Essigsäure Essigsäure und ihreund ihre DerivateDerivate
22
Gliederung des VortragsGliederung des Vortrags
Kapitel 1: Die EssigsäureKapitel 1: Die EssigsäureKapitel 2: Die AcetateKapitel 2: Die AcetateKapitel 3: EssigsäureethylesterKapitel 3: EssigsäureethylesterKapitel 4: EssigsäureanhydridKapitel 4: EssigsäureanhydridKapitel 5: ChloressigsäureKapitel 5: ChloressigsäureKapitel 6: Schulrelevanz der ThematikKapitel 6: Schulrelevanz der Thematik
33
Kapitel 1: Kapitel 1: EssigsäureEssigsäure
IUPAC-Bezeichnung: EthansäureIUPAC-Bezeichnung: Ethansäure Andere Bezeichnungen: Acetylsäure (veraltet), Andere Bezeichnungen: Acetylsäure (veraltet),
Eisessig (konzentrierte Form)Eisessig (konzentrierte Form) Monocarbonsäure: CHMonocarbonsäure: CH33COOHCOOH
Kapitel 1: Die Essigsäure
44
HistorischesHistorisches Als Lösung bereits vor 8000 Jahren Als Lösung bereits vor 8000 Jahren
(Babylonier)(Babylonier)
Wohl zufällige Entstehung (aus Alkohol)Wohl zufällige Entstehung (aus Alkohol)
Antikes Rom: Heilmittel und Antikes Rom: Heilmittel und Erfrischungsgetränk Erfrischungsgetränk („acetum“)(„acetum“)
Kapitel 1: Die Essigsäure
55
HistorischesHistorisches 1864: L. Pasteur – 1864: L. Pasteur –
Entstehung des Essigs Entstehung des Essigs durch Bakterien durch Bakterien (Orléans-Verfahren)(Orléans-Verfahren)
1914: Beginn der 1914: Beginn der wichtigen wichtigen großtechnischen großtechnischen EssigsäuresynthesenEssigsäuresynthesen
Kapitel 1: Die Essigsäure
Demonstration 1:Demonstration 1:„Essig“ aus Wein„Essig“ aus Wein
Kapitel 1: Die Essigsäure
77
„„Essig“ aus WeinEssig“ aus Wein Essigsäurebakterien oxidieren Ethanol Essigsäurebakterien oxidieren Ethanol
mittels Luftsauerstoff zu Essigsäuremittels Luftsauerstoff zu Essigsäure
Kapitel 1: Die Essigsäure
Essigsäurebakterien arbeiten aerobEssigsäurebakterien arbeiten aerob
Relativ säureresistente MikroorganismenRelativ säureresistente Mikroorganismen
O2 CH3
O
OHCH3
OH
+ + H2O-1 0 +3
-2
88
Essigsäure in Essigsäure in LebensmittelnLebensmitteln
Bezeichnungen der Bezeichnungen der Zusatzstoffe:Zusatzstoffe:
E 260: Essigsäure E 261: E 260: Essigsäure E 261: KaliumacetatKaliumacetat
E 262: Natriumacetat E 263: E 262: Natriumacetat E 263: CalciumacetatCalciumacetat
Verwendung als Verwendung als Konservierungs- und Konservierungs- und SäuerungsmittelSäuerungsmittel
Kapitel 1: Die Essigsäure
99
Essigsäure in Essigsäure in LebensmittelnLebensmitteln
„„Verordnung über den Verkehr mit Essig Verordnung über den Verkehr mit Essig und Essigessenz“ (1972):und Essigessenz“ (1972):
Essig: zwischen 5 % und 15,5 % Essig: zwischen 5 % und 15,5 % EssigsäureEssigsäure
Essigessenz: zwischen 15,5 % und 25 %Essigessenz: zwischen 15,5 % und 25 %
In BRD: Durch Mikroorganismen In BRD: Durch Mikroorganismen hergestellte Essigsäurehergestellte Essigsäure
Kapitel 1: Die Essigsäure
Versuch 1:Versuch 1:Bestimmung des Bestimmung des
Essigsäuregehalts in Essigsäuregehalts in EssigEssig
Kapitel 1: Die Essigsäure
1111
Technische Technische HerstellungsverfahrenHerstellungsverfahren
1.) Oxidation von Acetaldehyd: 1.) Oxidation von Acetaldehyd:
Kapitel 1: Die Essigsäure
O2 CH3
O
OH
[Mn(OAc)2]CH3
O2 + 2
Hinweis: Acetaldehyd durch Oxidation von EthenKatalysator: Pd/Cu(II)chlorid
+1
0 +3
-2
1212
Technische Technische HerstellungsverfahrenHerstellungsverfahren
2.) Carbonylierung von 2.) Carbonylierung von Methanol:Methanol:
Addition von Methanol an COAddition von Methanol an CO
Kapitel 1: Die Essigsäure
CH3 OH CO CH3
O
OH+
Promoter: HI oder MeIRhodium(I/III)carbonyliodide als Homogenkatalysatoren
-2 +2 -3 +3
Versuch 2:Versuch 2:Oxidation von EthanolOxidation von Ethanol
1414
Oxidation von EthanolOxidation von Ethanol
CH3
O
OH
CH3
OHCH3
O
CH3
O
+ CuO + Cu + H2O
+ CuO + Cu
-1 +2
+1
0
+1 +2 +3
0
1515
Physikalische Physikalische Eigenschaften der Eigenschaften der
EssigsäureEssigsäure Schmelzpunkt: 16,5° CSchmelzpunkt: 16,5° C
Siedetemperatur: 118° CSiedetemperatur: 118° C
Dichte bei 25°C: 1,049 g/mLDichte bei 25°C: 1,049 g/mL
Farblose Flüssigkeit mit stechendem Farblose Flüssigkeit mit stechendem GeruchGeruch
Kapitel 1: Die Essigsäure
Demonstration 2:Demonstration 2:Kristallisation von Kristallisation von
EssigsäureEssigsäure
Kapitel 1: Die Essigsäure
1717
KristallisationKristallisation Erstarren zwischen 3° C und 0° CErstarren zwischen 3° C und 0° C Kristallisationshemmung/ unterkühlte Kristallisationshemmung/ unterkühlte
FlüssigkeitFlüssigkeit Kristallisationsstart: Anstieg der Kristallisationsstart: Anstieg der
Temperatur bis ca. 16°C Temperatur bis ca. 16°C (Kristallisationswärme)(Kristallisationswärme)
Kapitel 1: Die Essigsäure
1818
Kristallisation - Kristallisation - DimerisierungDimerisierung
Verantwortlich für Verantwortlich für KristallisationshemmungKristallisationshemmung
Mischbar mit polaren Mischbar mit polaren Substanzen (Wasser, Substanzen (Wasser, Ethanol)Ethanol)
Mischbar mit unpolaren Mischbar mit unpolaren Substanzen (Chloroform, Substanzen (Chloroform, Tetrachlormethan) Tetrachlormethan) „Verstecken der polaren „Verstecken der polaren Seite“Seite“
Kapitel 1: Die Essigsäure
1919
Einige chemische Einige chemische EigenschaftenEigenschaften
pKpKss-Wert = 4,76-Wert = 4,76 Unedle Metalle lösen sich unter Unedle Metalle lösen sich unter
Bildung von AcetatenBildung von Acetaten Verschiedene VeresterungenVerschiedene Veresterungen Dehydratisierung zum Anhydrid bei Dehydratisierung zum Anhydrid bei
ca. 800°Cca. 800°C BrennbarkeitBrennbarkeit
Kapitel 1: Die Essigsäure
Versuch 3:Versuch 3:Verbrennung von Verbrennung von
EssigsäureEssigsäure
Kapitel 1: Die Essigsäure
2121
BrennbarkeitBrennbarkeit Vollständige Verbrennung zu COVollständige Verbrennung zu CO2 2 und und
HH22OO
Kapitel 1: Die Essigsäure
CH3OH
OO2 CO2+ 2 + 2 H2O3
Verbrennung weniger stark als EthanVerbrennung weniger stark als Ethan blau-gelbliche Flammeblau-gelbliche Flamme
+3 0 +4
-2
2222
Biologische AktivitätBiologische Aktivität Pheromon zur Verteidigung (u.a. Pheromon zur Verteidigung (u.a.
Skorpione)Skorpione) Baustein in der Biosynthese Baustein in der Biosynthese
zahlreicher Stoffe:zahlreicher Stoffe: enzymatische Umwandlung zu 3-enzymatische Umwandlung zu 3-
Methyl-3-butenylpyrophosphat Methyl-3-butenylpyrophosphat (Aufbau der Terpene)(Aufbau der Terpene)
Biosynthese von FettsäurenBiosynthese von Fettsäuren
Kapitel 1: Die Essigsäure
2323
Kapitel 2: AcetateKapitel 2: Acetate Salze der Essigsäure: Proton durch Salze der Essigsäure: Proton durch
Metallkation ersetztMetallkation ersetzt CHCH33COOCOO--
wasserlösliche Salzewasserlösliche Salze CHCH33COOCOO-- (aq)(aq) + H + H22OO(l )(l ) CH CH33COOHCOOH(l)(l) + OH + OH--
(aq)(aq)
2424
Darstellung von AcetatenDarstellung von Acetaten1.) Direkte Reaktion von Metallen mit 1.) Direkte Reaktion von Metallen mit
Essigsäure:Essigsäure:
2 CH2 CH33COOHCOOH(l)(l) + Pb + Pb(s)(s) Pb Pb2+2+(aq)(aq) + 2 CH + 2 CH33COOCOO--
(aq)(aq) + H + H2 (g)2 (g)
2.) Reaktion von Metalloxiden mit Essigsäure:2.) Reaktion von Metalloxiden mit Essigsäure:
2 CH2 CH33COOHCOOH(l)(l) + CuO + CuO(s)(s) Cu Cu2+2+(aq)(aq) + 2 CH + 2 CH33COOCOO--
(aq)(aq) + H + H22OO(l)(l)
Kapitel 2: Acetate
0 +2+1 0
2525
Darstellung von AcetatenDarstellung von Acetaten
3.) Neutralisationsreaktion zwischen 3.) Neutralisationsreaktion zwischen Essigsäure und einer Lauge:Essigsäure und einer Lauge:
CHCH33COOH COOH (l)(l) + NaOH + NaOH (aq)(aq) Na Na++(aq)(aq) + CH + CH33COOCOO--
(aq)(aq) + H + H22OO(l)(l)
4.) Reaktion der Essigsäure mit Carbonaten:4.) Reaktion der Essigsäure mit Carbonaten:
2 CH2 CH33COOHCOOH(l)(l) + CaCO + CaCO3 (s)3 (s) Ca Ca2+2+(aq)(aq) + CH + CH33COOCOO--
(aq)(aq)+CO+CO2(g)2(g)+ + HH22OO(l)(l)
Kapitel 2: Acetate
Demonstration 3:Demonstration 3:Herstellung von Herstellung von
GrünspanGrünspan
Kapitel 2: Acetate
2727
GrünspanGrünspan Bildung an Grenze Bildung an Grenze
zwischen Essigsäure und zwischen Essigsäure und LuftLuft
Durch Regen verstärktDurch Regen verstärkt Basisches KupferacetatBasisches Kupferacetat Nicht zu verwechseln mit Nicht zu verwechseln mit
KupfercarbonatKupfercarbonat
Kapitel 2: Acetate
Reaktionsgleichung:Reaktionsgleichung:CuCu(s)(s) + ½ O + ½ O2(g)2(g) + „2 H + „2 H++““(aq)(aq) Cu Cu2+2+
(aq)(aq) + H + H22OO(l)(l)
2828
Eigenschaften - Eigenschaften - KupferacetatKupferacetat
Wasserlöslich (72 g/L bei 20° C)Wasserlöslich (72 g/L bei 20° C)
Dichte: 1,882 g/cmDichte: 1,882 g/cm33
Ab 240° C ZersetzungAb 240° C Zersetzung
Farbpigment (Spanisches Grün)Farbpigment (Spanisches Grün)
2929
BleiacetatBleiacetat Mit siedendem Essig darstellbarMit siedendem Essig darstellbar
Farblose wasserlösliche KristalleFarblose wasserlösliche Kristalle
Dichte: 2,55 g/cmDichte: 2,55 g/cm33
Smp.: 75° C Sdp.: 200° C (Zersetzung)Smp.: 75° C Sdp.: 200° C (Zersetzung)
Problem der GiftigkeitProblem der Giftigkeit
Kapitel 2: Acetate
3030
BleiacetatBleiacetat Süßlicher Geschmack: „Bleizucker“Süßlicher Geschmack: „Bleizucker“ Bericht aus Polizeidienstbuch 1787:Bericht aus Polizeidienstbuch 1787: Des so gefährlichen Bleyzuckers..., das in einer Des so gefährlichen Bleyzuckers..., das in einer
gewissen Menge des saueren Weines, oder auch gewissen Menge des saueren Weines, oder auch in bloßem Weinessige, aufgelöst wird, bedienten in bloßem Weinessige, aufgelöst wird, bedienten sich die Unglücklichen, um ein ganzes Fass sich die Unglücklichen, um ein ganzes Fass solches saureren unschmackhaften Saftes, in solches saureren unschmackhaften Saftes, in einen süßlichen Trank zu verwandeln, und so... einen süßlichen Trank zu verwandeln, und so... ein wirklich langsames Gift verschlingen zu ein wirklich langsames Gift verschlingen zu machen."machen."
Kapitel 2: Acetate
Versuch 4: Versuch 4: Pigmente aus Pigmente aus
BleiacetatBleiacetat
3232
Kapitel 2: Acetate
a.) Reaktion mit Natriumcarbonat:a.) Reaktion mit Natriumcarbonat:Pb2+
(aq) + 2 CH3COO- (aq) + 2 Na+ (aq) + CO32- (aq)
PbCO3 (s) + 2 Na+ (aq) + 2 CH3COO- (aq)
Bleicarbonat: Weißpigment („Bleiweiß“)Bleicarbonat: Weißpigment („Bleiweiß“) KKLL = 3,3 = 3,3 .. 10 10-14-14 mol mol22/L/L22 bei 25° C bei 25° C Dichte 6,6 g/cmDichte 6,6 g/cm33
Zersetzung ab 315° CZersetzung ab 315° C
3333
Kapitel 2: Acetate
b.) Reaktion mit Kaliumiodid:b.) Reaktion mit Kaliumiodid: Pb2+ (aq) + 2 CH3COO- (aq) + 2 K+ (aq) + 2 I- (aq)
PbI2 (s) + 2 K+ (aq) + 2 CH3COO-(aq)
Bleiiodid: gelbes PigmentBleiiodid: gelbes Pigment KKLL = 8,7 = 8,7 .. 10 10-9 -9 molmol33/L/L33 bei 25° C bei 25° C
3434
Kapitel 3: Kapitel 3: EssigsäureethylesterEssigsäureethylester
Andere Namen: Ethylacetat, Essigester, Andere Namen: Ethylacetat, Essigester, Essigäther (veraltet)Essigäther (veraltet)
Bedeutendes organisches LösungsmittelBedeutendes organisches Lösungsmittel
3535
EigenschaftenEigenschaften Farblose, nach „Klebstoff Farblose, nach „Klebstoff
riechende“ Flüssigkeitriechende“ Flüssigkeit Dichte: 0,9 g/cmDichte: 0,9 g/cm33
Smp.: -84° C / Sdp.: 77° C Smp.: -84° C / Sdp.: 77° C Flammpunkt: - 4°CFlammpunkt: - 4°C
Wenig wasserlöslich: 85 Wenig wasserlöslich: 85 g/ L bei 25° Cg/ L bei 25° C
Gut löslich in Ethanol, Gut löslich in Ethanol, Aceton, EtherAceton, Ether
Kapitel 3: Essigsäureethylester
Versuch 5:Versuch 5:Säurekatalysierte Säurekatalysierte Veresterung der Veresterung der
EssigsäureEssigsäure
Kapitel 3: Essigsäureethylester
3737
1. Schritt: Protonierung der Carboxygruppe
CH3 O H
O
CH3 O H
O H
CH3 O H
OH
CH3 O H
O H+ H+ ++ +
2. Schritt: Angriff durch Ethanol
CH3 O H
OH
CH3O H
O
O
OCH3 H
H
H
CH3
O
O
OCH3 H
H
CH3
+
+
+
- H +
3838
3. Schritt: Wasserabspaltung
O
O
OCH3 H
H
CH3
O
O
OCH3
H
H
H
CH3
CH3 O
OH
CH3
CH3 O
OH
CH3
CH3 O
O
CH3
+ H++
- H2O
+
+
- H +
Essigsäureethylester
3939
Kapitel 4: Kapitel 4: EssigsäureanhydridEssigsäureanhydrid
Andere Namen: Ethansäureanhydrid, Andere Namen: Ethansäureanhydrid, AcetanhydridAcetanhydrid
Kommerziell wichtigstes aliphatisches Kommerziell wichtigstes aliphatisches AnhydridAnhydrid
CH3
O
O CH3
O
4040
EigenschaftenEigenschaften Farblose FlüssigkeitFarblose Flüssigkeit Smp.: - 73° C / Sdp.: 139° CSmp.: - 73° C / Sdp.: 139° C Gut löslich in Ethanol, Aceton, Chloroform, Gut löslich in Ethanol, Aceton, Chloroform,
Ether, Essigsäure u.a.Ether, Essigsäure u.a. Mit Wasser Hydrolysereaktion zur Mit Wasser Hydrolysereaktion zur
EssigsäureEssigsäure
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid
4141
HerstellungHerstellung Labor:Labor:
Industriell:Industriell:
O
ClCH3 CH3
O
ONa CH3
O
O
O
CH3
+ + NaCl
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid
CH3
O
OH CH3 OH
O
CH3 O
O
CH3
O+
800°C/-H2O
Versuch 6:Versuch 6:Nachweis von Nachweis von
Cholesterin nach Cholesterin nach LiebermannLiebermann
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid
4343
CholesterinnachweisCholesterinnachweisKapitel 4: Essigsäureanhydrid
OH
CH3
CHCH3 CH3
CH3
Cholesterin:Cholesterin:
Nachweis (vereinfacht):Nachweis (vereinfacht):Endgültiger Mechanismus teils ungeklärtEndgültiger Mechanismus teils ungeklärt
4444
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid
4545
Kapitel 5: Kapitel 5: ChloressigsäureChloressigsäure
Auch Auch MonochloressigsäureMonochloressigsäure
pKpKSS-Werte:-Werte: Essigsäure: 4,76Essigsäure: 4,76 Chloressigsäure: 2,86 Chloressigsäure: 2,86 Dichloressigsäure: 1,29Dichloressigsäure: 1,29
4646
EigenschaftenEigenschaften Farblose Kristalle mit stechendem GeruchFarblose Kristalle mit stechendem Geruch Smp.: 53-63° C / Sdp.: 188° CSmp.: 53-63° C / Sdp.: 188° C WasserlöslichWasserlöslich Löslich in organischen LösemittelnLöslich in organischen Lösemitteln Ätzende WirkungÄtzende Wirkung
Kapitel 5: Chloressigsäure
Versuch 7:Versuch 7:SSNN-Reaktion an -Reaktion an ChloressigsäureChloressigsäure
Kapitel 5: Chloressigsäure
4848
Nucleophile SubstitutionNucleophile SubstitutionHOOC
H HClOH
COOH
H H
COOHOH
HH
-
Cl -
Übergangszustand
+
ClHO
Hydroxyethansäure
Kapitel 5: Chloressigsäure
Bimolekulare Bimolekulare Kinetik: SKinetik: SNN22Ag+
(aq) + Cl- (aq) AgCl (s) [weiß]
4949
Kapitel 6: Kapitel 6: SchulrelevanzSchulrelevanz
11 II (G9): Oxidation von Ethanol11 II (G9): Oxidation von Ethanol 12 I (G9): Carbonsäuren und ihre Derivate12 I (G9): Carbonsäuren und ihre Derivate - Eigenschaften Monocarbonsäuren und ihre - Eigenschaften Monocarbonsäuren und ihre SalzeSalze - Veresterung von Monocarbonsäuren- Veresterung von Monocarbonsäuren - Alkansäuren im Alltag (Essigsäure)- Alkansäuren im Alltag (Essigsäure) - Lk: Halogenalkansäuren/ Hydroxycarbonsäuren- Lk: Halogenalkansäuren/ Hydroxycarbonsäuren 13 I (G9): pK13 I (G9): pKss-Werte starker und schwacher -Werte starker und schwacher
SäurenSäuren
Vielen Dank für Vielen Dank für
Ihre Ihre AufmerksamkeitAufmerksamkeit
5151
5252
5353
ALLES ESSIG!
5454
5555
Kap. 3: Kap. 3: Aminoessigsäure - Aminoessigsäure -
GlycinGlycin Einfachste AminosäureEinfachste Aminosäure Name: Name: glykosglykos (griechisch) : süß (griechisch) : süß
5656
Glycin - EigenschaftenGlycin - Eigenschaften Wässrige Lösung pH von 5,92Wässrige Lösung pH von 5,92 Zwitterion:Zwitterion:
Smp: 232-236° CSmp: 232-236° C Wasserlöslich (225g/L bei 25°C)Wasserlöslich (225g/L bei 25°C) Einzige nicht optisch-aktive AminosäureEinzige nicht optisch-aktive Aminosäure
Kapitel 3: Glycin
Versuch 4:Versuch 4:Nachweis des Nachweis des
Stickstoffs im GlycinStickstoffs im Glycin
Kapitel 3: Glycin
5858
Verbrennung von GlycinVerbrennung von GlycinKapitel 3: Glycin
NH3 (g) + H2O (l) -> NH4+ (aq) + OH- (aq)
OH- -Ionen: Blaufärbung des Indikatorpapiers
O
OHCH2
NH32 + 4 CO2 + 3 H2O + 2 NH34,5 O2
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