Essigsäure und ihre Derivate

1. Essigsäure und ihreDerivate

2. Gliederung des Vortrags Kapitel 1: Die Essigsäure Kapitel 2: Die Acetate Kapitel 3: Essigsäureethylester Kapitel 4: Essigsäureanhydrid Kapitel 5: Chloressigsäure Kapitel 6: Schulrelevanz der Thematik

3. Kapitel 1: Die Essigsäure Kapitel 1: Essigsäure • IUPAC-Bezeichnung: Ethansäure • Andere Bezeichnungen: Acetylsäure (veraltet), Eisessig (konzentrierte Form) • Monocarbonsäure: CH3COOH

4. Kapitel 1: Die Essigsäure Historisches • Als Lösung bereits vor 8000 Jahren (Babylonier) • Wohl zufällige Entstehung (aus Alkohol) • Antikes Rom: Heilmittel und Erfrischungsgetränk („acetum“)

5. Kapitel 1: Die Essigsäure Historisches • 1864: L. Pasteur – Entstehung des Essigs durch Bakterien (Orléans-Verfahren) • 1914: Beginn der wichtigen großtechnischen Essigsäuresynthesen

6. Kapitel 1: Die Essigsäure Demonstration 1:„Essig“ aus Wein

7. Kapitel 1: Die Essigsäure „Essig“ aus Wein • Essigsäurebakterien oxidieren Ethanol mittels Luftsauerstoff zu Essigsäure -2 0 -1 +3 • Essigsäurebakterien arbeiten aerob • Relativ säureresistente Mikroorganismen

8. 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

9. 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

10. Kapitel 1: Die Essigsäure Versuch 1:Bestimmung des Essigsäuregehalts in Essig

11. Kapitel 1: Die Essigsäure Technische Herstellungsverfahren 1.) Oxidation von Acetaldehyd: -2 +1 0 +3 Hinweis: Acetaldehyd durch Oxidation von Ethen Katalysator: Pd/Cu(II)chlorid

12. Kapitel 1: Die Essigsäure Technische Herstellungsverfahren 2.) Carbonylierung von Methanol: Addition von Methanol an CO -3 -2 +2 +3 Promoter: HI oder MeI Rhodium(I/III)carbonyliodide als Homogenkatalysatoren

13. Versuch 2:Oxidation von Ethanol

14. Oxidation von Ethanol +2 +1 0 -1 +2 +1 +3 0

15. 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

16. Kapitel 1: Die Essigsäure Demonstration 2:Kristallisation von Essigsäure

17. Kapitel 1: Die Essigsäure Kristallisation • Erstarren zwischen 3° C und 0° C • Kristallisationshemmung/ unterkühlte Flüssigkeit • Kristallisationsstart: Anstieg der Temperatur bis ca. 16°C (Kristallisationswärme)

18. 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“

19. 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

20. Kapitel 1: Die Essigsäure Versuch 3:Verbrennung von Essigsäure

21. Kapitel 1: Die Essigsäure Brennbarkeit • Vollständige Verbrennung zu CO2 und H2O +3 0 +4 -2 • Verbrennung weniger stark als Ethan • blau-gelbliche Flamme

22. Kapitel 1: Die Essigsäure Biologische Aktivität • Pheromon zur Verteidigung (u.a. Skorpione) • Baustein in der Biosynthese zahlreicher Stoffe: enzymatische Umwandlung zu 3-Methyl-3-butenylpyrophosphat (Aufbau der Terpene) Biosynthese von Fettsäuren

23. Kapitel 2: Acetate • Salze der Essigsäure: Proton durch Metallkation ersetzt • CH3COO- • wasserlösliche Salze • CH3COO-(aq) + H2O(l ) CH3COOH(l) + OH-(aq)

24. Kapitel 2: Acetate Darstellung von Acetaten 1.) Direkte Reaktion von Metallen mit Essigsäure: 2 CH3COOH(l) + Pb(s) 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) +1 0 +2 0

25. 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)

26. Kapitel 2: Acetate Demonstration 3:Herstellung von Grünspan

27. 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)

28. Eigenschaften - Kupferacetat • Wasserlöslich (72 g/L bei 20° C) • Dichte: 1,882 g/cm3 • Ab 240° C Zersetzung • Farbpigment (Spanisches Grün)

29. 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

30. 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."

31. Versuch 4: Pigmente aus Bleiacetat

32. Kapitel 2: Acetate • 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“) • KL = 3,3 . 10-14 mol2/L2 bei 25° C • Dichte 6,6 g/cm3 • Zersetzung ab 315° C

33. Kapitel 2: Acetate • 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 Pigment • KL = 8,7 . 10-9 mol3/L3 bei 25° C

34. Kapitel 3: Essigsäureethylester • Andere Namen: Ethylacetat, Essigester, Essigäther (veraltet) • Bedeutendes organisches Lösungsmittel

35. 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

36. Kapitel 3: Essigsäureethylester Versuch 5:Säurekatalysierte Veresterung der Essigsäure

37. 1. Schritt: Protonierung der Carboxygruppe 2. Schritt: Angriff durch Ethanol

38. 3. Schritt: Wasserabspaltung Essigsäureethylester

39. Kapitel 4: Essigsäureanhydrid • Andere Namen: Ethansäureanhydrid, Acetanhydrid • Kommerziell wichtigstes aliphatisches Anhydrid

40. 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

41. Kapitel 4: Essigsäureanhydrid Herstellung • Labor: • Industriell: 800°C/-H2O

42. Kapitel 4: Essigsäureanhydrid Versuch 6:Nachweis von Cholesterin nach Liebermann

43. Kapitel 4: Essigsäureanhydrid Cholesterinnachweis Cholesterin: Nachweis (vereinfacht): Endgültiger Mechanismus teils ungeklärt

44. Kapitel 4: Essigsäureanhydrid

45. Kapitel 5: Chloressigsäure • Auch Monochloressigsäure • pKS-Werte: Essigsäure: 4,76 Chloressigsäure: 2,86 Dichloressigsäure: 1,29

46. Kapitel 5: Chloressigsäure Eigenschaften • Farblose Kristalle mit stechendem Geruch • Smp.: 53-63° C / Sdp.: 188° C • Wasserlöslich • Löslich in organischen Lösemitteln • Ätzende Wirkung

47. Kapitel 5: Chloressigsäure Versuch 7:SN-Reaktion an Chloressigsäure

48. Kapitel 5: Chloressigsäure Nucleophile Substitution Bimolekulare Kinetik: SN2 Ag+ (aq) + Cl-(aq) AgCl (s) [weiß] Hydroxyethansäure

49. 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

50. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit