Терефталевая кислота
Терефта́левая кислота́[2][3] (ТФК, 1,4-бензолдикарбоновая кислота) — двухосновная дикарбоновая ароматическая кислота с пара-расположением карбоксильных групп. Является изомером фталевой и изофталевой кислот.
| Терефталевая кислота | |||
|---|---|---|---|
| |||
 | |||
| Общие | |||
| Традиционные названия | пара-фталевая кислота, 1,4-бензолдикарбоновая кислота | ||
| Хим. формула | C8H6O4 | ||
| Физические свойства | |||
| Состояние | бесцв. кристаллы | ||
| Молярная масса | 166,14 г/моль | ||
| Плотность | 1,51 г/см³ | ||
| Энергия ионизации | 9,86 эВ[1] | ||
| Термические свойства | |||
| Температура | |||
| • плавления | 427 °C | ||
| • воспламенения | 680 °C | ||
| Мол. теплоёмк. | 1210 Дж/(моль·К) | ||
| Энтальпия | |||
| • образования | –816 кДж/моль | ||
| Химические свойства | |||
| Константа диссоциации кислоты | 3,54, 4,46 | ||
| Растворимость | |||
| • в воде | 0,0019 г/100 мл | ||
| • в метаноле | 0,1 г/100 мл | ||
| • в ДМФА | 6,7 г/100 мл | ||
| • в уксусной кислоте | 0,035 г/100 мл | ||
| • в ДМСО | 20 г/100 мл | ||
| Классификация | |||
| Рег. номер CAS | 100-21-0 | ||
| PubChem | 7489, 4356128 и 22416364 | ||
| Рег. номер EINECS | 202-830-0 | ||
| SMILES | |||
| InChI | |||
| RTECS | WZ0875000 | ||
| ChEBI | 15702 | ||
| ChemSpider | 7208 | ||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
 Медиафайлы на Викискладе | |||
Получение
правитьОсновным методом промышленного синтеза терефталевой кислоты является окисление п-ксилола в присутствии каталитической системы, содержащей кобальт, марганец и бром. Данная система обеспечивает практически полное количественное окисление метильных групп ксилола. Растворителем служит уксусная кислота, а окислителем является кислород воздуха. Источником брома могут быть бромоводород, бромид натрия, тетрабромэтан. Поскольку реакционная среда является коррозионноактивной, для синтеза используется титановое оборудование. Реактор работает при температуре 175—225 °C и давлении 1500—3000 кПа. Проводимая реакция весьма экзотермична[4].
Схема реакции:
В качестве побочного продукта в небольших количествах образуются пара-толуиловая кислота и 4-карбоксибензальдегид. Для их отделения, а также для очистки продукта от окрашенных примесей, смесь подвергают гидрированию в присутствии палладиевого катализатора с последующей кристаллизацией. При этом 4-карбоксибензальдегид превращается в более растворимую в воде п-толуиловую кислоту, а окрашенные примеси превращаются в бесцветные вещества. В процессе кристаллизации осаждают менее растворимую терефталевую кислоту[4].
Терефталевую кислоту высокой чистоты в промышленности получают путём гидролиза диметилтерефталата. Для этого сложный эфир нагревают с водой до 260—280 °C при 4500—5500 кПа[4].
В лабораторных условиях терефталевую кислоту очищают через её натриевую соль, которую кристаллизуют из воды и затем превращают в кислоту подкислением минеральной кислотой[5].
Физические и химические свойства
правитьТерефталевая кислота представляет собой белый кристаллический порошок, плохо растворимый в воде и уксусной кислоте, хорошо растворимый в растворах щелочей.
Проявляет свойства типичной карбоновой кислоты. В частности, при действии водоотнимающих агентов (например, уксусного ангидрида) она превращается в полимерный ангидрид. При взаимодействии со спиртами терефталевая кислота даёт сложные эфиры, с основаниями она даёт соли, а реакция с оксихлоридом фосфора и тионилхлоридом приводит к терефталоилхлориду[3].
Также терефталевая кислота вступает в реакции электрофильного замещения. Например, известны реакции её галогенирования в серной кислоте и сульфирования до моносульфопроизводного. Перегонка с оксидом кальция приводит к декарбоксилированию с образованием бензола[3].
Применение
правитьТерефталевая кислота главным образом используется для получения насыщенных полиэфиров. Из полиэтилентерефталата производится 90 % от общего количества этих полимеров. Годовая потребность в нём в 1992 году составила 12,6·106 т. Из этого количества примерно 75 % используется в текстильной промышленности и производстве промышленных волокон, ещё 13 % — для получения пищевых контейнеров (например, бутылок для напитков), причём эта доля постоянно растёт. На производство плёнки для фото, видео, аудиозаписей и фотографий используется ещё 7 % от этого количества[4].
К другим областям применения терефталевой кислоты относятся производство полибутилентерефталата, используемого как промышленная электроизоляция[4], и диоктилтерефталата.
Учёные из Эдинбургского университета при помощи генетически модифицированных бактерий Escherichia coli смогли переработать 79 % терефталевой кислоты в ванилин[6].
Безопасность
правитьТерефталевая кислота обладает низкой токсичностью и лишь вызывает обратимое и мягкое раздражение глаз, кожи и дыхательной системы. Значения ЛД50 для неё составляют 18,8 г/кг (крысы), 6,4 г/кг (мыши). При внутрибрюшинном введении эти значения уменьшаются до 1,43 г/кг или, по другим данным, до 1,9 г/кг для крыс. ЛД100 при таком методе введения равно 3,2 г/кг[4].
Вдыхание аэрозолей терефталевой кислоты, по-видимому, не несёт большой опасности. Известно однако, что при достаточной концентрации вещества и наличии окислителя может происходить взрыв. Для терефталевой кислоты минимальное содержание должно составлять 40 г/м³ при концентрации кислорода 12,4 %[4].
Примечания
править- ↑ David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
- ↑ Sigma-Aldrich. Terephthalic acid. Дата обращения: 7 июня 2014. Архивировано 14 июня 2021 года.
- ↑ 1 2 3 Химическая энциклопедия / Гл. ред. Н. С. Зефиров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 532.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Sheehan R. J. Terephthalic Acid, Dimethyl Terephthalate, and Isophthalic Acid (англ.) // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley, 2011. — doi:10.1002/14356007.a26_193.pub2.
- ↑ Armarego W. L. F., Chai C. L. L. Purification of Laboratory Chemicals. — 6th Ed.. — Elsevier, 2009. — С. 338. — ISBN 978-1-85617-567-8.
- ↑ Joanna C. Sadler, Stephen Wallace. Microbial synthesis of vanillin from waste poly(ethylene terephthalate) Архивная копия от 15 июня 2021 на Wayback Machine // The Royal Society of Chemistry, 2021
Ссылки
править- Sigma-Aldrich. ЯМР-спектр изофталевой кислоты. Дата обращения: 7 июня 2014.
- Sigma-Aldrich. ИК-спектр терефталевой кислоты. Дата обращения: 7 июня 2014.
- Sigma-Aldrich. КР-спектр терефталевой кислоты. Дата обращения: 7 июня 2014.