甲酸
提示：此條目頁的主題不是乙酸。此條目需要補充更多來源。 (2022年2月17日) |
甲酸（英語：formic acid，methanoic acid），化學式為HCOOH（或寫作CH2O2）。由於螞蟻和蜜蜂等膜翅目昆蟲的分泌液中含有甲酸，早期人們以蒸餾螞蟻製得，故更常見其別名蟻酸。甲酸無色而有刺激氣味，易溶於水，且有腐蝕性，人類皮膚接觸後會起泡紅腫。熔點8.4℃，沸點 100.8℃。由於甲酸的結構特殊，它的一個氫原子和羧基直接相連。也可看做是一個羥基甲醛。因此甲酸同時具有酸和醛的性質。在化學工業中，甲酸被用於橡膠、醫藥、染料、皮革種類工業。
| 甲酸 | |||
|---|---|---|---|
| |||
| |||
| IUPAC名 Formic acid | |||
| 系統名 Methanoic acid | |||
| 別名 | 蟻酸 | ||
| 識別 | |||
| CAS號 | 64-18-6 
| ||
| PubChem | 284 | ||
| ChemSpider | 278 | ||
| SMILES |
| ||
| InChI |
| ||
| InChIKey | BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYAT | ||
| EINECS | 200-579-1 | ||
| ChEBI | 30751 | ||
| RTECS | LQ4900000 | ||
| DrugBank | DB01942 | ||
| KEGG | C00058 | ||
| 性質 | |||
| 化學式 | CH2O2 HCOOH | ||
| 莫耳質量 | 46.0254 g·mol⁻¹ | ||
| 外觀 | 無色發煙液體 | ||
| 密度 | 1.22 g/mL (液) | ||
| 熔點 | 8.4 °C (47.1 °F) | ||
| 沸點 | 100.8 °C (213.3 °F) | ||
| 溶解性（水） | 混溶 | ||
| pKa | 3.744 | ||
| 黏度 | 1.57 cP, 26 °C | ||
| 結構 | |||
| 分子構型 | 平面 | ||
| 偶極矩 | 1.41 D (氣態) | ||
| 危險性 | |||
| 警示術語 | R：R10-R35 | ||
| 安全術語 | S：S1/2-S23-S26-S45 | ||
| MSDS | ScienceLab.com | ||
| 主要危害 | 腐蝕性、刺激性 | ||
| NFPA 704 |
 2
3
0
| ||
| 閃點 | 69 °C (156 °F) | ||
| 相關物質 | |||
| 相關羧酸 | 乙酸、丙酸 | ||
| 相關化學品 | 甲醛、甲醇 | ||
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |||
性質
甲酸與水和大多數的極性有機溶劑混溶，在烴中也有一定的溶解性。在烴中及氣態下， 甲酸以通過以氫鍵結合的二聚體形態出現。在氣態下，氫鍵導致甲酸氣體與理想氣體狀態方程之間存在較大的偏差。液態和固態的甲酸由連續不斷的通過氫鍵結合的甲酸分子組成。
甲酸具有與大多數其他羧酸相同的性質，儘管在通常情況下甲酸不會生成醯氯或者酸酐。直到不久以前，所有試圖將甲酸轉化成這些衍生物的嘗試都以產物一氧化碳告終。甲酸酐可由甲醯氟和甲酸鈉在零下78攝氏度反應得到。甲醯氯可由將氯化氫氣體通過零下60度1-甲醯基咪唑的一氯甲烷溶液得到。甲酸脫水分解為一氧化碳和水。甲酸具備醛基，具有和醛類似的還原性，它能發生銀鏡反應，把銀氨絡離子中的銀離子還原成金屬銀，而自己被氧化成二氧化碳和水：
- HCOOH + 2AgOH → 2Ag + 2H2O + CO2
甲酸是唯一能和烯烴進行加成反應的羧酸。甲酸在酸的作用下（如硫酸，氫氟酸），和烯烴迅速反應生成甲酸酯。但是類似於Koch反應的副反應也會發生，產物是更高級的羧酸。
大多數的甲酸鹽溶於水。
製備
製備其他化學藥品（尤其是乙酸）的過程中，大量的甲酸作為副產物被生產出來。 然而這樣的製備遠遠的不能滿足目前對甲酸的需要，所以有些甲酸被直接生產。
- CH3OH + CO → HCOOCH3
在工業生產中， 此反應在液態和加壓的狀態下進行。 典型的反應條件為80攝氏度和40個大氣壓。廣泛使用的鹼為甲醇鈉。水解甲酸甲酯得到甲酸。
- HCOOCH3 + H2O → HCOOH + CH3OH
水解甲酸甲酯需要大量的水來保證反應順利進行。 有些生產商使用一種間接的水解途徑, 即先將甲酸甲酯和氨反應產生甲醯胺，然後用硫酸水解甲醯胺得到甲酸：
- HCOOCH3 + NH3 → HCONH2 + CH3OH
- 2HCONH2 + 2H2O + H2SO4 → 2HCOOH + (NH4)2SO4
這種技術有其自身缺點，尤其是在對副產物硫酸銨的處理上。有些生產商最近發展了一類節能的方法，即將甲酸從直接水解的大量水溶液中提取出來。在其中一種方法（由巴斯夫所使用）中，甲酸在有機鹼的作用下由濕法萃取得到。
在實驗室製備中，甲酸可由在無水丙三醇中加熱草酸，然後蒸汽蒸餾得到。另外一種製備方法（必須要在通風櫥中進行）是在鹽酸作用下的異丙腈的水解。
- C2H5NC + 2H2O → C2H5NH2 + HCOOH
安全
| 濃度 （質量） |
分級 | 警示標準詞 |
|---|---|---|
| 2%–10% | 刺激 (Xi) | R36/38 |
| 10%–90% | 腐蝕 (C) | R34 |
| >90% | 腐蝕 (C) | R10, R35 |
化學性質
甲酸具有羧酸的通性。但甲酸同時具有一個醛基，這使它可以被進一步氧化：
- 2HCOOH + O
2 → 2CO
2 + 2H
2O
甲酸在濃硫酸或氧化鋁催化下加熱脫水生成一氧化碳，這是實驗室製取純淨一氧化碳的方法。
- HCOOH → CO + H
2O （在濃硫酸催化下加熱）
- HCOOH → CO
2 + H
2