Ακρυλικό οξύ

Ακρυλικό οξύ
Γενικά
Όνομα IUPAC	Προπενικό οξύ
Άλλες ονομασίες	Ακρυλικό οξύ Αιθυλενοκαρβοξυλικό οξύ Προπενοξύ Βινυλοφορμικό οξύ
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C3H4O2
Μοριακή μάζα	72,06 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	CH2=CHCOOH
Συντομογραφίες	ViCOOH
Αριθμός CAS	79-10-7
SMILES	C=CC(=O)O
InChI	1/C3H4O2/c1-2-3(4)5/h2H,1H2,(H,4,5)
Αριθμός RTECS	AS4375000
Αριθμός UN	J94PBK7X8S
PubChem CID	6581
ChemSpider ID	6333
Δομή
Μοριακή γεωμετρία	επίπεδη
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης	39
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	14 °C
Σημείο βρασμού	141 °C
Πυκνότητα	1051 kg/m3
Διαλυτότητα στο νερό	Αναμείξιμο
Ιξώδες	1,3 cP (20 °C)
Εμφάνιση	άχρωμο καυστικό υγρό
Χημικές ιδιότητες
pKa	4,35
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	68 °C
Επικινδυνότητα
Φράσεις κινδύνου	R10 R20/21/22 R35 R50
Φράσεις ασφαλείας	S26 S36/37/39 S45 S61
MSDS	Εξωτ. Σύνδεσμος MSDS
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	2 3 0
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το ακρυλικό οξύ (αγγλικά acrylic acid) είναι οργανική χημική ένωση με μοριακό τύπο C₃H₄O₂, αν και συνηθέστερα παριστάνεται ως CH₂=CHCO₂H. Πιο συγκεκριμένα, είναι το απλούστερο ακόρεστο καρβοξυλικό οξύ, αποτελούμενο δομικά από μια βινυλομάδα (CH₂=CH) άμεσα συνδεμένη με την τερματική καρβοξυλομάδα του (COOH). Το χημικά καθαρό ακρυλικό οξύ, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο υγρό με χαρακτηριστική στυφόξινη οσμή. Είναι αναμείξιμο με το νερό, τις αλκοόλες, τους αιθέρες και το χλωροφόρμιο (CHCl₃). Παγκοσμίως, παράγονται (βιομηχανικά) ετησίως πάνω από 1.000.000 τόνοι ακρυλικού οξέος.

Ισομερή θέσης

Με βάση το μοριακό του τύπο, το ακρυλικό οξύ έχει τουλαχιστον 43 ισομερή θέσης, όχι όλα σταθερά.

Τα κυριότερα από αυτά είναι τα ακόλουθα:

1. Μεθανικός βινυλεστέρας (HCOOCH=CH₂).
2. α-προπιολακτόνη ή μεθυλοξιρανόνη ().
3. β-προπιολακτόνη ή 2-οξετανόνη () .
4. 3-οξετανόνη ().

Δομή

Είναι το πρώτο μέλος της ομόλογης σειράς των αλκενικών οξέων, δηλαδή των μονοκαρβονικών οξέων που μπορούν να χαρακτηριστούν από την ένωση ενός αλκενύλιου και ενός καρβοξυλίου. Ο διπλός δεσμός του βρίσκεται σε συζυγή θέση (δηλαδή με έναν απλό ενδιάμεσα) με εκείνον του καρβονυλίου του καρβοξυλίου του.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός
C#2,#3-H	σ	2sp2-1s	106 pm	3% C- H+
C#3=C#2	σ	2sp2-2sp2	134 pm
	π	2p-2p
C#2-C#1	σ	2sp2-2sp2	147 pm
C=O	σ	2sp2-2sp2	132 pm	19% C+ O-
	π	2p-2p
C-O	σ	2sp2-2sp3	147 pm	19% C+ O-
O-H	σ	2sp3-1s	96 pm	32% O- H+
Γωνίες
HCH	120°
HCC	120°
CCO	120°
COO	120°
OCO	120°
COH	104,45°
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
Ο (OH)	-0,51
Ο (=O)	-0.38
C#3	-0,06
C#2	-0,03
Η (HC)	+0,03
Η (OH)	+0,32
C#1	+0,57

Παραγωγή

Βιομηχανική παραγωγή

Η σύγχρονη βιομηχανική παραγωγή του γίνεται με οξείδωση προπενίου από οξυγόνο:

$\mathrm {CH_{3}CH=CH_{2}+{\frac {3}{2}}O_{2}{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHCOOH+H_{2}O}$

Επειδή το ακρυλικό οξύ και οι εστέρες του έχουν μεγάλη οικονομική σημασία, έχουν ανακαλυφθεί και πολλές άλλες μέθοδοι, αλλά οι περισσότερες έχουν εγκαταληφθεί, για οικονομικούς ή περιβαλλοντικούς λόγους.

Ωστόσο, υπάρχει μια σημαντική εναλλακτική μέθοδος με επίδραση μονοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών σε αιθίνιο, στα πλαίσια της Χημείας Reppe:

$\mathrm {HC\equiv CH+CO+H_{2}O{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHCOOH}$

Άλλες μέθοδοι

Με καρβοξυλίωση βινυλαλογονιδίων

Με καρβοξυλίωση με διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) βινυλαλογονιδίων (CH₂=CHX), μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων (αντιδραστήρια Grignard) παράγεται ακρυλικό οξύ::

$\mathrm {CH_{2}=CHX+Mg{\xrightarrow {|Et_{2}O|}}CH_{2}=CHMgX{\xrightarrow {+CO_{2}}}CH_{2}=CHCOOMgX{\xrightarrow {+H_{2}O}}CH_{2}=CHCOOH+Mg(OH)X\downarrow }$

Με υδρόλυση προπενονιτριλίου

Με υδρόλυση προπενονιτριλίου (CH₂=CHCN) σε όξινο περιβάλλον παράγεται ακρυλικό οξύ:

$\mathrm {CH_{2}=CHCN+2H_{2}O{\xrightarrow {H^{+}}}CH_{2}=CHCOONH_{4}{\xrightarrow {HCl}}CH_{2}=CHCOOH+NH_{4}Cl}$

Με προπεν-2-όλης-1 ή προπεν-2-άλης

1. Με οξείδωση προπεν-2-όλης-1 (CH₂=CHCH₂OH) παράγεται ακρυλικό οξύ:

$\mathrm {3CH_{2}=CHCH_{2}OH+4KMnO_{4}+2H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}3CH_{2}=CHCOOH+4MnO_{2}+2K_{2}SO_{4}+5H_{2}O}$

2. Με οξείδωση προπεν-2-άλης (CΗ₂=CHCHO) παράγεται ακρυλικό οξύ:

$\mathrm {3CH_{2}=CHCHO+2KMnO_{4}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}3CH_{2}=CHCOOH+2MnO_{2}+K_{2}SO_{4}+H_{2}O}$

Από μεθυλενομηλονικό οξύ

Από μεθυλενομηλονικό οξύ [HOOCC(=CH₂)COOH] παράγεται ακρυλικό οξύ:

$\mathrm {HOOCC(=CH_{2})COOH{\xrightarrow {\triangle }}CH_{2}=CHCOOH+CO_{2}\uparrow }$

Με αφυδάτωση υδροξυπροπανικού οξέος

Με ενδομοριακή αφυδάτωση 2-υδροξυπροπανικού οξέος ή 3-υδροξυπροπανικού οξέος παράγεται ακρυλικό οξύ. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηηλές θερμοκρασίες, >150 °C:
1.

$\mathrm {CH_{3}CH(OH)COOH{\xrightarrow[{>150^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{2}=CHCOOH+H_{2}O}$

2.

$\mathrm {HOCH_{2}CH_{2}COOH{\xrightarrow[{>150^{o}C}]{\pi .H_{2}SO_{4}}}CH_{2}=CHCOOH+H_{2}O}$

• Τα αποτελέσματα είναι καλύτερα αν χρησιμοποιηθεί «προστασία» του καρβοξυλίου.

Με απόσπαση υδραλογόνου από αλοπροπανικό οξύ

Με απόσπαση υδραλογόνου (HX) από 2-αλοπροπανικό οξύ ή 3-αλοπροπανικό οξύ παράγεται ακρυλικό οξύ:
1.

$\mathrm {CH_{3}CHXCOOH+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{2}=CHCOOH+NaX+H_{2}O}$

2.

$\mathrm {XCH_{2}CH_{2}COOH+NaOH{\xrightarrow[{\triangle }]{ROH}}CH_{2}=CHCOOH+NaX+H_{2}O}$

• Τα αποτελέσματα είναι καλύτερα αν χρησιμοποιηθεί «προστασία» του καρβοξυλίου.

Με απόσπαση αλογόνου

Με απόσπαση αλογόνου (X₂) από 2,3-διαλοπροπανικό οξύ παράγεται ακρυλικό οξύ:

$\mathrm {XCH_{2}CHXCOOH+Zn{\xrightarrow {}}CH_{2}=CHCOOH+ZnX_{2}}$

• Τα αποτελέσματα είναι καλύτερα αν χρησιμοποιηθεί «προστασία» του καρβοξυλίου.

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση

Με μερική καταλυτική υδρογόνωση προπινικού οξέος παράγεται ακρυλικό οξύ:

$\mathrm {HC\equiv CCOOH+H_{2}{\xrightarrow {Ni\;{\acute {\eta }}\;Pd\;{\acute {\eta }}\;Pt}}CH_{2}=CHCOOH}$

Πηγές

• Ν. Αλεξάνδρου, Γενική Οργανική Χημεία, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 1985
• Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
• SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
• Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
• Πολυχρόνη Σ. Καραγκιοζίδη: Ονοματολογία οργανικών ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1991, Έκδοση Β΄.
• Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985, Έκδοση Β΄.
• Δ. Νικολαΐδη: Ειδικά κεφάλαια Οργανικής Χημεία, Θεσαλονίκη 1983.