Kwas propionowy

Kwas propionowy (CAS: 79-09-4) Dostawca w Europie

Kwas propionowy jest naturalnie występującym kwasem karboksylowym o wzorze chemicznym CH3CH2CO2H. Ma postać bezbarwnej cieczy o charakterystycznym ostrym i nieprzyjemnym zapachu, który czasami jest porównywany do zapachu ciała.

Ten związek organiczny wyróżnia się tym, że jest krótkołańcuchowym nasyconym kwasem tłuszczowym i występuje zarówno w źródłach naturalnych, jak i jako produkt fermentacji bakteryjnej. Jego właściwości sprawiają, że kwas propionowy jest ważną substancją chemiczną w różnych zastosowaniach przemysłowych, w tym w produkcji tworzyw sztucznych na bazie celulozy, herbicydów oraz jako środek konserwujący w żywności ze względu na jego właściwości przeciwgrzybicze.

Rola kwasu propionowego wykracza poza zastosowania przemysłowe; jest także substancją niezbędną na szlakach biochemicznych w organizmie człowieka. Jako metaboliczny produkt uboczny trawienia bakteryjnego w jelitach bierze udział w procesach wytwarzania energii.

Ponadto, jako prekursor większych cząsteczek, stanowi integralną część syntezy niektórych tłuszczów i olejów. Wpływ substancji na metabolizm energetyczny i jej obecność w konserwowaniu żywności podkreślają jej podwójne znaczenie zarówno w kontekście biologicznym, jak i komercyjnym.

Na skalę przemysłową produkcja kwasu propionowego wykorzystuje nowoczesne metodologie chemiczne i często wykorzystuje zasoby odnawialne, dostosowując się do zrównoważonego podejścia do produkcji chemicznej.

Rynek tego kwasu podkreśla jego znaczenie gospodarcze, biorąc pod uwagę jego różnorodne zastosowania i popyt w wielu sektorach. Dzięki swojej odrębnej strukturze chemicznej i wszechstronności kwas propionowy stanowi wyraźny przykład związku organicznego, którego znaczenie rozciąga się od mikrobiologii po produkcję komercyjną na dużą skalę.

Właściwości chemiczne

Kwas propionowy wykazuje szereg właściwości chemicznych, które mają kluczowe znaczenie dla jego zachowania i zastosowań w różnych gałęziach przemysłu. Jest rozpoznawany ze względu na prostą strukturę molekularną, odrębny stan fizyczny w temperaturze pokojowej i specyficzne właściwości reaktywne.

Struktura molekularna

Wzór cząsteczkowy kwasu propionowego to C₃H₆O₂. Jego struktura składa się z łańcucha trójwęglowego zakończonego grupą funkcyjną kwasu karboksylowego (-COOH).

Każdy z pierwszych dwóch węgli zawiera po trzy atomy wodoru, podczas gdy trzeci węgiel jest podwójnie związany z atomem tlenu, a także związany z grupą hydroksylową (-OH).

Stan fizyczny

W temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym kwas propionowy występuje w postaci bezbarwnej, oleistej cieczy. Charakteryzuje się ostrym, ostrym zapachem, który może przypominać zapach ciała, co wynika z jego lotnego charakteru.

Reaktywność

Kwas propionowy reaguje z zasadami, tworząc propioniany (znane również jako propaniany), które są jego odpowiednimi solami. Jest rozważane umiarkowanie korozyjny na metale i tkanki.

Po ogrzaniu do rozkładu kwas propionowy wydziela dym i drażniące opary. Jako związek kwasowy może brać udział w typowych reakcjach kwasowo-zasadowych i ulegać estryfikacji alkoholami.

Produkcja i synteza

Syntezę kwasu propionowego można przeprowadzić różnymi metodami biotechnologicznymi i chemicznymi, z których każde ma określone ścieżki i metody.

Produkcja Biotechnologiczna

W metodach biotechnologicznych kwas propionowy wytwarza się w drodze fermentacji przy użyciu propionibakterie. Mikroorganizmy te potrafią przekształcać różne substraty, takie jak glukoza, glicerol, laktoza i produkty uboczne rolnictwa, w kwas propionowy.

Zmienne procesu, w tym rodzaj substratu, szczep bakterii i warunki fermentacji, mają kluczowe znaczenie dla optymalizacji wydajności i produktywności kwasu.

• Stosowane podłoża:
  • Glukoza
  • Glicerol
  • Laktoza
  • Produkty uboczne rolnictwa
• Kluczowe zmienne:
  • Wybór szczepu bakteryjnego
  • Temperatura fermentacji
  • Regulacja pH

Metody syntezy chemicznej

Alternatywnie synteza chemiczna zazwyczaj obejmuje hydrokarboksylację etylenu w obecności katalizatora, takiego jak karbonyl niklu, w celu wytworzenia kwasu propionowego. Procesy chemiczne oferują proste, choć mniej przyjazne dla środowiska podejście w porównaniu z produkcją biotechnologiczną.

• Główna reakcja chemiczna: Etylen + CO + H2O → Kwas propionowy
• Zastosowany katalizator:
  • Karbonyl niklu (Ni(CO)4)

Aplikacje

Kwas propionowy służy jako wszechstronny półprodukt w szeregu zastosowań przemysłowych ze względu na jego właściwości przeciwdrobnoustrojowe i konserwujące.

Przemysł spożywczy

W przemyśle spożywczym kwas propionowy i jego sole wapnia i sodu są używane głównie jako konserwanty. Skutecznie hamują rozwój pleśni i bakterii w pomieszczeniach wypieki, ser, i inne nabiał.

Farmaceutyki

Wykazują pochodne kwasu propionowego, takie jak ibuprofen i naproksen przeciwzapalny, przeciwbólowy, I przeciwgorączkowy nieruchomości. Związki te są niezbędne do tworzenia leków łagodzących ból, obniżających gorączkę i łagodzących stany zapalne.

Rolnictwo

Kwas ten odgrywa rolę m.in rolnictwo jak pestycyd. Jego działanie grzybobójcze i bakteriobójcze korzystnie zapobiega psuciu się przechowywanego ziarna i paszy dla zwierząt, służąc w ten sposób jako środek konserwujący chroniący produkty rolne.

Przemysł chemiczny

W przemyśle chemicznym kwas propionowy stosowany jest jako element konstrukcyjny do produkcji herbicydy, tworzywa sztuczne, I smary syntetyczne. Jego użyteczność w produkcji różnych związków chemicznych podkreśla jego znaczenie przemysłowe.

Bezpieczeństwo i obsługa

Kwas propionowy wymaga ostrożnego obchodzenia się ze względu na jego właściwości korozyjne. Poniżej znajdują się najważniejsze uwagi dotyczące bezpieczeństwa i informacje toksykologiczne.

Toksykologia

Kwas propionowy może silnie podrażniać i powodować oparzenia skóry i oczu, z możliwością uszkodzenia oczu. Wdychanie oparów może podrażniać drogi oddechowe, powodując objawy takie jak kaszel, świszczący oddech i duszność. Ostre narażenie może powodować bóle głowy, nudności, wymioty, biegunkę i ból brzucha.

Zasady bezpieczeństwa

Podczas pracy z kwasem propionowym należy nosić odpowiedni sprzęt ochrony osobistej (PPE), aby zapobiec kontaktowi ze skórą i oczami. ŚOI powinny obejmować:

• Rękawice ochronne: Nitryl lub PCV.
• Ochrona oczu: Okulary ochronne lub osłona twarzy.
• Odzież ochronna: Fartuch laboratoryjny lub fartuch odporny na działanie środków chemicznych.

Praktyki dotyczące bezpiecznego postępowania obejmują:

• Trzymać z dala od żywności i napojów.
• Zapewnić odpowiednią wentylację w miejscu pracy.
• Unikać wdychania oparów; jeśli to możliwe, używaj wyciągów.
• Po użyciu dokładnie umyć ręce.
• Przechowywać w chłodnym, suchym i dobrze wentylowanym miejscu, z dala od substancji niezgodnych.

W przypadku kontaktu ze skórą lub oczami natychmiast przemyć dużą ilością wody i zwrócić się o pomoc lekarską. W przypadku wdychania wyprowadzić poszkodowanego na świeże powietrze i w przypadku utrzymywania się objawów zasięgnąć porady lekarza. Zawsze miej dostępne karty charakterystyki i postępuj zgodnie z lokalnymi przepisami i wytycznymi dotyczącymi obchodzenia się i usuwania chemikaliów.

Wpływ środowiska

Kwas propionowy, szeroko stosowana substancja chemiczna, ma wpływ na środowisko, szczególnie w zakresie biodegradowalności i emisji. Zrozumienie tych czynników ma kluczowe znaczenie dla oceny jego ogólnego śladu ekologicznego.

Biodegradacja

Kwas propionowy łatwo ulega biodegradacji, co oznacza, że może być rozkładany przez mikroorganizmy w warunkach tlenowych. Ta cecha zmniejsza potencjał długoterminowej akumulacji w środowisku. Jako naturalnie występujący kwas karboksylowy może być metabolizowany przez różne bakterie glebowe i odgrywa rolę w obiegu węgla.

Emisje i przepisy

Jeśli chodzi o emisje, produkcja i wykorzystanie kwasu propionowego może przyczyniać się do uwalniania lotnych związków organicznych (LZO). Emisje te podlegają regulacji ze względu na ich potencjał tworzenia ozonu w warstwie przyziemnej i przyczyniania się do zanieczyszczenia powietrza.

Ramy regulacyjne, takie jak te egzekwowane przez Agencję Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (US EPA), określają dopuszczalne poziomy LZO w celu złagodzenia ich wpływu na środowisko. Przepisy mogą również narzucać wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w procesie produkcji kwasu propionowego w celu osiągnięcia zmniejszonego śladu węglowego.

Rynek i Ekonomia

Rynek kwasu propionowego wykazuje stały wzrost, przy czym regiony Azji i Ameryki Południowej znacząco przyczyniły się do wzrostowego trendu popytu. Ten globalny rynek napędzany jest głównie jego zastosowaniem w środkach konserwujących żywność i paszę.

Podaż i popyt

Światowa podaż kwasu propionowego jest zgodna z popytem, który rośnie średniorocznie 3% w ciągu ostatnich lat.

Największy popyt pochodzi z sektorów żywności i środków konserwujących paszę, szczególnie w Azji i Ameryce Południowej, ze względu na duży przemysł rolniczy i rosnące obawy dotyczące bezpieczeństwa żywności.

Przewiduje się, że w 2024 r. wielkość rynku wyniesie ok 412,06 kiloton i oczekuje się, że wzrośnie 484,93 kiloton do 2029 r.

Trendy cenowe

Ceny kwasu propionowego zazwyczaj odzwierciedlają równowagę pomiędzy jego podażą i popytem. Spowolnienie gospodarcze i przyjęcie alternatywnych konserwantów zwykle zmniejszały popyt, a tym samym ceny.

Oczekuje się jednak, że ceny kwasu propionowego pozostaną stabilne lub nieznacznie wzrosną, zgodnie z tendencjami z przeszłości sugerującymi stały wzrost wartości rynkowej od $1,89 miliarda w 2022 r do wyższych wartości do 2030 r., pod warunkiem że nie wystąpią żadne istotne zakłócenia na rynku.

Badania i rozwój

Badania nad produkcją kwasu propionowego przyniosły znaczny postęp zarówno w metodologii naukowej, jak i w zakresie zrównoważonych innowacji. Naukowcy aktywnie poszukują alternatywnych metod produkcji w stosunku do metod petrochemicznych, wykorzystując procesy biotechnologiczne jako potencjalne zmiany w branży.

Studia naukowe

Ostatnie badania położyły nacisk na biologiczną produkcję kwasu propionowego, badając różnorodne substraty, od glukozy i laktozy po bardziej niekonwencjonalne źródła, takie jak glicerol i hemicelulozy.

Koncentrują się na optymalizacji procesów fermentacji i badaniu roli różnych mikroorganizmów w zwiększaniu wydajności i wydajności. Badania naukowe w tej dziedzinie obejmują również badanie szlaków metabolicznych syntezy kwasu propionowego w gospodarzach drobnoustrojowych.

Innowacje i perspektywy na przyszłość

Przejście w kierunku zrównoważonej produkcji kwasu propionowego jest widoczne w rosnącej liczbie innowacji mających na celu zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych i uzależnienie od paliw kopalnych.

Futurystyczne perspektywy obejmują udoskonalenie podejść biotechnologicznych – przy czym niektóre badania zostaną wsparte źródłami finansowania, takimi jak Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego.

Wysiłki te mają na celu nie tylko uczynienie procesów fermentacji opłacalnymi z komercyjnego punktu widzenia, ale także poprawę ogólnego śladu węglowego produkcji kwasu propionowego.

Często Zadawane Pytania

W tej sekcji odpowiadamy na niektóre z najczęstszych zapytań dotyczących kwasu propionowego, mając na celu wyjaśnienie jego nazewnictwa, zastosowań i bezpieczeństwa.

Jaka jest różnica między kwasem propionowym a kwasem propionowym?

Terminy kwas propionowy i kwas propanowy odnoszą się do tego samego związku chemicznego o wzorze C3H6O2. „Propionowy” to nazwa zwyczajowa, natomiast „propanowy” to nazwa systematyczna zgodna z wytycznymi nomenklatury IUPAC.

Jakie są główne zastosowania kwasu propionowego w różnych gałęziach przemysłu?

Kwas propionowy jest szeroko stosowany w produkcji herbicydów, tworzyw sztucznych i włókien syntetycznych. Znajduje również zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym, gdzie wykorzystuje się go do produkcji niektórych leków.

Jak kwas propionowy działa jako środek konserwujący w produktach spożywczych?

Jako środek konserwujący kwas propionowy hamuje rozwój pleśni i niektórych bakterii w produktach spożywczych, przedłużając w ten sposób ich trwałość. Występuje szczególnie powszechnie w wypiekach i serach, gdzie jest ceniony ze względu na swoje właściwości przeciwgrzybicze.

Jaka jest struktura chemiczna kwasu propionowego?

Struktura chemiczna kwasu propionowego składa się z trójwęglowego kwasu karboksylowego o wzorze CH3CH2COOH. Ma grupę karboksylową (-COOH) przyłączoną do dwuwęglowego łańcucha alkilowego.

W jaki sposób wykorzystuje się pochodne kwasu propionowego?

Pochodne kwasu propionowego, takie jak propioniany i propionamidy, są wykorzystywane w różnych zastosowaniach, w tym jako plastyfikatory, rozpuszczalniki oraz do produkcji dodatków do żywności i środków aromatyzujących.

Czy kwas propionowy jest uważany przez agencje regulacyjne za bezpieczny do stosowania w produktach spożywczych?

Agencje regulacyjne, takie jak amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA), zatwierdziły kwas propionowy i jego sole do stosowania jako dodatki do żywności. Bezpieczeństwo kwasu propionowego podlega limitom stężeń i wytycznym określonym przez te agencje.