Struktura

Příprava a výroba kyselin

Příprava a výroba kyselin

Mezi průmyslovými výrobami i v laboratorní přípravě převládají metody oxidační, výchozími surovinami jsou primární alkoholy, aldehydy, aromatické uhlovodíky s bočními řetězci i další nasycené i nenasycené uhlovodíky.

Oxidace probíhají v řadě: R-CH3R-CH2-OH → R-CH=O → R-COOH.

Kromě oxidací se využívají i hydrolytické a biochemické metody.

Oxidace alkanů a cykloalkanů

Probíhá za přítomnosti katalyzátorů, vzniká vždy pestrá směs kyslíkatých produktů, proto je význam metody poměrně malý. Významná je výroba kyseliny adipové, v prvním stupni dochází k hydrogenaci benzenu na cyklohexan a v 2. stupni probíhá oxidace buď účinkem 60% kyseliny dusičné, nebo moderněji použitím vzdušného kyslíku za přítomnosti katalyzátoru. Nejpoužívanější je ale v současné době obdobná oxidace směsi cyklohexanolu a cyklohexanonu. Základní surovinou je v tomto případě fenol:

obrazek

Výroba kyseliny adipové

V případě kyseliny octové lze využít přímé oxidace směsi nižších alkanů, především s obsahem butanu:    

2 CH3CH2CH2CH3 + 5 O2 → 4 CH3COOH + 2 H2O.

Oxidace arenů

Probíhá katalyticky při vyšší teplotě, dochází k destrukci aromatického jádra. Významná je oxidace benzenu za vzniku maleinanhydridu nebo naftalenu za vzniku ftalanhydridu, následnou hydrolýzou anhydridů vznikají příslušné kyseliny. Velký význam má i oxidace            p- xylenu na kyselinu tereftalovou (výrobní postup ve skutečnosti probíhá ve 4 stupních).

obrazek

Oxidace alkenů

Probíhá snadno, jako oxidační činidlo lze použít vodný roztok manganistanu, průmyslově kyslík za přítomnosti katalyzátoru. Průmyslově má velký význam např. výroba kyseliny akrylové katalytickou oxidací (vzdušným kyslíkem) propenu:

  CH2 = CH - CH3 + 3/2 O2 → CH2 = CH - COOH + H2O      

 Oxidace aromátů s vedlejším řetězcem

Jedná se o průmyslově významné oxidace. Tímto způsobem se vyrábí například kyselina benzoová, kyselina ftalová a kyselina tereftalová.

  C6H5 -CH3 3/2 O2     → C6H5 -COOH  + H2O t = 120°C, kat. Co2+

Oxidace aldehydů a ketonů

Lze použít obecně pro kterékoliv kyseliny. Při použití ketonů jako výchozích látek dochází k jejich oxidačnímu štěpení. Průmyslově nejvýznamnější je výroba kyseliny octové z acetaldehydu za přítomnosti katalyzátoru (octany Co, Mn); obdobně lze připravit například kyselinu benzoovou z benzaldehydu:    

  CH3CHO  + 1/2 O2 → CH3COOH         t = 50 - 70°C, kat.Co2+      

          

Oxidace alkoholů

Méně významné, používají se vyšší teploty, silnější oxidační činidla a vzniká bohatší směs produktů.

Hydrolýza funkčních derivátů kyselin

Lze použít u všech derivátů, nejsnadněji probíhá u halogenidů, je vhodná jako laboratorní příprava:

  RCOCl + H2O ⇆ RCOOH + HCl

Největší význam má však hydrolýza esterů. Vyšší mastné kyseliny se získávají hydrolýzou tuků; alkalickou hydrolýzou (zmýdelňováním) vznikají soli karboxylových kyselin (ve skutečnosti směs), tedy mýdla:

       

Hydrolýza glyceridů (tuků) - kyselá hydrolýza a zásaditá (zmýdelňování)

Další postupy

Kyselina mravenčí se vyrábí několika postupy, vždy se ale jako výchozí látka používá oxid uhelnatý. Jedná se o syntézy  oxidu uhelnatého s  hydroxidem sodným, amoniakem nebo nejnověji s methanolem:

CO + NaOH → HCOONa     následuje  vytěsnění kyselinou sírovou: 

2 HCOONa + H2SO4 → 2 HCOOH + Na2SO4

Při výrobě kyseliny octové se moderně používá karbonylace methanolu, reakce je třístupňová:

CH3OH + CO → CH3COOH (souhrnná reakce)

Děj probíhá za přítomnosti jodovodíku a komplexních katalyzátorů s obsahen palladia nebo rhodia a iridia. Meziproduktem je jodmethan:

CH3OH + HI → CH3I + H2O

CH3I + CO → CH3COI

CH3COI + H2O → CH3COOH + HI.

Biochemické výroby

Průmyslově se využívají pro výrobu kyseliny octové, citronové a mléčné (viz  prezentace).

Kyselina octová se vyrábí z ethanolu oxidativní fermentací pomocí octových tyčinkových bakterií (Acetobacter).

Kyselina mléčná fermentací melasové sacharozy mléčnými tyčinkovými bakteriemi (Lactobacillus delbrückii).

Kyselina citronová aerobní fermentací melasové sacharozy pomocí plísně (Aspergillus niger).

 

Zdroje

  1. CANOV, Michael. [online]. [cit. 2014-4-19]. Dostupné z: http://canov.jergym.cz/
  2. WIKIPEDIA.ORG. [online]. [cit. 2014-4-19]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Karboxylov%C3%A9_kyseliny 

Obrázky

 

Prezentace

Obrázek

Content ocet

Obr. 1: Balsamový ocet (vlevo) a vinný ocet z červeného (uprostřed) a bílého (vpravo) vína

Laboratorní cvičení

Laboratorní cvičení z OCH

  • příprava kyseliny octové
  • vlastnosti kyseliny octové
  • příprava kyseliny benzoové

Obr. 2:  Syntéza kys. benzoové z toluenu

 

Úkol

Navrhni přípravu následujících kyselin a zapiš rovnicemi!

  • kyselina propionová
  • kyselina ftalová
  • kyselina stearová
Logolink