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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: Die Essigsäure. Kapitel 1: Essigsäure.
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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: Die Essigsäure Kapitel 1: Essigsäure • IUPAC-Bezeichnung: Ethansäure • Andere Bezeichnungen: Acetylsäure (veraltet), Eisessig (konzentrierte Form) • Monocarbonsäure: CH3COOH
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
Kapitel 1: Die Essigsäure Demonstration 1:„Essig“ aus Wein
Kapitel 1: Die Essigsäure „Essig“ aus Wein • Essigsäurebakterien oxidieren Ethanol mittels Luftsauerstoff zu Essigsäure -2 0 -1 +3 • Essigsäurebakterien arbeiten aerob • Relativ säureresistente Mikroorganismen
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
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
Kapitel 1: Die Essigsäure Versuch 1:Bestimmung des Essigsäuregehalts in Essig
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
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
Oxidation von Ethanol +2 +1 0 -1 +2 +1 +3 0
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
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)
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“
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
Kapitel 1: Die Essigsäure Versuch 3:Verbrennung von Essigsäure
Kapitel 1: Die Essigsäure Brennbarkeit • Vollständige Verbrennung zu CO2 und H2O +3 0 +4 -2 • Verbrennung weniger stark als Ethan • blau-gelbliche Flamme
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)
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
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)
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)
Eigenschaften - Kupferacetat • Wasserlöslich (72 g/L bei 20° C) • Dichte: 1,882 g/cm3 • Ab 240° C Zersetzung • Farbpigment (Spanisches Grün)
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
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."
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
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
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
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
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
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid Herstellung • Labor: • Industriell: 800°C/-H2O
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid Versuch 6:Nachweis von Cholesterin nach Liebermann
Kapitel 4: Essigsäureanhydrid Cholesterinnachweis Cholesterin: Nachweis (vereinfacht): Endgültiger Mechanismus teils ungeklärt
Kapitel 5: Chloressigsäure • Auch Monochloressigsäure • pKS-Werte: Essigsäure: 4,76 Chloressigsäure: 2,86 Dichloressigsäure: 1,29
Kapitel 5: Chloressigsäure Eigenschaften • Farblose Kristalle mit stechendem Geruch • Smp.: 53-63° C / Sdp.: 188° C • Wasserlöslich • Löslich in organischen Lösemitteln • Ätzende Wirkung
Kapitel 5: Chloressigsäure Versuch 7:SN-Reaktion an Chloressigsäure
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