Уксусная кислота
карбоновых кислот обусловлены смещением электронной
плотности к карбонильному кислороду и вызванной этим дополнительной (по
сравнению со спиртами) поляризации связи О–Н.
В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:
Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены
образованием межмолекулярных водородных связей.
С увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается.
По числу карбоксильных групп кислоты подразделяются на одноосновные
(монокарбоновые) и многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.).
По характеру углеводородного радикала различают кислоты предельные,
непредельные и ароматические[1].
Систематические названия кислот даются по названию соответствующего
углеводорода с добавлением суффикса -овая и слова кислота. Часто
используются также тривиальные названия.
Некоторые предельные одноосновные кислоты
|Формула |Название |
| |систематическое |тривиальное |
|HCOOH |метановая |муравьиная |
|CH3COOH |этановая |уксусная |
|C2H5COOH |пропановая |пропионовая |
|C3H7COOH |бутановая |масляная |
|C4H9COOH |пентановая |валерьяновая |
|C5H11COOH |гексановая |капроновая |
|C15H31COOH |пентадекановая |пальмитиновая |
|C17H35COOH |гептадеканова |стеариновая |
Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность. Они
вступают в реакции с различными веществами и образуют разнообразные
соединения, среди которых большое значение имеют функциональные
производные, т.е. соединения, полученные в результате реакций по
карбоксильной группе[2].
2.1 Образование солей
а) при взаимодействии с металлами:
2RCOOH + Mg > (RCOO)2Mg + H2
б) в реакциях с гидроксидами металлов:
2RCOOH + NaOH > RCOONa + H2O
2.2 Образование сложных эфиров R'–COOR":
Реакция образования сложного эфира из кислоты и спирта называется реакцией
этерификации (от лат. ether - эфир).
2.3 Образование амидов:
Вместо карбоновых кислот чаще используют их галогенангидриды:
Амиды образуются также при взаимодействии карбоновых кислот (их
галогенангидридов или ангидридов) с органическими производными аммиака
(аминами):
Амиды играют важную роль в природе. Молекулы природных пептидов и
белков построены из ?-аминокислот с участием амидных групп - пептидных
связей.
Уксусная (этановая кислота).
Формула: СН 3 – СООН; прозрачная бесцветная жидкость с резким запахом;
ниже температуры плавления (т.пл. 16,6 градусов С) похожая на лед масса
(поэтому концентрированную уксусную кислоту называют также ледяной уксусной
кислотой). Растворима в воде, этаноле[3].
Таблица 1. Физические свойства уксусной кислоты
|1. Внешний вид |Бесцветная, прозрачная |
| |жидкость без |
| |механических примесей |
|2. Растворимость в воде |Полная, раствор |
| |прозрачный |
|3. Массовая доля уксусной кислоты, %, не менее |99,5 |
|4. Массовая доля уксусного альдегида, %, не |0,004 |
|более | |
|5. Массовая доля муравьиной кислоты, %, не |0,05 |
|более | |
|6. Массовая доля сульфатов (SO4), %, не более |0,0003 |
|7. Массовая доля хлоридов (Cl),%, не более |0,0004 |
|8. Массовая доля тяжелых металлов осаждаемых |0,0004 |
|сероводородом (Pb), %, не более | |
|9. Массовая доля железа (Fe), %, не более |0,0004 |
|10. Массовая доля нелетучего остатка, %, не |0,004 |
|более | |
|11. Устойчивость окраски раствора |60 |
|марганцевокислого калия, мин, не менее | |
|12. Массовая доля веществ, окисляемых |5,0 |
|двухромовокислым калием, cm3 раствора | |
|тиосульфата натрия, концентрация с (Na2 | |
|SO3*5H2O) = 0,1 моль/дм3 (0,1H), не более | |
Синтетическая пищевая уксусная кислота – легковоспламеняющаяся жидкость,
по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса
опасности. При работе с уксусной кислотой следует применять индивидуальные
средства защиты (фильтрующие противогазы). Первая помощь при ожогах -
обильное промывание водой.
Синтетическую пищевую уксусную кислоту заливают в чистые железнодорожные
цистерны, автоцистерны с внутренней поверхностью из нержавеющей стали, в
контейнеры, емкости и бочки из нержавеющей стали вместимостью до 275 дм3, а
также в стеклянные бутыли и полиэтиленовые бочки вместимостью до 50 дм3.
Полимерная тара пригодна для залива и хранения уксусной кислоты в течение
одного месяца. Синтетическую пищевую уксусную кислоту хранят в герметичных
резервуарах из нержавеющей стали. Контейнеры, емкости, бочки, бутыли и
полиэтиленовые фляги хранят в складских помещениях или под навесом. Не
допускается совместное хранение с сильными окислителями (азотная кислота,
серная кислота, перманганат калия и др.).
Транспортируется в ж/д цистернах, изготовленных из нержавеющей стали
марки 12Х18H10Т или 10Х17H13М2Т, с верхним сливом.
3. Получение уксусной кислоты
Уксусная кислота - важнейший химический продукт, который широко
используется в промышленности для получения сложных эфиров, мономеров
(винилацетат), в пищевой промышленности и т.д. Мировое производство ее
достигает 5 млн т в год. Получение уксусной кислоты до недавнего времени
базировалось на нефтехимическом сырье[4]. В Уокер-процессе этилен в мягких
условиях окисляют кислородом воздуха до ацетальдегида в присутствии
каталитической системы PdCl2 и CuCl2 . Далее ацетальдегид окисляется до
уксусной кислоты:
CH2=CH2 + 1/2 O2 CH3CHO CH3COOH
По другому методу уксусную кислоту получают при окислении н-бутана при
температуре 200 C и давлении 50 атм в присутствии кобальтового
катализатора.
Изящный Уокер-процесс - один из символов развития нефтехимии - постепенно
замещается новыми методами, основанными на использовании угольного сырья.
Разработаны способы получения уксусной кислоты из метанола:
CH3OH + CO CH3COOH
Эта реакция, имеющая большое промышленное значение, является прекрасным
примером, иллюстрирующим успехи гомогенного катализа. Поскольку оба
компонента реакции - СН3ОН и СО - могут быть получены из угля, процесс
карбонилирования должен стать более экономичным по мере роста цен на нефть.
Существуют два промышленных процесса карбонилирования метанола. В более
старом методе, разработанном на фирме BASF, использовали кобальтовый
катализатор, условия реакции были жесткими: температура 250?С и давление
500-700 атм. В другом процессе, освоенном фирмой "Monsanto", применяли
родиевый катализатор, реакцию проводили при более низких температурах (150-
200 С) и давлении (1-40 атм). Интересна история открытия этого процесса.
Ученые компании исследовали гидроформилирование с использованием
родийфосфиновых катализаторов. Технический директор нефтехимического отдела
предложил использовать этот же катализатор для карбонилирования метанола.
Результаты опытов оказались отрицательными, и это связали с трудностью
образования связи металл-углерод. Однако, вспомнив лекцию консультанта
компании о легком окислительном присоединении иодистого метила к
металлокомплексам, исследователи решили добавить в реакционную смесь иодный
промотор и получили блестящий результат, которому сперва не поверили.
Подобное открытие было сделано также учеными конкурирующей компании "Union
Carbide", те отстали всего на несколько месяцев. Команда по разработке
технологии карбонилирования метанола всего через 5 месяцев интенсивной
работы создала промышленный процесс Монсанто, с помощью которого в 1970
году было получено 150 тыс. т уксусной кислоты. Этот процесс стал
предвестником той области науки, которая получила название С1-химии.
Механизм карбонилирования был тщательно исследован. Иодистый метил,
необходимый для осуществления реакции, получается по уравнению
CH3OH + HI CH3I + H2O
Каталитический цикл может быть представлен так:
К плоскоквадратному комплексу [RhI2(CO)2]- (I) окислительно
присоединяется иодистый метил с образованием шестикоординационного
комплекса II, затем в результате внедрения СО по связи метил-родий
образуется ацетилродиевый комплекс (III). Восстановительное элиминирование
иодангидрида уксусной кислоты регенерирует катализатор, а гидролиз
иодангидрида дает уксусную кислоту.
Промышленный синтез уксусной кислоты:
a) каталитическое окисление бутана
2CH3–CH2–CH2–CH3 + 5O2 t 4CH3COOH + 2H2O
b) нагреванием смеси оксида углерода (II) и метанола на
катализаторе под давлением
| |  скачать работу |
Уксусная кислота |
