Essigsäure Essigsäure

Essigsäure Essigsäure

und ihre und ihre

Derivate

Derivate

22

Gliederung des Vortrags Gliederung des Vortrags

Kapitel 1: Die Essigsäure Kapitel 1: Die Essigsäure

Kapitel 2: Die Acetate Kapitel 2: Die Acetate

Kapitel 3: Essigsäureethylester Kapitel 3: Essigsäureethylester

Kapitel 4: Essigsäureanhydrid Kapitel 4: Essigsäureanhydrid

Kapitel 5: Chloressigsäure Kapitel 5: Chloressigsäure

Kapitel 6: Schulrelevanz der Thematik Kapitel 6: Schulrelevanz der Thematik

Kapitel 1: Essigsäure Kapitel 1: Essigsäure

 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

Historisches Historisches

 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

Historisches Historisches

 1864: L. Pasteur – 1864: L. Pasteur –

Entstehung des Essigs Entstehung des Essigs

durch Bakterien durch Bakterien

(Orléans-Verfahren) (Orléans-Verfahren)

 1914: Beginn der wichtigen 1914: Beginn der wichtigen großtechnischen

großtechnischen

Essigsäuresynthesen Essigsäuresynthesen

Kapitel 1: Die Essigsäure

Demonstration 1:

Demonstration 1:

„Essig“ aus Wein

„Essig“ aus Wein

Kapitel 1: Die Essigsäure

„ „ Essig“ aus Wein Essig“ aus Wein

 Essigsäurebakterien oxidieren Ethanol mittels Essigsäurebakterien oxidieren Ethanol mittels Luftsauerstoff zu Essigsäure

Luftsauerstoff zu Essigsäure

Kapitel 1: Die Essigsäure

 Essigsäurebakterien arbeiten aerobEssigsäurebakterien arbeiten aerob

O₂ H₃C O

C OH H₃

OH

+ + ^H2O

-1 0

+3 -2

88

Essigsäure in Lebensmitteln Essigsäure in Lebensmitteln

 Bezeichnungen der Bezeichnungen der Zusatzstoffe:

Zusatzstoffe:

E 260: Essigsäure E 261: Kaliumacetat E 260: Essigsäure E 261: Kaliumacetat E 262: Natriumacetat E 263: Calciumacetat E 262: Natriumacetat E 263: Calciumacetat

 Verwendung als Verwendung als

Konservierungs- und Konservierungs- und

Säuerungsmittel Säuerungsmittel

Kapitel 1: Die Essigsäure

Essigsäure in Lebensmitteln Essigsäure in Lebensmitteln

„„Verordnung über den Verkehr mit Essig Verordnung über den Verkehr mit Essig und Essigessenz“ (1972):

und Essigessenz“ (1972):

Essig: zwischen 5 % und 15,5 % Essigsäure Essig: zwischen 5 % und 15,5 % Essigsäure

Essigessenz: zwischen 15,5 % und 25 % Essigessenz: zwischen 15,5 % und 25 %

In BRD: Durch Mikroorganismen hergestellte In BRD: Durch Mikroorganismen hergestellte

Kapitel 1: Die Essigsäure

Versuch 1:

Versuch 1:

Bestimmung des Bestimmung des

Essigsäuregehalts in Essig Essigsäuregehalts in Essig

Kapitel 1: Die Essigsäure

Technische Technische

Herstellungsverfahren Herstellungsverfahren

1.) Oxidation von Acetaldehyd:

1.) Oxidation von Acetaldehyd:

Kapitel 1: Die Essigsäure

O₂ H₃C O

OH [Mn(OAc)₂]

C

H₃ O

2 + ²

Hinweis: Acetaldehyd durch Oxidation von Ethen

+1 0 +3

-2

1212

Technische Technische

Herstellungsverfahren Herstellungsverfahren

2.) Carbonylierung von Methanol:

2.) Carbonylierung von Methanol:

Addition von Methanol an CO Addition von Methanol an CO

Kapitel 1: Die Essigsäure

C

H₃ OH CO H₃C O

+ OH

Promoter: HI oder MeI

Rhodium(I/III)carbonyliodide als Homogenkatalysatoren

-2 +2 -3 +3

Versuch 2:

Versuch 2:

Oxidation von Ethanol

Oxidation von Ethanol

1414

Oxidation von Ethanol Oxidation von Ethanol

C

H₃ O OH C

H₃

OH

C

H₃ O

C

H₃ O

+ ^CuO + ^Cu + ^H2O

+ ^CuO + ^Cu

-1 +2 +1 0

+1 +2 +3 0

Physikalische Eigenschaften Physikalische Eigenschaften

der Essigsäure der Essigsäure

 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 GeruchFarblose Flüssigkeit mit stechendem Geruch

Kapitel 1: Die Essigsäure

Demonstration 2:

Demonstration 2:

Kristallisation von Kristallisation von

Essigsäure Essigsäure

Kapitel 1: Die Essigsäure

Kristallisation Kristallisation

 Erstarren zwischen 3° C und 0° CErstarren zwischen 3° C und 0° C

 Kristallisationshemmung/ unterkühlte Kristallisationshemmung/ unterkühlte Flüssigkeit

Flüssigkeit

 Kristallisationsstart: Anstieg der Kristallisationsstart: Anstieg der Temperatur bis ca. 16°C

Temperatur bis ca. 16°C (Kristallisationswärme) (Kristallisationswärme)

Kapitel 1: Die Essigsäure

1818

Kristallisation - Dimerisierung Kristallisation - Dimerisierung

 Verantwortlich für Verantwortlich für

Kristallisationshemmung Kristallisationshemmung

 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

Einige chemische Einige chemische

Eigenschaften Eigenschaften

 pKpK_ss-Wert = 4,76-Wert = 4,76

 Unedle Metalle lösen sich unter Bildung Unedle Metalle lösen sich unter Bildung von Acetaten

von Acetaten

 Verschiedene VeresterungenVerschiedene Veresterungen

 Dehydratisierung zum Anhydrid bei ca. Dehydratisierung zum Anhydrid bei ca.

800°C 800°C

Kapitel 1: Die Essigsäure

Versuch 3:

Versuch 3:

Verbrennung von Verbrennung von

Essigsäure Essigsäure

Kapitel 1: Die Essigsäure

Brennbarkeit Brennbarkeit

 Vollständige Verbrennung zu COVollständige Verbrennung zu CO_{2 2} und Hund H₂₂OO

Kapitel 1: Die Essigsäure

C H₃

OH O

O₂ CO₂

+ ^{3 2} + ^{2 H}₂^O

 Verbrennung weniger stark als EthanVerbrennung weniger stark als Ethan

 blau-gelbliche Flammeblau-gelbliche Flamme

+3 0 +4 -2

2222

Biologische Aktivität Biologische Aktivität

 Pheromon zur Verteidigung (u.a. Pheromon zur Verteidigung (u.a.

Skorpione) Skorpione)

 Baustein in der Biosynthese zahlreicher Baustein in der Biosynthese zahlreicher Stoffe:

Stoffe:

enzymatische Umwandlung zu 3-Methyl-3-enzymatische Umwandlung zu 3-Methyl-3- butenylpyrophosphat (Aufbau der

butenylpyrophosphat (Aufbau der Terpene)

Terpene)

Biosynthese von FettsäurenBiosynthese von Fettsäuren

Kapitel 1: Die Essigsäure

Kapitel 2: Acetate Kapitel 2: Acetate

 Salze der Essigsäure: Proton durch Metallkation Salze der Essigsäure: Proton durch Metallkation ersetzt

ersetzt

 CHCH3₃COOCOO^--

 wasserlösliche Salzewasserlösliche Salze

 CHCH₃₃COOCOO^-- _(aq)(aq) + H + H₂₂OO_{(l )(l )} CH CH₃₃COOHCOOH_(l)(l) + OH + OH^--_(aq)(aq)

2424

Darstellung von Acetaten Darstellung von Acetaten

1.) Direkte Reaktion von Metallen mit Essigsäure:

1.) Direkte Reaktion von Metallen mit 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

Darstellung von Acetaten Darstellung 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 CH COOHCOOH + CaCO + CaCO Ca Ca + CH + CH COOCOO +CO+CO + +

Kapitel 2: Acetate

Demonstration 3:

Demonstration 3:

Herstellung von Grünspan Herstellung von Grünspan

Kapitel 2: Acetate

Grünspan Grünspan

 Bildung an Grenze zwischen Bildung an Grenze zwischen Essigsäure und Luft

Essigsäure und Luft

 Durch Regen verstärktDurch Regen verstärkt

 Basisches KupferacetatBasisches Kupferacetat

 Nicht zu verwechseln mit Nicht zu verwechseln mit Kupfercarbonat

Kupfercarbonat

Kapitel 2: Acetate

Reaktionsgleichung:

Reaktionsgleichung:

CuCu_(s)(s) + ½ O + ½ O_2(g)2(g) + „2 H + „2 H⁺⁺““_(aq)(aq) Cu Cu²⁺²⁺_(aq)(aq) + H + H₂₂OO_(l)(l)

2828

Eigenschaften - Kupferacetat Eigenschaften - Kupferacetat

 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)

Bleiacetat Bleiacetat

 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)

Kapitel 2: Acetate

3030

Bleiacetat Bleiacetat

 Süßlicher Geschmack: „Bleizucker“Süßlicher Geschmack: „Bleizucker“

 Bericht aus Polizeidienstbuch 1787:Bericht aus Polizeidienstbuch 1787:

Des so gefährlichen Bleyzuckers..., das in einer gewissen Des so gefährlichen Bleyzuckers..., das in einer gewissen Menge des saueren Weines, oder auch in bloßem

Menge des saueren Weines, oder auch in bloßem Weinessige, aufgelöst wird, bedienten sich die Weinessige, aufgelöst wird, bedienten sich die

Unglücklichen, um ein ganzes Fass solches saureren Unglücklichen, um ein ganzes Fass solches saureren

unschmackhaften Saftes, in einen süßlichen Trank zu unschmackhaften Saftes, in einen süßlichen Trank zu

verwandeln, und so... ein wirklich langsames Gift verwandeln, und so... ein wirklich langsames Gift

verschlingen zu machen."

verschlingen zu machen."

Kapitel 2: Acetate

Versuch 4:

Versuch 4:

Pigmente aus Bleiacetat

Pigmente aus Bleiacetat

3232

Kapitel 2: Acetate

a.) Reaktion mit Natriumcarbonat:

a.) Reaktion mit Natriumcarbonat:

Pb²⁺_(aq) + 2 CH₃COO^- _(aq) + 2 Na⁺ _(aq) + CO₃^2- _(aq) PbCO_{3 (s)} + 2 Na⁺ _(aq) + 2 CH₃COO^- _(aq)

 Bleicarbonat: Weißpigment („Bleiweiß“)Bleicarbonat: Weißpigment („Bleiweiß“)

 KK_LL = 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

Kapitel 2: Acetate

b.) Reaktion mit Kaliumiodid:

b.) Reaktion mit Kaliumiodid:

Pb²⁺ _(aq) + 2 CH₃COO^- _(aq) + 2 K⁺ _(aq) + 2 I^- _(aq) PbI_{2 (s)} + 2 K⁺ _(aq) + 2 CH₃COO^-_(aq)

 Bleiiodid: gelbes PigmentBleiiodid: gelbes Pigment

 KK_LL = 8,7 = 8,7 ^.. 10 10^{-9 -9} molmol³³/L/L³³ bei 25° C bei 25° C

3434

Kapitel 3:

Kapitel 3:

Essigsäureethylester Essigsäureethylester

 Andere Namen: Ethylacetat, Essigester, Andere Namen: Ethylacetat, Essigester, Essigäther (veraltet)

Essigäther (veraltet)

 Bedeutendes organisches LösungsmittelBedeutendes organisches Lösungsmittel

Eigenschaften Eigenschaften

 Farblose, nach „Klebstoff Farblose, nach „Klebstoff riechende“ Flüssigkeit

riechende“ Flüssigkeit

 Dichte: 0,9 g/cmDichte: 0,9 g/cm³³

 Smp.: -84° C / Sdp.: 77° C Smp.: -84° C / Sdp.: 77° C Flammpunkt: - 4°C

Flammpunkt: - 4°C

 Wenig wasserlöslich: 85 g/ L Wenig wasserlöslich: 85 g/ L bei 25° C

bei 25° C

 Gut löslich in Ethanol, Gut löslich in Ethanol,

Kapitel 3: Essigsäureethylester

Versuch 5:

Versuch 5:

Säurekatalysierte Säurekatalysierte

Veresterung der Veresterung der

Essigsäure Essigsäure

Kapitel 3: Essigsäureethylester

1. Schritt: Protonierung der Carboxygruppe

C

H₃ O H O

C

H₃ O H O H

C

H₃ O H O H

C

H₃ O H + H+ + O H

+ +

2. Schritt: Angriff durch Ethanol

C

H₃ O H O H

C

H₃ O H O

O O C

H₃ H

H

H CH₃

O

O O C

H₃ H

H

+

+

+

- H+

3838

3. Schritt: Wasserabspaltung

O O

O C

H₃ H

H

C H₃

O O

O C

H₃

H H H

C H₃

C

H₃ O O

H

C H₃

C

H₃ O O

H

C H₃

C

H₃ O O

CH₃

+ H+ +

- H₂O

+

+

- H +

Essigsäureethylester

Kapitel 4:

Kapitel 4:

Essigsäureanhydrid Essigsäureanhydrid

 Andere Namen: Ethansäureanhydrid, Andere Namen: Ethansäureanhydrid, Acetanhydrid

Acetanhydrid

 Kommerziell wichtigstes aliphatisches AnhydridKommerziell wichtigstes aliphatisches Anhydrid

O O

4040

Eigenschaften Eigenschaften

 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 EssigsäureMit Wasser Hydrolysereaktion zur Essigsäure

Kapitel 4: Essigsäureanhydrid

Herstellung Herstellung

 Labor:Labor:

 Industriell:Industriell:

O Cl C

H₃ H₃C

O

ONa H₃C O

O O

CH₃

+ + ^NaCl

Kapitel 4: Essigsäureanhydrid

O O O O

+ ^800°C/-H2O

Versuch 6:

Versuch 6:

Nachweis von Cholesterin Nachweis von Cholesterin

nach Liebermann nach Liebermann

Kapitel 4: Essigsäureanhydrid

Cholesterinnachweis Cholesterinnachweis

Kapitel 4: Essigsäureanhydrid

O H

CH₃

CH C

H₃ CH₃

CH₃

Cholesterin:

Cholesterin:

Nachweis (vereinfacht):

Nachweis (vereinfacht):

Endgültiger Mechanismus teils ungeklärt Endgültiger Mechanismus teils ungeklärt

4444

Kapitel 4: Essigsäureanhydrid

Kapitel 5:

Kapitel 5:

Chloressigsäure Chloressigsäure

 Auch MonochloressigsäureAuch Monochloressigsäure

 pKpK_SS-Werte:-Werte:

Essigsäure: 4,76Essigsäure: 4,76

Chloressigsäure: 2,86 Chloressigsäure: 2,86 Dichloressigsäure: 1,29Dichloressigsäure: 1,29

4646

Eigenschaften Eigenschaften

 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:

S S

-Reaktion an -Reaktion an Chloressigsäure Chloressigsäure

Kapitel 5: Chloressigsäure

4848

Nucleophile Substitution Nucleophile Substitution

HOOC H H OH Cl

COOH H H

O COOH H

H H -

Cl -

Übergangszustand

+

HO Cl

Hydroxyethansäure Kapitel 5: Chloressigsäure

Bimolekulare Bimolekulare

Kinetik: S Kinetik: S_NN22

Ag⁺ _(aq) + Cl^- _(aq) AgCl _(s) [weiß]

Kapitel 6: Schulrelevanz Kapitel 6: Schulrelevanz

 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): pK_ss-Werte starker und schwacher Säuren-Werte starker und schwacher Säuren

Vielen Dank für Vielen Dank für

Ihre Aufmerksamkeit

Ihre Aufmerksamkeit

5252

ALLES ESSIG!

5454

Kap. 3: Aminoessigsäure - Kap. 3: Aminoessigsäure -

Glycin Glycin

 Einfachste AminosäureEinfachste Aminosäure

 Name: Name: glykosglykos (griechisch) : süß (griechisch) : süß

5656

Glycin - Eigenschaften Glycin - 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 Stickstoffs Nachweis des Stickstoffs

im Glycin im Glycin

Kapitel 3: Glycin

5858

Verbrennung von Glycin Verbrennung von Glycin

Kapitel 3: Glycin

NH_{3 (g)} + H₂O _(l) -> NH₄⁺ _(aq) + OH^- _(aq)

OH^- -Ionen: Blaufärbung des Indikatorpapiers

O OH CH₂

NH₃

2 + 4,5 O₂ 4 CO₂ + ^{3 H}₂^O + ^{2 NH}3