Уксусная кислота

ацетоновой,) и капроновой кислоты, Затем, в следующем году Кольбе подверг

электролизу щелочные соли одноосновных предельных кислот и, в согласии со

своей схемой, наблюдал при этом, при  электролизе уксусной  кислоты,

образование этана, угольной кислоты  и водорода: H2O+C2H6.C2O3=H2+[2CO2+C2H6],

а при электролизе валериановой - октана, угольной же кислоты и водорода:

H2O+C8H18.C2O3=H2+[2CO2+C8H18] . Впрочем, нельзя не заметить, что Кольбе

ожидал получить из уксусной  кислоты  метил (СН3 )', соединенный с водородом,

т. е. болотный газ, а из валериановой - бутил C4H9 , тоже соединенный с

водородом, т. е. C4H10 (он называет C4H9 валлилом), но в этом ожидании надо

видеть уступку получившим уже  тогда значительные права гражданства  формулам

Жерара, который отказался от своего прежнего взгляда на уксусную  кислоту  и

считал ее не за C4H8O4 каковой формулой, судя по криоскопическим данным, она

обладает и на самом деле, а  за C2H4O2 , как пишется во всех современных

учебниках химии.

Работами Кольбе строение уксусной  кислоты, а вместе с тем и всех других

органических кислот было окончательно выяснено и роль последующих химиков

свелась только к делению - в силу теоретических соображений и  авторитета

Жерара, формул Кольбе пополам и  к переведению их на язык структурных

воззрений, благодаря чему формула C2H6.C2O4H2 превратилась в CH3.CO(OH).

 

 

 

 

2. Свойства уксусной  кислоты

Карбоновые кислоты - органические соединения, содержащие одну или несколько

карбоксильных групп –СООН, связанных  с углеводородным радикалом.

    

Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы - карбонил и

гидроксил, взаимно влияющие друг на друга:

    

Кислотные свойства 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	Название тривиальное
HCOOH	метановая	муравьиная
CH3COOH	этановая	уксусная
C2H5COOH	пропановая	пропионовая
C3H7COOH	бутановая	масляная
C4H9COOH	пентановая	валерьяновая
C5H11COOH	гексановая	капроновая
C15H31COO	H-пентадекановая	пальмитиновая
C17H35COOH	H-гептадекановая	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 a-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].

Синтетическая пищевая уксусная кислота  – бесцветная, прозрачная,

легковоспламеняющаяся жидкость с  резким запахом уксуса. Синтетическую  пищевую

уксусную кислоту получают из метанола и окиси углерода на родиевом

катализаторе. Синтетическая пищевая  уксусная кислота применяется в  химической,

фармацевтической и легкой промышленности, а также в пищевой промышленности в

качестве консерванта. Формула  СН3СООН.

Синтетическая пищевая уксусная кислота  выпускается концентрированной (99.7 %)

и в виде водного раствора (80 %).

По физико-химическим показателям  синтетическая пищевая уксусная кислота

должна соответствовать следующим  нормам:

Таблица 2. Основные технические требования

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 более  0,004
5. Массовая доля муравьиной кислоты, %,	не более 0,05
6. Массовая доля сульфатов (SO4), %,	не более 0,0003
7. Массовая доля хлоридов (Cl),%,	не более 0,0004
8. Массовая доля тяжелых металлов  осаждаемых сероводородом (Pb), %,	не более 0,0004
9. Массовая доля железа (Fe), %,	не более 0,0004
10. Массовая доля нелетучего  остатка, %,	не более 0,004
11. Устойчивость окраски раствора  марганцевокислого калия, мин,	не менее 60
12. Массовая доля веществ, окисляемых  двухромовокислым калием, cm3 раствора  тиосульфата натрия, концентрация  с (Na2 SO3*5H2O) = 0,1 моль/дм3 (0,1H),	не более 5,0

 

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 присутствиикаталитической 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:

а)     каталитическое окисление бутана

     2CH3–CH2–CH2–CH3 + 5O2   t     4CH3COOH + 2H2O

б)     нагреванием смеси оксида углерода (II) и метанола на катализаторе под

давлением

    CH3OH + CO        CH3COOH   

Производство уксусной кислоты  брожением (уксуснокислое брожение)[5].

Сырье: этанолсожержащие жидкости (вино, забродившие соки), кислород.

Вспомогательные вещества: ферменты уксуснокислых бактерий.

Химическая реакция: этанол биокаталитически окисляется до уксусной кислоты.

     СН 2 – СН – ОН + О 2     СН 2 – СООН + Н  2 О

Основной продукт: уксусная кислота.

 

4. Применение уксусной  кислоты

Уксусную кислоту применяют  для получения лекарственных  и душистых веществ,

как растворитель (например, в производстве ацетата целлюлозы), в виде