無水酢酸

無水酢酸（または無水エタン酸）は、化学式（CH₃CO _） ₂O_で表される化合物です。一般的にAc₂O_と略記され、カルボン酸の最も単純な無水物の一つであり、酢酸セルロースやヘロインの製造、有機合成における試薬として広く用いられています。無色の液体で、空気中の水分と反応して生成される酢酸の強い臭いがします。

酢酸無水物は、ほとんどの有機酸無水物と同様に、非平面構造を持つ柔軟な分子です。C=O と CO の距離は 1.19 Å と 1.39 Å です。^{[ 4 ]}中心酸素を介した π 系結合は、2 つのカルボニル酸素間の双極子-双極子反発に比べて非常に弱い共鳴安定化を提供します。最適な非平面配座のそれぞれ間の結合回転に対するエネルギー障壁は非常に低いです。^{[ 5 ]}

無水酢酸は、1852年にフランスの化学者シャルル・フレデリック・ゲルハルト（1816-1856）によって、酢酸カリウムと塩化ベンゾイルを加熱することによって初めて合成された。^{[ 6 ]}

酢酸無水物は酢酸メチルのカルボニル化によって生成される：^{[ 7 ]}

CH ₃ CO ₂ CH ₃ + CO → (CH ₃ CO) ₂ O

テネシー・イーストマン法による無水酢酸製造プロセスは、酢酸メチルをヨウ化メチルに変換する工程を含む。ヨウ化メチルのカルボニル化によりヨウ化アセチルが生成され、これが酢酸源と反応して目的の無水酢酸が得られる。触媒としては、ヨウ化リチウム存在下で塩化ロジウムが用いられる。無水酢酸は水中では不安定であるため、反応は無水条件下で行われる。

酢酸無水物は、ケテン（エテノン）と酢酸を45～55  ℃、低圧（0.05～0.2  bar）で反応させることによっても、程度は低下するものの調製される。 ^{[ 8 ]}

H ₂ C=C=O + CH ₃ COOH → (CH ₃ CO) ₂ O

（ΔH = −63 kJ/mol）

酢酸からケテンを経由して無水酢酸に至る経路は、酢酸セルロースの生産により無水酢酸の需要が増加した1922年にワッカーケミーによって開発されました^{[ 9 ]}。

実験室では酢酸のトシル化によって無水酢酸を生成することも可能だが、効率が悪く、無水酢酸が非常に安価であるため、広く用いられていない。そのプロセスは以下の通りである。

${\displaystyle {C_{6}H_{4}CH_{3}SO_{2}Cl{\text{ (TsCl)}}+CH_{3}COOH\longrightarrow CH_{3}COOSO_{2}C_{6}H_{4}CH_{3}{\text{ (アセチルトシレート)}}+HCl}}$

ここでは、トシルクロリド（TsCl）、別名p-トルエンスルホニルクロリドまたは4-トルエンスルホニルクロリドが、酢酸またはエタン酸と反応して混合無水物（AcOTsまたはTsOAc）を形成します。この混合無水物は不安定であり、SN2反応を介して別の酢酸分子と反応して_無水酢酸を形成します。

${\displaystyle AcOTs{\text{ (アセチルトシレート)}}+CH_{3}COOH\rightleftharpoons (CH_{3}CO)_{2}O{\text{ }}+TsOH}$

TsOH は強酸であるため、無水酢酸分子を分解して牽引力を乱すことができ、可逆的です。ここで、Ac はエタノイル基またはアセチル基を表し、Ts はトシル基または 4-トルエンスルホニル基を表します。この問題を解決するには塩基が必要ですが、水酸化物イオンまたは酸化物イオンは反応して水を生成する可能性があり、水は無水酢酸を 2 つの酢酸分子に分解する可能性があるため、使用できません。したがって、水を生成せず、水素イオンまたはプロトンを吸収するものを使用する必要があります。そのためには、トリエチルアミンまたは酢酸カリウム (または酢酸ナトリウム) を使用して収率を上げることができます。水は無水酢酸を分解することができ、空気には反応を阻害する可能性のある水分が含まれているため (それほど多くはありませんが)、真空または N ₂またはアルゴンの不活性雰囲気、および THF などの無水条件下で行うことをお勧めします。次に、濾過する必要があります。まずヘキサンなどの溶媒で洗浄して無水酢酸を溶解させ、極性塩を極性溶媒中に残し、無水酢酸をヘキサンに溶解させます。その後、蒸留を行い、無水酢酸、水、ヘキサンを分離します。沸点に基づいて分離するには、分留を用いることができます。

酢酸無水物は安価であるため、研究室で使用する際には、通常は調製するのではなく購入される。

無水酢酸は、有機基質にアセチル基を導入するアセチル化反応に用いられる汎用性の高い試薬である。 ^{[ 10 ]}_{これらの反応において、無水酢酸は}CH3CO ⁺の供給源として見なされる。

有機化学で示されているように、無水酢酸は主に商業的に重要な材料につながるアセチル化に使用されます。最大の用途は、セルロースを酢酸セルロースに変換することです。酢酸セルロースは写真フィルムやその他のコーティング材料の成分であり、タバコのフィルターの製造に使用されます。同様に、サリチル酸のアセチル化によって作られるアスピリン（アセチルサリチル酸）の製造にも使用されます。^{[ 22 ]}また、オートクレーブ含浸とそれに続くアセチル化を介して活性改質剤として使用され、耐久性のある長持ちする木材を作ります。^{[ 23 ]}

無水酢酸は、加工デンプン（E1414、E1420、E1422）の製造に一般的に使用されます。

モルヒネのジアセチル化によるヘロインの合成に使用されるため、無水酢酸は米国DEAリストIIの前駆体としてリストされており、他の多くの国でも規制されている。^{[ 24 ] [ 25 ]}

無水酢酸は刺激性および可燃性の液体であり、皮膚に対して非常に腐食性が高く、直接接触すると火傷を引き起こします。水やアルコールとの反応性が高いため、消火には泡消火剤または二酸化炭素消火剤が好まれます。^{[ 26 ]}

• ICSC 0209
• NIOSH（米国国立労働安全衛生研究所）の化学物質危険性に関するポケットガイド