реакция образования сложных эфиров:

Муравьиная кислота, вступая в реакцию со спиртами, образует сложные эфиры.

HCOOH + СН3ОН→ HCOOCH3 + H2O.

В результате химической реакции муравьиной кислоты с метанолом (метиловым спиртом) образуется метилформиат (метиловый эфир муравьиной кислоты) и вода.

реакцияс аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала):

HCOOH + 2[AgNH3)2]ОН→ 2Ag + (NH4)2CO3 + 2NH3 + H2O.

Поскольку муравьиная кислота проявляет свойства альдегидов, то для нее характерна реакция «серебряного зеркала». Реакция «серебряного зеркала» является качественной реакцией на альдегиды. В результате реакции образуется металлическое серебро. Если реакция проводится в сосуде с чистыми и гладкими стенками, то серебро осаждается на них в виде тонкой плёнки, образуя зеркальную поверхность. При наличии малейших загрязнений серебро выделяется в виде серого рыхлого осадка.

Пример решения задачи

Осуществите следующие превращения: СН₄→CH₃Cl→СН₃ОН→НСНО→НСООН→НСООСН₃.

Источник