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乙酸钠

乙酸钠(英语:Sodium acetate),有机化合物,分子式为CH₃COONa,分子量为82.03。乙酸钠是一种醋酸盐,又被称为醋酸钠、醋酸钠盐、利尿钠、无水醋酸钠等。无水醋酸钠的密度为1.5 g/cm³,熔点为328 °C。在常温状态下,乙酸钠是一种白色的无味吸湿性结晶粉末,吸水结晶成为三水醋酸钠。乙酸钠在20 °C水中的溶解度为46.5 g/100ml,溶于水后呈弱碱性,微溶于乙醇。乙酸钠可通过乙酸与碱反应制备,包括有机碱与无机碱。乙酸钠可用于食品、化学品行业作为调味剂或乙酰化助剂等,还可用于污水处理和土壤修复等。乙酸钠的等渗溶液在肠胃外可以补充急性细胞外液流失在临床医疗中发挥了重要的作用。

物质结构

乙酸钠的化学式为CH₃COONa,球棍模型如下图所示。乙酸钠有多种晶型,包括四方、正交晶系等,可作为相变材料使用。

理化性质

物理性质

无水醋酸钠在常温下为一种白色的无味吸湿性结晶粉末,密度为1.5 g/cm³,熔点为328 °C,沸点为120 °C,蒸气压为0.00000071 mmHg,折射率为1.464。无水乙酸钠在20 °C水中的溶解度为46.5 g/100mL,溶于水后呈弱碱性,微溶于乙醇。无水乙酸钠溶成1%的水溶液后的pH为8.0-9.5。

化学性质

无水乙酸钠可燃,自燃温度为607 °C,可以与强氧化剂剧烈反应。在空气中,无水乙酸钠可被风化生成三水乙酸钠,其在123℃时会脱去3分子水。

与强酸反应

乙酸钠属于强碱弱酸盐,在溶液中显碱性,可以与强酸(酸性大于乙酸)在加热条件下发生复分解反应反应生成乙酸烟雾,此过程又被称为“强酸制弱酸”。

脱羧反应

乙酸钠与碱或碱石灰共熔时会脱羧生成烃。

与卤代烃反应

乙酸钠与卤代烃可以发生取代反应,此反应可用来生成各种各样的类化合物。

与卤代烷烃反应

乙酸钠与烯丙基氯发生亲核取代,4.5h后得到乙酸酯,产率为96.4%。此反应用于制备β-紫罗兰酮——合成维生素a和(RS)-脱落酸的重要组成部分。

与卤代芳香烃反应

冰醋钠还可以与卤代芳烃反应可以用于制备芳香酯。此反应的催化剂种类较多,目前可用的较好的催化剂为磁珠类催化剂,研究人员使用Fe₃O₄、SiO₂、DABCO的复合磁珠催化水溶液苄基卤化物与乙酸根阴离子的亲核取代反应,且不会观察到大量副产物(例如异硫氰酸酯苯甲醇)的形成,产物未经进一步纯化就可以达到较高的纯度。在外部磁场的帮助下,催化剂也很容易从反应混合物中分离出来,并且可以重复使用几次,而不会显着降低其催化效率。

制备方法

以乙酸为原料制备

乙酸与无机碱

将乙酸溶液加入反应器,加入氢氧化钠,边搅拌边加入至中和,防止局部过热,充分搅拌得乙酸钠水溶液。加热浓缩后冷却结晶,离心脱水得到乙酸钠粗品,即为三水乙酸钠。其化学反应式如下:

把上述所得粗品用水重结晶,进行离心分离。再将母液中的溶液蒸发,所得固体用水洗涤,然后干燥10min,温度控制在40℃;随后升温至120-130℃进行脱水干燥,时间为20min,即得高纯度乙酸钠粉末。其化学反应式如下:

工业上制备无水醋酸钠主要流程为:先合成三水乙酸钠,再通过将三水乙酸钠晶体或溶液高温脱水、减压浓缩、冷却析出、结晶干燥等一系列的步骤得到无水乙酸钠。但是,该方法在实际操作过程中存在烘干时间长、烘干强度大的问题,因此干燥设备必须可以长时间稳定运行,这使设备的负担增大;同时这样制得的无水乙酸钠往往颗粒细小、粒径分布不均,平均粒度范围较大,在100目到300目之间。冰醋钠作为药剂学中常用的添加剂,如果粒径不均一导致药品混合不均匀,就很难满足医药级别高端的需求。

乙酸与有机碱

除了使用NaOH这类无机化合物碱反应之外,还可以使用有机碱来反应制备乙酸钠。这种反应过程可以避免水相的参与,无需进行脱水处理;而且本方法制得的无水乙酸钠粒度均一、流动性好、平均粒度范围达到50目到100目,满足了高端医药的99.9%的需求。其步骤为:在甲醇溶液将甲醇钠与无水乙酸混合,反应生成无水乙酸钠和甲醇;将剩余的甲醇溶液浓缩蒸发出来,分离得到无水乙酸钠晶体;然后将其在负压条件下进行干燥,可得到无水乙酸钠。

乙酸与碳酸钠

除了以上的方法之外,还可以用稀乙酸与碳酸钠反应得到。反应方程式如下:

其他方法

乙酸钠也可以用硫酸钠或碳酸钠与乙酸钙通过复分解反应制得,以硫酸钠与乙酸钙为反应物的反应方程式如下:

应用领域

工业应用

食品及医药行业

(1)乙酸钠作为调味料加入到食物中,通常以双乙酸钠的形式加入,化学式为C₄H₇NaO₄,可以缓和不良气味并防止食物变色,具有防霉作用。含有醋、盐味的薯片就是使用乙酸钠来制作调料的。欧盟给予乙酸钠E编码E262作为其认可的食品添加物的编号,具有E编号的添加物代表已经由欧盟核准认可,能够使用在食物中。除此之外,其还可用作调味酱、酸菜、蛋黄酱鱼糕腊肠、面包、粘糕等的酸味剂。乙酸钠与甲基纤维素磷酸盐等混合后,可以用于延长香肠、面包、糕点等的保存时间。

(2)虾青素是一种具有极强抗氧化性的类胡萝卜素,在医药和食品等行业有着广阔的应用前景。乙酸钠可以诱导雨生红球藻进行虾青素合成。

化学品行业

(1)乙酸钠可用作乙酰化的助剂,可用于制造各种化工产品,如乙氯、肉桂酸、乙酸纤维素、呋喃丙烯酸、乙酸酯和氯乙酸等;

(2)在采用草酸络合法分离对甲基苯酚的过程中,用无水乙酸钠对滤液进行再次络合分离。这使得该方法对于甲酚质量分数在30%到80%之间的对甲酚和间甲酚的混酚体系分离可以得到高于99%纯度的对甲酚,同时对甲酚回收率在80%以上。

(3)乙酸钠可用于肥皂、电镀、革等材料的制备过程;并用作脱水剂、照相缓冲剂(在摄影中作为缓冲液消除强酸的影响)、染料和聚酯树脂制备的催化剂、染料的媒染剂等等;

(4)在合成橡胶生产的过程中使用乙酸钠可以防止氯丁二烯氯化;

环境治理应用

污水处理

随着炼油工业的迅速发展,炼油化工废水的成分逐渐复杂化,排污量也在逐年增加,污水处理场往往存在处理工艺落后,能耗较高等问题。在污水处理系统去除氮的过程中,通常通过反硝化反应提高脱氮效果,而反硝化反应需要通过投加碳源(如乙酸钠)来提供电子。乙酸钠作为碳源使用时,能被微生物直接代谢,且代谢途径简单,利用效率较高。

土壤修复

土壤中的Cr(VI)具有毒性、诱变性和致癌作用,进入土壤后会对土壤有严重危害,比如:破坏土壤中的微生物体系、抑制植物生长发育和通过食物链传递影响人体健康。且Cr(VI)迁移速度极快,在土壤中迁移和渗透将对大片土地和地下水产生严重污染。而乙酸盐是部分细菌还原Cr(VI)最有效的碳源。乙酸钠被加入铬污染的土壤中后,能有效降低土壤中Cr(VI)的含量,其机制可能是通过使土壤有机组分中的一些不溶于水的羧酸类物质进入液相,促进其与Cr(Ⅵ)的反应,从而修复铬污染的土壤。

医学应用

人类医疗

乙酸钠药物的适应症:乙酸钠浓缩注射液可以用作电解质来源的全胃肠外营养溶液,也可用于治疗低钠血症(钠耗竭),通常在口服钠治疗禁忌或不耐受的情况下使用。乙酸钠也可以添加到非肠道溶液中以增加pH值。

乙酸钠的主要临床用途如下:

(1)补充钠离子及电解质来源

乙酸钠提供的钠离子是内环境中的主要阳离子,控制着水的分布、液体和电解质的平衡以及体液渗透压,在调节细胞外液体积中起主要作用,还参与神经传导、肌肉收缩、酸碱平衡和细胞营养吸收等过程。因此,乙酸钠可以预防或辅助治疗口服摄入受限或不口服摄入的患者的低钠血症。当标准电解质或营养液不能满足患者的需要时,它可作为添加剂用作制备特定的静脉输液配方。

(2)碱化剂

冰醋钠和很多碳酸氢盐一样,属于碱化剂,它不仅是全身性碱化剂,也是一种泌尿性碱化剂,可用于代谢性酸中毒的治疗、酸性条件的肠外治疗或用于尿液的碱化。这是由于乙酸钠在肝脏中的代谢产物碳酸氢盐进入血液循环后,会增加患者的血浆碳酸氢盐浓度,帮助将血浆pH值恢复至正常范围(7.37-7.42)内。同时,乙酸钠会增加某些弱酸溶解度,并加速苯巴比妥和水杨酸盐等脂溶性有机酸电离和排泄,防止代谢性酸中毒。研究表明,即使在存在严重的肝病患者体内,乙酸钠的代谢过程也很容易进行。

动物医疗

充当动物的电解质来源;可用于牛症的治疗

其他

(1)作为乙酸的共轭碱,乙酸钠可以与乙酸配置缓冲溶液,pH调节范围为3.7-5.6,这种缓冲溶液经常用于生物化学方面。

(2)在一次性棉花垫的生产中可以用于防止静电的产生。

(3)三水乙酸钠作为无机化合物相变储能材料可用于暖手宝的制作,还可用于制备有机‑无机共熔混合物相变蓄热材料,作为储能模块用于储热系统中,包括工业废热回收系统,热水器储热系统和地板辐射采暖系统。

安全事宜

消防相关

存放环境及消防措施

乙酸钠在标准环境条件下化学性质稳定,但易燃且易吸湿,遇到强酸强氧化剂会急剧反应。应当储存在干燥的、没有明火的地方,且需要与强酸和强氧化剂分开存放。

如发生乙酸钠相关的火灾,推荐使用雾状水灭火器、泡沫灭火器、粉末灭火器、二氧化碳灭火器

泄露处理

乙酸钠泄漏后,使用微粒过滤呼吸器应对乙酸钠的空气传播。将溢出的乙酸钠清扫到有盖的容器中。如果允许,请先润湿以防止扬尘,用大量水洗去残留物。

其他注意事项

硝酸盐混合有爆炸危险,与反应放热剧烈;

健康相关

药物分布和代谢

吸收:乙酸钠被人体吸收后,非常容易进入血液循环

代谢:在肝脏中,乙酸钠被代谢成碳酸氢盐。这个过程为乙酸盐缓慢水解为二氧化碳和水,然后通过与氢离子结合转化为碳酸氢盐,代谢速度快且彻底。

排泄:钠离子主要在尿液中排出,部分钠从粪便中排出,少量也可从唾液、汗液、胆汁和胰腺分泌物中排出。

药物使用指南

(1)乙酸钠日常使用注意事项及禁忌症

乙酸钠的稀释溶液必须缓慢给药,因为快速静脉注射钠可能导致高钠血症和液体超负荷。

钠排泄机制受损的患者禁用乙酸钠;对钠、乙酸盐过敏或患有可能导致脱水的疾病(例如严重烧伤、严重或长期腹泻或呕吐、或不受控制的糖尿病)的患者禁用乙酸钠;对于充血性心力衰竭、其他水肿状态、肾功能损害、肝硬化子痫高血压醛固酮增多症的患者,应极其谨慎地使用乙酸钠;少尿、无尿患者和接受皮质类固醇或促肾上腺皮质激素治疗的患者慎用乙酸钠。(2)怀孕期间使用

由于高水平的钠可能导致脱水,因此应密切监测接受钠盐治疗的孕妇的血清钾水平和pH值,因为乙酸根离子可能导致低钾血症或代谢性碱中毒。

(3)哺乳期使用钠很可能被排泄到母乳中,谨慎将乙酸钠浓缩注射液用于母乳喂养的女性。(4)与其他药物的相互作用

乙酸钠碱化尿液可能会增加酸性药物(如水杨酸盐、巴比妥酸盐和四环素)的肾脏清除率,同时可能会降低奎尼丁、苯丙胺麻黄碱、伪麻黄碱和锂等碱性药物的肾清除率,并可能导致毒性。服用钾补充剂的患者同时使用乙酸钠与耗钾利尿剂(如布美他尼、依他利酸、塞米和噻类药物),可促进细胞内离子转移来降低血钾水平。

(5)药物过量症状及治疗

钠的过量给药或排泄受损会导致潜在致命的高钠血症,而乙酸盐的过量给药可能导致低钾血症和代谢性碱中毒。

治疗过程中应测量血清钠浓度,如果存在高钠血症,通常口服大量水和限制钠的摄入可以缓解。在病情严重时,可通过缓慢静脉输注5%葡萄糖治疗。如果体内总钠含量过高,可以使用利尿剂来增加钠的排泄。如果患者存在明显的肾功能受损症状、血清钠浓度大于200 mmol/L甚至濒临死亡时,则可能需要进行透析

乙酸钠新陈代谢后形成碳酸氢盐,如果发生碱中毒,应停止给予乙酸盐,轻症可以通过重新吸入呼出的空气缓解。更严重的碱中毒可能需要葡萄糖酸钙来预防可能出现的过敏和手足抽搐症状。在严重碱中毒的情况下,可以静脉内给药氯化铵。如果出现低钾血症,应给予氯化钾

毒性

人类毒性

目前没有关于乙酸钠致癌性或致突变性的证据,也没有关于服用乙酸钠是否会影响生育能力的证据。乙酸盐是肝脏中乙醇代谢的主要分解产物。已证明全身性的乙酸盐给药会引起运动障碍,这种效应被腺苷受体拮抗剂8-苯基茶碱阻断。

非人类毒性

(1)大鼠的LD50为25956毫克/公斤;其口服使用可加速和降低大鼠血液中的乙醇水平。

(2)乙酸钠在怀孕母鼠或其子代中未引起可观察到严重的不良作用。

(3)乙酸钠还可直接预防小鼠低血糖症状的发生,并在低血糖出现时治愈其主要症状。

(4)将0.1 mol/L的乙酸钠溶液中的pH值调节至7.0至7.5,并用氯化钠或蔗糖提高渗透压,在兔眼中连续3小时测试,结果显示乙酸钠不会对角膜造成干扰。

暴露途径及治疗方法

环境中乙酸钠的蒸汽压力应小于7.08X10⁻⁷ mm Hg,致死浓度为LC50(大鼠)\u003e30000 mg/立方米/1h。

吸入:使用局部排气方法进行救治,将患者保运至新鲜空气处,充分休息;

皮肤暴露:症状为皮肤发红;使用时需要戴防护手套,如果不慎暴露,需要用水和肥皂清洗皮肤;

眼睛暴露:眼睛变红;使用时需要佩戴安全护目镜,如果不慎暴露,首先用大量的水冲洗几分钟(如果有机会的话,请取下隐形眼镜),然后就医。

摄取:工作期间请勿进食、饮水或吸烟,充分休息。

个人防护及环境保护

眼睛面部防护:请使用经官方标准如NIOSH(美国)或EN166(欧盟)检测与批准的设备防护眼部。

皮肤保护:建议使用丁橡胶手套进行防护。

呼吸系统防护:在灰尘生成时需要对过滤呼吸防护的建议基于以下标准:DNEN143、DN14387及与所用呼吸防护装置相关的其他附带标准。

环境暴露的控制:不要让产品进入下水道。

参考资料

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国务院关于印发“十三五”生态环境保护规划的通知.中华人民共和国政府.2022-12-24

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