Essigsäure

Essigsäure ( auch Ethansäure genannt ) ist eine saure, farblose Flüssigkeit und organische Verbindung mit der chemischen Formel _CH₃COOH ( _auch als CH₃CO₂H , C₂H₄O₂ oder HC₂H₃O₂ geschrieben ) . Sie ist der _{Wirkstoff von} Essig . _Historisch gesehen wurde Essig bereits im dritten Jahrtausend v _. Chr _. hergestellt _, wodurch _Essigsäure wahrscheinlich die erste Säure war , die in großen Mengen produziert wurde .

Essigsäure ist die zweiteinfachste Carbonsäure (nach Ameisensäure ). Sie ist ein wichtiges chemisches Reagenz und eine Industriechemikalie in verschiedenen Bereichen und wird vor allem zur Herstellung von Celluloseacetat für fotografische Filme , Polyvinylacetat für Holzleim sowie synthetischen Fasern und Textilien verwendet. Im Haushalt wird verdünnte Essigsäure häufig als Entkalker eingesetzt . In der Lebensmittelindustrie unterliegt Essigsäure als Säureregulator und Würzmittel der Kennzeichnung E260. In der Biochemie ist die Acetylgruppe , die von der Essigsäure stammt, für alle Lebensformen von grundlegender Bedeutung. Gebunden an Coenzym A spielt sie eine zentrale Rolle im Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel .

Der weltweite Bedarf an Essigsäure wird im Jahr 2023 bei etwa 17,88 Millionen Tonnen pro Jahr liegen. Der Großteil der weltweiten Essigsäureproduktion erfolgt durch Carbonylierung von Methanol . Die Herstellung und die anschließende industrielle Verwendung bergen Gesundheitsrisiken für die Arbeiter, darunter Hautschäden und chronische Atemwegserkrankungen durch Einatmen.

Der Trivialname „Essigsäure“ ist der gebräuchlichste und bevorzugte IUPAC-Name . Der systematische Name „Ethansäure“, ein gültiger IUPAC- Name, wird gemäß der Substitutionsnomenklatur gebildet. ^{[ 10 ]} Der Name „Essigsäure“ leitet sich vom lateinischen Wort für Essig , „ acetum “, ab, was „sauer“ bedeutet und sich auf den bitteren Geschmack fermentierter Früchte bezieht. ^{[ 11 ]}

Eisessig ist die Bezeichnung für wasserfreie ( anhydrische ) Essigsäure. Ähnlich dem deutschen Namen „Eisessig“ leitet sich der Name von den festen, eisartigen Kristallen ab, die sich bei Rühren knapp unterhalb der Raumtemperatur bei 16,6 °C (61,9 °F) bilden. Da Essigsäure in einer wasserhaltigen Atmosphäre nie vollständig wasserfrei sein kann, senkt der Wassergehalt von 0,1 % in Eisessig ihren Schmelzpunkt um 0,2 °C. ^{[ 12 ]}

Ein gebräuchliches Symbol für Essigsäure ist AcOH (oder HOAc), wobei Ac das Pseudoelementsymbol für die Acetylgruppe CH₃ ₋ C (=O)− ist ; die konjugierte Base , Acetat ( CH₃COO− ), wird daher als AcO− dargestellt . ^{[ 13 ]} Acetat ist das Ion, _{das durch} ^{die Abspaltung von} H⁺ aus Essigsäure entsteht . ^Der Name „Acetat“ kann sich auch auf ein Salz beziehen , das dieses Anion enthält, oder auf einen Ester der Essigsäure. ^{[ 14 ]} (Das Symbol Ac für die Acetylgruppe darf nicht mit dem Symbol Ac für das Element Actinium verwechselt werden; der Kontext beugt Verwechslungen unter Organikern vor . ) Um ihre Struktur besser widerzuspiegeln, wird Essigsäure oft auch als CH₃ − _C (O)OH , ^{[ 4 ]} CH₃ _{− C} (=O) −OH , CH₃COOH oder _{CH₃CO₂H geschrieben} . Im Kontext von Säure-Base-Reaktionen wird manchmal die Abkürzung HAc verwendet, ^{[ 15 ]} wobei Ac in diesem Fall ein Symbol für Acetat (und nicht für Acetyl) ist.

Die Carboxymethyl-Funktionsgruppe, die durch Abspaltung eines Wasserstoffatoms von der Methylgruppe der Essigsäure entsteht, hat die chemische Formel −CH ₂ −C(=O)−OH .

Essigsäure, deren verdünnte Lösung als Essig bekannt ist , ist wahrscheinlich die erste Säure, die in der Geschichte in großen Mengen hergestellt wurde. Essig wird seit mindestens 10.000 Jahren verwendet, da er durch die Einwirkung von Luft auf Bier und Wein auf natürliche Weise entsteht , weil essigsäureproduzierende Bakterien weltweit vorkommen. ^{[ 11 ]} Die Verwendung von Essigsäure in der Alchemie lässt sich bis ins 3. Jahrhundert v. Chr. zurückverfolgen, als der griechische Philosoph Theophrast beschrieb, wie Essig auf Metalle einwirkte und so in der Kunst verwendete Pigmente erzeugte , darunter Bleiweiß ( Bleicarbonat ) und Grünspan , eine grüne Mischung aus Kupfersalzen , darunter Kupfer(II)-acetat . Hippokrates verwendete Essig als Antiseptikum und als Heilmittel gegen zahlreiche Beschwerden wie Fieber, Verstopfung, Geschwüre und Rippenfellentzündung. ^{[ 11 ]} Die alten Römer kochten sauren Wein, um einen sehr süßen Sirup namens Sapa herzustellen . Sapa , das in Bleitöpfen hergestellt wurde, war reich an Bleiacetat , einer süßen Substanz, die auch Bleizucker oder Saturnzucker genannt wurde und zu Bleivergiftungen unter dem römischen Adel beitrug . ^{[ 16 ]}

Der deutsche Alchemist Andreas Libavius ​​beschrieb im 16. Jahrhundert die Herstellung von Aceton durch trockene Destillation von Bleiacetat, eine ketonische Decarboxylierung . Die Anwesenheit von Wasser im Essig beeinflusst die Eigenschaften der Essigsäure so stark, dass Chemiker jahrhundertelang glaubten, Eisessig und die in Essig vorkommende Säure seien zwei verschiedene Substanzen. Der französische Chemiker Pierre Adet bewies jedoch ihre Identität. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Im Jahr 1845 synthetisierte der deutsche Chemiker Hermann Kolbe erstmals Essigsäure aus anorganischen Verbindungen . Diese Reaktionssequenz bestand aus der Chlorierung von Kohlenstoffdisulfid zu Tetrachlorkohlenstoff , gefolgt von Pyrolyse zu Tetrachlorethylen und wässriger Chlorierung zu Trichloressigsäure und schloss mit der elektrolytischen Reduktion zu Essigsäure ab. ^{[ 18 ]}

Um 1910 wurde der größte Teil der Eisessigsäure aus Pyrolyseasche gewonnen , einem Produkt der trockenen Holzdestillation . Die Essigsäure wurde durch Behandlung mit Kalkmilch isoliert , und das resultierende Calciumacetat wurde anschließend mit Schwefelsäure angesäuert , um die Essigsäure zurückzugewinnen. Zu dieser Zeit produzierte Deutschland 10.000 Tonnen Eisessig, wovon etwa 30 % zur Herstellung von Indigo verwendet wurden . ^{[ 16 ] [ 19 ]}

Da sowohl Methanol als auch Kohlenmonoxid gängige Rohstoffe sind, galt die Methanolcarbonylierung lange als attraktives Verfahren zur Essigsäureherstellung. Henri Dreyfus entwickelte bereits 1925 bei British Celanese eine Pilotanlage zur Methanolcarbonylierung. ^{[ 20 ]} Der Mangel an geeigneten Materialien, die das korrosive Reaktionsgemisch bei den erforderlichen hohen Drücken (200 atm oder mehr) halten konnten, verhinderte jedoch die Kommerzialisierung dieser Verfahren. Das erste kommerzielle Methanolcarbonylierungsverfahren mit einem Kobaltkatalysator wurde 1963 von der BASF entwickelt. 1968 wurde ein Rhodium -basierter Katalysator ( cis− [ Rh(CO) _₂I₂ ] ^{− ) entdeckt} _, der bei niedrigerem Druck effizient und nahezu ohne Nebenprodukte arbeitet. Das US-amerikanische Chemieunternehmen Monsanto errichtete 1970 die erste Anlage mit diesem Katalysator, und die Rhodium-katalysierte Methanolcarbonylierung wurde zum dominierenden Verfahren der Essigsäureherstellung (siehe Monsanto-Verfahren ). Ende der 1990er-Jahre brachte BP Chemicals den Cativa-Katalysator ( [Ir(CO) _{₂I₂ ]} ⁻ ⁾ auf den Markt, der durch Iridium eine höhere Effizienz erzielt . ^{[ 21 ]} Das als Cativa-Verfahren bekannte , Iridium -katalysierte Verfahren zur Herstellung von Eisessig ist umweltfreundlicher und hat das Monsanto-Verfahren weitgehend verdrängt, oft sogar in denselben Produktionsanlagen. ^{[ 22 ]}

Interstellare Essigsäure wurde erstmals in der Molekülwolke Sagittarius B2 Nord (auch bekannt als Sgr B2 Large Molecule Heimat ) nachgewiesen. Essigsäure ist das erste Molekül, das im interstellaren Medium ausschließlich mit Radiointerferometern entdeckt wurde ; bei allen vorherigen Entdeckungen von Molekülen im interstellaren Medium im Millimeter- und Zentimeterwellenbereich waren Einzelteleskope zumindest teilweise für die Nachweise verantwortlich. ^{[ 23 ]}

Das Wasserstoffzentrum in der Carboxylgruppe (−COOH) von Carbonsäuren wie Essigsäure kann sich durch Ionisation in Wasser vom Molekül abspalten:

CH₃COOH ₊ HOH ⇌ _CH₃CO−2+ H ₃ O ⁺

Aufgrund der Freisetzung des Protons ( H⁺ ^{) besitzt Essigsäure} _einen sauren Charakter. Essigsäure ist eine schwache einprotonige Säure . In wässriger Lösung hat sie einen pKₐ- _Wert von 4,76. ^{[ 24 ]} Ihre konjugierte Base ist Acetat ( CH₃COO⁻ ⁾ . Eine 1,0  M Lösung (etwa die Konzentration von Haushaltsessig) hat einen pH-Wert von 2,4, was darauf hindeutet , dass lediglich 0,4 % der Essigsäuremoleküle ionisiert sind. ^{[ a ]}

In fester Essigsäure bilden die Moleküle Ketten aus Einzelmolekülen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind . ^{[ 25 ]} In der Gasphase bei 120 °C (248 °F) lassen sich Dimere nachweisen. Dimere treten auch in der flüssigen Phase in verdünnten Lösungen mit nicht-wasserstoffbrückenbildenden Lösungsmitteln und in gewissem Maße in reiner Essigsäure auf, ^{[ 26 ]} werden jedoch durch wasserstoffbrückenbildende Lösungsmittel aufgebrochen. Die Dissoziationsenthalpie des Dimers wird auf 65,0–66,0 kJ/mol und die Dissoziationsentropie auf 154–157 J mol⁻¹ K⁻¹ geschätzt . ^[  27 ^{] Andere Carbonsäuren gehen} ähnliche intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen ein. ^{[ 28 ]}

Flüssige Essigsäure ist ein hydrophiles ( polares ) protisches Lösungsmittel , ähnlich wie Ethanol und Wasser . Mit einer relativen statischen Permittivität (Dielektrizitätskonstante) von 6,2 löst sie nicht nur polare Verbindungen wie anorganische Salze und Zucker , sondern auch unpolare Verbindungen wie Öle sowie polare Stoffe. Sie ist mit polaren und unpolaren Lösungsmitteln wie Wasser, Chloroform und Hexan mischbar . Mit höheren Alkanen (beginnend mit Octan ) ist Essigsäure in keiner Zusammensetzung mischbar , und die Löslichkeit von Essigsäure in Alkanen nimmt mit zunehmender Kettenlänge der n-Alkane ab. ^{[ 29 ]} Aufgrund ihrer Lösungsmittel- und Mischbarkeitseigenschaften ist Essigsäure eine nützliche Industriechemikalie, beispielsweise als Lösungsmittel bei der Herstellung von Dimethylterephthalat . ^{[ 30 ]}

Bei physiologischen pH-Werten liegt Essigsäure in wässriger Lösung üblicherweise vollständig als Acetat vor. ^{[ 31 ]}

Die Acetylgruppe , die formal von Essigsäure abgeleitet ist, ist für alle Lebensformen von grundlegender Bedeutung. Typischerweise wird sie durch Acetyl-CoA-Synthetase-Enzyme an Coenzym A gebunden [ 32 ], wo sie eine zentrale Rolle im Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel spielt . ^{Im Gegensatz zu} längerkettigen Carbonsäuren (den Fettsäuren ) kommt Essigsäure nicht in natürlichen Triglyceriden vor . Der größte Teil des in Zellen für die Acetyl-CoA- Synthese gebildeten Acetats wird direkt aus Ethanol oder Pyruvat synthetisiert ^{[ 33 ]} . Das künstliche Triglycerid Triacetin (Glycerintriacetat) ist jedoch ein gängiger Lebensmittelzusatzstoff und findet sich in Kosmetika und topischen Arzneimitteln; dieser Zusatzstoff wird im Körper zu Glycerin und Essigsäure verstoffwechselt ^{[ 34 ] .}

Essigsäure wird von Essigsäurebakterien , insbesondere der Gattung Acetobacter und Clostridium acetobutylicum , produziert und ausgeschieden . Diese Bakterien kommen weltweit in Lebensmitteln , Wasser und Böden vor , und Essigsäure entsteht auf natürliche Weise beim Verderben von Früchten und anderen Lebensmitteln. Essigsäure ist außerdem Bestandteil der Vaginalfeuchtigkeit von Menschen und anderen Primaten , wo sie offenbar als mildes antibakterielles Mittel wirkt . ^{[ 35 ]}

Essigsäure wird industriell sowohl natürlich durch bakterielle Fermentation als auch synthetisch hergestellt. ^{[ 11 ]} Etwa 75 % der für die chemische Industrie verwendeten Essigsäure werden durch Carbonylierung von Methanol gewonnen (siehe unten). ^{[ 30 ]} Der biologische Weg macht nur etwa 10 % der Weltproduktion aus, ist aber für die Essigherstellung weiterhin wichtig, da viele Lebensmittelreinheitsvorschriften biologischen Ursprungs für in Lebensmitteln verwendeten Essig vorschreiben. Weitere Verfahren sind die Methylformiat- Isomerisierung, die Umwandlung von Synthesegas in Essigsäure und die Gasphasenoxidation von Ethylen und Ethanol . ^{[ 36 ]}

Essigsäure kann durch fraktioniertes Einfrieren in einem Eisbad gereinigt werden. Wasser und andere Verunreinigungen bleiben flüssig, während die Essigsäure ausfällt. Die weltweite Gesamtproduktion von Primäressig [b] wurde zwischen 2003 und 2005 auf 5 Mio. Tonnen pro Jahr (Mt/a) geschätzt, wovon etwa die Hälfte in den Vereinigten Staaten produziert wurde. Die europäische Produktion lag bei etwa 1 Mt/a und war rückläufig , ^{während die japanische} Produktion 0,7 Mt/a betrug. Weitere 1,5 Mt wurden jährlich recycelt, wodurch sich der Weltmarkt auf insgesamt 6,5 Mt/a belief. ^{[ 37 ] [ 38 ]} Seitdem ist die globale Produktion von 10,7 Mt/a im Jahr 2010 ^{[ 39 ]} auf 17,88 Mt/a im Jahr 2023 gestiegen. ^{[ 40 ]} Die beiden größten Hersteller von Primäressig sind Celanese und BP Chemicals. Zu den weiteren bedeutenden Herstellern gehören Millennium Chemicals , Sterling Chemicals , Samsung , Eastman und Svensk Etanolkemi . ^{[ 41 ]}

Der größte Teil der Essigsäure wird durch Methanolcarbonylierung hergestellt . Bei diesem Prozess reagieren Methanol und Kohlenmonoxid zu Essigsäure gemäß folgender Gleichung:

Der Prozess beinhaltet Iodmethan als Zwischenprodukt und verläuft in drei Schritten. Für die Carbonylierung (Schritt 2) wird ein Metallcarbonylkatalysator benötigt . ^{[ 36 ]}

1. CH₃OH + HI _{→ CH₃I} + _H₂O
2. CH₃I + CO _{→ CH₃COI}
3. CH ₃ COI + H ₂ O → CH ₃ COOH + HI

Für die Carbonylierung von Methanol existieren zwei verwandte Verfahren: das Rhodium-katalysierte Monsanto-Verfahren und das Iridium-katalysierte Cativa-Verfahren . Letzteres ist umweltfreundlicher und effizienter und hat das erstere weitgehend verdrängt. ^{[ 22 ]} In beiden Verfahren werden katalytische Mengen Wasser verwendet, jedoch benötigt das Cativa-Verfahren weniger Wasser, wodurch die Wassergas-Shift-Reaktion unterdrückt und weniger Nebenprodukte gebildet werden.

Durch Änderung der Prozessbedingungen kann Essigsäureanhydrid auch in Pflanzen mittels Rhodiumkatalyse hergestellt werden. ^{[ 42 ]}

Vor der Kommerzialisierung des Monsanto-Verfahrens wurde Essigsäure hauptsächlich durch Oxidation von Acetaldehyd hergestellt . Dies ist nach wie vor das zweitwichtigste Herstellungsverfahren, obwohl es in der Regel nicht mit der Carbonylierung von Methanol konkurrenzfähig ist. Acetaldehyd kann durch Hydratisierung von Acetylen gewonnen werden . Dies war die dominierende Technologie zu Beginn des 20. Jahrhunderts. ^{[ 43 ]}

Leichtbenzinkomponenten werden leicht durch Sauerstoff oder sogar Luft zu Peroxiden oxidiert, die sich gemäß der chemischen Gleichung , die am Beispiel von Butan veranschaulicht wird, zu Essigsäure zersetzen :

2 C ₄ H ₁₀ + 5 O ₂ → 4 CH ₃ CO ₂ H + 2 H ₂ O

Für solche Oxidationen werden Metallkatalysatoren benötigt, beispielsweise die Naphthenatsalze von Mangan , Kobalt und Chrom .

Die typische Reaktion wird bei möglichst hohen Temperaturen und Drücken durchgeführt, wobei Butan dennoch flüssig bleibt. Typische Reaktionsbedingungen sind 150 °C (302 °F) und 55 atm. ^{[ 44 ]} Es können auch Nebenprodukte wie Butanon , Ethylacetat , Ameisensäure und Propionsäure entstehen . Diese Nebenprodukte sind ebenfalls wirtschaftlich wertvoll, und die Reaktionsbedingungen können bei Bedarf angepasst werden, um ihre Ausbeute zu erhöhen. Die Abtrennung der Essigsäure von diesen Nebenprodukten verteuert jedoch das Verfahren. ^{[ 45 ]}

Ähnliche Bedingungen und Katalysatoren werden für die Butanoxidation verwendet; der Sauerstoff in der Luft , der zur Herstellung von Essigsäure dient, kann Acetaldehyd oxidieren . ^{[ 45 ]}

2 CH ₃ CHO + O ₂ → 2 CH ₃ CO ₂ H

Mithilfe moderner Katalysatoren kann diese Reaktion eine Essigsäureausbeute von über 95 % erzielen. Die wichtigsten Nebenprodukte sind Ethylacetat , Ameisensäure und Formaldehyd , die alle niedrigere Siedepunkte als Essigsäure aufweisen und leicht durch Destillation abgetrennt werden können . ^{[ 45 ]}

Acetaldehyd kann aus Ethylen über das Wacker-Verfahren hergestellt und anschließend wie oben beschrieben oxidiert werden.

In jüngerer Zeit hat das Chemieunternehmen Showa Denko , das 1997 in Ōita , Japan, eine Ethylenoxidationsanlage eröffnete , ein kostengünstigeres, einstufiges Verfahren zur Umwandlung von Ethylen in Essigsäure kommerzialisiert. ^{[ 45 ]} Der Prozess wird durch einen Palladium -Metallkatalysator katalysiert, der auf einer Heteropolysäure wie Silicowolframsäure geträgert ist . Ein ähnliches Verfahren verwendet denselben Metallkatalysator auf Silicowolframsäure und Siliciumdioxid: ^{[ 46 ]}

C₂H₄ + _O₂ → _{CH₃CO₂H​}​_​​_​​

Für kleinere Anlagen (100–250 kt/a) dürfte es, abhängig vom lokalen Ethylenpreis, mit der Methanolcarbonylierung konkurrenzfähig sein.

Seit Anbeginn der Menschheit produzieren Essigsäurebakterien der Gattung Acetobacter Essigsäure in Form von Essig. Bei ausreichend Sauerstoff können diese Bakterien aus einer Vielzahl alkoholischer Lebensmittel Essig herstellen. Häufig verwendete Ausgangsmaterialien sind Apfelwein , Wein und fermentierte Getreide- , Malz- , Reis- oder Kartoffelbreie . Die von diesen Bakterien katalysierte chemische Gesamtreaktion lautet:

C₂H₅OH + _O₂ → _CH₃COOH + _H₂O​​_​​

Eine mit Acetobacter beimpfte, verdünnte Alkohollösung , die an einem warmen, luftigen Ort aufbewahrt wird, wandelt sich innerhalb weniger Monate in Essig um. Industrielle Essigherstellungsverfahren beschleunigen diesen Prozess durch eine verbesserte Sauerstoffversorgung der Bakterien. ^{[ 47 ]}

Die ersten durch Gärung hergestellten Essigmengen entstanden vermutlich durch Fehler im Weinherstellungsprozess . Wird Most bei zu hoher Temperatur vergoren, verdrängen Essigsäurebakterien die natürlich auf den Trauben vorkommenden Hefen . Mit steigender Nachfrage nach Essig für kulinarische, medizinische und hygienische Zwecke lernten die Winzer schnell, in den heißen Sommermonaten, bevor die Trauben reif für die Weinherstellung waren, andere organische Materialien zur Essigproduktion zu verwenden. Diese Methode war jedoch langsam und nicht immer erfolgreich, da die Winzer den Prozess nicht vollständig verstanden. ^{[ 48 ]}

Eines der ersten modernen kommerziellen Verfahren war die „Schnellmethode“ oder „Deutsche Methode“, die 1823 in Deutschland erstmals angewendet wurde. Bei diesem Verfahren findet die Gärung in einem mit Holzspänen oder Holzkohle gefüllten Turm statt . Die alkoholhaltige Ausgangslösung wird von oben in den Turm eingetropft, und von unten wird durch natürliche oder erzwungene Konvektion frische Luft zugeführt . Die verbesserte Luftzufuhr verkürzte die Essigherstellungszeit von Monaten auf Wochen. ^{[ 49 ]}

Heutzutage wird der größte Teil des Essigs in der Submersfermentation hergestellt , die 1949 erstmals von Otto Hromatka und Heinrich Ebner beschrieben wurde. ^{[ 50 ]} Bei diesem Verfahren wird Alkohol in einem kontinuierlich gerührten Tank zu Essig vergoren, wobei Sauerstoff durch Einleiten von Luft in die Lösung zugeführt wird. Mit modernen Anwendungen dieses Verfahrens lässt sich Essig mit 15 % Essigsäuregehalt in nur 24 Stunden im Batch-Verfahren herstellen, sogar 20 % im 60-stündigen Fed-Batch-Verfahren. ^{[ 48 ]}

Anaerobe Bakterienarten , darunter Vertreter der Gattungen Clostridium oder Acetobacterium , können Zucker direkt in Essigsäure umwandeln, ohne Ethanol als Zwischenprodukt zu bilden. Die von diesen Bakterien katalysierte Gesamtreaktion lässt sich wie folgt darstellen:

C ₆ H ₁₂ O ₆ → 3 CH ₃ COOH

Diese acetogenen Bakterien produzieren Essigsäure aus C1-Verbindungen, darunter Methanol, Kohlenmonoxid oder ein Gemisch aus Kohlendioxid und Wasserstoff :

2 CO ₂ + 4 H ₂ → CH ₃ COOH + 2 H ₂ O

Die Fähigkeit von Clostridium , Zucker direkt zu verstoffwechseln oder Essigsäure aus kostengünstigeren Ausgangsstoffen zu produzieren, lässt vermuten, dass diese Bakterien Essigsäure effizienter herstellen könnten als Ethanol-Oxidierer wie Acetobacter . Allerdings sind Clostridium- Bakterien weniger säuretolerant als Acetobacter . Selbst die säuretolerantesten Clostridium- Stämme können Essig nur in Konzentrationen von wenigen Prozent produzieren, während Acetobacter -Stämme Essig in Konzentrationen von bis zu 20 % herstellen können. Derzeit ist die Essigherstellung mit Acetobacter kostengünstiger als die Verwendung von Clostridium und die anschließende Konzentration. Obwohl acetogene Bakterien seit 1940 bekannt sind, beschränkt sich ihre industrielle Nutzung daher auf wenige Nischenanwendungen. ^{[ 51 ]}

Essigsäure ist ein chemisches Reagenz zur Herstellung chemischer Verbindungen. Der größte Einzelverbrauch von Essigsäure liegt in der Produktion von Vinylacetat- Monomer , dicht gefolgt von der Herstellung von Essigsäureanhydrid und -estern. Die in Essig verwendete Menge an Essigsäure ist vergleichsweise gering. ^{[ 30 ] [ 37 ]}

Essigsäure wird hauptsächlich zur Herstellung von Vinylacetatmonomer (VAM) verwendet. Schätzungen zufolge wurde im Jahr 2008 ein Drittel der weltweiten Essigsäureproduktion für diese Anwendung verbraucht. ^{[ 30 ]} Die Reaktion besteht aus Ethylen und Essigsäure mit Sauerstoff über einem Palladiumkatalysator und wird in der Gasphase durchgeführt . ^{[ 52 ]}

2 H₃C _{− COOH} + 2 _C₂H₄ + O₂ _→ 2 H₃C ₋ CO−O−CH=CH₂ ₊ 2 _H₂O

Vinylacetat kann zu Polyvinylacetat oder anderen Polymeren polymerisiert werden , die Bestandteile von Farben und Klebstoffen sind . ^{[ 52 ]}

Die wichtigsten Ester der Essigsäure werden häufig als Lösungsmittel für Tinten , Farben und Lacke verwendet . Zu diesen Estern gehören Ethylacetat , n - Butylacetat , Isobutylacetat und Propylacetat . Sie werden typischerweise durch katalysierte Reaktion von Essigsäure und dem entsprechenden Alkohol hergestellt .

CH₃COO −H + HO−R → _CH₃COO −R + H₂O , _R = _allgemeine Alkylgruppe

Beispielsweise ergeben Essigsäure und Ethanol Ethylacetat und Wasser .

CH ₃ COO−H + HO−CH ₂ CH ₃ → CH ₃ COO−CH ₂ CH ₃ + H ₂ O

Die meisten Acetat- Ester werden jedoch aus Acetaldehyd mittels der Tishchenko-Reaktion hergestellt . Etheracetate dienen außerdem als Lösungsmittel für Nitrocellulose , Acryllacke , Lackentferner und Holzbeizen. Glykolmonoether werden zunächst aus Ethylenoxid oder Propylenoxid mit Alkohol hergestellt und anschließend mit Essigsäure verestert. Die drei Hauptprodukte sind Ethylenglykolmonoethyletheracetat (EEA), Ethylenglykolmonobutyletheracetat (EBA) und Propylenglykolmonomethyletheracetat (PMA, in der Halbleiterfertigung häufiger als PGMEA bekannt, wo es als Resistlösungsmittel eingesetzt wird). Diese Anwendung verbraucht etwa 15 bis 20 % der weltweiten Essigsäuremenge. Etheracetate, wie beispielsweise EEA, sind nachweislich reproduktionsschädlich. ^{[ 37 ]}

Das Kondensationsprodukt zweier Essigsäuremoleküle ist Essigsäureanhydrid . Die weltweite Herstellung von Essigsäureanhydrid ist ein bedeutendes Anwendungsgebiet und beansprucht etwa 25–30 % der globalen Essigsäureproduktion. Der Hauptprozess beinhaltet die Dehydratisierung von Essigsäure zu Keten bei 700–750 °C. Keten wird anschließend mit Essigsäure umgesetzt, um das Anhydrid zu erhalten : ^{[ 53 ]}

CH ₃ CO ₂ H → CH ₂ =C=O + H ₂ O

CH ₃ CO ₂ H + CH ₂ =C=O → (CH ₃ CO) ₂ O

Essigsäureanhydrid ist ein Acetylierungsmittel . Seine Hauptanwendung liegt daher in der Herstellung von Celluloseacetat , einem synthetischen Textil , das auch für fotografische Filme verwendet wird . Es wird durch die Reaktion von Cellulose mit Essigsäure und Essigsäureanhydrid in Gegenwart von Schwefelsäure hergestellt. ^{[ 11 ]} Essigsäureanhydrid dient außerdem als Reagenz zur Herstellung von Heroin und anderen Verbindungen. ^{[ 53 ]}

Als polares protisches Lösungsmittel wird Essigsäure häufig zur Umkristallisation und damit zur Reinigung organischer Verbindungen eingesetzt. Sie dient auch als Lösungsmittel bei der Herstellung von Terephthalsäure (TPA), dem Rohstoff für Polyethylenterephthalat (PET). Im Jahr 2006 wurden etwa 20 % der Essigsäure für die TPA-Produktion verwendet. ^{[ 37 ]}

Essigsäure wird häufig als Lösungsmittel für Reaktionen mit Carbokationen , wie beispielsweise die Friedel-Crafts-Alkylierung, verwendet. So beinhaltet beispielsweise ein Schritt bei der industriellen Herstellung von synthetischem Campher eine Wagner-Meerwein-Umlagerung von Camphen zu Isobornylacetat ; hierbei fungiert Essigsäure sowohl als Lösungsmittel als auch als Nukleophil , um das umgelagerte Carbokation abzufangen . ^{[ 54 ]}

Eisessig wird in der analytischen Chemie zur Bestimmung schwach alkalischer Substanzen wie organischer Amide verwendet. Da Eisessig eine deutlich schwächere Base als Wasser ist, verhält sich das Amid in diesem Medium wie eine starke Base. Es kann dann mit einer Lösung einer sehr starken Säure, wie beispielsweise Perchlorsäure , in Eisessig titriert werden . ^{[ 55 ]}

Die Injektion von Essigsäure in einen Tumor wird seit dem 19. Jahrhundert zur Behandlung von Krebs eingesetzt. ^{[ 56 ] [ 57 ]}

Essigsäure wird in vielen Entwicklungsländern im Rahmen des Gebärmutterhalskrebs-Screenings eingesetzt . ^{[ 58 ]} Die Säure wird auf den Gebärmutterhals aufgetragen , und wenn nach etwa einer Minute ein weißer Bereich erscheint, ist der Test positiv. ^{[ 58 ]}

Essigsäure ist als 1%ige Lösung ein wirksames Antiseptikum mit einem breiten Wirkungsspektrum gegen Streptokokken, Staphylokokken, Pseudomonas, Enterokokken und andere Erreger. ^{[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]} Sie kann zur Behandlung von Hautinfektionen eingesetzt werden, die durch gegen gängige Antibiotika resistente Pseudomonas-Stämme verursacht werden. ^{[ 62 ]}

Obwohl verdünnte Essigsäure bei der Iontophorese eingesetzt wird , gibt es keine qualitativ hochwertigen Belege, die diese Behandlungsmethode bei Rotatorenmanschettenerkrankungen stützen. ^{[ 63 ] [ 64 ]}

Als Behandlungsmittel gegen Otitis externa steht es auf der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel der Weltgesundheitsorganisation . ^{[ 65 ]}

Essigsäure hat einen Energiegehalt von 349 kcal (1460 kJ) pro 100 g. ^{[ 66 ]} Essig enthält typischerweise mindestens 4 Masseprozent Essigsäure. ^{[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ]} Die gesetzlichen Grenzwerte für den Essigsäuregehalt variieren je nach Region. Essig wird direkt als Würzmittel und zum Einlegen von Gemüse und anderen Lebensmitteln verwendet. Haushaltsessig ist in der Regel verdünnter (4 bis 8 Masseprozent Essigsäure), während für das industrielle Einlegen von Lebensmitteln konzentriertere Lösungen zum Einsatz kommen. Der Anteil der weltweit als Essig verwendeten Essigsäure ist zwar nicht so hoch wie der für industrielle Anwendungen, aber es handelt sich um die mit Abstand älteste und bekannteste Anwendung. ^{[ 70 ]}

Acetylchlorid

SOCl ₂

Essigsäure

(i) Li[AlH ₄ ] , Ether

(ii) H ₃ O ⁺

Ethanol

Zwei typische organische Reaktionen der Essigsäure

Essigsäure unterliegt den typischen chemischen Reaktionen einer Carbonsäure. Bei Behandlung mit einer Standardbase wird sie in Metallacetat und Wasser umgewandelt . Mit starken Basen (z. B. Organolithiumverbindungen) kann sie doppelt deprotoniert werden, wobei LiCH₂COOLi entsteht. Die Reduktion von _Essigsäure liefert Ethanol . Die OH-Gruppe ist das Hauptreaktionszentrum, wie die Umwandlung von Essigsäure zu Acetylchlorid zeigt . Weitere Substitutionsderivate sind Essigsäureanhydrid ; dieses Anhydrid entsteht durch Wasserabspaltung von zwei Essigsäuremolekülen. Essigsäureester können analog durch Fischer-Veresterung gebildet werden , und es können Amide entstehen. Beim Erhitzen über 440 °C (824 °F) zersetzt sich Essigsäure zu Kohlendioxid und Methan oder zu Keten und Wasser: ^{[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]}

CH₃COOH → _CH₄ + _CO₂​

CH₃COOH → CH₂ _{= C} =O + _H₂O

Essigsäure ist gegenüber Metallen wie Eisen , Magnesium und Zink schwach korrosiv und bildet dabei Wasserstoffgas und Salze, die als Acetate bezeichnet werden .

Mg + 2 _CH₃COOH → ( _CH₃COO ) _₂Mg + _H₂

Da Aluminium einen passivierenden , säurebeständigen Aluminiumoxidfilm bildet, werden Aluminiumtanks zum Transport von Essigsäure verwendet. ^{[ 74 ]} Behälter mit Glas-, Edelstahl- oder Polyethylenauskleidung werden ebenfalls zu diesem Zweck eingesetzt. ^{[ 30 ]} Metallacetate lassen sich auch aus Essigsäure und einer geeigneten Base herstellen , wie beispielsweise in der bekannten Reaktion „ Backpulver + Essig“, bei der Natriumacetat entsteht .

NaHCO ₃ + CH ₃ COOH → CH ₃ COONa + CO ₂ + H ₂ O

Eine Farbreaktion für Essigsäuresalze ist die Reaktion mit Eisen(III)-chlorid- Lösung, die eine tiefrote Färbung ergibt, die nach Ansäuerung verschwindet. ^{[ 75 ]} Ein empfindlicherer Test verwendet Lanthannitrat mit Iod und Ammoniak, wobei eine blaue Lösung entsteht. ^{[ 76 ]} Acetate bilden beim Erhitzen mit Arsentrioxid Cacodyloxid , das an seinen übelriechenden Dämpfen erkennbar ist . ^{[ 77 ]}

Aus Essigsäure werden organische oder anorganische Salze hergestellt. Einige wirtschaftlich bedeutende Derivate:

• Natriumacetat wird in der Textilindustrie und als Lebensmittelkonservierungsmittel ( E262 ) verwendet .
• Kupfer(II)-acetat , das als Pigment und Fungizid verwendet wird .
• Aluminiumacetat und Eisen(II)-acetat – werden als Beizmittel für Farbstoffe verwendet .
• Palladium(II)-acetat wird als Katalysator für organische Kupplungsreaktionen wie die Heck-Reaktion verwendet .

Halogenierte Essigsäuren werden aus Essigsäure hergestellt. Einige wirtschaftlich bedeutende Derivate:

• Chloressigsäure (Monochloressigsäure, MCA), Dichloressigsäure (die als Nebenprodukt gilt) und Trichloressigsäure . MCA wird bei der Herstellung des Farbstoffs Indigo verwendet .
• Bromessigsäure , die verestert wird, um das Reagenz Ethylbromacetat herzustellen .
• Trifluoressigsäure , ein häufig verwendetes Reagenz in der organischen Synthese .

Die in diesen anderen Anwendungen verwendeten Essigsäuremengen machen zusammen weitere 5–10 % des weltweiten Essigsäureverbrauchs aus. ^{[ 37 ]}

Längeres Einatmen (acht Stunden) von Essigsäuredämpfen in einer Konzentration von 10 ppm kann zu leichten Reizungen der Augen, Nase und des Rachens führen; bei 100 ppm können deutliche Reizungen der Lunge und mögliche Schäden an Lunge, Augen und Haut auftreten. Dampfkonzentrationen von 1000 ppm verursachen starke Reizungen der Augen, Nase und der oberen Atemwege und sind nicht tolerierbar. Diese Vorhersagen basieren auf Tierversuchen und Expositionen am Arbeitsplatz. ^{[ 78 ]}

Bei zwölf Arbeitern, die über zwei oder mehr Jahre einer durchschnittlichen Essigsäurekonzentration von 51 ppm (geschätzt) in der Luft ausgesetzt waren, traten Symptome von Bindehautreizung, Reizung der oberen Atemwege und hyperkeratotischer Dermatitis auf. Eine Exposition gegenüber 50 ppm oder mehr ist für die meisten Menschen unerträglich und führt zu starkem Tränenfluss und Reizungen der Augen, Nase und des Rachens mit Rachenödem und chronischer Bronchitis. Nicht akklimatisierte Personen leiden bei Konzentrationen über 25 ppm unter extremen Augen- und Nasenreizungen; Bindehautentzündungen wurden bereits bei Konzentrationen unter 10 ppm beobachtet. In einer Studie mit fünf Arbeitern, die sieben bis zwölf Jahre lang Spitzenkonzentrationen von 80 bis 200 ppm ausgesetzt waren, zeigten sich vor allem Schwarzfärbung und Hyperkeratose der Haut an den Händen, Bindehautentzündung (jedoch keine Hornhautschädigung), Bronchitis und Rachenentzündung sowie Erosionen der exponierten Schneide- und Eckzähne. ^{[ 79 ]}

Konzentrierte Essigsäure (≥ 25 %) ist ätzend für die Haut. ^{[ 80 ]} Diese Verätzungen oder Blasen können erst Stunden nach dem Kontakt auftreten. ^{[ 81 ]} Die Gefährlichkeit von Essigsäure hängt von der Konzentration der (typischerweise wässrigen ) Lösung ab, wobei die Gefährdung bei Konzentrationen von 25 Gew.-% und 90 Gew.-% am stärksten ansteigt. Die folgende Tabelle fasst die Gefahren von Essigsäurelösungen in Abhängigkeit von der Konzentration zusammen: ^{[ 82 ]}

Konzentration nach Gewicht	Molarität	GHS-Piktogramme	H-Sätze
10–25 %	1,67–4,16 mol/L		H315
25–90 %	4,16–14,99 mol/L		H314
>90%	>14,99 mol/L		H226 , H314

Konzentrierte Essigsäure ist bei Standardtemperatur und -druck nur schwer entzündbar, stellt aber bei Temperaturen über 39 °C (102 °F) eine Brandgefahr dar und kann bei höheren Temperaturen mit Luft explosive Gemische mit Explosionsgrenzen von 5,4–16 % Konzentration bilden.

• Essigsäure (Datenseite)
• Säuren im Wein

• Internationale Chemikaliensicherheitskarte 0363
• Nationales Schadstoffinventar – Informationsblatt zu Essigsäure
• NIOSH-Taschenleitfaden zu chemischen Gefahren
• Verfahren zur Probenahme und Analyse
• 29 CFR 1910.1000, Tabelle Z-1 (US Zulässige Expositionsgrenzwerte)
• ChemSub Online: Essigsäure
• Berechnung des Dampfdrucks , der Flüssigkeitsdichte , der dynamischen Flüssigkeitsviskosität und der Oberflächenspannung von Essigsäure
• Essigsäure, die an Proteine ​​in der PDB gebunden ist
• Schwedische Chemikalienagentur. Informationsblatt – Essigsäure
• Prozessfließbild der Essigsäureherstellung durch Carbonylierung von Methanol