Detta material kan vara svårt att bemästra med självstudier, på grund av den stora mängden information, många nyanser, alla möjliga MEN och OM. Läs noggrant!

Vad exakt kommer att diskuteras?

Förutom fullständig oxidation (förbränning) kännetecknas vissa klasser av organiska föreningar av partiella oxidationsreaktioner, medan de omvandlas till andra klasser.

Det finns specifika oxidationsmedel för varje klass: CuO (för alkoholer), Cu (OH) 2 och OH (för aldehyder) och andra.

Men det finns två klassiska oxidationsmedel, som så att säga är universella för många klasser.

Detta är kaliumpermanganat - KMnO 4. Och kaliumdikromat (dikromat) - K 2 Cr 2 O 7. Dessa ämnen är starka oxidationsmedel på grund av mangan i +7 oxidationstillstånd respektive krom i +6 oxidationstillstånd.

Reaktioner med dessa oxidationsmedel är ganska vanliga, men ingenstans finns det en holistisk guide för hur man väljer produkter från sådana reaktioner.

I praktiken finns det många faktorer som påverkar reaktionens förlopp (temperatur, medium, koncentration av reagens etc.). Ofta erhålls en blandning av produkter. Därför är det nästan omöjligt att förutsäga produkten som bildas.

Men det här är inte bra för Unified State Examination: där kan du inte skriva "kanske antingen det här, eller det här, eller på annat sätt, eller en blandning av produkter." Det måste finnas detaljer.

Sammanställarna av uppdragen har satsat på en viss logik, en viss princip som en viss produkt ska skrivas efter. Tyvärr delade de inte med någon.

Denna fråga i de flesta manualer är ganska hal förbigången: två eller tre reaktioner ges som exempel.

Jag presenterar i denna artikel vad som kan kallas resultaten av en studie-analys av USE-uppgifter. Logiken och principerna för att sammanställa oxidationsreaktionerna med permanganat och dikromat har klarats upp med ganska hög noggrannhet (i enlighet med USE-standarderna). Om allt i ordning.

Bestämning av graden av oxidation.

För det första, när man hanterar redoxreaktioner, finns det alltid ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel.

Oxidationsmedlet är mangan i permanganat eller krom i dikromat, reduktionsmedlet är atomer i det organiska (nämligen kolatomer).

Det räcker inte att definiera produkterna, reaktionen måste utjämnas. För utjämning används traditionellt den elektroniska balansmetoden. För att tillämpa denna metod är det nödvändigt att bestämma oxidationstillstånden för reduktionsmedel och oxidationsmedel före och efter reaktionen.

För oorganiska ämnen känner vi till oxidationstillstånden från grad 9:

Men i ekologiskt, förmodligen, i 9:an var de inte bestämda. Därför, innan du lär dig hur man skriver OVR i organisk kemi, måste du lära dig hur man bestämmer graden av oxidation av kol i organiska ämnen. Detta görs lite annorlunda än i oorganisk kemi.

Kol har ett maximalt oxidationstillstånd på +4, minst -4. Och den kan visa vilken grad av oxidation som helst av detta intervall: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4.

Först måste du komma ihåg vad ett oxidationstillstånd är.

Oxidationstillståndet är den villkorade laddningen som uppstår på en atom, förutsatt att elektronparen förskjuts helt mot den mer elektronegativa atomen.

Därför bestäms oxidationstillståndet av antalet förskjutna elektronpar: om det skiftas till en given atom, förvärvar det ett överskott minus (-) laddning, om från en atom, så förvärvar det ett överskott plus (+) laddning . I princip är detta hela teorin som du behöver känna till för att bestämma oxidationstillståndet för en kolatom.

För att bestämma graden av oxidation av en viss kolatom i en förening måste vi överväga VARJE av dess bindningar och se i vilken riktning elektronparet kommer att skifta och vilken överskottsladdning (+ eller -) som kommer att uppstå från detta på kolatomen .

Låt oss titta på specifika exempel:

Vid kol tre vätebindningar. Kol och väte - vilket är mer elektronegativt? Kol, sedan, längs dessa tre bindningar, kommer elektronparet att skifta mot kol. Kol tar en negativ laddning från varje väte: det visar sig -3

Den fjärde bindningen är med klor. Kol och klor - vilket är mer elektronegativt? Klor, vilket betyder att över denna bindning kommer elektronparet att skifta mot klor. Kol har en positiv +1 laddning.

Sedan behöver du bara lägga till: -3 + 1 = -2. Oxidationstillståndet för denna kolatom är -2.

Låt oss bestämma oxidationstillståndet för varje kolatom:

Kol har tre bindningar till väte. Kol och väte - vilket är mer elektronegativt? Kol, sedan, längs dessa tre bindningar, kommer elektronparet att skifta mot kol. Kol tar en negativ laddning från varje väte: det visar sig -3

Och en bindning till med ett annat kol. Kol och annat kol - deras elektronegativitet är lika, så det finns ingen förskjutning av elektronparet (bindningen är inte polär).

Denna atom har två bindningar med en syreatom och ytterligare en bindning med en annan syreatom (som en del av OH-gruppen). Fler elektronegativa syreatomer i tre bindningar drar ett elektronpar från kol, och kol har en +3 laddning.

Genom den fjärde bindningen är kol kopplat till ett annat kol, som vi redan har sagt, elektronparet skiftar inte längs denna bindning.

Kol är bundet till väteatomer genom två bindningar. Kol, som mer elektronegativt, drar ett par elektroner för varje bindning med väte, får en laddning på -2.

En koldubbelbindning är kopplad till en syreatom. Det mer elektronegativa syret drar till sig ett elektronpar för varje bindning. Tillsammans dras två elektronpar från kol. Kol får en +2 laddning.

Tillsammans blir det +2 -2 = 0.

Låt oss bestämma oxidationstillståndet för denna kolatom:

En trippelbindning med ett mer elektronegativt kväve ger kol en laddning på +3; det sker ingen förskjutning av elektronparet på grund av bindningen med kol.

Oxidation med permanganat.

Vad kommer att hända med permanganat?

Redoxreaktionen med permanganat kan fortgå i olika miljöer (neutral, alkalisk, sur). Och det beror på mediet hur exakt reaktionen kommer att fortgå och vilka produkter som bildas i detta fall.

Därför kan det gå i tre riktningar:

Permanganat, som är ett oxidationsmedel, reduceras. Här är produkterna av hans tillfrisknande:

1. sur miljö.

Mediet surgörs med svavelsyra (H 2 SO 4). Mangan reduceras till +2 oxidationstillstånd. Och återvinningsprodukterna kommer att vara:

KMnO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

1. Alkalisk miljö.

För att skapa en alkalisk miljö tillsätts en ganska koncentrerad alkali (KOH). Mangan reduceras till ett oxidationstillstånd av +6. Återvinningsprodukter

KMnO4 + KOH → K2 MnO4 + H2O

1. Neutral miljö(och något alkaliskt).

I ett neutralt medium kommer förutom permanganat även vatten in i reaktionen (som vi skriver på vänster sida av ekvationen), mangan kommer att reduceras till +4 (MnO 2), reduktionsprodukterna blir:

KMnO4 + H2O → Mn02 + KOH

Och i en lätt alkalisk miljö (i närvaro av en lågkoncentrerad KOH-lösning):

KMnO4 + KOH → MnO2 + H2O

Vad kommer att hända med ekologiskt?

Det första man ska lära sig är att allt börjar med alkohol! Detta är det första steget av oxidation. Kolet till vilket hydroxylgruppen är fäst genomgår oxidation.

När den oxideras "skaffar" kolatomen en bindning med syre. Därför, när de skriver ner schemat för oxidationsreaktionen, skriver de [O] ovanför pilen:

primär alkohol oxideras först till en aldehyd, sedan till en karboxylsyra:

Oxidation sekundär alkohol avbrott i andra etappen. Eftersom kolet är i mitten bildas en keton, inte en aldehyd (kolatomen i ketongruppen kan inte längre fysiskt bilda en bindning med hydroxylgruppen):

Ketoner, tertiära alkoholer Och karboxylsyror inte längre oxideras

Oxidationsprocessen är stegvis - så länge det finns var man ska oxidera och det finns alla förutsättningar för detta - fortsätter reaktionen. Allt slutar med en produkt som inte oxiderar under givna förhållanden: en tertiär alkohol, en keton eller en syra.

Det är värt att notera stadierna av metanoloxidation. Först oxideras den till motsvarande aldehyd, sedan till motsvarande syra:

En egenskap hos denna produkt (myrsyra) är att kolet i karboxylgruppen är bundet till väte, och om du tittar noga kan du se att detta inte är något annat än en aldehydgrupp:

Och aldehydgruppen, som vi fick reda på tidigare, oxideras vidare till karboxylen:

Kände du igen det resulterande ämnet? Dess bruttoformel är H 2 CO 3 . Detta är kolsyra, som bryts ner till koldioxid och vatten:

H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2

Därför oxideras metanol, myraldehyd och myrsyra (på grund av aldehydgruppen) till koldioxid.

mild oxidation.

Mild oxidation är oxidation utan stark uppvärmning i ett neutralt eller svagt alkaliskt medium (0 skrivs ovanför reaktionen ° eller 20 °) .

Det är viktigt att komma ihåg att alkoholer inte oxiderar under milda förhållanden. Därför, om de bildas, stoppar oxidationen på dem. Vilka ämnen kommer in i en mild oxidationsreaktion?

1. Innehåller en C=C-dubbelbindning (Wagner-reaktion).

I detta fall bryts π-bindningen och "sitter" på de frigjorda bindningarna längs hydroxylgruppen. Det visar sig tvåvärd alkohol:

Låt oss skriva reaktionen av mild oxidation av eten (eten). Låt oss skriva ner de ursprungliga ämnena och förutsäga produkterna. Samtidigt skriver vi inte H 2 O och KOH ännu: de kan visas både på höger sida av ekvationen och till vänster. Och vi bestämmer omedelbart oxidationstillstånden för de ämnen som är involverade i OVR:

Låt oss göra en elektronisk balans (vi menar att det finns två eller två kolatomer i reduktionsmedlet, de oxideras separat):

Låt oss ställa in koefficienterna:

I slutet, lägg till de saknade produkterna (H 2 O och KOH). Det finns inte tillräckligt med kalium till höger - det betyder att alkalin kommer att vara till höger. Vi sätter en koefficient framför den. Det finns inte tillräckligt med väte till vänster, så vatten finns till vänster. Vi sätter en koefficient framför den:

Låt oss göra samma sak med propen (propen):

Cykloalken halkar ofta. Låt honom inte förvirra dig. Detta är ett vanligt kolväte med en dubbelbindning:

Varhelst denna dubbelbindning är, kommer oxidationen att fortgå på samma sätt:

1. innehållande en aldehydgrupp.

Aldehydgruppen är mer reaktiv (reagerar lättare) än alkoholgruppen. Därför kommer aldehyden att oxidera. Före syra:

Tänk på exemplet med acetaldehyd (etanal). Låt oss skriva ner reaktanterna och produkterna och ordna oxidationstillstånden. Låt oss göra en balans och sätta koefficienterna framför reduktionsmedlet och oxidationsmedlet:

I ett neutralt medium och lätt alkaliskt kommer reaktionsförloppet att vara något annorlunda.

I en neutral miljö, som vi minns, skriver vi vatten på vänster sida av ekvationen och alkali på höger sida av ekvationen (bildas under reaktionen):

I det här fallet, i samma blandning, finns syra och alkali i närheten. Neutralisering sker.

De kan inte existera sida vid sida och reagera, salt bildas:

Dessutom, om vi tittar på koefficienterna i ekvationen, kommer vi att förstå att syror är 3 mol och alkalier är 2 mol. 2 mol alkali kan endast neutralisera 2 mol syra (2 mol salt bildas). Och en mol syra återstår. Så den slutliga ekvationen blir:

I en lätt alkalisk miljö är alkali i överskott - det tillsätts före reaktionen, så all syra neutraliseras:

En liknande situation uppstår vid oxidation av metanal. Det, som vi minns, oxideras till koldioxid:

Man måste komma ihåg att kolmonoxid (IV) CO 2 är surt. Och kommer att reagera med alkali. Och eftersom kolsyra är tvåbasisk kan både ett surt salt och ett medelsalt bildas. Det beror på förhållandet mellan alkali och koldioxid:

Om alkali är relaterat till koldioxid som 2:1, då blir det ett genomsnittligt salt:

Eller alkali kan vara betydligt mer (mer än två gånger). Om det är mer än två gånger, kommer resten av alkalin att finnas kvar:

3KOH + CO2 → K2CO3 + H2O + KOH

Detta kommer att inträffa i en alkalisk miljö (där det finns ett överskott av alkali, eftersom det tillsattes till reaktionsblandningen före reaktionen) eller i en neutral miljö, när mycket alkali bildas.

Men om alkali är relaterat till koldioxid som 1:1, då kommer det att finnas ett surt salt:

KOH + CO 2 → KHCO 3

Om det finns mer koldioxid än vad som behövs förblir det i överskott:

KOH + 2CO 2 → KHCO 3 + CO 2

Detta kommer att vara i en neutral miljö om lite alkali bildas.

Vi skriver ner utgångsämnena, produkterna, gör upp en balans, lägger ner oxidationstillstånden framför oxidationsmedlet, reduktionsmedlet och de produkter som bildas av dem:

I en neutral miljö kommer ett alkali (4KOH) att bildas till höger:

Nu måste vi förstå vad som kommer att bildas när tre mol CO 2 och fyra mol alkali interagerar.

3CO2 + 4KOH → 3KHCO3 + KOH

KHCO3 + KOH → K2CO3 + H2O

Så det blir så här:

3CO2 + 4KOH → 2KHCO3 + K2CO3 + H2O

Därför skriver vi på höger sida av ekvationen två mol kolkarbonat och en mol karbonat:

Och i en lätt alkalisk miljö finns det inga sådana problem: på grund av det faktum att det finns ett överskott av alkali kommer ett genomsnittligt salt att bildas:

Samma sak kommer att hända med oxidationen av oxalsyraaldehyd:

Som i föregående exempel bildas en tvåbasisk syra, och enligt ekvationen ska 4 mol alkali erhållas (eftersom 4 mol permanganat).

I en neutral miljö, återigen, räcker inte allt alkali för att helt neutralisera all syra.

Tre mol alkali går för att bilda ett surt salt, en mol alkali återstår:

3HOOC–COOH + 4KOH → 3KOOC–COOH + KOH

Och denna ena mol alkali går i interaktion med en mol surt salt:

KOOC–COOH + KOH → KOOC–COOK + H2O

Det blir så här:

3HOOC–COOH + 4KOH → 2KOOC–COOH + KOOC–COOK + H2O

Slutlig ekvation:

I ett svagt alkaliskt medium bildas ett genomsnittligt salt på grund av ett överskott av alkali:

1. som innehåller en trippelbindningC≡ C.

Kommer du ihåg vad som hände under den milda oxidationen av dubbelbindningsföreningar? Om du inte kommer ihåg, scrolla tillbaka - kom ihåg.

π-bindningen bryts, fäster vid kolatomerna vid hydroxylgruppen. Här samma princip. Kom bara ihåg att det finns två pi-bindningar i en trippelbindning. Först händer detta vid den första π-bindningen:

Sedan på en annan π-bindning:

En struktur där en kolatom har två hydroxylgrupper är extremt instabil. När något är instabilt i kemin, tenderar det att "falla av" något. Vattnet faller av, så här:

Detta resulterar i en karbonylgrupp.

Tänk på exempel:

Etin (acetylen). Tänk på stadierna av oxidation av detta ämne:

Vattendelning:

Som i föregående exempel, i en reaktionsblandning, syra och alkali. Neutralisering sker - salt bildas. Som kan ses från koefficienten framför alkalipermanganatet kommer det att finnas 8 mol, det vill säga det är tillräckligt för att neutralisera syran. Slutlig ekvation:

Tänk på oxidationen av butyn-2:

Vattendelning:

Här bildas ingen syra, så det finns ingen anledning att busa med neutralisering.

Reaktionsekvation:

Dessa skillnader (mellan oxidationen av kol vid kanten och i mitten av kedjan) demonstreras tydligt av exemplet med pentyn:

Vattendelning:

Det visar sig ett ämne med en intressant struktur:

Aldehydgruppen fortsätter att oxidera:

Låt oss skriva ner utgångsmaterialen, produkterna, bestämma graden av oxidation, göra en balans, lägga ner koefficienterna framför oxidationsmedlet och reduktionsmedlet:

Alkalier bör bilda 2 mol (eftersom koefficienten framför permanganat är 2), därför neutraliseras all syra:

Hård oxidation.

Hård oxidation är oxidation sur, starkt alkalisk miljö. Och även i neutral (eller lätt alkalisk), men vid upphettning.

I en sur miljö värms de också ibland upp. Men för att hård oxidation inte ska ske i en sur miljö är uppvärmning en förutsättning.

Vilka ämnen kommer att genomgå kraftig oxidation? (Först kommer vi att analysera endast i en sur miljö - och sedan kommer vi att lägga till de nyanser som uppstår under oxidation i en starkt alkalisk och neutral eller svagt alkalisk (vid upphettning) miljö).

Med hård oxidation går processen till max. Så länge det finns något att oxidera fortsätter oxidationen.

1. Alkoholer. Aldehyder.

Tänk på oxidationen av etanol. Gradvis oxideras det till en syra:

Vi skriver ner ekvationen. Vi skriver ner utgångsämnena, OVR-produkter, sätter ner oxidationstillstånden, gör en balans. Utjämna reaktionen:

Om reaktionen utförs vid aldehydens kokpunkt, när den bildas, kommer den att avdunsta (flyga bort) från reaktionsblandningen utan att hinna oxidera ytterligare. Samma effekt kan uppnås under mycket skonsamma förhållanden (låg värme). I det här fallet skriver vi aldehyd som en produkt:

Betrakta oxidationen av sekundär alkohol med exemplet med propanol-2. Som redan nämnts avslutas oxidationen i det andra steget (bildningen av en karbonylförening). Eftersom det bildas en keton, som inte oxideras. Reaktionsekvation:

Betrakta oxidationen av aldehyder i termer av etanal. Det oxiderar också till syra:

Reaktionsekvation:

Metanal och metanol, som tidigare nämnts, oxideras till koldioxid:

Metanal:

1. Innehåller flera bindningar.

I detta fall bryts kedjan längs multipelbindningen. Och atomerna som bildade den genomgår oxidation (skaffar en bindning med syre). Oxidera så mycket som möjligt.

När en dubbelbindning bryts bildas karbonylföreningar från fragment (i schemat nedan: från ett fragment - aldehyd, från det andra - keton)

Låt oss analysera oxidationen av penten-2:

Oxidation av "skrot":

Det visar sig att två syror bildas. Skriv ner utgångsmaterial och produkter. Låt oss bestämma oxidationstillstånden för atomerna som ändrar den, upprätta en balans, utjämna reaktionen:

När vi sammanställer den elektroniska balansen menar vi att det finns två eller två kolatomer i reduktionsmedlet, de oxideras separat:

Syra kommer inte alltid att bildas. Tänk till exempel på oxidationen av 2-metylbuten:

Reaktionsekvation:

Absolut samma princip vid oxidation av föreningar med en trippelbindning (endast oxidation sker omedelbart med bildning av en syra, utan mellanliggande bildning av en aldehyd):

Reaktionsekvation:

När en multipelbindning ligger exakt i mitten erhålls inte två produkter utan en. Eftersom "skrot" är desamma och de oxideras till samma produkter:

Reaktionsekvation:

1. Dubbel coronasyra.

Det finns en syra i vilken karboxylgrupper (kronor) är anslutna till varandra:

Detta är oxalsyra. Två kronor sida vid sida är svåra att få ihop. Den är säkerligen stabil under normala förhållanden. Men på grund av det faktum att den har två karboxylgrupper kopplade till varandra är den mindre stabil än andra karboxylsyror.

Och därför, under särskilt hårda förhållanden, kan den oxideras. Det finns ett brott i sambandet mellan de "två kronorna":

Reaktionsekvation:

1. Bensenhomologer (och deras derivat).

Bensen själv oxiderar inte, på grund av att aromaticiteten gör denna struktur mycket stabil.

Men dess homologer är oxiderade. I det här fallet bryter kretsen också, det viktigaste är att veta exakt var. Några principer gäller:

1. Bensenringen i sig förstörs inte, och förblir intakt till slutet, bindningen bryts i radikalen.
2. Atomen som är direkt bunden till bensenringen oxideras. Om efter det kolkedjan i radikalen fortsätter, kommer gapet att vara efter det.

Låt oss analysera oxidationen av metylbensen. Där oxideras en kolatom i radikalen:

Reaktionsekvation:

Låt oss analysera oxidationen av isobutylbensen:

Reaktionsekvation:

Låt oss analysera oxidationen av sek-butylbensen:

Reaktionsekvation:

Under oxidationen av bensenhomologer (och derivat av homologer) med flera radikaler bildas två-tre- och mer basiska aromatiska syror. Till exempel, oxidationen av 1,2-dimetylbensen:

Derivat av bensenhomologer (där bensenringen har icke-kolväteradikaler) oxideras på samma sätt. En annan funktionell grupp på bensenringen stör inte:

Delsumma. Algoritm "hur man skriver ner reaktionen av hård oxidation med permanganat i en sur miljö":

1. Skriv ner utgångsmaterialen (organiska ämnen + KMnO 4 + H 2 SO 4).
2. Skriv ner produkterna från organisk oxidation (föreningar som innehåller alkohol, aldehydgrupper, multipla bindningar, såväl som bensenhomologer kommer att oxideras).
3. Registrera permanganatreduktionsprodukten (MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O).
4. Bestäm graden av oxidation hos OVR-deltagare. Gör upp en balans. Sätt ner koefficienterna för oxidationsmedel och reduktionsmedel, samt för de ämnen som bildas av dem.
5. Sedan rekommenderas det att beräkna hur många sulfatanjoner som finns på höger sida av ekvationen, i enlighet med detta, sätt koefficienten framför svavelsyra till vänster.
6. På slutet sätter du koefficienten framför vattnet.

Allvarlig oxidation i ett starkt alkaliskt medium och ett neutralt eller svagt alkaliskt (vid upphettning) medium.

Dessa reaktioner är mycket mindre vanliga. Vi kan säga att sådana reaktioner är exotiska. Och som det anstår alla exotiska reaktioner var dessa de mest kontroversiella.

Hård oxidation är också hård i Afrika, så organiska ämnen oxideras på samma sätt som i en sur miljö.

Separat kommer vi inte att analysera reaktionerna för varje klass, eftersom den allmänna principen redan har angetts tidigare. Vi kommer bara att analysera nyanserna.

Starkt alkalisk miljö :

I en starkt alkalisk miljö reduceras permanganat till ett oxidationstillstånd på +6 (kaliummanganat):

KMnO4 + KOH → K2MnO4.

I en starkt alkalisk miljö finns det alltid ett överskott av alkali, därför kommer fullständig neutralisering att ske: om koldioxid bildas kommer det att finnas ett karbonat, om en syra bildas kommer det att finnas ett salt (om syran är polybasic - ett genomsnittligt salt).

Till exempel oxidationen av propen:

Etylbensenoxidation:

Något alkalisk eller neutral vid uppvärmning :

Även här måste möjligheten till neutralisering alltid beaktas.

Om oxidationen fortsätter i en neutral miljö och en sur förening (syra eller koldioxid) bildas, kommer den resulterande alkalin att neutralisera denna sura förening. Men det räcker inte alltid med alkali för att helt neutralisera syran.

När aldehyder oxideras, till exempel, räcker det inte (oxidationen kommer att fortgå på samma sätt som under milda förhållanden - temperaturen kommer helt enkelt att påskynda reaktionen). Därför bildas både salt och syra (i stort sett kvarstår i överskott).

Vi diskuterade detta när vi diskuterade den milda oxidationen av aldehyder.

Om du har syra i neutral miljö måste du därför noga se om det räcker för att neutralisera all syra. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt neutralisering av flerbasiska syror.

I en svagt alkalisk miljö, på grund av en tillräcklig mängd alkali, bildas endast mediumsalter, eftersom det finns ett överskott av alkali.

Som regel är alkali under oxidation i en neutral miljö ganska tillräckligt. Och reaktionsekvationen att i ett neutralt, det i ett lätt alkaliskt medium kommer att vara densamma.

Tänk till exempel på oxidationen av etylbensen:

Alkali är tillräckligt för att helt neutralisera de resulterande syraföreningarna, även överskott kommer att förbli:

3 mol alkali förbrukas - 1 återstår.

Slutlig ekvation:

Denna reaktion i ett neutralt och lätt alkaliskt medium kommer att fortgå på samma sätt (i ett lätt alkaliskt medium finns det inget alkali till vänster, men det betyder inte att det inte finns, det går helt enkelt inte in i en reaktion).

Redoxreaktioner som involverar kaliumdikromat (bikromat).

Bichromate har inte så många olika organiska oxidationsreaktioner i undersökningen.

Oxidation med dikromat utförs vanligtvis endast i en sur miljö. Samtidigt återställs krom till +3. Återvinningsprodukter:

Oxidationen blir tuff. Reaktionen kommer att vara mycket lik permanganatoxidation. Samma ämnen kommer att oxideras som oxideras av permanganat i en sur miljö, samma produkter kommer att bildas.

Låt oss ta en titt på några av reaktionerna.

Tänk på oxidationen av alkohol. Om oxidationen utförs vid aldehydens kokpunkt, kommer den att lämna sin reaktionsblandning utan att oxideras:

Annars kan alkoholen direkt oxideras till en syra.

Aldehyden som producerades i föregående reaktion kan "fångas" och fås att oxideras till en syra:

Oxidation av cyklohexanol. Cyklohexanol är en sekundär alkohol, så en keton bildas:

Om det är svårt att bestämma oxidationstillstånden för kolatomer med hjälp av denna formel kan du skriva på utkastet:

Reaktionsekvation:

Tänk på oxidationen av cyklopenten.

Dubbelbindningen bryts (cykeln öppnar), atomerna som bildade den oxideras maximalt (i detta fall till karboxylgruppen):

Några egenskaper av oxidation i ANVÄNDNING som vi inte är helt överens om.

De "regler", principer och reaktioner som kommer att diskuteras i detta avsnitt anser vi inte vara helt korrekta. De motsäger inte bara det verkliga tillståndet (kemi som vetenskap), utan också den interna logiken i skolans läroplan och i synnerhet USE.

Men ändå är vi tvungna att ge detta material i den form som USE kräver.

Vi pratar om HÅRD oxidation.

Kommer du ihåg hur bensenhomologer och deras derivat oxideras under svåra förhållanden? Alla radikaler är terminerade - karboxylgrupper bildas. Skrot oxideras redan "oberoende":

Så om plötsligt en hydroxylgrupp, eller en multipelbindning, dyker upp på radikalen, måste du glömma att det finns en bensenring där. Reaktionen kommer ENDAST att gå längs denna funktionella grupp (eller multipelbindning).

Den funktionella gruppen och multipelbindningen är viktigare än bensenringen.

Låt oss analysera oxidationen av varje ämne:

Första ämnet:

Det är nödvändigt att inte uppmärksamma det faktum att det finns en bensenring. Ur examenssynpunkt är detta bara sekundär alkohol. Sekundära alkoholer oxideras till ketoner, och ketoner oxideras inte ytterligare:

Låt detta ämne oxideras med dikromat:

Andra ämnet:

Detta ämne oxideras, precis som en förening med en dubbelbindning (vi uppmärksammar inte bensenringen):

Låt den oxidera i neutral permanganat när den värms upp:

Den resulterande alkalin är tillräckligt för att helt neutralisera koldioxid:

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O

Slutlig ekvation:

Oxidation av det tredje ämnet:

Låt oxidationen fortgå med kaliumpermanganat i surt medium:

Oxidation av det fjärde ämnet:

Låt det oxidera i en starkt alkalisk miljö. Reaktionsekvationen blir:

Och slutligen, så här oxideras vinylbensen:

Och det oxiderar till bensoesyra, man måste komma ihåg att det, enligt logiken i Unified State Examination, oxiderar på detta sätt inte för att det är ett derivat av bensen. Eftersom den innehåller en dubbelbindning.

Slutsats.

Detta är allt du behöver veta om redoxreaktioner som involverar permanganat och dikromat i organiska ämnen.

Bli inte förvånad om du hör några av punkterna i den här artikeln för första gången. Som redan nämnts är detta ämne mycket omfattande och kontroversiellt. Och trots detta ägnas det av någon anledning väldigt lite uppmärksamhet.

Som du kanske har sett förklarar inte två eller tre reaktioner alla mönster för dessa reaktioner. Här behöver du ett integrerat tillvägagångssätt och en detaljerad förklaring av alla punkter. Tyvärr, i läroböcker och på internetresurser, är ämnet inte helt avslöjat, eller inte avslöjat alls.

Jag försökte eliminera dessa brister och brister och överväga detta ämne i sin helhet, och inte delvis. Jag hoppas att jag lyckades.

Tack för din uppmärksamhet, allt gott till dig! Lycka till med att behärska kemivetenskap och klara prov!

Rita upp ekvationer av redoxreaktioner som involverar organiska ämnen

I I samband med införandet av Unified State Examination (USE) som enda form av slutcertifiering av gymnasieutexaminerade och gymnasieskolans övergång till specialiserad utbildning förbereddes gymnasieeleverna för de "dyraste" uppgifterna m.t.t. punkterna i del "C" i USE-testet i kemi blir allt viktigare. Trots det faktum att de fem uppgifterna i del "C" anses olika: de kemiska egenskaperna hos oorganiska ämnen, kedjorna av omvandlingar av organiska föreningar, beräkningsuppgifter, är alla till viss del relaterade till redoxreaktioner (ORR). Om den grundläggande kunskapen om OVR-teorin bemästras, är det möjligt att korrekt slutföra den första och andra uppgiften i sin helhet och den tredje - delvis. Enligt vår mening ligger en betydande del av framgången i genomförandet av del "C" just i detta. Erfarenheten visar att om eleverna, när de studerar oorganisk kemi, klarar uppgifterna att skriva OVR-ekvationer tillräckligt bra, så orsakar liknande uppgifter inom organisk kemi stora svårigheter för dem. Därför försöker vi under hela studiet av hela kursen i organisk kemi i specialiserade klasser att utveckla färdigheterna för att sammanställa OVR-ekvationer hos gymnasieelever.

När vi studerar de jämförande egenskaperna hos oorganiska och organiska föreningar introducerar vi eleverna till användningen av oxidationstillståndet (s.o.) (i organisk kemi, främst kol) och metoder för att bestämma det:

1) beräkning av medeltalet s.d. kol i en molekyl av organiskt material;

2) definition av s.d. varje kolatom.

Vi klargör i vilka fall det är bättre att använda en eller annan metod.

Artikeln publicerades med stöd av företaget "GEO-Engineering", som presenterar produkter på marknaden under varumärket "ProfKresla". Företagets verksamhetsområde är tillverkning, försäljning och montering av fåtöljer och stolar till olika hallar. Medarbetarnas höga professionalism och våra egna produktionsanläggningar gör att vi snabbt och effektivt kan genomföra projekt av vilken komplexitet som helst. Alla produkter under varumärket ProfKresla, oavsett om det är teaterstolar, sittplatser för väntrum eller stolar för utbildningsinstitutioner, utmärks av en modern och ergonomisk design, samt hög slitstyrka, styrka och komfort. Från det enorma utbudet av produkter som presenteras i katalogen på webbplatsen profkresla.ru kan du alltid välja modeller som bäst passar den företagsstil som antagits i ditt företag. Om du fortfarande har svårigheter med valet, är företagets specialister alltid redo att ge råd, hjälpa till att bestämma modellen och sedan förbereda ett projekt, göra alla nödvändiga mätningar och installation på plats.

P När vi studerar ämnet "Alkaner" visar vi att processerna för oxidation, förbränning, halogenering, nitrering, dehydrering och nedbrytning är redoxprocesser. När man skriver ekvationerna för reaktionerna vid förbränning och nedbrytning av organiska ämnen är det bättre att använda medelvärdet av s.d. kol. Till exempel:

Vi uppmärksammar den första hälften av den elektroniska balansen: vid kolatomen i bråkvärdet av s.d. nämnaren är 4, så vi beräknar överföringen av elektroner med hjälp av denna koefficient.

I andra fall, när vi studerar ämnet "Alkaner", bestämmer vi värdena för s.d. varje kolatom i föreningen, samtidigt som eleverna uppmärksammas på sekvensen av substitution av väteatomer vid primära, sekundära, tertiära kolatomer:

Således leder vi eleverna till slutsatsen att i början sker substitutionsprocessen vid de tertiära, sedan vid de sekundära och sist av allt, vid de primära kolatomerna.

P När vi studerar ämnet "Alkener" överväger vi oxidationsprocesser beroende på strukturen hos alkenen och reaktionsmediet.

När alkener oxideras med en koncentrerad lösning av kaliumpermanganat KMnO 4 i ett surt medium (hård oxidation), bryts - och - bindningar med bildning av karboxylsyror, ketoner och kolmonoxid (IV). Denna reaktion används för att bestämma positionen för dubbelbindningen.

Om dubbelbindningen är i änden av molekylen (till exempel i buten-1), är en av oxidationsprodukterna myrsyra, som lätt oxideras till koldioxid och vatten:

Vi betonar att om kolatomen vid dubbelbindningen i alkenmolekylen innehåller två kolsubstituenter (till exempel i molekylen 2-metylbuten-2), så bildas en keton under dess oxidation, eftersom omvandlingen av en sådan atom in i en atom i karboxylgruppen är omöjligt utan att bryta C-C-bindningen, relativt stabil under dessa förhållanden:

Vi klargör att om alkenmolekylen är symmetrisk och dubbelbindningen finns i mitten av molekylen, så bildas endast en syra under oxidation:

Vi rapporterar att ett kännetecken för oxidationen av alkener, där kolatomerna i dubbelbindningen innehåller två kolradikaler, är bildandet av två ketoner:

Med tanke på oxidationen av alkener i neutrala eller svagt alkaliska medier fokuserar vi gymnasieelevers uppmärksamhet på det faktum att under sådana förhållanden åtföljs oxidation av bildandet av dioler (tvåvärda alkoholer) och hydroxylgrupper är bundna till dessa kolatomer mellan vilken det fanns en dubbelbindning:

I På liknande sätt betraktar vi oxidationen av acetylen och dess homologer, beroende på i vilket medium processen äger rum. Så vi klargör att i en sur miljö åtföljs oxidationsprocessen av bildandet av karboxylsyror:

Reaktionen används för att bestämma strukturen av alkyner genom oxidationsprodukter:

I neutrala och lätt alkaliska medier åtföljs oxidationen av acetylen av bildningen av motsvarande oxalater (salter av oxalsyra), och oxidationen av homologer åtföljs av brytningen av trippelbindningen och bildningen av salter av karboxylsyror:

I Alla regler utarbetas tillsammans med eleverna på specifika exempel, vilket leder till en bättre assimilering av teoretiskt material. När man studerar oxidation av arener i olika medier kan eleverna därför självständigt göra antaganden om att man i ett surt medium bör förvänta sig bildning av syror, och i ett alkaliskt medium, salter. Läraren behöver bara klargöra vilka reaktionsprodukter som bildas beroende på strukturen på motsvarande arena.

Vi visar med exempel att bensenhomologer med en sidokedja (oavsett dess längd) oxideras av ett starkt oxidationsmedel till bensoesyra vid -kolatomen. Bensenhomologer, när de upphettas, oxideras av kaliumpermanganat i ett neutralt medium för att bilda kaliumsalter av aromatiska syror.

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 \u003d 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 \u003d 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O,

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 \u003d C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O.

Vi betonar att om det finns flera sidokedjor i en arenmolekyl, så oxideras var och en av dem i ett surt medium vid en a-kolatom till en karboxylgrupp, vilket resulterar i bildandet av flerbasiska aromatiska syror:

P De förvärvade färdigheterna i att sammanställa OVR-ekvationer för kolväten gör att de kan användas i studien av avsnittet "Syrehaltiga föreningar".

Så när de studerar ämnet "Alkoholer", komponerar eleverna självständigt ekvationerna för oxidation av alkoholer med hjälp av följande regler:

1) primära alkoholer oxideras till aldehyder

3CH3-CH2OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 \u003d 3CH3-CHO + K2SO4 + Cr2 (SO4)3 + 7H2O;

2) sekundära alkoholer oxideras till ketoner

3) för tertiära alkoholer är oxidationsreaktionen inte typisk.

För att förbereda sig för provet är det lämpligt att läraren ger ytterligare information om dessa egenskaper, vilket utan tvekan kommer att vara användbart för studenter.

När metanol oxideras med en surgjord lösning av kaliumpermanganat eller kaliumdikromat bildas CO 2, primära alkoholer under oxidation, beroende på reaktionsförhållandena, kan inte bara bilda aldehyder, utan även syror. Till exempel slutar oxidationen av etanol med kaliumdikromat i kylan med bildandet av ättiksyra och vid upphettning acetaldehyd:

3CH 3 -CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 \u003d 3CH 3 -COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O,

3CH3-CH2OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 3CH3-CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O.

Låt oss återigen påminna eleverna om miljöns inverkan på produkterna av alkoholoxidationsreaktioner, nämligen: en het neutral lösning av KMnO 4 oxiderar metanol till kaliumkarbonat och de återstående alkoholerna till salter av motsvarande karboxylsyror:

När vi studerar ämnet "Aldehyder och ketoner", fokuserar vi elevernas uppmärksamhet på det faktum att aldehyder lättare oxideras än alkoholer till motsvarande karboxylsyror, inte bara under inverkan av starka oxidationsmedel (luftsyre, surgjorda lösningar av KMnO 4 och K 2 Cr 2 O 7), men och under påverkan av svag (ammoniaklösning av silveroxid eller koppar(II)hydroxid):

5CH3-CHO + 2KMnO4 + 3H2SO4 \u003d 5CH3-COOH + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O,

3CH 3 -CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 \u003d 3CH 3 -COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O,

CH3-CHO + 2OH CH3-COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O.

Vi ägnar särskild uppmärksamhet åt oxidation av metanal med en ammoniaklösning av silveroxid, eftersom i detta fall bildas ammoniumkarbonat och inte myrsyra:

HCHO + 4OH \u003d (NH4)2CO3 + 4Ag + 6NH3 + 2H2O.

Som vår långa erfarenhet visar, ökar den föreslagna metoden att lära gymnasieelever hur man skriver OVR-ekvationer med deltagande av organiska ämnen deras slutliga ANVÄNDNINGSresultat i kemi med flera poäng.

Oxidation av alkener med kaliumpermanganat i ett alkaliskt medium vid upphettning (hårda förhållanden) leder till att deras kolskelett förstörs på platsen för dubbelbindningen. I detta fall, beroende på antalet alkylgrupper associerade med vinylfragmentet, kan två karboxylsyror erhållas, en syra och en keton eller två ketoner:

Övning 11. Vilken produkt bildas vid oxidation av cyklohexen (a) med en utspädd lösning av kaliumpermanganat i kyla och (b) med en koncentrerad lösning av kaliumpermanganat, följt av surgöring.

Övning 12. Vilka produkter bildas av 1,2-dimetylcyklohexen under (a) katalytisk hydrogenering, (b) oxidation med en utspädd lösning av kaliumpermanganat i kyla, (c) ozonering följt av reduktiv klyvning.

6.5. Oxidation av eten till acetaldehyd

Oxidation av eten med atmosfäriskt syre i närvaro av palladium(II)- och koppar(II)klorider leder till bildning av acetaldehyd ( Wacker-process):

(63)

etanal (acetaldehyd)

6.6. Etenkloroxidation

Vinylklorid erhålls av etylenklor:

6.7. Oxidativ ammonolys

Oxidationen av kolväten med atmosfäriskt syre i närvaro av ammoniak leder till omvandlingen av metylgruppen till en cyanogrupp. Denna oxidation kallas oxidativ ammonolys. Akrylnitril erhålls genom oxidativ ammonolys av propen.

akrylnitril

Blåvätesyra erhålls genom oxidativ ammonolys av metan:

(66)

7. Hydroformylering av alkener (oxosyntes)

Vid en temperatur av 30 till 250 ca C och ett tryck av 100-400 atm. i närvaro av dikobaltoktakarbonyl tillsätter alkener väte och kolmonoxid för att bilda aldehyder. Vanligtvis erhålls en blandning av isomerer:

Mekanism:

1. Ligandklyvning

2. Tillsats av eten

3. Införande av eten

4. Fastsättning av en ligand

5. Införande av CO

6. Oxidativ tillsats av väte

7. Reduktiv eliminering av propanal

8. Tillsats av karbener och karbenoider

Under senare år har mycket uppmärksamhet inom organisk kemi ägnats föreningar av tvåvärt kol - karbener. De flesta av karbenerna är instabila och reagerar omedelbart efter bildningen med andra föreningar.

8.1. Karbenernas struktur

Den osubstituerade karbenen:CH2, även kallad metylen, kan vara i singlett- eller triplettform. I singlettformen av en karben är två obindande elektroner med parade spinn i samma orbital, medan i triplettformen är två oparade elektroner med parallella spinn i två orbitaler med samma energi. Olika elektroniska konfigurationer av singlett- och triplettkarbener återspeglas både i olika geometri hos dessa partiklar och i olika kemisk aktivitet. Den tvåvärda kolatomen i singlettkarbenen är i sp 2 -hybridtillståndet, båda elektronerna är belägna i sp 2 -hybridorbitalen (HOMO), och p-orbitalen (LUMO) är fri. Triplettkarbenen kännetecknas av sp-hybridisering av tvåvärt kol; i detta fall är två oparade elektroner placerade på två p-orbitaler, dvs triplettkarbenen är en biradikal. H-C-H-vinkeln för singlettmetylen, enligt spektraldata, är lika med 102-105 0 , och för triplettmetylen ökar denna vinkel till 135140 o . Detta motsvarar den högre stabiliteten hos triplettmetylen. Enligt kvantmekaniska beräkningar är triplettmetylen verkligen 10 kcal/mol stabilare än singlettmetylen.

Substituenter orsakar emellertid en förändring i den relativa stabiliteten för dessa två former av karbener. För dialkylkarbener är triplettformen också mer stabil än singlettformen, men för dihalokarbener : CHal 2 och andra karbener med substituenter som innehåller ett ensamt elektronpar, grundtillståndet är singlett. C1-C-C1-bindningsvinkeln på 106° för diklorkarben stämmer väl överens med singlettformen. Den högre stabiliteten hos singlettformen av dihalokarbener jämfört med triplettformen beror tydligen på dess stabilisering på grund av heteroatomens ensamma elektronpar

Sådan stabilisering av triplettformen av dihalokarbener är omöjlig. Enligt data för kvantmekanisk beräkning är energin för singlett-triplettövergången för diklorkarben 13,5 Kcal/mol.

A. Diklorokarben

För att generera dihalokarbener har metoder utvecklats baserade på reaktionen av a-eliminering av vätehalogenid från trihalometaner under inverkan av starka baser. Denna metod var historiskt sett den första som genererade den första av karbenerna, diklorkarben, som en mellanprodukt (J. Hine 1950). Vid interaktion med starka baser från kloroform (pKa för kloroform är ~16), bromoform (pKa = 9) och andra trihalometaner, bildas en anjon, som stabiliseras genom eliminering av halogenidjonen för att bilda dihalokarben. Genom inverkan av starka baser på kloroform erhålls diklorkarben:

diklorkarben

Organolitiumföreningar i ett indifferent aprotiskt medium kan också användas som bas. Sedan, under -100 0 С, kan bildningen av triklormetyllitium som en mellanprodukt registreras.

Starka baser som RLi kan användas för att generera karbener från 1,1-dihalogenderivat

På senare år, för att generera dihalokarbener istället för n a-butyllitium används i stor utsträckning som basen natriumbis(trimetylsilyl)amid.

Detta frigör en kemiskt inert silazan [bis(trimetylsilyl)amid]. Natriumbis(trimetylsilyl)amid kan, i motsats till n-butyllitium, isoleras i en inert atmosfär i torr form. I praktiken används dess eterlösningar oftare, som kan förvaras i rumstemperatur under lång tid.

Diklorkarben kan också genereras genom termisk dekarboxylering av torrt natriumtrikloracetat:

En av de mest tillgängliga moderna metoderna för generering av diklorkarben från kloroform under inverkan av natriumhydroxid under betingelser för gränsytkatalys kommer att övervägas i detalj senare.

Diklorokarben tillsätts till alkener för att ge diklorcyklopropaner. Tillsatsen sker stereospecifikt - konfigurationen av den initiala alkenen bevaras också i reaktionsprodukten - cyklopropan:

(69)

Trans-2-buten Trans-1,2-dimetyl-3,3-

diklorcyklopropan

(70)

cis-2-buten qiMed-1,2-dimetyl-3,3-

diklorcyklopropan

(71)

7,7-diklorbicykloheptan

Under reduktionen av 1,1-dihalogencyklopropaner under inverkan av litium i mpem-butylalkohol, zink i ättiksyra eller natrium i flytande ammoniak, båda halogenatomerna ersätts med väte. Detta är en av de vanliga metoderna för framställning av cyklopropanderivat.

bicykloheptan

Ex. elva. Kompletta reaktioner:

(Z)-3-metyl-2-pentenmetylencyklohexan

Svar

B. metylen

Metylen kan erhållas genom nedbrytning av diazometan. Diazometan är ett relativt instabilt ämne som sönderfaller till kväve och metylen vid bestrålning.

(73)

diazometan

Metylen:CH2 under fotolysen av diazometan bildas i en mindre stabil singlettform. Under reaktionsförhållandena förlorar singlettmetylen snabbt energi till följd av kollisioner med diazometan- eller kvävemolekyler och förvandlas till mer stabil triplettmetylen.

En singlettkarben kännetecknas av synkron addition till dubbelbindningen av alkenen med fullständigt bevarande av geometrin vid dubbelbindningen (a-cykloadditionsreaktion). Tillägget av singlettformen av karbenen till dubbelbindningen sker således strikt stereospecifikt.

B. Simmons reaktion-Smed

En effektiv och experimentellt mycket enkel metod för omvandling av alkener till cyklopropanderivat är baserad på reaktionen av alkener med metylenjodid och en zink-kopparlegering. Denna reaktion upptäcktes 1958 av Simmons och Smith och fick omedelbart stor popularitet i syntesen av cyklopropanderivat. Den aktiva substansen i denna reaktion är inte en karben : CH 2, och karbenoiden är jodmetylzinkjodid IZnCH 2 I, bildad genom interaktionen av metylenjodid och ett zink-kopparpar.

dijodmetan jodmetylzinkiodid

(Simmons-Smith reagens)

(75)

Reaktionen fortskrider enligt följande mekanism:

Simmons-Smith-reaktionen är en mycket bekväm metod för att omvandla alkener till cyklopropaner.

Ex. 12. Kompletta reaktioner:

Svar

(76)

metylencyklopentan spiroheptan

(77)

styrencyklopropylbensen

I uppgifter i C3-kategorin av Unified State Examination orsakar reaktionerna av oxidation av organiska ämnen med kaliumpermanganat KMnO 4 i en sur miljö, som inträffar med ett brott i kolkedjan, särskilda svårigheter. Till exempel, propenoxidationsreaktionen fortskrider enligt ekvationen:

CH 3 – CH = CH 2 + KMnO4 + H 2 SÅ 4 → CH 3 COOH + CO 2 + MnSO 4 + K 2 SÅ 4 + H 2 Åh

För att ta hänsyn till komplexa redoxekvationer som denna föreslår standardtekniken en elektronisk balans, men efter ytterligare ett försök blir det uppenbart att detta inte räcker. Roten till problemet här ligger i det faktum att koefficienten framför oxidatorn, hämtad från den elektroniska vågen, måste bytas ut. Den här artikeln erbjuder två metoder som låter dig välja rätt faktor framför oxidationsmedlet, för att slutligen utjämna alla element. Substitutionsmetod för att ersätta koefficienten framför oxidationsmedlet är det mer lämpligt för dem som kan räkna länge och noggrant, eftersom arrangemanget av koefficienterna på detta sätt kan vara långvarigt (i detta exempel tog det 4 försök ). Substitutionsmetoden används tillsammans med "TABELL"-metoden, som också diskuteras i detalj i denna artikel. Metod "algebraisk" låter dig byta ut koefficienten framför oxidationsmedlet inte mindre enkelt och tillförlitligt, men mycket snabbare KMnO 4 jämfört med substitutionsmetoden, men har en snävare räckvidd. Den "algebraiska" metoden kan endast användas för att ersätta koefficienten framför oxidationsmedlet KMnO 4 i ekvationerna för oxidationsreaktioner av organiska ämnen som fortskrider med ett brott i kolkedjan.

Ladda ner:

Förhandsvisning:

För att använda förhandsgranskningen, skapa dig ett Google-konto (konto) och logga in: https://accounts.google.com

På ämnet: metodologisk utveckling, presentationer och anteckningar

Arrangemang av koefficienter i kemiska ekvationer

Läraren, som är huvudpersonen i organisationen av elevers kognitiva aktivitet, letar ständigt efter sätt att förbättra effektiviteten i lärandet. Organisation av effektiv utbildning...

St Petersburg State Technological Institute

(Tekniskt universitet)

Institutionen för organisk kemi Fakulteten 4

Grupp 476

Kursarbete

Alkenoxidation

Student……………………………………… Rytina A.I.

Föreläsare………………………………... Piterskaya Yu.L.

Sankt Petersburg

Introduktion

1. Epoxidation (reaktion av N.A. Prilezhaev, 1909)

2. Hydroxylering

2.1anti- Hydroxylering

2.2syn- Hydroxylering

3. Oxidativ klyvning av alkener

4.Ozonolys

5. Oxidation av alkener i närvaro av palladiumsalter

Slutsats

Lista över använda källor

Introduktion

Oxidation är en av de viktigaste och mest utbredda omvandlingarna av organiska föreningar.

Inom organisk kemi förstås oxidation som processer som leder till utarmning av en förening i väte eller dess anrikning på syre. I detta fall tas elektroner bort från molekylen. Följaktligen förstås reduktion som frigörandet från en organisk syremolekyl eller tillsats av väte till den.

I redoxreaktioner är oxidationsmedel föreningar med hög elektronaffinitet (elektrofiler), och reduktionsmedel är föreningar som har en tendens att donera elektroner (nukleofiler). Lättheten för oxidation av föreningen ökar med tillväxten av dess nukleofilicitet.

Under oxidationen av organiska föreningar sker som regel ingen fullständig överföring av elektroner och följaktligen en förändring i valensen av kolatomer. Därför är begreppet oxidationsgrad - den villkorliga laddningen av en atom i en molekyl, beräknad utifrån antagandet att molekylen endast består av joner - endast villkorad, formell.

Vid sammanställning av ekvationerna för redoxreaktioner är det nödvändigt att bestämma reduktionsmedlet, oxidationsmedlet och antalet givna och mottagna elektroner. Som regel väljs koefficienterna med hjälp av elektron-jonbalansmetoden (halvreaktionsmetoden).

Denna metod tar hänsyn till övergången av elektroner från en atom eller jon till en annan, med hänsyn till naturen hos mediet (surt, alkaliskt eller neutralt) där reaktionen äger rum. För att utjämna antalet syre- och väteatomer införs antingen vattenmolekyler och protoner (om mediet är surt) eller vattenmolekyler och hydroxidjoner (om mediet är alkaliskt).

När man skriver reduktions- och oxidationshalvreaktionerna måste man alltså utgå från sammansättningen av de joner som faktiskt finns i lösningen. Ämnen som är dåligt dissocierade, dåligt lösliga eller utvecklade som en gas bör skrivas i molekylform.

Som ett exempel, överväg processen för etylenoxidation med en utspädd vattenlösning av kaliumpermanganat (Wagner-reaktion). Under denna reaktion oxideras etylen till etylenglykol och kaliumpermanganat reduceras till mangandioxid. Två hydroxyler tillsätts vid platsen för dubbelbindningen:

3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O → 3C2H6O2 + 2MnO2 + 2KOH

Reduktionshalvreaktion: MnO 4 ¯ + 2H 2 O + 3 e→ MnO 2 + 4OH ¯ 2

Oxidationshalvreaktion: C 2 H 4 + 2OH − − 2 e → C2H6O23

Slutligen har vi i jonform:

2MnO4 ¯ + 4H 2 O + 3C 2 H 4 + 6OH ¯ → 2MnO 2 + 8OH ¯ + 3C 2 H 6 O 2

Efter att ha utfört de nödvändiga reduktionerna av liknande termer skriver vi ekvationen i molekylär form:

3C2H4 + 2KMnO4 + 4 H2O \u003d 3C2H6O2 + 2MnO2 + 2KOH.

Egenskaper hos vissa oxidationsmedel

Syre

Luftsyre används i stor utsträckning i tekniska processer, eftersom det är det billigaste oxidationsmedlet. Men oxidation med luftsyre är fylld med svårigheter förknippade med kontrollen av processen, som fortsätter i olika riktningar. Oxidationen utförs vanligtvis vid hög temperatur i närvaro av katalysatorer.

Ozon

Ozon O 3 används för att få fram aldehyder och ketoner, om det är svårt att få fram dem på annat sätt. Oftast används ozon för att fastställa strukturen av omättade föreningar. Ozon produceras genom inverkan av en tyst elektrisk urladdning på syre. En av de betydande fördelarna med ozonering, jämfört med klorering, är frånvaron av gifter efter behandling.

Kaliumpermanganat

Kaliumpermanganat är det vanligaste oxidationsmedlet. Reagenset är lösligt i vatten (6,0 % vid 20ºC), samt i metanol, aceton och ättiksyra. För oxidation används vattenhaltiga (ibland aceton) lösningar av KMnO 4 i ett neutralt, surt eller alkaliskt medium. När processen genomförs i en neutral miljö tillsätts salter av magnesium, aluminium till reaktionsmassan eller så passerar koldioxid för att neutralisera den kaliumhydroxid som frigörs under reaktionen. Oxidationsreaktionen av KMnO 4 i en sur miljö utförs oftast i närvaro av svavelsyra. Den alkaliska miljön under oxidation skapas av den KOH som bildas under reaktionen, eller så tillsätts den initialt till reaktionsmassan. I lätt alkaliska och neutrala medier oxiderar KMnO 4 enligt ekvationen:

KMnO4+ 3 e+ 2H2O \u003d K+ + MnO2 + 4OH ¯

i en sur miljö:

KMnO4+ 5 e+ 8H+ = K++ Mn2+ + 4H2O

Kaliumpermanganat används för att erhålla 1,2-dioler från alkener, vid oxidation av primära alkoholer, aldehyder och alkylarener till karboxylsyror, och även för oxidativ klyvning av kolskelettet vid multipla bindningar.

I praktiken används vanligtvis ett ganska stort överskott (mer än 100 %) av KMnO 4. Detta beror på det faktum att KMnO 4 under normala förhållanden delvis sönderdelas till mangandioxid med frisättning av O 2 . Nedbryts explosivt med koncentrerad H 2 SO 4 vid upphettning i närvaro av reduktionsmedel; blandningar av kaliumpermanganat med organiska ämnen är också explosiva.

Persyror

Perättiksyra och permyrsyra erhålls genom att reagera 25-90% väteperoxid med motsvarande karboxylsyra enligt följande reaktion:

RCOOH + H 2 O 2 \u003d RCOOOH + H 2 O

När det gäller ättiksyra etableras denna jämvikt relativt långsamt, och svavelsyra tillsätts vanligtvis som en katalysator för att påskynda bildningen av persyra. Myrsyra är stark nog på egen hand för att ge en snabb jämvikt.

Pertrifluorättiksyra, erhållen i en blandning med trifluorättiksyra genom reaktion av trifluorättiksyraanhydrid med 90 % väteperoxid, är ett ännu starkare oxidationsmedel. På liknande sätt kan perättiksyra erhållas från ättiksyraanhydrid och väteperoxid.

Fast m-klorperbensoesyra, eftersom den är relativt säker att hantera, ganska stabil och kan lagras under lång tid.

Oxidation uppstår på grund av den frigjorda syreatomen:

RCOOOH = RCOOH + [O]

Persyror används för att erhålla epoxider från alkener, såväl som laktoner från alicykliska ketoner.

Väteperoxid

Väteperoxid är en färglös vätska, blandbar med vatten, etanol och dietyleter. En 30% lösning av H 2 O 2 kallas perhydrol. En högkoncentrerad beredning kan reagera explosivt med organiska ämnen. Vid lagring sönderfaller det till syre och vatten. Persistensen av väteperoxid ökar med utspädning. För oxidation används vattenlösningar av olika koncentrationer (från 3 till 90%) i neutrala, sura eller alkaliska medier.

H 2 O 2 \u003d H 2 O + [O]

Genom inverkan av detta reagens på a,β-omättade karbonylföreningar i ett alkaliskt medium erhålls motsvarande epoxialdehyder och ketoner, persyror syntetiseras genom oxidation av karboxylsyror i ett surt medium. En 30 % lösning av H 2 O 2 i ättiksyra oxiderar alkener till 1,2-dioler. Väteperoxid används: för att erhålla organiska och oorganiska peroxider, Na-perborat och perkarbonat; som ett oxidationsmedel i raketbränslen; vid mottagande av epoxider, hydrokinon, pyrokatekol, etylenglykol, glycerin, vulkaniseringsacceleratorer av tiuramgruppen, etc.; för blekning av oljor, fetter, päls, läder, textilmaterial, papper; för rengöring av germanium och kiselhalvledarmaterial; som ett desinfektionsmedel för neutralisering av hushålls- och industriavloppsvatten; inom medicin; som en källa för O 2 i ubåtar; H 2 O 2 är en del av Fentons reagens (Fe 2 + + H 2 O 2), som används som en källa för OH-fria radikaler i organisk syntes.

Rutenium- och osmiumtetroxider

Osmiumtetroxid OsO 4 är ett vitt till ljusgult pulver med smp. 40,6ºС; t. kip. 131,2ºС. Sublimerar redan vid rumstemperatur, lösligt i vatten (7,47 g i 100 ml vid 25ºС), СCl 4 (250 g i 100 g lösningsmedel vid 20ºС). I närvaro av organiska föreningar blir det svart på grund av reduktion till OsO 2 .

RuO 4 är ett guldgult prisma med så pl. 25,4ºС, sublimeras märkbart vid rumstemperatur. Svårlöslig i vatten (2,03 g i 100 ml vid 20ºС), mycket löslig i CCl 4 . Ett starkare oxidationsmedel än OsO 4 . Över 100ºС exploderar. Liksom osmiumtetroxid har den hög toxicitet och höga kostnader.

Dessa oxidationsmedel används för oxidation av alkener till a-glykoler under milda förhållanden.