Получение уксусноэтилового эфира из целлюлозы уравнение

Ацетилцеллюлоза (ацетат целлюлозы, АЦ, Cellulose acetate) – сложный уксуснокислый эфир целлюлозы с общей формулой [С₆Н₇О₂(ОН)_3-х(ОСОСН₃)]_n. Ниже представлена структурная формула диацетата целлюлозы. Данное изображение отражает участок целлюлозы с двумя ацетильными группами на модуль глюкозы.

Конечный продукт ацетилирования (х=3) – триацетат целлюлозы или триацетилцеллюлоза. Вторичным ацетатом или вторичной ацетилцеллюлозой является продукт частичного омыления триацетилцеллюлозы.

Очень часто возникает путаница, когда ацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы называют одним и тем же волокном. Следует отметить, что триацетат принято называть первичным ацетатом, у него отсутствует гидроксильная группа. В то же время вторичным ацетатом является ацетатное волокно, в формуле которого имеется две или более гидроксогруппы.

Ацетаты целлюлозы представляют собой аморфные соединения белого цвета. Степень полимеризации варьируется в интервале от 150 до 700.

Видео:Мордовские ученые разработали технологию получения эфира целлюлозыСкачать

Характеристики триацетата целлюлозы

Триацетату целлюлозы присущи следующие физико-химические характеристики:

температура размягчения 190 – 210℃;

температура деструктурирования (разложения) 230℃;

температура воспламенения 295℃;

температура самовоспламенения 380 – 430℃;

плотность 1280 – 1330 кг/м 3 ;

легко кристаллизуется при нагреве до температуры 210 – 225℃;

высокие волокно- и пенообразующие свойства;

в растворах щелочей и кислот происходит омыление вещества, что говорит о его неустойчивости;

не растворим в воде, ацетоне, этилацетате, сложных эфирах;

хорошо растворяется в очень холодной уксусной кислоте, хлороформе, анилине, феноле, муравьиной кислоте, метиленхлориде, формамиде.

Видео:Получение НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗЫ. Реакция целлюлозы (ваты) азотной и серной кислот. Опыты по химии.Скачать

Процесс получения ацетата целлюлозы

Обратимся к химизму процесса получения АЦ. Так, ацетаты целлюлозы получают путем воздействия на целлюлозу различных этерифицирующих реагентов, например, уксусной кислоты, ее ангидрида и хлорангидрида, кетена.

Широкое применение получил ацетилирующий реагент – уксусный ангидрид. С его использованием реакция протекает по нижеприведенной схеме:

Ниже приведен механизм ацетилирования целлюлозы (Х-СН₃СОО):

При этерификации уксусной кислотой, даже при условии непрерывного отгона выделяющейся воды, получаются только низкозамещенные производные целлюлозы, для которых число замещенных ОН- групп в 100 элементарных звеньях макромолекулы целлюлозы меньше 100.

Полное ацетилирование целлюлозы осуществляется под действием ацетилхлорида:

В качестве акцептора хлороводорода, вызывающего деструкцию целлюлозы, применяют органические основания, например, пиридин. Благодаря акцепторам проведение реакции усложняется как и регенерация компонентов ацетилирующей смеси. Вышеописанное объясняет причину, по которой ацетилирование с помощью ацетилхлорида не получило широкого применения.

Что касается промышленного производства, как правило, используют три способа получения ацетата целлюлозы:

гомогенный периодический в метиленхлориде – смесь содержит в себе растворитель АЦ (очень холодную уксусную кислоту или дихлорэтан/дихлорметан); в итоге завершением процесса является образование гомогенного раствора ацетата целлюлозы в ацетилирующей смеси (так называемом «сиропе»);

непрерывный гомогенный в среде уксусной кислоты;

гетерогенный периодический – в качестве ацетилирующей смеси выступает растворитель, не растворяющий ацетат целлюлозы. Например, бензол, толуол, СCl₄. В гетерогенной среде начинается как начало ацетилирования, так и его конец.

Видео:Получение ускусноэтилового эфираСкачать

Гомогенный метод получения ацетата целлюлозы

Обратимся к процессу получения ацетата целлюлозы гомогенным методом. Существует две разновидности такого процесса: ацетилирование происходит в горизонтальной центрифуге и ацетилирование, не включающее в себя частичного омыления образовавшегося триацетата.

В гомогенном процессе активным растворителем выступает метиленхлорид. Его присутствие обуславливает применение в качестве катализатора серной кислоты, хлорной кислоты и их смеси. Тот факт, что хлорная кислота не реагирует с целлюлозой, позволяет не применять способы стабилизации готовых ацетатов.

На изображении ниже приведена технологическая схема процесса получения АЦ гомогенным методом в среде метиленхлорида.

1 – мерник уксусной кислоты;

3 – промежуточный бункер;

4 – мерники компонентов ацетилирующей смеси;

9 – промывной аппарат;

10 – дробилка мелкого помола;

12 – дробилка крупного помола;

Процесс подготовки целлюлозы заключается в ее разрыхлении, очищении от механических примесей и последующем высушивании.

После достижения 300℃ активированную целлюлозу пневмотранспортом направляют на само ацетилирование. Его проводят в ацетиляторе – горизонтальном цилиндрическом аппарате.

Экзотермичность реакции ацетилирования диктует проведение ее в три приема. Сначала целлюлозу в ацетиляторе обрабатывают уксусным ангидридом. В две стадии осуществляют частичное омыление полученного триацетата целлюлозы. В качестве катализатора данного процесса выступает серная кислота. Гидролиз прекращают нейтрализацией катализатора горячим раствором ацетата натрия. После того, как метиленхлорид будет отогнан (в две стадии), осаждению подвергают ацетат целлюлозы с помощью низкоконцентрированной уксусной кислоты, поступающей далее на регенерацию.

Ниже рассмотрим еще один технологический процесс производства АЦ гомогенным методом. Его называют «Дормаген» — метод. Схема процесса:

6 – резервуар с мешалкой;

7 – промывная машина;

Целлюлоза обрабатывается уксусной кислотой. После заполнения целлюлозой ацетилятора туда же вводят ацетилирующую смесь (в два или более приема). Необходимая степень гидролиза достигается регулированием времени воздействия ацетилирующей смеси на ацетат целлюлозы. Гидролиз прекращается при введении 30%-ного раствора ацетата натрия. В осадителе осуществляется непрерывное перемешивание. Осажденный ацетат попадает по ленте транспортера в резервуар, а жидкость снова возвращается в осадитель, попадая туда через отверстия в ленте. АЦ далее попадает на промывку из нижней части резервуара. Небольшое количество серной кислоты, использующейся в качестве катализатора, дает возможность избежать стабилизации. Далее АЦ направляется в вакуум-сушилку, где перемешивается специальными лопастями.

Эффективность этерификации целлюлозы дает возможность повысить производительность непрерывного процесса получения ацетата целлюлозы рассмотренным методом. Так, этот процесс предполагает ацетилирование в среде уксусной кислоты или в среде метиленхлорида, что позволяет уменьшить количество уксусной кислоты, подвергающейся регенерации. Ниже представлена схема описанного процесса:

2 – ленточный фильтр;

3 – всасывающие камеры;

4 – аппарат этерификации;

6 – патрубок для предупреждения сифонирования;

Целлюлоза и 80%-ая уксусная кислота погружаются в гидроизмельчитель. Процесс диспергирования проводится в течение 15 минут. суспензионную целлюлозу через насос направляют на ленточный фильтр, где ее слой орошается ледяной уксусной кислотой. Вода полностью вытесняется из целлюлозы.

Активированную целлюлозу, очень сильно отжатую, направляют в аппарат этерификации. Растворенная ацетилцеллюлоза подается в смеситель, где реакция замедляется с помощью введенной уксусной кислоты. Неполное омыление триацетата целлюлозы проводят в присутствии воды в вертикальных баках. После гидролиза ацетилцеллюлоза осаждается большим объемом воды. Осевший ацетат промывается водой, отжимается на прессе и сушится во вращающихся сушилках.

Далее рассмотрим процесс получения ацетата целлюлозы гетерогенным методом.

Видео:Химия 10 класс (Урок№11 - Полисахариды. Крахмал. Целлюлоза.)Скачать

Гетерогенный метод получения ацетата целлюлозы

Наиболее старой разновидностью этого метода считается проведение процесса в аппарате, имеющем вид горизонтальной центрифуги объемом 5м 3 .

1 – трубка для термометра;

2 – патрубок для выхода паров бензола;

3, 4, 18 – штуцер заглушения;

5 – патрубок для подачи холодной воды;

8 – смотровой люк;

13 – патрубок для подачи промывной воды;

14 – патрубок для выхода отработанной ацетилирующей смеси;

15 – патрубок для слива воды;

16 – загрузочный люк;

17 – патрубок для подачи ацетилирующей смеси;

19 – разгрузочный люк.

60% уксусного ангидрида, 20% уксусной кислоты и 20% бензола образуют ацетилирующую смесь, вместе с которой в ацетилятор подают катализатор – хлорную кислоту. Также в процессе необходимо дополнительное количество бензола. Он позволяет предотвратить растворение получающегося эфира целлюлозы. После окончания процесса ацетилирования в ацетилятор направляют 10%-ый раствор ацетата натрия (или ацетата калия), что позволяет связать хлорную кислоту и завершить процесс этерификации. Полученный триацетат целлюлозы отжимают, а отработанную ацетилирующую смесь регенерируют. Далее триацетат промывается бензолом примерно 4 раза. После промывки в аппарат подают острый пар, с помощью которого отгоняется бензол, промывают триацетат водой. Чтобы триацетат частично омылился, его обрабатывают азотной кислотой в течение нескольких часов при температуре 300 — 350℃. Частично гидролизованный триацетат целлюлозы отжимают от кислоты, промывают несколько раз водой и высушивают в ленточных сушилках.

Следует упомянуть, что АЦ продается под следующими торговыми названиями:

Eastman Chemical Company

В России для ацетилцеллюлозы используется хлопковый линт типа 3, I сорта.

Ниже приведена таблица ГОСТ ISO 2076-2015

Использование триацетата целлюлозы в качестве основы для получения тканей позволяет получить такие эксплуатационные характеристики:

легко связывается с пластификаторами;

ацетатные волокна признаны гипоаллергенными;

изготавливается из древесной массы, что позволяет возобновлять ресурсы;

возможно компостирование АЦ или его сжигание;

устойчив к плесени и грибку;

возможность стирки, химической очистки;

хорошее сохранение формы;

свето- и теплостойкость.

Видео:Получение и свойства нитроцеллюлозыСкачать

Применение ацетата и триацетата целлюлозы в производстве

С 1952 года триацетат целлюлозы и триацетилцеллюлоза выступают основным веществом в процессах изготовления подложки фото- и кинопленок. Было время, когда триацетат целлюлозы также применялся в качестве основы магнитных лент.

Как правило, триацетат целлюлозы в современных кинопленках вытесняется безусадочной полиэстровой подложкой.

Этролы – пластмассы на основе ацетилцеллюлозы – используется в производстве труб, предназначенных для перекачки природного газа, автомобильных деталей, подлокотников, штурвалов, самолетов, медицинских инструментов, оправ для очков, мячей настольного тенниса, медиаторов для струнных музыкальных инструментов, канцелярии и прочее. Также, например, при работе с легковзрывающимися соединениями используются защитные смотровые экраны – прозрачные листы из этролов.

В ближайшем будущем возможно значительный рост использования ацетилцеллюлозы в производстве искусственного шелка. Это обусловлено с заметным снижением цены на ацетилцеллюлозу, а также появлением специальных красок для придания желаемого цвета искусственному шелку.

Следует отметить, что в 2005 году было создано изобретение на основе ацетилцеллюлозы, относящиеся к области бронирования зарядов твердых ракетных топлив: разработка термопластичных малодымных бронесоставов.

В производстве таблеток тоже не обошлись без ацетилцеллюлозы, так как она является достаточно эффективным связывающим агентом. Но применение АЦ ограничено из-за недостаточной растворимости ее в воде. Вторичная целлюлоза предоставляет большие возможности в этом отношении.

Растворы вторичной ацетилцеллюлозы имеют нейтральную реакцию, такие растворы не обладают запахом и вкусом, а также они устойчивы в течение более 20 дней. Именно это позволяет формировать из вторичной ацетилцеллюлозы водорастворимые волокна, наделенные малой прочностью.

Ацетат целлюлозы в современном мире – неоспоримый лидер среди материалов, из которых изготавливают оправы и солнцезащитные очки. Опираясь на различные оценки, на рынке представлено около 70% очков пластмассовых оправ.

В настоящее время довольно часто стали применяться ацетатные пленки для электрофореза. Такие пленки отличаются своей чистотой, также они имеют меньшую адсорбционную емкость для белков в сравнении с бумагой, что позволяет избежать образования «хвостов», которых невозможно избежать при электрофорезе на бумаге.

Возможность использования АЦ в качестве ткани позволяет применять материал и для обшивки мебели, чехлов, обивки и драпировки.

Ацетат целлюлозы возможно встретить и в табачных изделиях: АЦ содержится в фильтре.

Благодаря хорошей впитывающей способности ацетилцеллюлоза применяется в производстве подгузников и хирургических изделий.

Интересно упомянуть, что в период с 1949 до 1963 года оригинальные кубики Lego производились именно из ацетата целлюлозы.

Наличие ацетата целлюлозы не исключено в составе игральных карт, наградных лент, игрушек, прозрачных пленок для проецирования сверху и многом другом.

Видео:Практическая работа.Получение и свойства уксусной кислоты.Скачать

Сложные эфиры: способы получения и свойства

Сложные эфиры: способы получения, химические и физические свойства, строение.

Общая формула предельных сложных эфиров: С_nH_2nO₂

Видео:Получение ЭТИЛФОРМИАТА запах РОМАСкачать

Классификация сложных эфиров

Видео:Ученые Омского политеха разработали новый способ получения целлюлозыСкачать

По числу карбоксильных групп:

• сложные эфиры одноосновных карбоновых кислот — содержат одну карбоксильную группу -СОО-. Общая формула C_nH_2nO₂.

• сложные эфиры многоатомных спиртов — содержат две и более карбоксильные группы -СОО-.

• Сложные эфиры многоосновных органических кислот.

Например, общая формула сложных эфиров двухосновных карбоновых кислот C_nH_2n-2O₄

Видео:Чудеса « открытия» венозного угла: чем мягче и медленнее, тем эффективнее уменьшения боли, воспалениСкачать

Номенклатура сложных эфиров

В названии сложного эфира сначала указывают алкильную группу, связанную с кислородом, затем кислоту, заменяя суффикс в названии кислоты (-овая кислота) на суффикс -оат.

Видео:Стрим с Борисом Надеждиным, Екатериной Дунцовой и Дмитрием КисиевымСкачать

Химические свойства сложных эфиров

В присутствии кислот гидролиз сложных эфиров протекает как реакция, обратная этерификации. при гидролизе сложных эфиров образуются спирты и карбоновые кислоты.

R-COO-R’ + H₂O = R-COOH + R’-OH

Например , при гидролизе метилацетата образуются уксусная кислота и метанол.

При щелочном гидролизе сложных эфиров образуются соли карбоновых кислот и спирты.

Например , при щелочном гидролизе этилформиата образуются этанол и формиат натрия:

При щелочном гидролизе этилацетата образуются ацетат и этанол:

Щелочной гидролиз сложных эфиров — реакция, имеющая промышленное значение. Гидролиз жиров в присутствии оснований — древнейший способ получения мыла. Первые способы получения мыла связаны со смешиванием жира с золой. Один из основных компонентов животного жира — тристеарат глицерина. В щелочной среде тристеарат глицерина разлагается на глицерин и соль стеариновой кислоты:

Видео:Производство целлюлозы: Сделано в России. Утро на 5Скачать

2. Переэтерификация

Переэтерификация — это реакция превращения одного сложного эфира в другой под действием соответствующих спиртов в присутствии катализатора (кислоты или основания)

R-COO-CH₃ + R’-OH = R-COOR’ + CH₃-OH

Видео:Крахмал. Целлюлоза. 11 класс.Скачать

3.Восстановление сложных эфиров

Сложные эфиры восстанавливаются с разрывом связи С-О карбоксильной группы. При этом образуется смесь спиртов.

Видео:Где взять диэтиловый эфир?Скачать

Получение сложных эфиров

Видео:Лабораторная работа №16. Свойства уксусной кислоты. 9 класс.Скачать

1. Этерификация карбоновых кислот спиртами

Карбоновые кислоты вступают в реакции с одноатомными и многоатомными спиртами с образованием сложных эфиров.

Видео:Тяжело плыть в соляной кислоте.Скачать

2. Соли карбоновых кислот с галогеналканами

При взаимодействии солей карбоновых кислот с галогеналканами образуются сложные эфиры.

Видео:Очистка ДИЭТИЛОВОГО ЭФИРАСкачать

Получение уксусноэтилового эфира из целлюлозы уравнение

Ацетаты целлюлозы
Ацетаты целлюлозы представляют собой продукты ацилирования целлюлозы уксусным ангидридом в присутствии серной (или хлорной) кислоты:
[C₆H₇O₂(OH)_3-х(OCOCH₃)_х]_n ,
где х — степень замещения гидроксильных групп ацетатными группировками.
В зависимости от степени замещения различают ди- и триацетаты целлюлозы. Синтез триацетата целлюлозы (ТАЦ) описывается следующим суммарным уравнением:
[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3n(CH₃COO)₂O —kat—> [C₆H₇O₂(OCOCH₃)₃]_n + 3nCH₃COOH + Q_экз
Процесс протекает в безводной среде и практически полностью необратим. При использовании в качестве этерифицирующего агента уксусной кислоты выделяющаяся при этом вода сдвигает равновесие влево:
[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + XnCH₃COOH &#60—kat—> [C₆H₇O₂(OCOCH₃)_x(OH)_3-x]_n + XnH₂O
Теоретическое количество связанной уксусной кислоты в ТАЦ 62,5%, а в промышленных образцах не превышает 60,5-61,5%. Химизм ацетилирования определяется природой используемого катализатора. Наиболее вероятный механизм катализа в присутствии серной кислоты включает три последовательно протекающие реакции:
на первом этапе катализатор с ацилирующим агентом образует ацетилсерную кислоту
H₂SO₄ + (CH₃CO)₂O —> CH₃COOSO₃H
на втором этапе ацетилсерная кислота атакует фрагмент звена целлюлозы, содержащий спиртовые группы, с образованием смешанного эфира (сульфоацетата) целлюлозы
-C(OH)-C(OH)- + 2CH₃COOSO₃H —> -C(OSO₃H)-C(OCOCH₃)- + H₂SO₄ + CH₃COOH
на третьем этапе протекает реакция переэтерификации сульфоацетата уксусным ангидридом
-C(OCOCH₃)-C(OSO₃H)- + (CH₃CO)₂O —> -C(OCOCH₃)-C(OCOCH₃)- + CH₃COOSO₃H
причем переэтерификация до конца не проходит, а остаточные сульфогруппы снижают термостойкость полимера. Хлорная кислота (HClO₃) как катализатор сорбируется целлюлозой из ацетилирующей смеси без образования промежуточных химических соединений.
Кинетика процесса ацетилирования целлюлозы описывается эмпирическим уравнением:

где &#947 — степень замещения к моменту времени t, т.е. это число замещенных гидроксильных групп ацетатными группами, приходящееся на 100 элементарных звеньев цепи макромолекулы целлюлозы; &#947беск=300 — максимально возможная степень замещения; Т- продолжительность процесса, мин; К и &#945 — константы, определяемые из уравнения Аррениуса. Наряду с основным процессом ацетилирования при получении ТАЦ протекает побочный процесс деструкции полимера по глюкозидным связям под действием уксусного ангидрида (ацидолиз):

💡 Видео

Опыты по химии. Получение этилена и опыты с нимСкачать

«Любое заболевание — импульс». Что нужно понять, чтобы выздороветь. Метод Су ДжокСкачать

Синтез нонилового эфира уксусной кислотыСкачать

Получение уксусной кислоты из ацетата натрия (Synthesis of acetic acid from sodium acetate)Скачать