Essigsäure und ihre Derivate

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

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

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

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

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

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

Essigsäure in Lebensmitteln 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

Essigsäure in Lebensmitteln 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

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

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

Technische Herstellungsverfahren 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

Versuch 2: Oxidation von Ethanol

Oxidation von Ethanol +2 +1 -1 +2 +1 +3

Physikalische Eigenschaften der Essigsäure 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

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

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

Kristallisation - Dimerisierung 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“

Einige chemische Eigenschaften 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

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

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

Biologische Aktivität 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

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

Darstellung von Acetaten 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 +2

Darstellung von Acetaten 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)

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

Grünspan Bildung an Grenze zwischen Essigsäure und Luft 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)

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

Bleiacetat Mit siedendem Essig darstellbar 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

Bleiacetat Süßlicher Geschmack: „Bleizucker“ 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."

Versuch 4: Pigmente aus Bleiacetat

a.) Reaktion mit Natriumcarbonat: 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

b.) Reaktion mit Kaliumiodid: 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

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

Eigenschaften Farblose, nach „Klebstoff riechende“ Flüssigkeit 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

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

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

3. Schritt: Wasserabspaltung Essigsäureethylester

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

Eigenschaften Farblose Flüssigkeit Smp.: - 73° C / Sdp.: 139° C 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

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

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

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

Kapitel 4: Essigsäureanhydrid

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

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

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

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

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

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

ALLES ESSIG!

Kap. 3: Aminoessigsäure - Glycin Einfachste Aminosäure Name: glykos (griechisch) : süß

Glycin - Eigenschaften 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

Versuch 4: Nachweis des Stickstoffs im Glycin Kapitel 3: Glycin Versuch 4: Nachweis des Stickstoffs im Glycin

Verbrennung von Glycin Kapitel 3: Glycin Verbrennung von Glycin NH3 (g) + H2O (l) -> NH4+ (aq) + OH- (aq) OH- -Ionen: Blaufärbung des Indikatorpapiers