Beschreibung der Präsentation REDOX-REAKTIONEN MIT ORGANISCHEN STOFFEN auf Folien

REDOX-REAKTIONEN UNTER BETEILIGUNG ORGANISCHER STOFFE Kochuleva L.R., Chemielehrerin, Lyzeum Nr. 9, Orenburg

In der organischen Chemie wird Oxidation als ein Prozess definiert, bei dem eine Verbindung durch Umwandlung einer funktionellen Gruppe von einer Kategorie in eine höhere übergeht: Alken Alkohol Aldehyd (Keton) Carbonsäure. Die meisten Oxidationsreaktionen beinhalten die Einführung eines Sauerstoffatoms in das Molekül oder die Bildung einer Doppelbindung mit einem bereits vorhandenen Sauerstoffatom durch den Verlust von Wasserstoffatomen.

OXIDIERMITTEL Für die Oxidation organischer Substanzen werden gewöhnlich Verbindungen von Übergangsmetallen, Sauerstoff, Ozon, Peroxiden und Verbindungen von Schwefel, Selen, Jod, Stickstoff und anderen verwendet. Von den Oxidationsmitteln auf Basis von Übergangsmetallen werden hauptsächlich Chrom(VI)- und Mangan(VII)-, (VI)- und (IV)-Verbindungen verwendet. Die gebräuchlichsten Chrom(VI)-Verbindungen sind eine Lösung von Kaliumdichromat K 2 Cr 2 O 7 in Schwefelsäure, eine Lösung von Chromtrioxid Cr. O 3 in verdünnter Schwefelsäure.

OXIDIERMITTEL Bei der Oxidation organischer Substanzen wird Chrom(VI) in jedem Medium zu Chrom(III) reduziert, jedoch findet die Oxidation in alkalischem Medium in der organischen Chemie keine praktische Anwendung. Kaliumpermanganat KMn. O 4 zeigt in verschiedenen Umgebungen unterschiedliche Oxidationseigenschaften, während die Stärke des Oxidationsmittels in einer sauren Umgebung zunimmt. Kaliummanganat K 2 Mn. O 4 und Mangan(IV)oxid Mn. O 2 zeigt nur im sauren Milieu oxidierende Eigenschaften

ALKENE Je nach Art des Oxidationsmittels und den Reaktionsbedingungen entstehen verschiedene Produkte: zweiwertige Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren Bei der Oxidation mit einer wässrigen Lösung von KMn. O 4 bei Raumtemperatur bricht die π-Bindung und es bilden sich zweiwertige Alkohole (Wagner-Reaktion): Verfärbung der Kaliumpermanganatlösung - eine qualitative Reaktion für eine Mehrfachbindung

ALKENE Oxidation von Alkenen mit einer konzentrierten Lösung von Kaliumpermanganat KMn. O 4 oder Kaliumdichromat K 2 Cr 2 O 7 in saurem Medium wird von einem Bruch nicht nur von π-, sondern auch von σ-Bindungen begleitet. Reaktionsprodukte - Carbonsäuren und Ketone (abhängig von der Struktur des Alkens) Mit dieser Reaktion , die Produkte der Alkenoxidation kann die Position der Doppelbindung in ihrem Molekül bestimmt werden:

ALKENE 5 CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 +8 KMn. O 4 +12 H 2 SO 4 → 10 CH 3 COOH +8 Mn. SO 4 + 4 K 2 SO 4 + 12 H 2 O 5 CH 3 –CH=CH-CH 2 -CH 3 +8 KMn. O 4 + 12 H 2 SO 4 → 5 CH 3 COOH +5 CH 3 CH 2 COOH +8 Mn. SO 4 +4 K 2 SO 4 +12 H 2 O CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 +2 KMn. O 4 + 3 H 2 SO 4 → CH 3 CH 2 COOH + CO 2 + 2 Mn. SO 4 + K 2 SO 4 + 4 H 2 O

ALKENE Verzweigte Alkene, die am durch eine Doppelbindung verbundenen Kohlenstoffatom einen Kohlenwasserstoffrest enthalten, bilden bei der Oxidation ein Gemisch aus Carbonsäure und Keton:

ALKENE 5 CH 3 -CH \u003d C-CH 3 + 6 KMn. O 4 +9 H 2 SO 4 → │ CH 3 5 CH 3 COOH + 5 O \u003d C-CH 3 + 6 Mn. SO 4 + 3 K 2 SO 4+ │ CH 3 9 H 2 O

ALKENE Verzweigte Alkene, die an beiden Kohlenstoffatomen Kohlenwasserstoffreste enthalten, die durch eine Doppelbindung verbunden sind, bilden bei der Oxidation ein Ketongemisch:

ALKENE 5 CH 3 -C=C-CH 3 + 4 KMn. O 4 +6 H 2 SO 4 → │ │ CH 3 10 O \u003d C-CH 3 + 4 Mn. SO 4 + 2 K 2 SO 4 + 6 H 2 O │ CH

ALKENE Durch die katalytische Oxidation von Alkenen mit Luftsauerstoff werden Epoxide erhalten: Alkene verbrennen unter harschen Bedingungen an der Luft wie andere Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Wasser: C 2 H 4 + 3 O 2 → 2 CO 2 + 2 H 2 O

ALKADIENE CH 2 =CH-CH=CH 2 Es gibt zwei endständige Doppelbindungen im oxidierten Molekül, daher werden zwei Moleküle Kohlendioxid gebildet. Das Kohlenstoffgerüst ist nicht verzweigt, daher werden bei der Oxidation des 2. und 3. Kohlenstoffatoms Carboxylgruppen CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2 + 4 KMn gebildet. O 4 + 6 H 2 SO 4 → 2 CO 2 + HCOO−COOH + 4 Mn. SO 4 + 2 K 2 SO 4 + 8 H 2 O

ALKYNE Alkine werden leicht durch Kaliumpermanganat und Kaliumdichromat an der Stelle einer Mehrfachbindung oxidiert, wenn Alkine mit einer wässrigen Lösung von KMn behandelt werden. O 4 verfärbt sich (qualitative Reaktion auf eine Mehrfachbindung) Bei der Reaktion von Acetylen mit einer wässrigen Lösung von Kaliumpermanganat entsteht ein Salz der Oxalsäure (Kaliumoxalat):

ALKYNE Acetylen kann mit Kaliumpermanganat in neutralem Medium zu Kaliumoxalat oxidiert werden: 3 CH≡CH +8 KMn. O 4 → 3 KOOC–COOK +8 Mn. O 2 +2 KOH +2 H 2 O In einer sauren Umgebung erfolgt die Oxidation zu Oxalsäure oder Kohlendioxid: 5 CH≡CH +8 KMn. O 4 + 12 H 2 SO 4 → 5 HOOC – COOH + 8 Mn. SO 4 +4 K 2 SO 4 +12 H 2 O CH≡CH + 2 KMn. O 4 +3 H 2 SO 4 \u003d 2 CO 2 + 2 Mn. SO 4 + 4 H 2 O + K 2 SO

ALKYNE Die Oxidation mit Kaliumpermanganaten in saurem Medium geht beim Erhitzen mit einem Bruch der Kohlenstoffkette an der Stelle der Dreifachbindung einher und führt zur Bildung von Säuren: Die Oxidation von Alkinen, die am äußersten Kohlenstoffatom eine Dreifachbindung enthalten, wird begleitet von diese Bedingungen durch die Bildung von Carbonsäure und CO 2:

ALKYNE 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 3C≡CH+8KMn. O 4+11 KOH → CH 3 COOK + K 2 CO 3 + 8 K 2 Mn. O 4 +6 H 2 O

Cycloalkane und Cycloalkene Cycloalkane und Cycloalkene bilden unter Einwirkung starker Oxidationsmittel (KMn. O 4 , K 2 Cr 2 O 7 ua) zweibasige Carbonsäuren mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen: 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. SO 4 + 12 H 2 O

ARENE Benzol Bei Raumtemperatur beständig gegen Oxidationsmittel Reagiert nicht mit wässrigen Lösungen von Kaliumpermanganat, Kaliumdichromat und anderen Oxidationsmitteln Kann mit Ozon zu Dialdehyd oxidiert werden:

ARENE Benzol-Homologe Oxidieren relativ leicht. Die Seitenkette wird oxidiert, in Toluol - die Methylgruppe. Milde Oxidationsmittel (Mn. O 2) oxidieren die Methylgruppe zur Aldehydgruppe: C 6 H 5 CH 3+2 Mn. O 2 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 CHO + 2 Mn. SO 4 + 3 H 2 O

ARENA Stärkere Oxidationsmittel - KMn. O 4 in saurem Medium oder Chromgemisch oxidiert beim Erhitzen die Methylgruppe zu einer Carboxylgruppe: In neutralem oder leicht alkalischem Medium entsteht nicht Benzoesäure selbst, sondern ihr Salz, Kaliumbenzoat:

ARENE In saurem Medium 5 C 6 H 5 CH 3 +6 KMn. O 4 +9 H 2 SO 4 → 5 C 6 H 5 COOH + 6 Mn. SO 4 +3 K 2 SO 4 + 14 H 2 O In neutraler Umgebung C 6 H 5 CH 3 +2 KMn. O 4 \u003d C 6 H 5 KOCHEN + 2 Mn. O 2 + KOH + H 2 O Im alkalischen Milieu C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4 KMn. O 4 \u003d C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2 H 2 O + 4 Mn. O2 + KOH

ARENE Unter Einwirkung starker Oxidationsmittel (KMn. O 4 in saurem Milieu oder Chromgemisch) werden die Seitenketten unabhängig von der Struktur oxidiert: das direkt am Benzolring gebundene Kohlenstoffatom zu einer Carboxylgruppe, der restliche Kohlenstoff Atome in der Seitenkette zu CO 2 Oxidation eines beliebigen homologen Benzols mit einer Seitenkette unter Einwirkung von KMn. O 4 in saurer Umgebung oder ein Chromgemisch führt zur Bildung von Benzoesäure:

ARENE Benzolhomologe mit mehreren Seitenketten bilden bei der Oxidation die entsprechenden mehrbasigen aromatischen Säuren:

ARENE In neutralem oder leicht alkalischem Medium entsteht durch Oxidation mit Kaliumpermanganat ein Carbonsäuresalz und Kaliumcarbonat:

ARENA 5 C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12 KMn. O 4 + 18 H 2 SO 4 -> 5 C 6 H 5 -COOH + 5 CO 2 + 12 Mn. SO 4 + 6 K 2 SO 4 + 28 H 2 O C 6 H 5 -C 2 H 5 +4 KMn. O 4 → C 6 H 5 -COOK + K 2 CO 3 + KOH +4 Mn. O 2 +2 H 2 O 5 C 6 H 5 -CH (CH 3) 2 + 18 KMn. O 4 + 27 H 2 SO 4 ---> 5 C 6 H 5 -COOH + 10 CO 2 + 18 Mn. SO 4 + 9 K 2 SO 4 + 42 H 2 O 5 CH 3 -C 6 H 4 -CH 3 +12 KMn. O 4 +18 H 2 SO 4 → 5 C 6 H 4 (COOH) 2 +12 Mn. SO 4 + 6 K 2 SO 4 + 28 H 2 O CH 3 -C 6 H 4 -CH 3 + 4 KMn. O 4 → C 6 H 4(COOK)2 +4 Mn. O 2 + 2 KOH + 2 H 2 O

STYROL Oxidation von Styrol (Vinylbenzol) mit einer Lösung von Kaliumpermanganat in einem sauren und neutralen Medium: 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 Oxidation mit einem starken Oxidationsmittel – Kaliumpermanganat in saurem Medium – führt zum vollständigen Aufbrechen der Doppelbindung und zur Bildung von Kohlendioxid und Benzoesäure, die Lösung wird farblos. C 6 H 5 -CH=CH 2 + 2 KMn. O 4 + 3 H 2 SO 4 → C 6 H 5 -COOH + CO 2 + K 2 SO 4 + 2 Mn. SO 4 +4 H 2 O

ALKOHOLE Die am besten geeigneten Oxidationsmittel für primäre und sekundäre Alkohole sind: KMn. O 4 Chrom-Gemisch. Primäre Alkohole, außer Methanol, werden zu Aldehyden oder Carbonsäuren oxidiert:

ALKOHOLE Methanol wird zu CO 2 oxidiert: Ethanol wird unter Einwirkung von Cl 2 zu Acetaldehyd oxidiert: Sekundäre Alkohole werden zu Ketonen oxidiert:

ALKOHOLE Zweiwertiger Alkohol, Ethylenglykol HOCH 2 -CH 2 OH, beim Erhitzen in einem sauren Medium mit einer Lösung von KMn. O 4 oder K 2 Cr 2 O 7 werden leicht zu Oxalsäure und im Neutralzustand zu Kaliumoxalat oxidiert. 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. O 2 + 2 KOH + 8 H 2 O

PHENOLE Sie werden aufgrund des Vorhandenseins einer Hydroxogruppe, die mit dem Benzolring verbunden ist, leicht oxidiert.Phenol wird durch Wasserstoffperoxid in Gegenwart eines Katalysators zu zweiatomigemPhenolpyrocatechin oxidiert, und wenn es mit einer Chrommischung oxidiert wird,zu para-Benzochinon:

ALDEHYDE UND KETONE Aldehyde werden leicht oxidiert, während die Aldehydgruppe zu einer Carboxylgruppe oxidiert wird: 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 \u003d O + K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4 \u003d 3 CH 3 COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + 7 H 2 O Methanal wird zu CO oxidiert 2:

ALDEHYDE UND KETONE Qualitative Reaktionen zu Aldehyden: Oxidation mit Kupfer(II)-hydroxid „Silberspiegel“-Reaktion Salz, nicht Säure!

ALDEHYDE UND KETONE Ketone lassen sich nur schwer oxidieren, schwache Oxidationsmittel wirken nicht auf sie ein Unter Einwirkung starker Oxidationsmittel brechen C-C-Bindungen auf beiden Seiten der Carbonylgruppe zu einem Gemisch von Säuren (bzw. Ketonen) mit geringerer Anzahl von Kohlenstoffatomen als in der ursprünglichen Verbindung:

ALDEHYDE UND KETONE Bei einer asymmetrischen Ketonstruktur erfolgt die Oxidation überwiegend von der Seite des weniger hydrierten Kohlenstoffatoms an der Carbonylgruppe (Popov-Wagner-Regel) Aus den Oxidationsprodukten des Ketons lässt sich dessen Struktur ableiten gegründet:

AMEISÄURE Unter den gesättigten einbasigen Säuren wird nur Ameisensäure leicht oxidiert. Dies liegt daran, dass in Ameisensäure neben der Carboxylgruppe auch eine Aldehydgruppe isoliert werden kann. 5 NONNEN + 2 KMn. O 4 + 3 H 2 SO 4 → 2 Mn. SO 4 + K 2 SO 4 + 5 CO 2 + 8 H 2 O Ameisensäure reagiert mit einer Ammoniaklösung aus Silberoxid und Kupfer (II) -hydroxid 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 Außerdem wird Ameisensäure durch Chlor oxidiert: HCOOH + Cl 2 → CO 2 + 2 HCl

UNGESÄTTIGTE CARBONSÄUREN Leicht oxidierbar mit einer wässrigen Lösung von KMn. O 4 in schwach alkalischem Medium unter Bildung von Dihydroxysäuren und deren Salzen: In saurem Medium bricht das Kohlenstoffgerüst an der Stelle der C=C-Doppelbindung unter Bildung eines Säuregemisches:

OXALSÄURE Leicht oxidierbar durch KMn. O 4 in saurer Umgebung beim Erhitzen zu CO 2 (Permanganatometrie-Methode): Beim Erhitzen kommt es zur Decarboxylierung (Disproportionierungsreaktion): In Gegenwart von konzentrierter H 2 SO 4 disproportionieren beim Erhitzen Oxalsäure und ihre Salze (Oxalate):

Wir schreiben die Reaktionsgleichungen auf: 1) CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 2) 3) 4) 5) 16,32 % (36,68 %, 23,82 %) Pt, bis X 3 X 2 Pt, bis. KMn. O 4 KOH X 4 Heptan KOH, zu Benzol. X 1 Fe, HCl. HNO 3 H 2 SO 4 CH 3 + 4 H 2 CH 3 + 6 KMn. O 4 + 7 KOHCOOK + 6 K 2 Mn. O 4 + 5 H 2 O COOK + KOH+ K 2 CO 3 zu 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 HC l

Bei Redoxreaktionen organische Substanzen weisen häufiger die Eigenschaften von Reduktionsmitteln auf, während sie selbst oxidiert werden. Die Leichtigkeit der Oxidation organischer Verbindungen hängt von der Verfügbarkeit von Elektronen bei der Wechselwirkung mit einem Oxidationsmittel ab. Alle bekannten Faktoren, die eine Erhöhung der Elektronendichte in den Molekülen organischer Verbindungen verursachen (z. B. positive induktive und mesomere Effekte), erhöhen deren Oxidationsfähigkeit und umgekehrt.

Die Oxidationsneigung organischer Verbindungen steigt mit deren Wachstum Nucleophilie, was den folgenden Zeilen entspricht:

Das Wachstum der Nucleophilie in der Reihe

Prüfen Redoxreaktionen Vertreter der wichtigsten Klassen organische Materie mit einigen anorganischen Oxidationsmitteln.

Alkenoxidation

Durch milde Oxidation werden Alkene in Glykole (zweiwertige Alkohole) umgewandelt. Die reduzierenden Atome in diesen Reaktionen sind Kohlenstoffatome, die durch eine Doppelbindung verbunden sind.

Die Reaktion mit einer Lösung von Kaliumpermanganat verläuft in neutralem oder schwach alkalischem Medium wie folgt:

3C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

Unter verschärften Bedingungen führt die Oxidation zum Bruch der Kohlenstoffkette an der Doppelbindung und zur Bildung von zwei Säuren (in stark alkalischem Medium zwei Salze) oder einer Säure und Kohlendioxid (in stark alkalischem Medium ein Salz und ein Karbonat):

1) 5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O

2) 5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O

3) CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 10KOH → CH 3 COOK + C 2 H 5 COOK + 6H 2 O + 8K 2 MnO 4

4) CH 3 CH \u003d CH 2 + 10 KMnO 4 + 13 KOH → CH 3 COOK + K 2 CO 3 + 8 H 2 O + 10 K 2 MnO 4

Kaliumdichromat in einem Schwefelsäuremedium oxidiert Alkene ähnlich wie die Reaktionen 1 und 2.

Bei der Oxidation von Alkenen, bei denen Kohlenstoffatome in der Doppelbindung zwei Kohlenstoffradikale enthalten, entstehen zwei Ketone:

Alkin-Oxidation

Alkine oxidieren unter etwas strengeren Bedingungen als Alkene, daher oxidieren sie normalerweise mit der Dreifachbindung, die die Kohlenstoffkette bricht. Wie bei den Alkenen handelt es sich bei den reduzierenden Atomen auch hier um durch eine Mehrfachbindung verknüpfte Kohlenstoffatome. Als Ergebnis der Reaktionen werden Säuren und Kohlendioxid gebildet. Die Oxidation kann beispielsweise mit Permanganat oder Kaliumdichromat in saurer Umgebung durchgeführt werden:

5CH 3 C≡CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O

Acetylen kann mit Kaliumpermanganat in neutralem Medium zu Kaliumoxalat oxidiert werden:

3CH≡CH +8KMnO 4 → 3KOOC –COOK +8MnO 2 +2KOH +2H 2 O

In einer sauren Umgebung geht die Oxidation zu Oxalsäure oder Kohlendioxid über:

5CH≡CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5HOOC -COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O
CH≡CH + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 → 2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4

Oxidation von Benzolhomologen

Benzol oxidiert selbst unter ziemlich harten Bedingungen nicht. Benzol-Homologe können mit einer Lösung von Kaliumpermanganat in neutralem Medium zu Kaliumbenzoat oxidiert werden:

C 6 H 5 CH 3 + 2 KMnO 4 → C 6 H 5 COOK + 2 MnO 2 + KOH + H 2 O

C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4 KMnO 4 → C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2 H 2 O + 4 MnO 2 + KOH

Die Oxidation von Benzolhomologen mit Dichromat oder Kaliumpermanganat in saurem Medium führt zur Bildung von Benzoesäure.

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

Alkoholoxidation

Die direkten Produkte der Oxidation von primären Alkoholen sind Aldehyde, während die von sekundären Alkoholen Ketone sind.

Die bei der Oxidation von Alkoholen gebildeten Aldehyde werden leicht zu Säuren oxidiert, daher werden Aldehyde aus primären Alkoholen durch Oxidation mit Kaliumdichromat in saurem Medium beim Siedepunkt des Aldehyds erhalten. Verdunstende Aldehyde haben keine Zeit zu oxidieren.

3C 2 H 5 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

Mit einem Überschuss an Oxidationsmittel (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) in beliebigen Medien werden primäre Alkohole zu Carbonsäuren oder deren Salzen und sekundäre Alkohole zu Ketonen oxidiert.

5C 2 H 5 OH + 4 KMnO 4 + 6 H 2 SO 4 → 5 CH 3 COOH + 4 MnSO 4 + 2 K 2 SO 4 + 11 H 2 O

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

Tertiäre Alkohole werden unter diesen Bedingungen nicht oxidiert, aber Methylalkohol wird zu Kohlendioxid oxidiert.

Zweiwertiger Alkohol, Ethylenglycol HOCH 2 -CH 2 OH, wird beim Erhitzen in einem sauren Medium mit einer Lösung von KMnO 4 oder K 2 Cr 2 O 7 leicht zu Oxalsäure und im Neutralzustand zu Kaliumoxalat oxidiert.

5CH 2 (OH) - CH 2 (OH) + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5HOOC -COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 22H 2 O

3CH 2 (OH) - CH 2 (OH) + 8KMnO 4 → 3KOOC -COOK + 8MnO 2 + 2KOH + 8H 2 O

Oxidation von Aldehyden und Ketonen

Aldehyde sind ziemlich starke Reduktionsmittel und werden daher leicht durch verschiedene Oxidationsmittel oxidiert, zum Beispiel: KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, OH, Cu (OH) 2. Alle Reaktionen finden beim Erhitzen statt:

3CH 3 CHO + 2KMnO 4 → CH 3 COOH + 2CH 3 COOK + 2MnO 2 + H 2 O

3CH 3 CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 3 COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

CH 3 CHO + 2KMnO 4 + 3KOH → CH 3 COOK + 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O

5CH 3 CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

CH 3 CHO + Br 2 + 3 NaOH → CH 3 COONa + 2 NaBr + 2 H 2 O

Silberspiegelreaktion

Mit einer Ammoniaklösung von Silberoxid werden Aldehyde zu Carbonsäuren oxidiert, die in einer Ammoniaklösung Ammoniumsalze ergeben („Silberspiegel“-Reaktion):

CH 3 CH \u003d O + 2OH → CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3

CH 3 -CH \u003d O + 2Cu (OH) 2 → CH 3 COOH + Cu 2 O + 2H 2 O

Ameisenaldehyd (Formaldehyd) wird in der Regel zu Kohlendioxid oxidiert:

5HCOH + 4KMnO4 (Hütte) + 6 H 2 SO 4 → 4 MnSO 4 + 2 K 2 SO 4 + 5 CO 2 + 11 H 2 O

3CH 2 O + 2 K 2 Cr 2 O 7 + 8 H 2 SO 4 → 3 CO 2 + 2 K 2 SO 4 + 2 Cr 2 (SO 4) 3 + 11 H 2 O

HCHO + 4OH → (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag↓ + 2H 2 O + 6NH 3

HCOH + 4Cu(OH) 2 → CO 2 + 2Cu 2 O↓ + 5H 2 O

Ketone werden unter strengen Bedingungen durch starke Oxidationsmittel unter Aufbrechen von C-C-Bindungen oxidiert und ergeben Mischungen von Säuren:

Carbonsäuren. Unter den Säuren haben Ameisen- und Oxalsäure stark reduzierende Eigenschaften, die zu Kohlendioxid oxidiert werden.

HCOOH + HgCl 2 \u003d CO 2 + Hg + 2 HCl

HCOOH + Cl 2 \u003d CO 2 + 2 HCl

HOOC-COOH + Cl 2 \u003d 2CO 2 + 2HCl

Ameisensäure weist neben sauren Eigenschaften auch einige Eigenschaften von Aldehyden auf, insbesondere reduzierend. Anschließend wird es zu Kohlendioxid oxidiert. Zum Beispiel:

2KMnO4 + 5HCOOH + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5CO2 + 8H2O

Beim Erhitzen mit starken Entwässerungsmitteln (H2SO4 (konz.) oder P4O10) zersetzt es sich:

HCOOH → (t)CO + H2O

Katalytische Oxidation von Alkanen:

Katalytische Oxidation von Alkenen:

Phenoloxidation:

Redoxprozesse sind schon lange von Interesse für Chemiker und sogar Alchemisten. Unter den chemischen Reaktionen, die in Natur, Alltag und Technik ablaufen, sind viele Redoxreaktionen: Brennstoffverbrennung, Nährstoffoxidation, Gewebeatmung, Photosynthese, Lebensmittelverderb usw. An solchen Reaktionen können sowohl anorganische als auch organische Substanzen beteiligt sein. Wenn aber im Schulunterricht der Anorganischen Chemie die den Redoxreaktionen gewidmeten Abschnitte einen bedeutenden Platz einnehmen, dann wird diesem Thema im Studium der Organischen Chemie zu wenig Beachtung geschenkt.

Was sind Redoxprozesse?

Alle chemischen Reaktionen können in zwei Arten unterteilt werden. Die erste umfasst Reaktionen, die ablaufen, ohne den Oxidationszustand der Atome zu ändern, aus denen die Reaktanten bestehen.

Der zweite Typ umfasst alle Reaktionen, die mit einer Änderung des Oxidationszustands der Atome, aus denen die Reaktanten bestehen, auftreten.

Reaktionen, die bei einer Änderung des Oxidationszustands der Atome, aus denen die Reaktanten bestehen, auftreten, werden als Redoxreaktionen bezeichnet.

Aus heutiger Sicht ist eine Änderung der Oxidationsstufe mit dem Entzug oder der Bewegung von Elektronen verbunden. Daher kann man neben dem oben Gesagten auch eine solche Definition von Redoxreaktionen geben: Dies sind Reaktionen, bei denen Elektronen von einem Atom, Molekül oder Ionen auf andere übertragen werden.

Betrachten wir die wichtigsten Bestimmungen zur Theorie der Redoxreaktionen.

1. Oxidation ist der Prozess der Abgabe eines Elektrons durch ein Atom, Molekül oder Ion von Elektronen, während die Oxidationsstufen zunehmen.

2. Erholung ist der Vorgang, bei dem einem Atom, Molekül oder Ion Elektronen hinzugefügt werden, während der Oxidationszustand abnimmt.

3. Atome, Moleküle oder Ionen, die Elektronen abgeben, nennt man Reduktionsmittel. Während der Reaktion werden sie oxidiert. Atome, Moleküle oder Ionen, die Elektronen aufnehmen, nennt man Oxidationsmittel. Während der Reaktion werden sie wiederhergestellt.

4. Oxidation ist immer von Reduktion begleitet; Reduktion ist immer mit Oxidation verbunden, was durch Gleichungen ausgedrückt werden kann.

Daher sind Redoxreaktionen eine Einheit zweier gegensätzlicher Prozesse - Oxidation und Reduktion. Bei diesen Reaktionen ist die Anzahl der vom Reduktionsmittel abgegebenen Elektronen gleich der Anzahl der vom Oxidationsmittel hinzugefügten Elektronen. In diesem Fall sprechen wir, unabhängig davon, ob die Elektronen vollständig von einem Atom zum anderen übergehen oder nur teilweise von einem der Atome angezogen werden, bedingt nur von der Rückkehr und Anlagerung von Elektronen.

Redoxreaktionen organischer Substanzen sind die wichtigste Eigenschaft, die diese Substanzen verbindet. Die Oxidationsneigung organischer Verbindungen hängt mit dem Vorhandensein von Mehrfachbindungen, funktionellen Gruppen, Wasserstoffatomen an dem die funktionelle Gruppe enthaltenden Kohlenstoffatom zusammen.

Die Verwendung des Begriffs "Oxidationszustand" (CO) in der organischen Chemie ist sehr begrenzt und findet vor allem Anwendung bei der Formulierung von Gleichungen für Redoxreaktionen. Berücksichtigt man jedoch, dass eine mehr oder weniger konstante Zusammensetzung der Reaktionsprodukte nur bei vollständiger Oxidation (Verbrennung) organischer Substanzen möglich ist, entfällt die Zweckmäßigkeit, die Koeffizienten in den Reaktionen unvollständiger Oxidation anzuordnen. Aus diesem Grund beschränken sie sich meist darauf, ein Schema für die Umwandlungen organischer Verbindungen zu erstellen.

Es scheint uns wichtig, den Wert des CO des Kohlenstoffatoms bei der Untersuchung der Gesamtheit der Eigenschaften organischer Verbindungen anzugeben. Die Systematisierung von Informationen über Oxidationsmittel und die Herstellung einer Beziehung zwischen der Struktur organischer Substanzen und ihrem CO wird den Schülern helfen, Folgendes zu lernen:

Wählen Sie Labor- und Industrie-Oxidationsmittel;

Finden Sie die Abhängigkeit der Redoxfähigkeit organischer Materie von ihrer Struktur;

Stellen Sie eine Beziehung zwischen einer Klasse organischer Substanzen und einem Oxidationsmittel mit der erforderlichen Stärke, dem Aggregatzustand und dem Wirkungsmechanismus her;

Sagen Sie Reaktionsbedingungen und erwartete Oxidationsprodukte voraus.

Bestimmung der Oxidationsstufe von Atomen in organischen Substanzen

Der Oxidationszustand eines beliebigen Kohlenstoffatoms in organischem Material entspricht der algebraischen Summe aller seiner Bindungen mit elektronegativeren Elementen (Cl, O, S, N usw.), die mit dem „+“ -Zeichen berücksichtigt werden, und Bindungen mit Wasserstoffatome (oder ein anderes elektropositiveres Element), mit dem „-“-Zeichen berücksichtigt. Dabei werden Bindungen zu benachbarten Kohlenstoffatomen nicht berücksichtigt.

Lassen Sie uns die Oxidationsstufen von Kohlenstoffatomen in den Molekülen des gesättigten Kohlenwasserstoffs Propan und Ethanolalkohol bestimmen:

Die sequentielle Oxidation organischer Substanzen kann als folgende Umwandlungskette dargestellt werden:

Gesättigter Kohlenwasserstoff Ungesättigter Kohlenwasserstoff Alkohol Aldehyde (Keton) Carbonsäure CO + HO.

Die genetische Verbindung zwischen Klassen organischer Verbindungen wird hier als eine Reihe von Redoxreaktionen dargestellt, die den Übergang von einer Klasse organischer Verbindungen zu einer anderen gewährleisten. Es wird durch die Produkte der vollständigen Oxidation (Verbrennung) aller Vertreter der Klassen organischer Verbindungen vervollständigt.

Anhang . Tischnummer 1.

Änderungen des CO an Kohlenstoffatomen in einem Kohlenstoffmolekül in Molekülen organischer Verbindungen sind in der Tabelle gezeigt. Aus den Tabellendaten ist ersichtlich, dass beim Übergang von einer Klasse organischer Verbindungen zu einer anderen und Erhöhung des Verzweigungsgrades des Kohlenstoffskeletts von Verbindungsmolekülen innerhalb einer separaten Klasse der Oxidationsgrad des Kohlenstoffatoms für die Reduktionsfähigkeit verantwortlich ist der Verbundänderungen. Organische Substanzen, deren Moleküle Kohlenstoffatome mit maximalen (- und +) CO-Werten (-4, -3, +2, +3) enthalten, gehen eine vollständige Oxidations-Brenn-Reaktion ein, sind jedoch beständig gegen milde und mittelstarke Oxidationsmittel . Substanzen, deren Moleküle Kohlenstoffatome in CO -1 enthalten; 0; +1, leicht oxidiert werden, ihre Reduktionsfähigkeiten sind nahe, so dass ihre unvollständige Oxidation erreicht werden kann, indem eines der bekannten Oxidationsmittel mit geringer und mittlerer Stärke verwendet wird. Diese Substanzen können eine Doppelnatur aufweisen, indem sie als Oxidationsmittel wirken, so wie es anorganischen Substanzen innewohnt.

Oxidation und Reduktion organischer Substanzen

Die erhöhte Oxidationsneigung organischer Verbindungen ist auf das Vorhandensein von Substanzen im Molekül zurückzuführen:

• Wasserstoffatome an dem Kohlenstoffatom, das die funktionelle Gruppe enthält.

Vergleichen wir primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole in Bezug auf die Reaktivität gegenüber Oxidation:

Primäre und sekundäre Alkohole mit Wasserstoffatomen an dem die funktionelle Gruppe tragenden Kohlenstoffatom; leicht oxidiert: erstere zu Aldehyden, letztere zu Ketonen. Gleichzeitig bleibt die Struktur des Kohlenstoffgerüsts des Ausgangsalkohols erhalten. Tertiäre Alkohole, in deren Molekülen an dem die OH-Gruppe enthaltenden Kohlenstoffatom kein Wasserstoffatom vorhanden ist, oxidieren unter Normalbedingungen nicht. Unter harschen Bedingungen (unter Einwirkung starker Oxidationsmittel und bei hohen Temperaturen) können sie zu einem Gemisch niedermolekularer Carbonsäuren oxidiert werden, d.h. Zerstörung des Kohlenstoffskeletts.

Zur Bestimmung der Oxidationsstufen von Elementen in organischen Substanzen gibt es zwei Ansätze.

1. Berechnen Sie die durchschnittliche Oxidationsstufe eines Kohlenstoffatoms in einem Molekül einer organischen Verbindung, z. B. Propan.

Dieses Vorgehen ist dann gerechtfertigt, wenn bei der Reaktion (Verbrennung, vollständige Zersetzung) alle chemischen Bindungen in der organischen Substanz zerstört werden.

Beachten Sie, dass die so berechneten fraktionierten Oxidationsstufen formal auch bei anorganischen Stoffen vorliegen können. Beispielsweise ist in der Verbindung KO (Kaliumsuperoxid) die Oxidationsstufe von Sauerstoff -1/2.

2. Bestimmen Sie den Oxidationsgrad jedes Kohlenstoffatoms, beispielsweise in Butan.

In diesem Fall ist die Oxidationsstufe eines beliebigen Kohlenstoffatoms in einer organischen Verbindung gleich der algebraischen Summe der Anzahl aller Bindungen mit Atomen elektronegativerer Elemente, gezählt mit dem „+“-Zeichen, und der Anzahl der Bindungen mit Wasserstoffatomen (oder ein anderes elektropositiveres Element), gezählt mit dem „-“ Zeichen . Dabei werden Bindungen mit Kohlenstoffatomen nicht berücksichtigt.

Lassen Sie uns als einfachstes Beispiel den Oxidationszustand von Kohlenstoff in einem Methanolmolekül bestimmen.

Das Kohlenstoffatom ist mit drei Wasserstoffatomen verbunden (diese Bindungen werden mit dem „-“-Zeichen berücksichtigt), eine Bindung besteht mit dem Sauerstoffatom (es wird mit dem „+“-Zeichen berücksichtigt). Wir bekommen:

Daher ist die Oxidationsstufe von Kohlenstoff in Methanol -2.

Der berechnete Oxidationsgrad von Kohlenstoff ist zwar ein bedingter Wert, zeigt jedoch die Art der Verschiebung der Elektronendichte im Molekül an, und seine Änderung als Ergebnis der Reaktion weist auf einen laufenden Redoxprozess hin.

Betrachten Sie die Kette der Stoffumwandlungen:

Die katalytische Dehydrierung von Ethan erzeugt Ethylen; das Produkt der Ethylenhydratation ist Ethanol; seine Oxidation führt zu Ethanal und dann zu Essigsäure; Beim Verbrennen entstehen Kohlendioxid und Wasser.

Lassen Sie uns die Oxidationsstufen jedes Kohlenstoffatoms in den Molekülen der aufgelisteten Substanzen bestimmen.

Es ist ersichtlich, dass sich während jeder dieser Umwandlungen der Oxidationsgrad eines der Kohlenstoffatome ständig ändert. In Richtung von Ethan zu Kohlenmonoxid (IV) steigt der Oxidationsgrad des Kohlenstoffatoms an.

Trotz der Tatsache, dass im Verlauf jeder Redoxreaktion sowohl Oxidation als auch Reduktion stattfinden, werden sie danach klassifiziert, was direkt mit der organischen Verbindung passiert (wenn sie oxidiert wird, spricht man von einem Oxidationsprozess, wenn sie reduziert wird, ist es ein Reduktionsprozess).

Bei der Reaktion von Ethanol mit Kaliumpermanganat wird also Ethanol oxidiert und Kaliumpermanganat reduziert. Die Reaktion wird als Oxidation von Ethanol bezeichnet.

Redoxgleichungen aufstellen

Zur Aufstellung der Gleichungen von Redoxreaktionen werden sowohl die Elektronenbilanzmethode als auch die Halbreaktionsmethode (Elektronen-Ionen-Methode) verwendet. Betrachten Sie einige Beispiele für Redoxreaktionen mit organischen Substanzen.

1. Verbrennung von n-Butan.

Das Reaktionsschema sieht so aus:

Lassen Sie uns eine vollständige Gleichung einer chemischen Reaktion nach der Gleichgewichtsmethode erstellen.

Der Durchschnittswert der Oxidationsstufe von Kohlenstoff in n-Butan:

Die Oxidationsstufe von Kohlenstoff in Kohlenmonoxid (IV) ist +4.

Lassen Sie uns ein elektronisches Gleichgewichtsdiagramm erstellen:

Unter Berücksichtigung der gefundenen Koeffizienten sieht die Gleichung für die chemische Reaktion der n-Butan-Verbrennung wie folgt aus:

Die Koeffizienten für diese Gleichung können auch durch eine andere Methode gefunden werden, die bereits erwähnt wurde. Nachdem wir die Oxidationsstufen jedes der Kohlenstoffatome berechnet haben, sehen wir, dass sie sich unterscheiden:

In diesem Fall sieht das Schema der elektronischen Waage folgendermaßen aus:

Da bei der Verbrennung von n-Butan alle chemischen Bindungen in seinen Molekülen zerstört werden, ist in diesem Fall der erste Ansatz durchaus berechtigt, zumal das nach der zweiten Methode erstellte elektronische Bilanzschema etwas komplizierter ist.

2. Die Reaktion der Ethylenoxidation mit einer Lösung von Kaliumpermanganat in einem neutralen Medium in der Kälte (Wagner-Reaktion).

Lassen Sie uns die Koeffizienten in der Reaktionsgleichung mit der Elektronenbilanzmethode anordnen.

Die vollständige Gleichung für eine chemische Reaktion würde wie folgt aussehen:

Zur Bestimmung der Koeffizienten können Sie auch die Methode der Halbreaktionen verwenden. Ethylen wird bei dieser Reaktion zu Ethylenglykol oxidiert und Permanganationen werden zu Mangandioxid reduziert.

Schemata der entsprechenden Halbreaktionen:

Die totale Elektron-Ionen-Gleichung:

3. Oxidationsreaktionen von Kaliumpermanganat-Glukose in einem sauren Medium.

A. Methode der elektronischen Waage.

Erste Wahl

Zweite Option

Lassen Sie uns die Oxidationsstufen jedes der Kohlenstoffatome im Glukosemolekül berechnen:

Das Schema der elektronischen Waage wird im Vergleich zu den vorherigen Beispielen komplizierter:

B. Die Halbreaktionsmethode ist in diesem Fall wie folgt:

Gesamtionengleichung:

Molekulargleichung für die Reaktion von Glucose mit Kaliumpermanganat:

In der organischen Chemie ist es angemessen, die Definition der Oxidation als Erhöhung des Sauerstoffgehalts oder Verringerung des Wasserstoffgehalts zu verwenden. Erholung wird dann als Abnahme des Sauerstoffgehalts oder Zunahme des Wasserstoffgehalts definiert. Mit dieser Definition lässt sich die sequentielle Oxidation organischer Substanzen durch folgendes Schema darstellen:

Die Praxis zeigt, dass die Wahl der Koeffizienten bei den Oxidationsreaktionen organischer Substanzen gewisse Schwierigkeiten bereitet, da man es mit sehr ungewöhnlichen Oxidationsstufen zu tun hat.Manche Studenten identifizieren mangels Erfahrung weiterhin die Oxidationsstufe mit Wertigkeit und als a Ergebnis, den Oxidationszustand von Kohlenstoff in organischen Verbindungen falsch bestimmen. Die Wertigkeit von Kohlenstoff in diesen Verbindungen ist immer vier, und der Oxidationsgrad kann verschiedene Werte annehmen (von -3 bis +4, einschließlich Bruchwerten). Ein ungewöhnlicher Moment bei der Oxidation organischer Substanzen ist der Oxidationsgrad des Kohlenstoffatoms von null in einigen komplexen Verbindungen. Wenn Sie die psychologische Barriere überwinden, ist die Erstellung solcher Gleichungen nicht schwierig, zum Beispiel:

Die Oxidationsstufe des Kohlenstoffatoms in Saccharose ist Null. Wir schreiben das Reaktionsschema um, das die Oxidationszustände der Atome angibt, die sie ändern:

Wir stellen elektronische Gleichungen auf und finden die Koeffizienten für das Oxidationsmittel und das Reduktionsmittel und die Produkte ihrer Oxidation und Reduktion:

Wir setzen die erhaltenen Koeffizienten in das Reaktionsschema ein:

Wir wählen die verbleibenden Koeffizienten in der folgenden Reihenfolge aus: K SO , H SO , HO Die endgültige Gleichung sieht folgendermaßen aus:

Viele Hochschuleinrichtungen enthalten in Tickets für Aufnahmeprüfungen Aufgaben zur Auswahl von Koeffizienten in den OVR-Gleichungen nach der elektronischen Methode (Halbreaktionsmethode). Wenn die Schule dieser Methode zumindest einige Aufmerksamkeit schenkt, dann hauptsächlich bei der Oxidation anorganischer Substanzen. Versuchen wir, die Halbreaktionsmethode für das obige Beispiel der Oxidation von Saccharose mit Kaliumpermanganat in saurem Medium anzuwenden.

Der erste Vorteil dieser Methode besteht darin, dass die Reaktionsprodukte nicht sofort erraten und aufgeschrieben werden müssen. Sie sind im Verlauf der Gleichung ziemlich einfach zu bestimmen. Ein Oxidationsmittel in einer sauren Umgebung zeigt seine oxidierenden Eigenschaften am besten, zum Beispiel wird das MnO-Anion zu einem Mn-Kation, leicht oxidierbare organische werden zu CO oxidiert.

Wir schreiben in der molekularen Form der Umwandlung von Saccharose:

Auf der linken Seite fehlen 13 Sauerstoffatome, um diesen Widerspruch zu beseitigen, fügen wir 13 HO-Moleküle hinzu

2. Kartsova A.A., Levkin A.N. Redoxreaktionen in der organischen Chemie // Chemie in der Schule. - 2004. - Nr. 2. - S.55-61.

3. Khomchenko G.P., Savostyanova K.I. Redoxreaktionen: Ein Leitfaden für Studenten. M.-: Aufklärung, 1980.

4. Sharafutdinov V. Redoxreaktionen in der organischen Chemie // Bashkortostan ukytyusyhy. - 2002. - Nr. 5. - S.79 -81.

Redoxreaktionen in der organischen Chemie sind von größtem Interesse, weil. der Übergang von einer Oxidationsstufe zur anderen hängt stark von der richtigen Wahl des Reagens und der Reaktionsbedingungen ab. OVR werden im Pflichtfach Chemie nicht ausreichend studiert, aber in der USE Kontroll- und Messmaterialien finden sie sich nicht nur in den Aufgaben C1 und C2, sondern auch in den Aufgaben SZ, die eine Kette von Umwandlungen organischer Substanzen darstellen.

Herunterladen:

Vorschau:

Um die Vorschau von Präsentationen zu verwenden, erstellen Sie ein Google-Konto (Konto) und melden Sie sich an: https://accounts.google.com

Beschriftungen der Folien:

Redoxreaktionen in der organischen Chemie

„Denken ist leicht, Handeln ist schwer, und einen Gedanken in die Tat umzusetzen, ist das Schwierigste auf der Welt.“ I. Goethe Redoxreaktionen in der organischen Chemie sind von größtem Interesse, weil. die Selektivität des Übergangs von einer Oxidationsstufe in eine andere hängt stark von der richtigen Wahl des Reagenzes und der Reaktionsbedingungen ab. Aber OVR wird im Pflichtfach Chemie nicht vollständig studiert. Besonderes Augenmerk sollten die Studierenden auf die Redoxprozesse legen, die unter Beteiligung organischer Substanzen ablaufen. Dies liegt daran, dass Redoxreaktionen in den USE Kontroll- und Messmaterialien nicht nur in den Aufgaben C1 und C2, sondern auch in den Aufgaben SZ vorkommen, die eine Kette von Umwandlungen organischer Substanzen darstellen. In Schulbüchern wird das Oxidationsmittel oft als [O] über dem Pfeil geschrieben. Voraussetzung für die Durchführung solcher Zuordnungen für die NUTZUNG ist die verbindliche Benennung aller Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte mit der Anordnung der erforderlichen Koeffizienten. Redoxreaktionen sind traditionell wichtig, und gleichzeitig bereitet das Studium in der 10. Klasse, im Studiengang „Organische Chemie“, den Schülern gewisse Schwierigkeiten.

C3. Die Aufgaben dieses Blocktests Kenntnisse der organischen Chemie In den Stoffumwandlungsketten organischer Substanzen treten bei den allermeisten Aufgaben OVRs auf. Der Experte hat nur dann das Recht, einen Punkt zu vergeben, wenn die Gleichung geschrieben ist und nicht das Reaktionsschema, d.h. Koeffizienten sind richtig. Bei Reaktionen mit anorganischen Oxidationsmitteln (Kaliumpermanganat, Chrom(VI)-Verbindungen, Wasserstoffperoxid usw.) kann dies ohne elektronische Waage schwierig sein.

Bestimmung der Oxidationsstufe von Atomen in Molekülen organischer Verbindungen REGEL: CO (Atom) = Anzahl Bindungen mit mehr EO-Atomen minus Anzahl Bindungen mit weniger EO-Atomen.

Änderung des Oxidationsgrades von Kohlenstoffatomen in den Molekülen organischer Verbindungen. Klasse der organischen Verbindungen Die Oxidationsstufe des Kohlenstoffatoms -4/-3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 Alkane CH 4 CH 3 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 3 CH 3 | C H 3 -CH-CH 3 CH 3 | C H 3 -C-CH 3 | CH 3 - - - - Alkene - CH 2 \u003d CH 2 CH 3 -CH \u003d CH 2 - - - - Alkine - - CH \u003d CH CH 3 -C \u003d CH - - - - Alkohole _ _ H 3 C -CH 2 -OHH 3 C-CH-CH 3 | OH CH 3 | H 3 C-C-CH 3 | OH - - - Halogenalkane - - H 3 C-CH 2 - CI H 3 C - CH - CH 3 | CI CH 3 | H 3 C-C-CH 3 | CI - - - Aldehyde und Ketone - - - - H 3 C-CH \u003d O H 3 C-C OCH 3 - - Carbonsäuren - - - - - - H 3 C-C OOH - Vollständige Oxidationsprodukte - - - - - - - CO 2

Die Neigung organischer Verbindungen zur Oxidation hängt mit dem Vorhandensein von: Mehrfachbindungen (Alkene, Alkine, Alkadiene werden leicht oxidiert); leicht oxidierbare funktionelle Gruppen (–OH, -CHO, -NH 2); aktivierte Alkylgruppen in Nachbarschaft zu Mehrfachbindungen oder einem Benzolring (z. B. kann Propen zu ungesättigtem Acroleinaldehyd oxidiert werden, Oxidation von Toluol zu Benzoesäure mit Kaliumpermanganat in saurer Umgebung); das Vorhandensein von Wasserstoffatomen an dem Kohlenstoffatom, das die funktionelle Gruppe enthält.

1. SANFTE OXIDATION ORGANISCHER VERBINDUNGEN Zur milden Oxidation organischer Verbindungen (Alkohole, Aldehyde, ungesättigte Verbindungen) werden Chrom(VI)-Verbindungen verwendet - Chromoxid (VI), CrO 3, Kaliumdichromat K 2 С r 2 O 7 usw Die Oxidation erfolgt in der Regel im sauren Milieu, die Reduktionsprodukte sind Chrom(III)-Salze, zB: 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 Wenn Alkohole in der Kälte mit Kaliumdichromat oxidiert werden, kann die Oxidation im Stadium der Aldehydbildung gestoppt werden, aber beim Erhitzen werden Carbonsäuren gebildet: 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

ALC EN + KMnO4 -1 KOH H 2SO4 Diol Kohlensäuresalz + Carbonat Kohlensäure + CO 2 ALC EN + KMnO4 -2 KOH N 2SO4 2 Carbonsäuresalze 2 Carbonsäuren Diol 2. Deutlich stärker Das Oxidationsmittel ist Kaliumpermanganat NEUTRE. NEUTRAL

C 2 H 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 \u003d 2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4 ALA IN + KMnO4 -1 KOH H 2SO4 Salz von Carbonsäure + Carbonat Kohlensäure + CO 2 ALK IN + KMnO4 -2 KOH H 2SO4 2 Kohlenhydrate to-you 2 Carbonsäure to-you 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 + 2MnO 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 Benzoehomologe + KMnO4 KOH H 2SO4 Benzoesäure NEUT. Benzoat

Redoxeigenschaften von sauerstoffhaltigen Verbindungen Oxidierende Alkohole sind meistens Kupfer (II) -oxid oder Kaliumpermanganat und Oxidationsmittel für Aldehyde und Ketone - Kupfer (II) -hydroxid, Ammoniaklösung von Silberoxid und andere Oxidationsmittel

OL + KMnO4 -1 KOH H 2SO4 ALDEHYD OL + KMnO4 -2 KOH H 2SO4 Keton OL + K MnO4 (eq) -1 KOH H 2SO4 NEUTRAL Carbonsäuresalz Carbonsäuresalz Carbonsäure

Aldehyd + KMnO4 KOH H 2SO4 Carbonsäure + Carbonsäuresalz Carbonsäuresalz Carbonsäure NEUT. 3CH 3 CHO + 2KMnO 4 \u003d CH 3 COOH + 2CH 3 COOK + 2MnO 2 + H 2 O

Aldehyde sind ziemlich starke Reduktionsmittel und werden daher leicht durch verschiedene Oxidationsmittel CH 3 CHO + 2OH  CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3 oxidiert

Algorithmus zur Auswahl der Koeffizienten Da es in Aufgabe C3 beim Erstellen der Gleichungen des OVR nicht erforderlich ist, die Gleichungen der elektronischen Waage zu schreiben, ist es zweckmäßig, die Koeffizienten nach der interlinearen Ausgleichsmethode auszuwählen - einer vereinfachten Methode der elektronischen Waage . ein . Ein OVR-Schema wird ausgearbeitet. Beispielsweise ist das Reaktionsschema für die Oxidation von Toluol zu Benzoesäure mit einer angesäuerten Lösung von Kaliumpermanganat wie folgt: 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. Der d.d. Atome. So. Kohlenstoffatom wird durch das obige Verfahren bestimmt. 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. Zahl Elektronenspende des Kohlenstoffatoms (6) wird als Koeffizient vor die Formel des Oxidationsmittels (Kaliumpermanganat) geschrieben: 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. Die Zahl der vom Manganatom (5) aufgenommenen Elektronen wird als Koeffizient vor die Formel geschrieben des Reduktionsmittels (Toluol): 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 + H 2 O 5. Die wichtigsten Koeffizienten sind vorhanden. Die weitere Auswahl ist nicht schwierig: 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

Ein Beispiel für eine Testaufgabe (C3) 1. Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen auf, mit denen Sie folgende Umformungen durchführen können: Hg 2+, H + KMnO 4, H + C l 2 (äquimol.), h  C 2 H 2  X 1  CH 3 COOH  X 2  CH 4  X 3 1. Kucherov-Reaktion. Hg 2+, H + CH  CH + H 2 O  CH 3 CHO 2. Aldehyde werden leicht zu Carbonsäuren oxidiert, einschließlich eines so starken Oxidationsmittels wie Kaliumpermanganat in einer sauren Umgebung. 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 H + 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. Um das nächste Glied in der Kette zu leisten, muss der Stoff X 2 von zwei Positionen aus bewertet werden: Zum einen wird er einstufig aus Essigsäure gebildet, zum anderen kann daraus Methan gewonnen werden. Diese Substanz ist ein Alkalimetallacetat. Die Gleichungen der dritten und vierten Reaktion werden aufgeschrieben. CH 3 COOH + NaOH  CH 3 COONa + H 2 O Fusion 4. CH 3 COONa + NaOH  CH 4 + Na 2 CO 3 5. Die Bedingungen für die nächste Reaktion (Licht) zeigen deutlich ihre radikalische Natur. Unter Berücksichtigung des angegebenen Verhältnisses der Reagenzien (äquimolar) wird die Gleichung der letzten Reaktion geschrieben: h  CH 4 + Cl 2  CH 3 Cl + HCl

Simulatorseiten: http://reshuege.ru/ (Ich werde die USE lösen) http://4ege.ru/himiya/4181-demoversiya-ege-po-himii-2014.html (USE-Portal) http://www .alleng.ru/edu/chem3.htm (Internet-Bildungsressourcen - Chemie) http://ege.yandex.ru/ (Online-Tests)

Alkine (ansonsten acetylenische Kohlenwasserstoffe) sind Kohlenwasserstoffe mit einer Dreifachbindung zwischen Kohlenstoffatomen mit der allgemeinen Formel CnH2n-2. Die Kohlenstoffatome in der Dreifachbindung befinden sich in einem Zustand der sp-Hybridisierung.

Reaktion von Acetylen mit Bromwasser

Das Acetylenmolekül enthält eine Dreifachbindung, Brom zerstört diese und verbindet sich mit dem Acetylen. Es entsteht Terabrommethan. Brom wird bei der Bildung von Tetrabromethan verbraucht. Bromwasser (gelb) - verfärbt sich.

Diese Reaktion verläuft mit geringerer Geschwindigkeit als in der Reihe der Ethylenkohlenwasserstoffe. Auch die Reaktion verläuft schrittweise:

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

Acetylen → 1,2-Dibromethan → 1,1,2,2-Tetrabromethan

Die Entfärbung von Bromwasser beweist die Ungesättigtheit von Acetylen.

Die Reaktion von Acetylen mit einer Lösung von Kaliumpermanganat

In einer Lösung von Kaliumpermanganat wird Acetylen oxidiert und das Molekül bricht an der Stelle der Dreifachbindung, die Lösung wird schnell farblos.

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

Diese Reaktion ist eine qualitative Reaktion für Doppel- und Dreifachbindungen.

Die Reaktion von Acetylen mit einer Ammoniaklösung von Silberoxid

Wird Acetylen durch eine Ammoniaklösung von Silberoxid geleitet, werden die Wasserstoffatome im Acetylenmolekül leicht durch Metalle ersetzt, da sie eine hohe Beweglichkeit besitzen. In diesem Experiment werden Wasserstoffatome durch Silberatome ersetzt. Es entsteht Silberacetylenid - ein gelber Niederschlag (explosiv).

CH ≡ CH + OH → AgC≡CAg↓ + NH 3 + H 2 O

Diese Reaktion ist eine qualitative Reaktion für eine Dreifachbindung.