Reacții redox care implică materie organică

Dependenta compusi organici la oxidare este asociată cu prezenţa legături multiple, grupări funcționale, atomi de hidrogen la atomul de carbon care conține gruparea funcțională.

Oxidarea secvențială a substanțelor organice poate fi reprezentată ca următorul lanț de transformări:

Hidrocarbură saturată → Hidrocarbură nesaturată → Alcool → Aldehidă (cetonă) → Acid carboxilic → CO 2 + H 2 O

Relația genetică dintre clasele de compuși organici este reprezentată aici ca o serie de reacții redox care asigură trecerea de la o clasă de compuși organici la alta. Este completat de produsele de oxidare completă (combustie) oricărui reprezentant al claselor de compuși organici.

Dependența capacității redox a unei substanțe organice de structura sa:

Tendința crescută a compușilor organici de a se oxida se datorează prezenței unor substanțe în moleculă:

legături multiple(de aceea alchenele, alchinele și alcadienele se oxidează atât de ușor);
anumite grupe funcționale, capabil de a fi ușor oxidat (–-SH, –OH (fenolic și alcoolic), – NH 2 ;
grupări alchil activate, situat în apropierea mai multor obligațiuni. De exemplu, propena poate fi oxidată la aldehidă acroleină nesaturată cu oxigen atmosferic în prezența vaporilor de apă pe catalizatori de bismut-molibden.

H2C=CH-CH3 → H2C=CH-COH

Și, de asemenea, oxidarea toluenului la acid benzoic cu permanganat de potasiu într-un mediu acid.

5C 6 H 5 CH 3 +6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O

prezența atomilor de hidrogen la un atom de carbon care conține o grupare funcțională.

Un exemplu este reactivitatea în reacțiile de oxidare a alcoolilor primari, secundari și terțiari prin reactivitate de oxidare.

În ciuda faptului că în timpul oricărei reacții redox au loc atât oxidarea, cât și reducerea, reacțiile sunt clasificate în funcție de ceea ce se întâmplă direct cu compusul organic (dacă este oxidat, vorbim despre procesul de oxidare, dacă este redus, vorbim despre procesul de reducere). ).

Astfel, în reacția etilenei cu permanganatul de potasiu, etilena se va oxida, iar permanganatul de potasiu va fi redus. Reacția se numește oxidare a etilenei.

Aplicarea conceptului de „stare de oxidare” (CO) în Chimie organica este foarte limitată și este implementată, în primul rând, la întocmirea ecuațiilor reacțiilor redox. Totuși, ținând cont de faptul că o compoziție mai mult sau mai puțin constantă a produșilor de reacție este posibilă numai cu oxidarea (combustia) completă a substanțelor organice, oportunitatea dispunerii coeficienților în reacțiile de oxidare incomplete dispare. Din acest motiv, de obicei se limitează la întocmirea unei diagrame a transformărilor compușilor organici.

Când studiezi caracteristici comparative de compuși anorganici și organici, ne-am familiarizat cu utilizarea stării de oxidare (s.o.) (în chimia organică, în primul rând carbonul) și cu metodele de determinare a acesteia:

1) calculul mediei s.o. carbon într-o moleculă de materie organică:

-8/3 +1

Această abordare este justificată dacă în timpul reacției în materia organică toate legături chimice(combustie, descompunere completă).

2) definiția s.o. fiecare atom de carbon:

În acest caz, starea de oxidare a oricărui atom de carbon dintr-un compus organic este egală cu suma algebrică a numerelor tuturor legăturilor cu atomii mai multor elemente electronegative, luate în considerare cu semnul „+” de pe atomul de carbon și numărul de legături cu atomi de hidrogen (sau alt element mai electropozitiv), luate în considerare cu semnul „-” la atomul de carbon. În acest caz, legăturile cu atomi de carbon vecini nu sunt luate în considerare.

Ca exemplu simplu, să determinăm starea de oxidare a carbonului într-o moleculă de metanol.

Un atom de carbon este conectat la trei atomi de hidrogen (aceste legături sunt numărate cu semnul „–”), iar o legătură este conectată la un atom de oxigen (se numără cu semnul „+”). Se obține: -3 + 1 = -2 Astfel, starea de oxidare a carbonului în metanol este -2.

Gradul calculat de oxidare a carbonului, deși este o valoare condiționată, indică natura schimbării densității electronilor în moleculă, iar modificarea acestuia ca urmare a reacției indică procesul redox care are loc.

Să clarificăm în ce cazuri este mai bine să folosim o metodă sau alta.

Procesele de oxidare, ardere, halogenare, nitrare, dehidrogenare și descompunere sunt clasificate ca procese redox.

La trecerea de la o clasă de compuși organici la alta Șicreşterea gradului de ramificare a scheletului de carbon molecule de compuși dintr-o clasă separată Starea de oxidare a atomului de carbon responsabil de capacitatea de reducere a compusului se modifică.

Substante organice ale caror molecule contin atomi de carbon cu maxim(- și +) valorile CO(-4, -3, +2, +3), intră într-o reacție completă de oxidare-combustie, dar rezistent la agenti oxidanti usori si medii.

Substanțe ale căror molecule conțin atomi de carbon în CO -1; 0; +1, se oxidează ușor, abilitățile lor reducătoare sunt apropiate, prin urmare oxidarea lor incompletă poate fi realizată datorită uneia dintre cele cunoscute. agenți oxidanți de rezistență scăzută și medie. Aceste substanțe pot prezenta dublă natură, acționând ca un agent oxidant, așa cum este inerent substanțelor anorganice.

Când scrieți ecuații pentru reacțiile de ardere și descompunere a substanțelor organice, este mai bine să folosiți valoarea medie a d.o. carbon.

De exemplu:

Hai să compunem ecuație completă reactie chimica metoda echilibrului.

Valoarea medie a stării de oxidare a carbonului în n-butan:

Starea de oxidare a carbonului din monoxidul de carbon (IV) este +4.

Să creăm o diagramă de echilibru electronic:

Atenție la prima jumătate a balanței electronice: atomul de carbon are un d.o fracționat. numitorul este 4, deci calculăm transferul de electroni folosind acest coeficient.

Acestea. trecerea de la -2,5 la +4 corespunde tranziției 2,5 + 4 = 6,5 unități. Deoarece Sunt implicați 4 atomi de carbon, atunci 6,5 · 4 = 26 de electroni vor fi cedați în total de atomii de carbon de butan.

Luând în considerare coeficienții găsiți, ecuația pentru reacția chimică a arderii n-butanului va arăta astfel:

Puteți utiliza metoda pentru determinarea încărcăturii totale a atomilor de carbon dintr-o moleculă:

(4 C) -10 …… → (1 C) +4 , ținând cont că numărul de atomi înainte și după semnul = ar trebui să fie același, egalăm (4C) -10 …… →[(1 C) +4 ] · 4

Prin urmare, trecerea de la -10 la +16 implică pierderea a 26 de electroni.

În alte cazuri, determinăm valorile s.o. fiecare atom de carbon din compus, acordând atenție secvenței de înlocuire a atomilor de hidrogen la atomii de carbon primari, secundari și terțiari:

În primul rând, procesul de substituție are loc la atomi de carbon terțiari, apoi la atomi de carbon secundari și, în sfârșit, la atomi de carbon primari.

Alchenele

Procesele de oxidare depind de structura alchenei și de mediul de reacție.

1. În timpul oxidării alchenelor cu o soluție concentrată de permanganat de potasiu KMnO 4 în mediu acid (oxidare dură) Legăturile σ- și π sunt rupte cu formarea de acizi carboxilici, cetone și monoxid de carbon (IV). Această reacție este utilizată pentru a determina poziția dublei legături.

a) Dacă legătura dublă este la capătul moleculei (de exemplu, în buten-1), atunci unul dintre produșii de oxidare este acidul formic, care se oxidează ușor la dioxid de carbon și apă:

b) Dacă într-o moleculă de alchenă atomul de carbon de la legătura dublă conține doi substituenți de carbon (de exemplu, în molecula de 2-metilbutenă-2), atunci în timpul oxidării acesteia se formează o cetonă, deoarece transformarea unui astfel de atom într-un atom al unei grupări carboxil este imposibilă fără ruperea legăturii C-C, care este relativ stabilă în aceste condiții:

c) Dacă molecula de alchenă este simetrică și legătura dublă este conținută în mijlocul moleculei, atunci în timpul oxidării se formează un singur acid:

O caracteristică a oxidării alchenelor, în care atomii de carbon de la legătura dublă conțin doi radicali de carbon, este formarea a două cetone:

2. În medii neutre sau ușor alcaline, oxidarea este însoțită de formarea de dioli (alcooli dihidroxilici) , iar grupările hidroxil sunt atașate la acei atomi de carbon între care a existat o legătură dublă:

În timpul acestei reacții, culoarea violetă a soluției apoase de KMn04 devine decolorată. Prin urmare, este folosit ca reacție calitativă la alchene (reacția Wagner).

3. Oxidarea alchenelor în prezența sărurilor de paladiu (procesul Wacker) duce la formarea aldehide și cetone:

2CH2 =CH2 + O2 PdCI2/H20→ 2CH3-CO-H

Omologii sunt oxidați la atomul de carbon mai puțin hidrogenat:

CH3-CH2-CH=CH2 + 1/202 PdCI2/H20→ CH3-CH2-CO-CH3

Alchinele

Oxidarea acetilenei și a omologilor ei are loc în funcție de mediul în care are loc procesul.

A) Într-un mediu acid, procesul de oxidare este însoțit de formarea acizilor carboxilici:

Reacția este utilizată pentru a determina structura alchinelor pe baza produselor lor de oxidare:

În medii neutre și ușor alcaline, oxidarea acetilenei este însoțită de formarea oxalaților corespunzători (săruri de acid oxalic), iar oxidarea omologilor este însoțită de ruperea triplei legături și formarea de săruri de acid carboxilic:

Pentru acetilenă:

1) Într-un mediu acid:

H-C≡C-H KMnO 4, H 2 ASA DE 4 →HOOC-COOH ( acid oxalic)

3CH≡CH +8KMnO 4 H 2 O→ 3KOOC-COOK oxalat de potasiu+8MnO2↓+ 2KOH+ 2H2O

Arene

(benzen și omologii săi)

Când arenele sunt oxidate într-un mediu acid, ar trebui să ne așteptăm la formarea de acizi, iar într-un mediu alcalin - săruri.

Omologii benzenului cu un lanț lateral (indiferent de lungimea sa) sunt oxidați de un agent oxidant puternic la acid benzoic la atomul de carbon α. Omologii benzenului sunt oxidați de permanganatul de potasiu atunci când sunt încălziți mediu neutru cu formarea sărurilor de potasiu ale acizilor aromatici.

5C 6 H 5 –CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O,

5C 6 H 5 –C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O,

C 6 H 5 –CH 3 + 2KMnO 4 = C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O.

Subliniem că, dacă există mai multe lanțuri laterale într-o moleculă de arenă, atunci într-un mediu acid fiecare dintre ele este oxidată la atomul de carbon a într-o grupare carboxil, rezultând formarea acizilor aromatici polibazici:

1) Într-un mediu acid:

C6H5-CH2-R KMnO 4, H 2 ASA DE 4 → C6H5-COOH acid benzoic+CO2

2) Într-un mediu neutru sau alcalin:

C6H5-CH2-R KMnO4, H2O/(OH)→ C6H5-COOK + CO2

3) Oxidarea omologilor benzenului cu permanganat de potasiu sau dicromat de potasiu la încălzire:

C6H5-CH2-R KMnO 4, H 2 ASA DE 4, t ˚ C→ C6H5-COOH acid benzoic+ R-COOH

4) Oxidarea cumenului cu oxigen în prezența unui catalizator (metoda cumenului pentru producerea fenolului):

C6H5CH(CH3)2 O2, H2SO4→C6H5-OH fenol + CH3-CO-CH3 acetonă

5C 6 H 5 CH(CH 3) 2 + 18KMnO 4 + 27H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 42H 2 O + 18MnSO 4 + 10CO 2 + K 2 SO 4

C6H5CH(CH3)2 + 6H20 – 18ē→ C6H5COOH + 2C02 + 18H + | x 5

Mn04 - + 8H + + 5ē→ Mn +2 + 4H20 | x 18

Vă rugăm să rețineți că atunci când oxidarea ușoară a stirenului cu permanganat de potasiu KMnO 4 într-un mediu neutru sau ușor alcalin legătura π este ruptă și se formează glicol (alcool dihidroxilic). Ca rezultat al reacției, soluția colorată de permanganat de potasiu se decolorează rapid și precipită un precipitat maro de oxid de mangan (IV).

Oxidare agent oxidant puternic– permanganat de potasiu în mediu acid – duce la ruperea completă a dublei legături și formarea de dioxid de carbon și acid benzoic, iar soluția devine decolorată.

C 6 H 5 −CH=CH 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 → C 6 H 5 −COOH + CO 2 + K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 +4 H 2 O

Alcoolii

Trebuie amintit că:

1) alcoolii primari sunt oxidați la aldehide:

3CH 3 –CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 –CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O;

2) alcoolii secundari sunt oxidați la cetone:

3) reacția de oxidare nu este tipică pentru alcoolii terțiari.

Alcoolii terțiari, în moleculele cărora nu există atom de hidrogen la atomul de carbon care conține gruparea OH, nu se oxidează în condiții normale. În condiții dure (sub influența agenților oxidanți puternici și când temperaturi mari) pot fi oxidați la un amestec de acizi carboxilici cu greutate moleculară mică, adică are loc distrugerea scheletului de carbon.

Când metanolul este oxidat cu o soluție acidulată de permanganat de potasiu sau dicromat de potasiu, se formează CO2.

Alcoolii primari în timpul oxidării, în funcție de condițiile de reacție, pot forma nu numai aldehide, ci și acizi.

De exemplu, oxidarea etanolului cu dicromat de potasiu la rece se termină cu formarea acidului acetic, iar când este încălzit, acetaldehida:

3CH 3 –CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O,

Dacă trei sau mai multe grupări OH sunt legate de atomi de carbon adiacenți, atunci la oxidarea cu acid periodic, atomii mijlocii sau mijlocii sunt transformați în acid formic

Oxidarea glicolilor cu permanganat de potasiu într-un mediu acid este similară cu scindarea oxidativă a alchenelor și duce, de asemenea, la formarea de acizi sau cetone, în funcție de structura glicolului original.

Aldehide și cetone

Aldehidele se oxidează mai ușor decât alcoolii în acizii carboxilici corespunzători nu numai sub influența agenților oxidanți puternici (oxigenul aerului, soluții acidulate de KMnO 4 și K 2 Cr 2 O 7), ci și sub influența celor slabi ( soluție de amoniac oxid de argint sau hidroxid de cupru (II):

5CH 3 –CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5CH 3 –COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O,

3CH 3 –CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O,

CH 3 –CHO + 2OH CH 3 –COONH 4 + 2Ag + 3NH 3 + H 2 O

Atentie speciala!!! Oxidarea metanalului cu o soluție de amoniac de oxid de argint duce la formarea mai degrabă de carbonat de amoniu decât de acid formic:

HCHDESPRE+ 4OH = (NH4)2CO3 + 4Ag + 6NH3 + 2H2O.

Pentru a scrie ecuații redox reacțiile folosesc atât metoda echilibrului electronic, cât și metoda semireacției (metoda electron-ion).

Pentru chimia organică, nu starea de oxidare a unui atom este importantă, ci schimbarea densității electronilor, în urma căreia apar sarcini parțiale pe atomi care nu sunt în niciun fel în concordanță cu valorile stărilor de oxidare.

Multe universități includ în tichetele examenului de admitere sarcini de selectare a coeficienților în ecuațiile OVR folosind metoda ion-electronică (metoda semireacției). Dacă se acordă măcar o oarecare atenție acestei metode în școală, este în principal pentru oxidare substante anorganice.

Să încercăm să folosim metoda semireacției pentru oxidarea zaharozei cu permanganat de potasiu într-un mediu acid.

Avantajul acestei metode este că nu este nevoie să ghiciți și să scrieți imediat produsele de reacție. Ele sunt destul de ușor de determinat prin ecuație. Un agent oxidant într-un mediu acid își prezintă cel mai pe deplin proprietățile sale de oxidare, de exemplu, anionul MnO - este transformat în cationul Mn 2+, compușii organici ușor oxidați sunt oxidați la CO 2.

Să notăm transformările zaharozei în formă moleculară:

Lipsesc 13 atomi de oxigen pe partea stângă pentru a elimina această contradicție, adăugăm 13 molecule de H 2 O.

Partea stângă conține acum 48 de atomi de hidrogen, ei sunt eliberați sub formă de cationi H +:

Acum să egalăm încărcăturile totale din dreapta și din stânga:

Schema de semireacție este gata. Întocmirea unei diagrame a celei de-a doua jumătate de reacție, de obicei, nu provoacă dificultăți:

Să combinăm ambele scheme:

Misiunea pentru muncă independentă:

Completați CRM și aranjați coeficienții folosind metoda echilibrului electronic sau metoda semireacției:

CH3-CH=CH-CH3 + KMn04 + H2S04 →

CH3-CH=CH-CH3 + KMn04 + H2DESPRE →

(CH3)2C=C-CH3 + KMnO4 + H2SO4 →

CH3-CH2-CH=CH2 + KMnO4 + H2SO4 →

CUH3-CH2-C≡C-CH3 + KMnO4 + H2SO4 →

C6H5-CH3 + KMnO4 + H2O →

C 6 H 5 -C 2 H 5 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

C 6 H 5 - CH 3 + KMnO 4 + H 2 ASA DE 4 →

Notitele mele:

Elevii trebuie să acorde o atenție deosebită comportării agentului oxidant - permanganat de potasiu KMnO 4 în diferite medii. Acest lucru se datorează faptului că reacțiile redox în CMM-uri apar nu numai în sarcinile C1 și C2. În sarcinile SZ reprezentând un lanț de transformări ale substanțelor organice, ecuațiile de oxidare-reducere nu sunt neobișnuite. La școală, agentul de oxidare este adesea scris deasupra săgeții ca [O]. O cerință pentru îndeplinirea unor astfel de sarcini la examenul de stat unificat este desemnarea obligatorie a tuturor materii primeşi produşi de reacţie cu dispunerea coeficienţilor necesari.

Reacțiile redox din chimia organică prezintă cel mai mare interes deoarece trecerea de la o stare de oxidare la alta este foarte dependentă de alegerea corecta reactiv și condiții de reacție. OVR este studiată la cursul obligatoriu de chimie insuficient pe deplin, dar în materialele de testare ale Examenului Unificat de Stat se regăsesc nu numai în sarcinile C1 și C2, ci și în sarcinile S3, care reprezintă un lanț de transformări ale substanțelor organice.

Descarca:

Previzualizare:

Pentru a utiliza previzualizările prezentării, creați un cont Google și conectați-vă la el: https://accounts.google.com

Subtitrările diapozitivelor:

REACȚII REDOX ÎN CHIMIE ORGANICĂ

„A gândi este ușor, a acționa este dificil și a transforma gândul în acțiune este cel mai dificil lucru din lume” I. Goethe Reacțiile de oxidare-reducere din chimia organică sunt de cel mai mare interes, deoarece Selectivitatea tranziției de la o stare de oxidare la alta depinde puternic de alegerea corectă a reactivului și a condițiilor de reacție. Dar OVR nu este studiat suficient pe deplin la cursul obligatoriu de chimie. Ar trebui plătit Atentie speciala studenților despre procesele redox care au loc cu participarea substanțelor organice. Acest lucru se datorează faptului că reacțiile redox din materialele de testare USE se găsesc nu numai în sarcinile C1 și C2, ci și în sarcinile S3, care reprezintă un lanț de transformări ale substanțelor organice. În manualele școlare, agentul oxidant este adesea scris deasupra săgeții ca [O]. O cerință pentru îndeplinirea unor astfel de sarcini la examenul de stat unificat este desemnarea obligatorie a tuturor substanțelor inițiale și a produselor de reacție cu aranjarea coeficienților necesari. Reacțiile redox sunt în mod tradițional importante și, în același timp, studiul la cursul de clasa a X-a „Chimie organică” provoacă anumite dificultăți elevilor.

C3. Sarcinile din acest bloc testează cunoștințele de chimie organică În lanțurile de transformări ale substanțelor organice, OVR-urile se regăsesc în marea majoritate a sarcinilor. Expertul are dreptul de a acorda un punct numai dacă ecuația este scrisă și nu diagrama de reacție, adică. Coeficienții sunt setați corect. În reacțiile care implică agenți oxidanți anorganici (permanganat de potasiu, compuși de crom (VI), peroxid de hidrogen etc.), acest lucru poate fi dificil de făcut fără echilibru electronic.

Determinarea stării de oxidare a atomilor din moleculele compușilor organici REGULA: CO (atom) = numărul de legături cu mai mulți atomi de OE minus numărul de legături cu mai puțini atomi de OE.

Modificări ale stării de oxidare a atomilor de carbon din moleculele compușilor organici. Clasa de compuși organici Starea de oxidare a atomului de carbon -4/-3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 Alcani CH 4 CH 3 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 3 CH 3 | CH3-CH-CH3CH3 | CH3-C-CH3 | CH 3 - - - - Alchene - CH 2 =CH 2 CH 3 -CH=CH 2 - - - - Alchine - - CH=CH CH 3 -C=CH - - - - Alcooli _ _ H 3 C-CH 2 - OH H3C-CH-CH3 | OH CH 3 | H3C-C-CH3 | OH - - - Haloalcani - - H 3 C-CH 2 - CI H 3 C - CH - CH 3 | CI CH 3 | H3C-C-CH3 | CI - - - Aldehide și cetone - - - - H 3 C-CH =O H 3 C-C OCH 3 - - Acizi carboxilici - - - - - - H 3 C-C OOH - Produși completi de oxidare - - - - - - - CO 2

Tendința compușilor organici de a se oxida este asociată cu prezența: legăturilor multiple (alchenele, alchinele, alcadienele se oxidează ușor); grupări funcționale care pot fi ușor oxidate (–OH, - CHO, - NH 2); grupări alchil activate situate adiacent legăturilor multiple sau unui inel benzenic (de exemplu, propena poate fi oxidată la aldehidă acroleină nesaturată, oxidarea toluenului la acid benzoic cu permanganat de potasiu într-un mediu acid); prezența atomilor de hidrogen la un atom de carbon care conține o grupare funcțională.

1. OXIDAREA MOALE A COMPUSILOR ORGANICI Pentru oxidarea moale a compusilor organici (alcooli, aldehide, compusi nesaturati), se folosesc compusi de crom (VI) - oxid de crom (VI), CrO 3, dicromat de potasiu K 2 C r 2 O 7, etc. De regulă, oxidarea se realizează într-un mediu acid, produșii de reducere sunt săruri de crom (III), de exemplu: 3CH 3 –CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 3 –COOH + 4K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O t 3CH 3 –CH 2 OH+2K 2 Cr 2 O 7 +8H 2 SO 4 →3CH 3 –COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O În timpul oxidării alcoolilor cu dicromat de potasiu la rece, oxidarea poate fi oprită în stadiul de formare a aldehidelor, dar la încălzire se formează acizi carboxilici: 3CH 3 –CH 2 OH+K 2 Cr 2 O 7 +4H 2 SO 4 →3CH 3 –C H O+K 2 SO 4 +Cr 2 (SO 4) 3 +7H 2 O

ALC EN + KMnO4 -1 KOH H 2SO4 Diol Sare acid carbonic + carbonat Acid carbonic + CO 2 ALC EN + KMnO4 -2 KOH H 2SO4 2 săruri acid carbonic 2 acizi carbonici Diol 2. Semnificativ mai puternic agentul oxidant este permanganatul de potasiu NEUTRA. NEUTRU

C 2 H 2 + 2KMnO 4 +3H 2 SO 4 =2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4 ALC IN + KMnO4 -1 KOH H 2SO4 Sare acid carbonic + carbonat Acid carbonic + CO 2 ALK IN + KMnO4 -2 KOH H 2SO4 2 săruri carb. compuși 2 compuși de carbon 5CH 3 C = CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 = 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4  5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + K 2 SO 4 + 14H 2 O C 6 H 5 CH 3 +2KMnO 4  C 6 H 5 COOK + 2Mn 2 + KOH + H 2 O C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4KMnO 4  C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2H 2 O + 4MnO 2 + KOH Benzen omologi + KMnO4 KOH H 2SO4 acid benzoic NEUTRAL. Benzoat

Proprietățile redox ale compușilor care conțin oxigen Agenții de oxidare ai alcoolilor sunt cel mai adesea oxid de cupru (II) sau permanganat de potasiu, iar agenții de oxidare ai aldehidelor și cetonelor sunt hidroxidul de cupru (II), soluția de amoniac de oxid de argint și alți agenți oxidanți.

OL + KMnO4 -1 KOH H 2SO4 ALDEHID OL + KMnO4 -2 KOH H 2SO4 cetona OL + K MnO4 (ex.) -1 KOH H 2SO4 NEUTER Sare acid carboxilic Sare acid carboxilic Acid carboxilic

Aldehidă + KMnO4 KOH H 2SO4 Acid carboxilic + sare acid carboxilic Sare acid carboxilic acid carboxilic NEUTR. 3CH 3 CHO + 2KMnO 4 = CH 3 COOH + 2CH 3 COOK + 2MnO 2 + H 2O

Aldehidele sunt agenți reducători destul de puternici și, prin urmare, sunt ușor oxidați de diverși agenți oxidanți CH 3 CHO + 2OH  CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3

Algoritm pentru selectarea coeficienților Deoarece în sarcina C3, la compilarea ecuațiilor OVR, nu este necesar să scrieți ecuații de echilibru electronic, este convenabil să selectați coeficienții folosind metoda echilibrului interliniar - o metodă simplificată de echilibru electronic. 1 . Se elaborează o schemă OVR. De exemplu, pentru oxidarea toluenului la acid benzoic cu o soluție acidificată de permanganat de potasiu, schema de reacție este următoarea: C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4  C 6 H 5 -C OO H + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O 2. Se indică d.o. atomi. Asa de. atomul de carbon este determinat conform metodei de mai sus. C 6 H 5 -C -3 H 3 + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  C 6 H 5 -C +3 OO H + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 3. Număr electroni donați de atomul de carbon (6) se scrie ca coeficient înaintea formulei agentului de oxidare (permanganat de potasiu): C 6 H 5 -C -3 H 3 + 6 KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  C 6 H 5 -C + 3 OO H + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 4. Numărul de electroni acceptați de atomul de mangan (5) se scrie ca coeficient în fața formulei agent reducător (toluen): 5 C 6 H 5 -C -3 H 3 + 6 KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  C 6 H 5 -C +3 OO H + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 4 + H 2 O 5. Cei mai importanţi coeficienţi sunt la locul lor. Selectarea ulterioară nu este dificilă: 5 C 6 H 5 -CH 3 + 6 KMnO 4 + 9 H 2 SO 4  5 C 6 H 5 -C OO H + 3 K 2 SO 4 + 6 MnSO 4 + 14 H 2 O

Exemplu de sarcină de testare (C3) 1. Scrieți ecuații de reacție care pot fi folosite pentru a efectua următoarele transformări: Hg 2+, H + KMnO 4, H + C l 2 (echimol.), h  C 2 H 2   X 1  CH 3 COOH  X 2  CH 4  X 3 1. Reacția lui Kucherov. Hg 2+, H + CH  CH + H 2 O  CH 3 CHO 2. Aldehidele sunt ușor oxidate la acizi carboxilici, incluzând un astfel de agent oxidant puternic precum permanganatul de potasiu într-un mediu acid. CH 3 CHO + KMnO 4 + H 2 SO 4  CH 3 COOH + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O CH 3 C +1 H O + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  CH 3 -C + 3 OO Н + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 5 CH 3 CHO + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4  5 CH 3 COOH + K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 3 H 2 O 3. Pentru a finaliza următoarea verigă a lanțului, este necesar să se evalueze substanța X 2 din două poziții: în primul rând, se formează într-o singură etapă din acid acetic și, în al doilea rând, se poate obține metanul din acesta. Această substanță este acetat metal alcalin. Sunt scrise ecuațiile celei de-a treia și a patra reacție. CH 3 COOH + NaOH  CH 3 COONa + H 2 O fuziune 4. CH 3 COONa + NaOH  CH 4 + Na 2 CO 3 5. Condițiile pentru următoarea reacție (lumină) indică clar natura sa radicalică. Ținând cont de raportul de reactivi indicat (echimolar), se scrie ecuația ultimei reacții: h  CH 4 + Cl 2  CH 3 Cl + HCl

Site-uri de simulare: http://reshuege.ru/ (voi rezolva examenul de stat unificat) http://4ege.ru/himiya/4181-demoversiya-ege-po-himii-2014.html (portalul Unified State Exam) http ://www.alleng ru/edu/chem3.htm (Resurse educaționale pe internet - Chimie) http://ege.yandex.ru/ (teste online)

Descrierea prezentării: REACȚII REDOX CU SUBSTANȚE ORGANICE pe lame

REACȚII DE OXIDARE-REDUCERE CU PARTICIPAREA SUBSTANȚELOR ORGANICE Kochuleva L. R., profesor de chimie la Liceul nr. 9, Orenburg

În chimia organică, oxidarea este definită ca un proces în care, ca urmare a transformării unei grupări funcționale, un compus trece de la o categorie la una superioară: alchenic alcool aldehidă (cetonă) acid carboxilic. Majoritatea reacțiilor de oxidare implică introducerea unui atom de oxigen într-o moleculă sau formarea unei duble legături cu un atom de oxigen existent prin pierderea atomilor de hidrogen.

OXIDANȚI Pentru oxidarea substanțelor organice se folosesc de obicei compuși de metale tranziționale, oxigen, ozon, peroxizi și compuși de sulf, seleniu, iod, azot și altele. Dintre agenții de oxidare pe bază de metale tranziționale, se folosesc în principal compușii de crom (VI) și mangan (VII), (VI) și (IV). Cei mai comuni compuși ai cromului (VI) sunt o soluție de dicromat de potasiu K 2 Cr 2 O 7 în acid sulfuric, o soluție de trioxid de crom Cr. O 3 în acid sulfuric diluat.

OXIDANȚI În timpul oxidării substanțelor organice, cromul (VI) în orice mediu se reduce la crom (III), cu toate acestea, oxidarea în mediu alcalin nu se găsește în chimia organică. aplicație practică. Permanganat de potasiu KMn. O 4 prezintă proprietăți oxidante diferite în medii diferite, puterea agentului de oxidare crescând într-un mediu acid. Manganat de potasiu K 2 Mn. O4 și oxid de mangan (IV) Mn. O 2 prezintă proprietăți oxidante numai într-un mediu acid

ALCHENE În funcție de natura agentului oxidant și de condițiile de reacție, se formează diverși produși: alcooli dihidroxilici, aldehide, cetone, acizi carboxilici în timpul oxidării cu o soluție apoasă de KMn. O 4 la temperatura camerei legătura π este ruptă și se formează alcooli dihidroxilici (reacția Wagner): Decolorarea unei soluții de permanganat de potasiu - o reacție calitativă la o legătură multiplă

ALCHENE Oxidarea alchenelor cu o soluție concentrată de permanganat de potasiu KMn. O 4 sau dicromat de potasiu K 2 Cr 2 O 7 într-un mediu acid este însoțit de ruperea nu numai a legăturilor π-, ci și a σ-produșilor de reacție - acizi carboxilici și cetone (în funcție de structura alchenei). reacție, produșii de oxidare ai alchenei pot fi determinate poziția dublei legături în molecula sa:

ALCHENE 5 CH 3 –CH=CH-CH 3 +8 KMn. O4 +12 H2SO4 → 10 CH3COOH +8 Mn. SO 4 + 4 K 2 SO 4 + 12 H 2 O 5 CH 3 –CH=CH-CH 2 -CH 3 +8 KMn. O4 +12 H2SO4 → 5 CH3COOH +5 CH3CH2COOH +8 Mn. S04+4K2S04+12H20CH3-CH2-CH=CH2+2 KMn. O4+3H2SO4 → CH3CH2COOH +CO2+2 Mn. S04+K2S04+4H2O

ALCHENE Alchene ramificate care conțin un radical hidrocarbură la atomul de carbon legat printr-o legătură dublă, la oxidare, formează un amestec de acid carboxilic și cetonă:

ALCHENE 5CH3-CH=C-CH3 + 6 KMn. O 4 + 9 H 2 SO 4 → │ CH 3 5 CH 3 COOH + 5 O=C-CH 3 + 6 Mn. SO 4 + 3 K 2 SO 4+ │ CH 3 9 H 2 O

ALCHENE Alchene ramificate care conțin radicali de hidrocarburi la ambii atomi de carbon legați printr-o legătură dublă, la oxidare formează un amestec de cetone:

ALCHENE 5CH3-C=C-CH3 + 4 KMn. O 4 + 6 H 2 SO 4 → │ │ CH 3 10 O=C-CH 3 + 4 Mn. SO 4 + 2 K 2 SO 4 + 6 H 2 O │ CH

ALCHENE Ca urmare a oxidării catalitice a alchenelor cu oxigenul atmosferic, se obțin epoxizi: În condiții dure când sunt arse în aer, alchenele, ca și alte hidrocarburi, ard pentru a forma dioxid de carbon și apă: C 2 H 4 + 3 O 2 → 2 C02+2H2O

ALCADIENE CH 2 =CH−CH=CH 2 Există două legături duble terminale în molecula oxidată, prin urmare, se formează două molecule de dioxid de carbon. Scheletul de carbon nu este ramificat, prin urmare, atunci când atomii de carbon 2 și 3 sunt oxidați, se formează grupări carboxil CH 2 =CH−CH=CH2 + 4 KMn. O 4 + 6 H 2 SO 4 → 2 CO 2 + HCOO−COOH + 4 Mn. SO4+2K2SO4+8H2O

ALCHINE Alchinele sunt ușor oxidate de permanganat de potasiu și dicromat de potasiu la locul unei legături multiple atunci când alchinele sunt tratate cu o soluție apoasă de KMn. O 4 se decolorează (reacție calitativă la o legătură multiplă Când acetilena reacționează cu o soluție apoasă de permanganat de potasiu, se formează o sare de acid oxalic (oxalat de potasiu):

ALCHINE Acetilena poate fi oxidată cu permanganat de potasiu în mediu neutru la oxalat de potasiu: 3 CH≡CH +8 KMn. O 4 → 3 KOOC – COOK +8 Mn. O 2 +2 KOH +2 H 2 O În mediu acid, oxidarea are loc la acid oxalic sau dioxid de carbon: 5 CH≡CH +8 KMn. O 4 +12 H 2 SO 4 → 5 HOOC – COOH +8 Mn. SO4 +4K2SO4 +12 H2O CH≡CH + 2 KMn. O4+3H2S04=2CO2+2Mn. SO4 + 4H2O + K2SO

ALCHINE Oxidarea permanganaților de potasiu într-un mediu acid la încălzire este însoțită de ruperea lanțului de carbon la locul triplei legături și duce la formarea acizilor: Oxidarea alchinelor care conțin o triplă legătură la atomul de carbon extrem este însoțită sub acestea. condiții prin formarea acidului carboxilic și a CO2:

ALCHIN CH 3 C≡CCH 2 CH 3 + K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4→CH 3 COOH+CH 3 CH 2 COOH + Cr 2(SO 4)3+K 2 SO 4+3 H 2 O 3 CH 3 C≡CH+4 K 2 Cr 2 O 7 +16 H 2 SO 4 →CH 3 COOH+3 CO 2++ 4 Cr 2(SO 4)3 + 4 K 2 SO 4 +16 H 2 O CH 3 C≡CH+8 KMn. O 4+11 KOH →CH 3 COOK +K 2 CO 3 + 8 K 2 Mn. O4+6H2O

CICLOALCANI ŞI CICLOALCHENE Sub acţiunea agenţilor oxidanţi puternici (KMn. O 4, K 2 Cr 2 O 7 etc.), cicloalcanii şi cicloalchenele formează acizi carboxilici dibazici cu acelaşi număr de atomi de carbon: 5 C 6 H 12 + 8 KMn . O 4 + 12 H 2 SO 4 → 5 HOOC(CH 2) 4 COOH + 4 K 2 SO 4 + 8 Mn. S04+12H20

ARENS Benzen Stabil la agenții oxidanți la temperatura camerei Nu reacționează cu soluțiile apoase de permanganat de potasiu, dicromat de potasiu și alți agenți oxidanți Poate fi oxidat cu ozon pentru a forma dialdehidă:

ARENES Omologii benzenului se oxidează relativ ușor. Lanțul lateral care suferă oxidare este gruparea metil din toluen. Agenții de oxidare blând (Mn. O 2) oxidează gruparea metil la o grupare aldehidă: C 6 H 5 CH 3+2 Mn. O2 + H2SO4 → C6H5CHO + 2 Mn. S04+3H20

ARENES Agenți oxidanți mai puternici – KMn. O 4 într-un mediu acid sau într-un amestec cromic, atunci când este încălzit, oxidează gruparea metil la o grupare carboxil: Într-un mediu neutru sau ușor alcalin, nu se formează acidul benzoic în sine, ci sarea acestuia, benzoatul de potasiu:

ARENE În mediu acid 5 C 6 H 5 CH 3 +6 KMn. O4 +9 H2SO4 → 5C6H5COOH+6 Mn. SO 4 +3 K 2 SO 4 + 14 H 2 O Într-un mediu neutru C 6 H 5 CH 3 +2 KMn. O4 = C6H5 COOK + 2 Mn. O 2 + KOH + H 2 O În mediu alcalin C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4 KMn. O 4 = C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2 H 2 O + 4 Mn. O2 + KOH

ARENE Sub influența agenților oxidanți puternici (KMn. O 4 în mediu acid sau amestec de crom) lanțurile laterale oxidează indiferent de structură: atomul de carbon asociat direct cu inelul benzenic la o grupare carboxil, atomii de carbon rămași din lanțul lateral la CO 2 Oxidarea oricărui omolog de benzen cu un lanț lateral sub influența KMn. O 4 într-un mediu acid sau un amestec cromic duce la formarea acidului benzoic:

ARENES Omologuri benzenului care conțin mai multe catene laterale, la oxidare, formează acizii aromatici polibazici corespunzători:

ARENE Într-un mediu neutru sau ușor alcalin, oxidarea cu permanganat de potasiu produce o sare de acid carboxilic și carbonat de potasiu:

ARENES 5 C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12 KMn. O4 + 18 H2SO4 -> 5C6H5-COOH + 5CO2 + 12 Mn. SO4 + 6K2SO4 + 28 H2OC6H5-C2H5 +4 KMn. O4 → C6H5-COOOK + K2CO3 + KOH +4 Mn. O2+2H2O5C6H5-CH(CH3)2 + 18 KMn. O 4 + 27 H 2 SO 4 --> 5 C 6 H 5 -COOH + 10 CO 2 + 18 Mn. S04+9K2SO4+42H2O5CH3-C6H4-CH3+12 KMn. O4 +18 H2SO4 → 5C6H4(COOH)2 +12 Mn. S04+6K2S04+28H2OCH3-C6H4-CH3+4 KMn. O4 → C6H4(COOK)2 +4 Mn. O2+2KOH+2H2O

STIREN Oxidarea stirenului (vinilbenzen) cu o soluţie de permanganat de potasiu în mediu acid şi neutru: 3 C 6 H 5 −CH=CH 2 + 2 KMn. O 4 + 4 H 2 O → 3 C 6 H 5 −CH−CH 2 + 2 Mn. O 2 + 2 KOH ı ı OH OH Oxidarea cu un agent oxidant puternic – permanganat de potasiu în mediu acid – duce la ruperea completă a dublei legături și formarea de dioxid de carbon și acid benzoic, iar soluția devine decolorată. C6H5-CH=CH2 + 2 KMn. O 4 + 3 H 2 SO 4 → C 6 H 5 −COOH + CO 2 + K 2 SO 4 + 2 Mn. S04+4H20

ALCOOLI Cei mai potriviţi agenţi oxidanţi pentru alcoolii primari şi secundari sunt: KMn. O 4, amestec de crom. Alcoolii primari, cu excepția metanolului, sunt oxidați în aldehide sau acizi carboxilici:

ALCOOLI Metanolul se oxidează la CO 2: Etanolul sub acțiunea Cl 2 se oxidează la acetaldehidă: Alcoolii secundari se oxidează la cetone:

ALCOOLI Alcool dihidric, etilenglicol HOCH 2 –CH 2 OH, când este încălzit în mediu acid cu o soluție de KMn. O 4 sau K 2 Cr 2 O 7 este ușor oxidat la acid oxalic, iar în acid neutru la oxalat de potasiu. 5 CH 2 (OH) – CH 2 (OH) + 8 KMn. O 4 +12 H 2 SO 4 → 5 HOOC – COOH +8 Mn. SO 4 + 4 K 2 SO 4 + 22 H 2 O 3 CH 2 (OH) – CH 2 (OH) + 8 KMn. O 4 → 3 KOOC – COOK +8 Mn. O2+2KOH +8H2O

FENOLI Se oxidează ușor datorită prezenței unei grupări hidroxo conectate la inelul benzenic Fenolul este oxidat cu peroxid de hidrogen în prezența unui catalizator la fenol pirocatecol diatomic, atunci când este oxidat cu un amestec de crom - la parabenzochinonă:

ALDEHIDE ŞI CETONE Aldehidele se oxidează uşor, iar gruparea aldehidă se oxidează la o grupare carboxil: 3 CH 3 CHO + 2 KMn. O 4 + 3 H 2 O → 2 CH 3 COOK+ CH 3 COOH+ 2 Mn. O 2 + H 2 O 3 CH 3 CH=O + K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4 = 3 CH 3 COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + 7 H 2 O Metanalul este oxidat la CO 2:

ALDEHIDE ȘI CETONE Reacții calitative la aldehide: oxidare cu hidroxid de cupru(II), reacție „oglindă de argint” Sare, nu acid!

ALDEHIDE ȘI CETONE Cetonele sunt greu de oxidat, agenții slabi de oxidare nu au nici un efect asupra lor. cu mai puțini atomi de carbon decât în compusul original:

ALDEHIDE ŞI CETONE În cazul unei structuri asimetrice a cetonei, oxidarea se realizează predominant din partea atomului de carbon mai puţin hidrogenat de la grupa carbonil (regula Popov-Wagner, pe baza produşilor de oxidare a cetonei, structura acestuia poate fi). determinat:

ACID FORMIC Dintre acizii monobazici saturați, doar acidul formic se oxidează ușor. Acest lucru se datorează faptului că în acidul formic, pe lângă gruparea carboxil, se poate distinge și o grupare aldehidă. 5 HCOOH + 2 KMn. O4 + 3H2SO4 → 2 Mn. SO 4 + K 2 SO 4 + 5 CO 2 + 8 H 2 O Acidul formic reacționează cu o soluție de amoniac de oxid de argint și hidroxid de cupru (II) HCOOH + 2OH → 2 Ag + (NH 4)2 CO 3 + 2 NH 3 + H 2 O HCOOH + 2 Cu(OH) 2 CO 2 + Cu 2 O↓+ 3 H 2 O În plus, acidul formic este oxidat de clor: HCOOH + Cl 2 → CO 2 + 2 HCl

ACIZI CARBOXILICI NESATURI Se oxidează ușor cu o soluție apoasă de KMn. O 4 într-un mediu ușor alcalin cu formare de dihidroxiacizi și sărurile acestora: În mediu acid, scheletul de carbon se rupe la locul dublei legături C=C cu formarea unui amestec de acizi:

ACID OXALIC Se oxidează ușor de KMn. O 4 într-un mediu acid când este încălzit la CO 2 (metoda permanganatometrică): Când este încălzit, suferă decarboxilare (reacție de disproporționare): în prezența H2SO4 concentrat când este încălzit, acidul oxalic și sărurile sale (oxalații) sunt disproporționate:

Notăm ecuațiile reacției: 1) CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 2) 3) 4) 5) 16,32% (36,68%, 23,82%)Pt, la X 3 X 2 Pt, la. KMn. O 4 KOH X 4 heptan KOH, la benzen. X1 Fe, HCI. HNO3H2SO4CH3 + 4H2CH3 + 6 KMn. O 4 + 7 KOHCOOK + 6 K 2 Mn. O 4 + 5 H 2 O COOK + KOH+ K 2 CO 3 la NO 2 + H 2 O+ HNO 3 H 2 SO 4 N H 3 C l + 3 F e C l 2 + 2 H 2 ON O 2 + 3 F e + 7 HCI

Procesele redox au fost mult timp de interes pentru chimiști și chiar pentru alchimiști. Printre reacțiile chimice care apar în natură, viața de zi cu zi și tehnologie, un număr mare sunt redox: arderea combustibilului, oxidarea nutrienți, respirația tisulară, fotosinteza, alterarea Produse alimentare etc. Atât substanțele anorganice, cât și cele organice pot participa la astfel de reacții. Cu toate acestea, dacă în cursul școlar de chimie anorganică secțiunile dedicate reacțiilor redox ocupă un loc semnificativ, atunci în cursul chimiei organice nu se acordă suficientă atenție acestei probleme.

Ce sunt procesele de reducere-oxidare?

Toate reacțiile chimice pot fi împărțite în două tipuri. Prima include reacții care au loc fără modificarea stării de oxidare a atomilor care alcătuiesc substanțele care reacţionează.

Al doilea tip include toate reacțiile care apar cu o modificare a stării de oxidare a atomilor care alcătuiesc substanțele care reacţionează.

Reacțiile care apar cu modificarea stării de oxidare a atomilor care alcătuiesc substanțele care reacţionează se numesc redox.

Din punct de vedere modern, schimbarea stării de oxidare este asociată cu retragerea sau mișcarea electronilor. Prin urmare, alături de cele de mai sus, putem da și următoarea definiție a reacțiilor redox: acestea sunt reacții în care electronii se transferă de la un atom, moleculă sau ion la altul.

Să luăm în considerare principalele prevederi legate de teoria reacțiilor redox.

1. Oxidarea este procesul de donare de electroni de către un atom, moleculă sau ion, iar stările de oxidare cresc.

2. Reducerea este procesul de adăugare de electroni la un atom, moleculă sau ion, iar starea de oxidare scade.

3. Atomii, moleculele sau ionii care donează electroni se numesc agenți reducători. În timpul reacției acestea sunt oxidate. Atomii, moleculele sau ionii care câștigă electroni se numesc agenți oxidanți. În timpul reacției, acestea sunt restaurate.

4. Oxidarea este întotdeauna însoțită de reducere; reducerea este întotdeauna asociată cu oxidarea, care poate fi exprimată prin ecuații.

Prin urmare, reacțiile redox reprezintă unitatea a două procese opuse - oxidarea și reducerea. În aceste reacții, numărul de electroni cedați de agentul reducător este egal cu numărul de electroni câștigați de agentul oxidant. Mai mult, indiferent dacă electronii se deplasează de la un atom la altul complet sau sunt doar parțial atrași de unul dintre atomi, în mod convențional vorbim doar de eliberarea și adăugarea de electroni.

Reacții redox ale substanțelor organice - cea mai importantă proprietate, combinând aceste substanțe. Tendința compușilor organici de a se oxida este asociată cu prezența legăturilor multiple, grupărilor funcționale și atomilor de hidrogen la atomul de carbon care conține grupa funcțională.

Utilizarea conceptului de „stare de oxidare” (CO) în chimia organică este foarte limitată și este implementată în primul rând în pregătirea ecuațiilor pentru reacțiile redox. Totuși, ținând cont de faptul că o compoziție mai mult sau mai puțin constantă a produșilor de reacție este posibilă numai cu oxidarea (combustia) completă a substanțelor organice, oportunitatea dispunerii coeficienților în reacțiile de oxidare incomplete dispare. Din acest motiv, de obicei se limitează la întocmirea unei diagrame a transformărilor compușilor organici.

Ni se pare important să indicăm valoarea CO a atomului de carbon atunci când studiem întregul set de proprietăți ale compușilor organici. Sistematizarea informațiilor despre agenții oxidanți, stabilirea unei legături între structura substanțelor organice și CO2 a acestora va ajuta elevii să învețe:

Alege oxidanti de laborator si industriali;

Găsiți dependența capacității redox a unei substanțe organice de structura sa;

Stabiliți o legătură între o clasă de substanțe organice și un agent oxidant cu rezistența necesară, starea de agregareși mecanismul de acțiune;

Preziceți condițiile de reacție și produșii de oxidare așteptați.

Determinarea stării de oxidare a atomilor din substanțele organice

Starea de oxidare a oricărui atom de carbon dintr-o substanță organică este egală cu suma algebrică a tuturor legăturilor sale cu mai multe elemente electronegative (Cl, O, S, N etc.), numărate cu semnul „+”, și legăturile cu hidrogen. atomi (sau alt element mai electropozitiv), numărați cu semnul „-”. În acest caz, legăturile cu atomi de carbon vecini nu sunt luate în considerare.

Să determinăm stările de oxidare ale atomilor de carbon din moleculele de hidrocarbură saturată propan și alcool etanol:

Oxidarea secvențială a substanțelor organice poate fi reprezentată ca următorul lanț de transformări:

Hidrocarbură saturată Hidrocarbură nesaturată Alcool Aldehidă (cetonă) Acid carboxilic CO + H O.

Aplicație . Tabelul nr. 1.

Modificările CO la atomii de carbon dintr-o moleculă de carbon în molecule de compuși organici sunt prezentate în tabel. Din datele din tabel este clar că atunci când se trece de la o clasă de compuși organici la alta și se crește gradul de ramificare a scheletului de carbon al moleculelor de compuși dintr-o anumită clasă, starea de oxidare a atomului de carbon responsabil pentru capacitatea de reducere a modificărilor compusului. Substanțele organice, ale căror molecule conțin atomi de carbon cu valori maxime (- și +) CO (-4, -3, +2, +3), intră într-o reacție completă de oxidare-combustie, dar sunt rezistente la ușoare și agenţi oxidanţi de tărie medie. Substanțe ale căror molecule conțin atomi de carbon în CO -1; 0; +1, se oxidează ușor, abilitățile lor reducătoare sunt apropiate, astfel încât oxidarea lor incompletă poate fi realizată folosind unul dintre agenții oxidanți cunoscuți de rezistență scăzută și medie. Aceste substanțe pot prezenta o natură dublă, acționând ca un agent oxidant, așa cum este inerent substanțelor anorganice.

Oxidarea și reducerea substanțelor organice

Tendința crescută a compușilor organici de a se oxida se datorează prezenței unor substanțe în moleculă:

atomi de hidrogen la atomul de carbon care conține grupa funcțională.

Să comparăm alcoolii primari, secundari și terțiari în funcție de reactivitatea lor la oxidare:

Alcooli primari și secundari având atomi de hidrogen la atomul de carbon care poartă grupa funcțională; se oxidează ușor: prima la aldehide, cea din urmă la cetone. În acest caz, structura scheletului de carbon al alcoolului original este păstrată. Alcoolii terțiari, în moleculele cărora nu există atom de hidrogen la atomul de carbon care conține gruparea OH, nu se oxidează în condiții normale. În condiții dure (sub acțiunea agenților oxidanți puternici și la temperaturi ridicate), aceștia pot fi oxidați într-un amestec de acizi carboxilici cu greutate moleculară mică, adică. are loc distrugerea scheletului de carbon.

Există două abordări pentru a determina stările de oxidare ale elementelor din substanțele organice.

1. Calculați starea medie de oxidare a unui atom de carbon dintr-o moleculă dintr-un compus organic, de exemplu propan.

Această abordare este justificată dacă în timpul reacției toate legăturile chimice dintr-o substanță organică sunt distruse (combustie, descompunere completă).

Rețineți că în mod formal puteri fracționate oxidările astfel calculate pot apărea şi în cazul substanţelor anorganice. De exemplu, în compusul KO (superoxid de potasiu) starea de oxidare a oxigenului este – 1/2.

2. Determinați starea de oxidare a fiecărui atom de carbon, de exemplu în butan.

În acest caz, starea de oxidare a oricărui atom de carbon dintr-un compus organic este egală cu suma algebrică a numerelor tuturor legăturilor cu atomi ai mai multor elemente electronegative, numărate cu semnul „+”, și cu numărul legăturilor cu atomi de hidrogen. (sau alt element mai electropozitiv), numărat cu semnul „-”. În acest caz, legăturile cu atomii de carbon nu sunt luate în considerare.

Ca exemplu simplu, să determinăm starea de oxidare a carbonului într-o moleculă de metanol.

Un atom de carbon este conectat la trei atomi de hidrogen (aceste legături sunt numărate cu semnul „-”), iar o legătură este conectată la un atom de oxigen (se numără cu semnul „+”). Primim:

Astfel, starea de oxidare a carbonului din metanol este -2.

Să luăm în considerare lanțul de transformări ale substanțelor:

Dehidrogenarea catalitică a etanului produce etilenă; produsul hidratării etilenei este etanolul; oxidarea lui va duce la etanal și apoi la acid acetic; cand arde se formeaza dioxid de carbon si apa.

Să determinăm starea de oxidare a fiecărui atom de carbon din moleculele substanțelor enumerate.

Se poate observa că în timpul fiecăreia dintre aceste transformări starea de oxidare a unuia dintre atomii de carbon se modifică constant. În direcția de la etan la monoxid de carbon (IV), starea de oxidare a atomului de carbon crește.

În ciuda faptului că în timpul oricăror reacții redox apar atât oxidarea, cât și reducerea, acestea sunt clasificate în funcție de ceea ce se întâmplă direct cu compusul organic (dacă este oxidat, vorbim despre procesul de oxidare, dacă este redus, vorbim despre procesul de reducere). ).

Astfel, în reacția etanolului cu permanganatul de potasiu, etanolul va fi oxidat, iar permanganatul de potasiu va fi redus. Reacția se numește oxidare a etanolului.

Întocmirea ecuațiilor redox

Pentru a compila ecuații pentru reacțiile redox, se utilizează atât metoda echilibrului electronic, cât și metoda semireacției (metoda electron-ion). Să luăm în considerare câteva exemple de reacții redox care implică substanțe organice.

1. Arderea n-butanului.

Schema de reacție arată astfel:

Să creăm o ecuație completă pentru o reacție chimică folosind metoda echilibrului.

Valoarea medie a stării de oxidare a carbonului în n-butan:

Starea de oxidare a carbonului din monoxidul de carbon (IV) este +4.

Să creăm o diagramă de echilibru electronic:

Luând în considerare coeficienții găsiți, ecuația pentru reacția chimică a arderii n-butanului va arăta astfel:

Coeficienții acestei ecuații pot fi găsiți printr-o altă metodă, care a fost deja menționată. După ce am calculat stările de oxidare ale fiecărui atom de carbon, vedem că acestea diferă:

În acest caz, diagrama echilibrului electronic va arăta astfel:

Deoarece în timpul arderii n-butanului toate legăturile chimice din moleculele sale sunt distruse, atunci în acest caz, Prima abordare este destul de justificată, mai ales că schema de bilanţ electronic elaborată prin a doua metodă este ceva mai complicată.

2. Reacția de oxidare a etilenei cu o soluție de permanganat de potasiu în mediu neutru la rece (reacția Wagner).

Să aranjam coeficienții în ecuația de reacție folosind metoda echilibrului electronic.

Ecuația completă pentru o reacție chimică ar arăta astfel:

Pentru a determina coeficienții, puteți utiliza și metoda semireacției. Etilena este oxidată în această reacție la etilenglicol, iar ionii de permanganat sunt reduși pentru a forma dioxid de mangan.

Scheme ale semireacțiilor corespunzătoare:

Ecuația totală electron-ion:

3. Reacții de oxidare a glucozei cu permanganat de potasiu în mediu acid.

A. Metoda echilibrului electronic.

Prima varianta

A doua varianta

Să calculăm starea de oxidare a fiecăruia dintre atomii de carbon din molecula de glucoză:

Schema de echilibru electronic devine mai complexă în comparație cu exemplele anterioare:

B. Metoda semireacției în acest caz este următoarea:

Ecuația ionică totală:

Ecuația moleculară pentru reacția glucozei cu permanganatul de potasiu:

În chimia organică, este util să se utilizeze definiția oxidării ca o creștere a conținutului de oxigen sau o scădere a conținutului de hidrogen. Reducerea în acest caz este definită ca o scădere a conținutului de oxigen sau o creștere a conținutului de hidrogen. Cu această definiție, oxidarea secvențială a substanțelor organice poate fi reprezentată prin următoarea schemă:

Practica arată că selecția coeficienților în reacțiile de oxidare a substanțelor organice provoacă anumite dificultăți, deoarece se confruntă cu stări de oxidare foarte neobișnuite Unii studenți, din lipsă de experiență, continuă să identifice starea de oxidare cu valență și, ca a rezultat, determinați incorect starea de oxidare a carbonului în compușii organici. Valența carbonului în acești compuși este întotdeauna de patru, iar starea de oxidare poate lua diferite valori (de la -3 la +4, inclusiv valori fracționale). Un punct neobișnuit în oxidarea substanțelor organice este starea de oxidare zero a atomului de carbon din unii compuși complecși. Dacă depășiți bariera psihologică, elaborarea unor astfel de ecuații nu este dificilă, de exemplu:

Starea de oxidare a atomului de carbon din zaharoză este zero. Rescriem schema de reacție indicând stările de oxidare ale atomilor care le modifică:

Compunem ecuații electronice și găsim coeficienții agentului oxidant și reducător și a produselor de oxidare și reducere a acestora:

Să substituim coeficienții obținuți în schema de reacție:

Selectăm coeficienții rămași în următoarea secvență: KSO, HSO, HO Ecuația finală arată astfel:

Multe universități includ în tichetele examenului de admitere sarcini de selectare a coeficienților în ecuațiile OVR folosind metoda electronică (metoda semireacției). Dacă în școală se acordă măcar o oarecare atenție acestei metode, aceasta este în principal pentru oxidarea substanțelor anorganice. Să încercăm să folosim metoda semireacției pentru exemplul de mai sus de oxidare a zaharozei cu permanganat de potasiu într-un mediu acid.

Primul avantaj al acestei metode este că nu este nevoie să ghiciți și să scrieți imediat produsele de reacție. Ele sunt destul de ușor de determinat prin ecuație. Un agent oxidant într-un mediu acid își prezintă cel mai pe deplin proprietățile sale de oxidare, de exemplu, anionul MnO este transformat în cationul Mn, substanțele organice ușor oxidate sunt oxidate în CO.

Să notăm transformările zaharozei în formă moleculară:

Pe partea stângă lipsesc 13 atomi de oxigen, pentru a elimina această contradicție, adăugăm 13 molecule de H O

2. Kartsova A.A., Levkin A.N. Reacții de oxidare-reducere în chimia organică // Chimie la școală. - 2004. - Nr. 2. – P.55-61.

3. Hhomcenko G.P., Savostyanova K.I. Reacții de oxidare-reducere: un manual pentru studenți. M.-: Educație, 1980.

4. Sharafutdinov V. Reacții de oxidare-reducere în chimia organică // Bashkortostan ukytyusyhy. - 2002. - Nr. 5. – P.79 -81.

Alchinele (altfel hidrocarburi de acetilenă) sunt hidrocarburi care conțin o legătură triplă între atomi de carbon, cu formula generala CnH2n-2. Atomii de carbon de la tripla legătură sunt în stare de hibridizare sp.

Reacția acetilenei cu apa cu brom

Molecula de acetilenă conține o legătură triplă, bromul o rupe și se adaugă la acetilenă. Se formează terabrometan. Bromul se consumă în formarea tetrabrometanului. Apa cu brom (galben) - decolorata.

Această reacție se desfășoară cu o viteză mai mică decât în seria de hidrocarburi de etilenă. Reacția are loc și în etape:

HC ≡ CH + Br 2 → CHBr = CHBr + Br 2 → CHBr 2 - CHBr 2

acetilenă → 1,2-dibrometan → 1,1,2,2-tetrabrometan

Decolorarea apei cu brom dovedeste nesaturarea acetilenei.

Reacția acetilenei cu soluția de permanganat de potasiu

Într-o soluție de permanganat de potasiu, are loc oxidarea acetilenei, iar molecula se rupe la locul legăturii triple, iar soluția devine rapid decolorată.

3HC ≡ CH + 10KMnO 4 + 2H 2 O → 6CO 2 + 10KOH + 10MnO 2

Această reacție este o reacție calitativă la legături duble și triple.

Reacția acetilenei cu soluția de amoniac de oxid de argint

Dacă acetilena este trecută printr-o soluție de amoniac de oxid de argint, atomii de hidrogen din molecula de acetilenă sunt ușor înlocuiți cu metale, deoarece au o mobilitate ridicată. În acest experiment, atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de argint. Se formează acetilenidă de argint - un precipitat Culoarea galbena(exploziv).

CH ≡ CH + OH → AgC≡CAg↓ + NH3 + H2O

Această reacție este o reacție calitativă la o legătură triplă.

Reacții redox ale compușilor organici. Întocmirea ecuațiilor reacțiilor redox care implică substanțe organice. Reacția acetilenei cu apa cu brom