ppt - ChidS

Essigsäure
und ihre
Derivate
Gliederung des Vortrags
Kapitel
Kapitel
Kapitel
Kapitel
Kapitel
Kapitel
1:
2:
3:
4:
5:
6:
Die Essigsäure
Die Acetate
Essigsäureethylester
Essigsäureanhydrid
Chloressigsäure
Schulrelevanz der Thematik
2
Kapitel 1: Die Essigsäure
Kapitel 1: Essigsäure



IUPAC-Bezeichnung: Ethansäure
Andere Bezeichnungen: Acetylsäure (veraltet),
Eisessig (konzentrierte Form)
Monocarbonsäure: CH3COOH
3
Kapitel 1: Die Essigsäure
Historisches



Als Lösung bereits vor 8000 Jahren
(Babylonier)
Wohl zufällige Entstehung (aus Alkohol)
Antikes Rom: Heilmittel und
Erfrischungsgetränk („acetum“)
4
Kapitel 1: Die Essigsäure
Historisches


1864: L. Pasteur –
Entstehung des Essigs
durch Bakterien
(Orléans-Verfahren)
1914: Beginn der wichtigen
großtechnischen
Essigsäuresynthesen
5
Kapitel 1: Die Essigsäure
Demonstration 1:
„Essig“ aus Wein
Kapitel 1: Die Essigsäure
„Essig“ aus Wein

Essigsäurebakterien oxidieren Ethanol mittels
Luftsauerstoff zu Essigsäure
H3C
OH
-1
+
0
O2
H3C
+3 O
OH
-2
+

Essigsäurebakterien arbeiten aerob

Relativ säureresistente Mikroorganismen
H2O
7
Kapitel 1: Die Essigsäure
Essigsäure in Lebensmitteln

Bezeichnungen der
Zusatzstoffe:
E 260: Essigsäure
E 261: Kaliumacetat
E 262: Natriumacetat E 263: Calciumacetat

Verwendung als
Konservierungs- und
Säuerungsmittel
8
Kapitel 1: Die Essigsäure
Essigsäure in Lebensmitteln
„Verordnung über den Verkehr mit Essig und
Essigessenz“ (1972):
Essig: zwischen 5 % und 15,5 % Essigsäure
Essigessenz: zwischen 15,5 % und 25 %
In BRD: Durch Mikroorganismen hergestellte
Essigsäure
9
Kapitel 1: Die Essigsäure
Versuch 1:
Bestimmung des
Essigsäuregehalts in Essig
Kapitel 1: Die Essigsäure
Technische
Herstellungsverfahren
1.) Oxidation von Acetaldehyd:
+1
2 H3C
O
0
+
-2
[Mn(OAc)2]
O2
+3
2 H3C
O
OH
Hinweis: Acetaldehyd durch Oxidation von Ethen
Katalysator: Pd/Cu(II)chlorid
11
Kapitel 1: Die Essigsäure
Technische
Herstellungsverfahren
2.) Carbonylierung von Methanol:
Addition von Methanol an CO
-2
H3C OH
+2
+
CO
-3
H3C
+3
O
OH
Promoter: HI oder MeI
Rhodium(I/III)carbonyliodide als
Homogenkatalysatoren
12
Versuch 2:
Oxidation von Ethanol
Oxidation von Ethanol
OH
H3C
-1
+1
H3C
+
O
+
+2
CuO
H3C
+1
+2
CuO
H3C
O
+3
+
O
OH
0
Cu
+
+
H2O
0
Cu
14
Kapitel 1: Die Essigsäure
Physikalische Eigenschaften
der Essigsäure

Schmelzpunkt: 16,5° C

Siedetemperatur: 118° C

Dichte bei 25°C: 1,049 g/mL

Farblose Flüssigkeit mit stechendem Geruch
15
Kapitel 1: Die Essigsäure
Demonstration 2:
Kristallisation von
Essigsäure
Kapitel 1: Die Essigsäure
Kristallisation



Erstarren zwischen 3° C und 0° C
Kristallisationshemmung/ unterkühlte
Flüssigkeit
Kristallisationsstart: Anstieg der
Temperatur bis ca. 16°C
(Kristallisationswärme)
17
Kapitel 1: Die Essigsäure
Kristallisation - Dimerisierung



Verantwortlich für
Kristallisationshemmung
Mischbar mit polaren
Substanzen (Wasser,
Ethanol)
Mischbar mit unpolaren
Substanzen (Chloroform,
Tetrachlormethan)
„Verstecken der polaren
Seite“
18
Kapitel 1: Die Essigsäure
Einige chemische
Eigenschaften





pKs-Wert = 4,76
Unedle Metalle lösen sich unter Bildung
von Acetaten
Verschiedene Veresterungen
Dehydratisierung zum Anhydrid bei ca.
800°C
Brennbarkeit
19
Kapitel 1: Die Essigsäure
Versuch 3:
Verbrennung von
Essigsäure
Kapitel 1: Die Essigsäure
Brennbarkeit

Vollständige Verbrennung zu CO2 und H2O
H3C
+3
O
OH
+
0
+4
3 O2
2 CO2
+
-2
2 H2O
 Verbrennung weniger stark als Ethan
 blau-gelbliche Flamme
21
Kapitel 1: Die Essigsäure
Biologische Aktivität


Pheromon zur Verteidigung (u.a.
Skorpione)
Baustein in der Biosynthese zahlreicher
Stoffe:
enzymatische Umwandlung zu 3-Methyl-3butenylpyrophosphat (Aufbau der
Terpene)
Biosynthese von Fettsäuren
22
Kapitel 2: Acetate

Salze der Essigsäure: Proton durch Metallkation
ersetzt
CH3COOwasserlösliche Salze

CH3COO-


(aq)
+ H2O(l )
CH3COOH(l) + OH-(aq)
23
Kapitel 2: Acetate
Darstellung von Acetaten
1.) Direkte Reaktion von Metallen mit Essigsäure:
+1
0
2 CH3COOH(l) + Pb(s)
+2
0
Pb2+(aq) + 2 CH3COO-(aq) + H2 (g)
2.) Reaktion von Metalloxiden mit Essigsäure:
2 CH3COOH(l) + CuO(s)
Cu2+(aq) + 2 CH3COO-(aq) + H2O(l)
24
Kapitel 2: Acetate
Darstellung von Acetaten
3.) Neutralisationsreaktion zwischen
Essigsäure und einer Lauge:
CH3COOH (l) + NaOH
(aq)
Na+(aq) + CH3COO-(aq) + H2O(l)
4.) Reaktion der Essigsäure mit Carbonaten:
2 CH3COOH(l) + CaCO3 (s)
Ca2+(aq) + CH3COO-(aq)+CO2(g)+
H2O(l)
25
Kapitel 2: Acetate
Demonstration 3:
Herstellung von Grünspan
Kapitel 2: Acetate
Grünspan




Bildung an Grenze zwischen
Essigsäure und Luft
Durch Regen verstärkt
Basisches Kupferacetat
Nicht zu verwechseln mit
Kupfercarbonat
Reaktionsgleichung:
Cu(s) + ½ O2(g) + „2 H+“(aq)
Cu2+(aq) + H2O(l)
27
Eigenschaften - Kupferacetat

Wasserlöslich (72 g/L bei 20° C)

Dichte: 1,882 g/cm3

Ab 240° C Zersetzung

Farbpigment (Spanisches Grün)
28
Kapitel 2: Acetate
Bleiacetat

Mit siedendem Essig darstellbar

Farblose wasserlösliche Kristalle

Dichte: 2,55 g/cm3

Smp.: 75° C Sdp.: 200° C (Zersetzung)

Problem der Giftigkeit
29
Kapitel 2: Acetate
Bleiacetat


Süßlicher Geschmack: „Bleizucker“
Bericht aus Polizeidienstbuch 1787:
Des so gefährlichen Bleyzuckers..., das in einer gewissen
Menge des saueren Weines, oder auch in bloßem
Weinessige, aufgelöst wird, bedienten sich die
Unglücklichen, um ein ganzes Fass solches saureren
unschmackhaften Saftes, in einen süßlichen Trank zu
verwandeln, und so... ein wirklich langsames Gift
verschlingen zu machen."
30
Versuch 4:
Pigmente aus Bleiacetat
Kapitel 2: Acetate
a.) Reaktion mit Natriumcarbonat:
Pb2+(aq) + 2 CH3COO-
PbCO3
(s)
(aq)
+ 2 Na+
+ 2 Na+
(aq)
(aq)
+ CO32-
+ 2 CH3COO-
(aq)
(aq)
 Bleicarbonat: Weißpigment („Bleiweiß“)
 KL = 3,3 . 10-14 mol2/L2 bei 25° C
 Dichte 6,6 g/cm3
 Zersetzung ab 315° C
32
Kapitel 2: Acetate
b.) Reaktion mit Kaliumiodid:
Pb2+
(aq)
+ 2 CH3COO-
PbI2
(s)
+ 2 K+
(aq)
(aq)
+ 2 K+
(aq)
+ 2 I-
(aq)
+ 2 CH3COO-(aq)
 Bleiiodid: gelbes Pigment
 KL = 8,7 . 10-9 mol3/L3 bei 25° C
33
Kapitel 3:
Essigsäureethylester


Andere Namen: Ethylacetat, Essigester,
Essigäther (veraltet)
Bedeutendes organisches Lösungsmittel
34
Kapitel 3: Essigsäureethylester
Eigenschaften





Farblose, nach „Klebstoff
riechende“ Flüssigkeit
Dichte: 0,9 g/cm3
Smp.: -84° C / Sdp.: 77° C
Flammpunkt: - 4°C
Wenig wasserlöslich: 85 g/ L
bei 25° C
Gut löslich in Ethanol,
Aceton, Ether
35
Kapitel 3: Essigsäureethylester
Versuch 5:
Säurekatalysierte
Veresterung der
Essigsäure
1. Schritt: Protonierung der Carboxygruppe
O
+H
+
O H
H3C
+O H
H3C
O
H3C
O H
H
+
O H
O H
+
O H
H3C
2. Schritt: Angriff durch Ethanol
+
O
H
H
O
+ H3C
H3C
H
O H
O H
H3C
O H
+ O
H
CH3
-H
O
+
H3C
O H
O
H3C
37
3. Schritt: Wasserabspaltung
H
H
O
O
H3C
O H
O
+O
+H
+
+
H
H3C
O
H
O
- H2O
H3C
H
H
O
O
H3C
H3C
H3C
+ O
H3C
H3C
-H
+
O
H3C
O
CH3
Essigsäureethylester
38
Kapitel 4:
Essigsäureanhydrid


Andere Namen: Ethansäureanhydrid,
Acetanhydrid
Kommerziell wichtigstes aliphatisches Anhydrid
O
O
H3C
O
CH3
39
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid
Eigenschaften




Farblose Flüssigkeit
Smp.: - 73° C / Sdp.: 139° C
Gut löslich in Ethanol, Aceton, Chloroform, Ether,
Essigsäure u.a.
Mit Wasser Hydrolysereaktion zur Essigsäure
40
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid
Herstellung

Labor:
O
H3C

O
+
Cl
H3C
O
O
ONa
H3C
CH3
O
+
NaCl
Industriell:
O
O
H3C
+
OH
H3C
800°C/-H2O
OH
O
H3C
O
O
CH3
41
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid
Versuch 6:
Nachweis von Cholesterin
nach Liebermann
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid
Cholesterinnachweis
Cholesterin:
H3C H
C
CH3
CH3
CH3
HO
Nachweis (vereinfacht):
Endgültiger Mechanismus teils ungeklärt
43
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid
44
Kapitel 5:
Chloressigsäure


Auch Monochloressigsäure
pKS-Werte:
Essigsäure: 4,76
Chloressigsäure: 2,86
Dichloressigsäure: 1,29
45
Kapitel 5: Chloressigsäure
Eigenschaften





Farblose Kristalle mit stechendem Geruch
Smp.: 53-63° C / Sdp.: 188° C
Wasserlöslich
Löslich in organischen Lösemitteln
Ätzende Wirkung
46
Kapitel 5: Chloressigsäure
Versuch 7:
SN-Reaktion an
Chloressigsäure
Kapitel 5: Chloressigsäure
Nucleophile Substitution
HOOC
OH
COOH
-
Cl
H
HO
H
H
Bimolekulare
Kinetik: SN2
Ag+ (aq) + Cl-
(aq)
Cl
H
Übergangszustand
AgCl (s)
[weiß]
Cl
-
+
COOH
HO
H
H
Hydroxyethansäure
48
Kapitel 6: Schulrelevanz



11 II (G9): Oxidation von Ethanol
12 I (G9): Carbonsäuren und ihre Derivate
- Eigenschaften Monocarbonsäuren und ihre
Salze
- Veresterung von Monocarbonsäuren
- Alkansäuren im Alltag (Essigsäure)
- Lk: Halogenalkansäuren/ Hydroxycarbonsäuren
13 I (G9): pKs-Werte starker und schwacher Säuren
49
Vielen Dank für
Ihre Aufmerksamkeit
51
52
ALLES ESSIG!
53
54
Kap. 3: Aminoessigsäure Glycin


Einfachste Aminosäure
Name: glykos (griechisch) : süß
55
Kapitel 3: Glycin
Glycin - Eigenschaften




Wässrige Lösung pH von 5,92
Zwitterion:
Smp: 232-236° C
Wasserlöslich (225g/L bei 25°C)
Einzige nicht optisch-aktive Aminosäure
56
Kapitel 3: Glycin
Versuch 4:
Nachweis des Stickstoffs
im Glycin
Kapitel 3: Glycin
Verbrennung von Glycin
2 NH3
C
H2
O
OH
+
4,5 O2
4 CO2
+
3 H2O
+
2 NH3
NH3 (g) + H2O (l) -> NH4+ (aq) + OH- (aq)
OH- -Ionen: Blaufärbung des Indikatorpapiers
58