Acid formic là hợp chất hữu cơ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, phổ biến nhất là trong ngày công nghiệp với vai trò là chất cầm màu, diệt khuẩn, dung môi, chất giảm độ pH…
1. Tìm hiểu chung
1.1 Acid formic là gì?
Acid formic là dạng hợp chất acid hữu cơ đơn giản nhất với công thức là HCOOH hoặc CH2O2.
Đây là sản phẩm trung gian trong quá trình tổng hợp hóa học hoặc trong tự nhiên nó được tìm thấy trong nọc độc và vòi đốt của nhiều loại côn trùng thuộc bộ cánh màng mà chủ yếu là các loài kiến, vì vậy acid formic cũng được gọi là acid kiến.
Về mặt hóa học, Acid fomic còn có những tên gọi khác nhau như Acid metanoic, Acid hydrocacboxylic, Acid aminic, Andehit formic…
Acid fomic là chất lỏng, không màu, dễ bốc khói, hòa tan trong nước và các chất dung môi hữu cơ phân cực và hòa tan một ít trong các hydrocacbon.
1.2 Sơ lược lịch sử của Acid formic
Ngày xưa Acid formic chỉ là chất ít phổ biến trong công nghiệp. Tuy nhiên, vào cuối những năm 1960, do Acid formic là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất Acid acetic nên dần được sử dụng rộng rãi hơn. Ngày nay Acid formic được sử dụng như một chất bảo quản và kháng khuẩn trong thức ăn chăn nuôi.
Một điều thú vị là ngay từ thế kỷ 15, một số nhà giả kim và nhà tự nhiên học nhận ra rằng tổ kiến tỏa ra hơi acid và sự thật là kiến tiết ra Acid formic để tấn công và phòng thủ. Năm 1671, nhà tự nhiên học người Anh John Ray đã mô tả sự phân lập của chất này bằng cách chưng cất một số lượng lớn xác kiến.
Acid formic lần đầu tiên được tổng hợp từ acid HCN bởi nhà hóa học người Pháp Joseph Gay-Lussac. Năm 1855, một nhà hóa học người Pháp khác, Marcellin Berthelot, đã phát triển một phương pháp tổng hợp từ khí CO tương tự như phương pháp được sử dụng ngày nay.
2. Điều chế Acid formic
2.1 Acid formic được tổng hợp trong phòng thí nghiệm bằng hai cách:
- Nung nóng Acid oxalic trong Glixerol khan và chiết bằng cách chưng hơi.
- Thủy phân Acid etyl isonitrile với chất xúc tác là dung dịch HCl.
2.2 Trong công nghiệp
- Như đã đề cập, Acid formic là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất Acid acetic. Ngày nay cùng với sản lượng Acid acetic khổng lồ thì cũng có một lượng lớn Acid formic được tổng hợp. Đây là quá trình được gọi là chiết xuất sản phẩm phụ.
- Metanol tác dụng với khí CO dưới sự xúc tác của một bazơ mạnh sẽ sẽ tạo ra Metyl fomiat, một dẫn xuất của Acid fomic. Sau đó, tiến hành phản ứng thủy phân của Metyl fomiat tạo ra Acid fomic.
- Để quá trình thủy phân trực tiếp Metyl fomiat, nhà sản xuất thực hiện quá trình gián tiếp khi cho Metyl fomiat phản ứng với Amoniac để tạo ra Formamide và sau đó thủy phân Formamide bằng Acid sulfuric để tạo ra Acid formic.
3. Công dụng
Cũng như những loại Acid khác, ngày nay Acid formic được sử dụng nhiều vì có những ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ngành sản xuất công nghiệp:
Chất cầm màu
Acid fomic được dùng như là một chất cầm màu trong nhuộm da và nhuộm sửa chữa vì chúng là tác nhân trung hòa và điều chỉnh độ pH trong nhiều bước xử lý dệt may.
Chất khử trùng, diệt khuẩn
Trong công nghiệp, Acid formic là chất khử trùng và chất diệt khuẩn có giá trị trong nhiều ứng dụng làm sạch hoặc được sử dụng để khử trùng trong gia đình.
Chất trung gian làm dung môi
Acid formic là chất trung gian để làm dung môi trong các chất tạo khối còn được gọi là Methanoic acid.
Giúp điều chỉnh giá trị pH
Acid fomic được dùng để điều chỉnh giá trị pH trong khử lưu huỳnh khí thải, đông máu mủ.
Những ứng dụng khác
Acid formic còn được dùng để tổng hợp hóa học và mạ điện, khai thác dầu khí, chất điều vị thực phẩm.
4. Ứng dụng
Acid formic được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:
4.1 Ngành chăn nuôi
Công dụng chính của Acid formic là chất bảo quản và chất kháng khuẩn trong thức ăn chăn nuôi. Khi được phun lên cỏ hoặc thức ăn ủ chua khác, Acid formic ngăn chặn vài quá trình thối rữa, làm cho thức ăn giữ được giá trị dinh dưỡng lâu hơn và do đó được sử dụng rộng rãi để bảo quản thức ăn mùa đông cho gia súc. Trong ngành chăn nuôi gia cầm, đôi khi Acid formic được thêm vào thức ăn để tiêu diệt vi khuẩn Salmonella.
Theo trang thuysanvietnam.com, Acid fomic có thể được dùng trong nuôi tôm như sau:
Tác dụng lên vi khuẩn gây bệnh
- Acid formic thường được dùng để thêm vào trong thức ăn chăn nuôi như chất phụ gia nhằm kiểm soát các tác nhân gây bệnh. Tuy nhiên, cho đến nay, acid này chưa được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nuôi tôm. Hiện, một số nhà khoa học mới chỉ tập trung chủ yếu vào nghiên cứu khả năng gây ức chế với một số loài vi khuẩn Vibrio.
- Hoạt tính của hữu cơ. formic, acetic, butyric được thí nghiệm trên các loài tôm khác nhau với nồng độ acid khác nhau bằng phương pháp khuếch tán trên địa thạch. Kết quả cho thấy acid formic có khả năng ức chế Vibrio mạnh nhất so với các acid hữu cơ còn lại ở mọi nồng độ.
- Nghiên cứu này cho thấy hoạt tính của Acid formic thường đi kèm với hàm lượng chất bảo. Trong quá trình bố trí các nghiệm thức cho thấy Acid formic có khả năng ức chế vi khuẩn Vibrio khi pH thấp hơn 5, ức chế hoàn toàn khi pH= 5. Với những môi trường có phố lớn hơn 5, Vibrio harveyi có khả năng thích nghi và sống sót. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng không chắc chắn rằng liệu môi trường có pH thấp hơn 5 vi khuẩn Vibrio có bị ức chế hoàn toàn hay không.
- Những phân tử của Acid formic có thể thâm nhập vào vách tế bào vi khuẩn (đặc biệt là vi khuẩn gram âm), phân ly trong tế bào chất và làm rối loạn những chức năng của tế bào. Do đó, khi được dùng với liều lượng thích hợp, acid này đem lại sự an toàn, tác động tốt và chi phí thấp trong việc kiểm soát bệnh đường ruột do vi khuẩn gram âm, thúc đẩy hệ vi khuẩn đường ruột của vật chủ phát triển.
Tác dụng kích thích tăng trưởng
- Trong những năm gần đây, Acid formic được nghiên cứu với vai trò là chất phụ gia trong thức ăn nuôi tôm. Ở đường ruột, acid này tham gia quá trình chuyển hóa thức ăn, thúc đẩy quá trình trao đổi chất trực tiếp của tôm nuôi. Đồng thời, nó còn có khả năng làm giảm hệ đệm của thức ăn, góp phần cải thiện tiêu hóa thức ăn.
- Cơ chế hoạt động của Acid formic trong đường tiêu hóa theo 2 cách là giảm pH trong đường tiêu hóa và phân ly trong tế bào vi khuẩn, ức chế sự phát triển của những vi khuẩn gram âm.
- Thông thường, pH không thích hợp ở đường tiêu hóa sẽ ức chế hoạt động của pepsin và làm cho sự tiêu hóa protein bị hạn chế. Hoạt động phân giải protein đòi hỏi pH < 4. Cũng như vậy, hoạt động tiết ra enzym dịch tụy cũng bị hạn chế khi pH cao và do đó làm giảm khả năng tiêu hóa chung ở những động vật độc vị (monogastric). Bổ sung Acid formic vào thức ăn có thể dẫn đến pH thấp ở tá tràng, cải thiện việc giữ lại nitơ và làm tăng độ tiêu hóa các chất dinh dưỡng.
4.2 Ngành nông nghiệp
Acid formic được sử dụng để chế biến mủ hữu cơ (nhựa cây) thành cao su thô.
Những người nuôi ong sử dụng Acid formic như một loại thuốc diệt trừ ve Varroa.
4.3 Ngành công nghiệp
Acid formic có tầm quan trọng nhỏ trong ngành dệt may và thuộc da.
Một số Este formate là hương liệu cho nước hoa nhân tạo.
Đây cũng là thành phần hoạt tính trong một số nhãn hiệu tẩy rửa gia dụng.
4.4 Hóa học
Trong hóa học hữu cơ tổng hợp, Acid formic thường được sử dụng như một nguồn ion hydrua. Phản ứng Eschweiler-Clarke và phản ứng Leuckart-Wallach là những ví dụ về ứng dụng này. Acid formic cũng được sử dụng như một nguồn hydro trong quá trình hydro hóa chuyển giao.
5. Lưu ý
Mối nguy hiểm chính từ Acid formic là khi da hoặc mắt tiếp xúc với Acid formic lỏng hoặc hơi đậm đặc. Bất kỳ con đường tiếp xúc nào với chất này đều có thể gây bỏng hóa chất nghiêm trọng và khi tiếp xúc với mắt có thể dẫn đến tổn thương mắt vĩnh viễn.
Tương tự, hơi hít vào có thể gây kích ứng hoặc bỏng đường hô hấp. Vì khí CO cũng có thể có trong hơi Acid formic, nên cẩn thận khi hít vào một lượng lớn khói Acid formic. Mức tiếp xúc cho phép của OSHA Hoa Kỳ (PEL) của hơi Acid formic trong môi trường làm việc là 5ppm.
Acid formic được cơ thể chuyển hóa và đào thải dễ dàng. Tuy nhiên, một số tác dụng mãn tính đã được ghi nhận. Một số thí nghiệm trên động vật đã chứng minh đây là một chất gây đột biến. Tiếp xúc mãn tính có thể gây tổn thương gan hoặc thận. Một khả năng khác khi phơi nhiễm mãn tính là làm tăng tình trạng dị ứng da khi tái tiếp xúc với hóa chất.
Ở nồng độ cao, Acid Formic có thể gây nguy hiểm vì tính ăn mòn. Ngoài ra, Acid formic có thể gây ra các triệu chứng loét, buồn nôn, bỏng da, mụn nước và khó chịu.
Khi sử dụng Acid formic cần lưu ý tránh vây vào mắt hoặc tiếp xúc trực tiếp với da quá lâu. Để nơi khô ráo, thoáng mát, tránh xa nguồn nhiệt và lửa.
Trường hợp ảnh hưởng nặng qua đường hô hấp nên đưa nạn nhân ra nơi thoáng mát.
