Окислительно- восстановительные реакции в органической химии По материалам статьи Г.Н.Молчановой в журнале «Химия для школьников» Составитель: Снастина М.Г. По материалам статьи Г.Н.Молчановой в журнале «Химия для школьников» Составитель: Снастина М.Г.

Какие реакции относят к окислительно- восстановительным? реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов всех или некоторых элементов, входящих в состав реагирующих веществ 2

В соответствии с этим определением очень многие органические реакции могут быть отнесены к реакциям окисления: дегидрирование алифатических соединений, приводящее к образованию двойных углерод- углеродных связей: 3

реакции замещения атомов водорода у алканов: 4

реакции присоединения галогенов к алкенам, протекающие с разрывом кратной связи: 5

Однако, в органической химии традиционно окисление определяют как процесс, при котором в результате превращения функциональной группы вещество переходит из одного класса в другой: алкен спирт альдегид (кетон) карбоновая кислота. Большинство реакций окисления включает введение в молекулу атома кислорода или образование двойной связи с уже имеющимся атомом кислорода за счет потери атомов водорода. алкен спирт альдегид (кетон) карбоновая кислота. Большинство реакций окисления включает введение в молекулу атома кислорода или образование двойной связи с уже имеющимся атомом кислорода за счет потери атомов водорода. 6

Окислители соединения хрома (VI): раствор бихромата калия K 2 Cr 2 O 7 в серной кислоте, раствор триоксида хрома CrO 3 в разбавленной серной кислоте (реактив Джонсона): При окислении органических веществ, хром (VI) в любой среде восстанавливается до хрома (III). соединения хрома (VI): раствор бихромата калия K 2 Cr 2 O 7 в серной кислоте, раствор триоксида хрома CrO 3 в разбавленной серной кислоте (реактив Джонсона): При окислении органических веществ, хром (VI) в любой среде восстанавливается до хрома (III). 7

уравнения полуреакций восстановления в которых участвуют перечисленные выше окислители В кислой среде: В нейтральной среде: В кислой среде: В нейтральной среде: В кислой среде: 8

Перманганат калия KMnO 4 в разных средах проявляет различные окислительные свойства: 9

при этом сила окислителя увеличивается в кислой среде: В кислой среде В нейтральной среде В щелочной среде В кислой среде В нейтральной среде В щелочной среде 10

уравнения полуреакций восстановления 2 Cu(OH) 2 + 2ē Cu 2 O + 2OH ¯ + H 2 O [Ag(NH 3 ) 2 ] + + 1ē Ag + 2NH 3 2 Cu(OH) 2 + 2ē Cu 2 O + 2OH ¯ + H 2 O [Ag(NH 3 ) 2 ] + + 1ē Ag + 2NH 3 11

Как окисляются органические вещества? Алкильные цепи, соединенные с ароматическими кольцами, окисляются до -COOH-групп при проведении реакции окисления перманганатом калия в щелочной среде, продуктом реакции является не свободная кислота, а ее калиевая соль. Алкильные цепи, соединенные с ароматическими кольцами, окисляются до -COOH-групп при проведении реакции окисления перманганатом калия в щелочной среде, продуктом реакции является не свободная кислота, а ее калиевая соль. 12

Окисление алкенов реакция Вагнера используется как качественная проба на двойную связь: 13

Продуктами окисления алкенов горячим щелочным или кислым раствором перманганата калия или кислым раствором бихромата калия являются карбоновые кислоты и (или) кетоны 1) разорвите двойную связь; 2) присоедините атомы кислорода к каждому атому углерода по месту разрыва двойной связи, 3) внедрите атомы кислорода по всем имеющимся С Н связям атомов углерода имеющим прежде двойную связь: 1) разорвите двойную связь; 2) присоедините атомы кислорода к каждому атому углерода по месту разрыва двойной связи, 3) внедрите атомы кислорода по всем имеющимся С Н связям атомов углерода имеющим прежде двойную связь: 14

рассмотрим уравнения некоторых реакций окисления алкенов, и составим формулы продуктов, используя приведенный алгоритм. 15

Окисление одноатомных спиртов Окисление спиртов происходит по атому углерода при функциональной группе. При этом первичные спирты легко превращаются в альдегиды, а вторичные – в кетоны 16

такой окислитель как MnO 2 не затрагивает кратные связи в молекуле, поэтому может быть использован для получения и непредельных альдегидов и кетонов при окислении соответствующих спиртов: 17

Расстановка коэффициентов в уравнениях реакций окисления органических веществ Написать уравнение реакции окисления пентадиена-1,4 перманганатом калия в кислой среде. 1) Отмечаем какой задан окислитель и какая среда протекания реакции: – среда кислая, окислитель KMnO 4 Написать уравнение реакции окисления пентадиена-1,4 перманганатом калия в кислой среде. 1) Отмечаем какой задан окислитель и какая среда протекания реакции: – среда кислая, окислитель KMnO 4 18

2) Записываем схему реакции (с учетом структуры окисляемого соединения), определяем продукты реакции (с учетом заданной среды и окислителя) : – в окисляемой молекуле две концевых двойных связи, следовательно, произойдет разрыв этих двойных связей, и в результате образуются две молекулы углекислого газа (из концевых атомов углерода). Углеродный скелет неразветвленный, поэтому при окислении 2-го и 4-го атомов углерода образуются карбоксильные группы. Схема реакции следующая: 19

3) Запишем схему полуреакции окисления: Учитывая, что реакция проводится в кислой среде, уравниваем число атомов кислорода: Уравниваем число атомов водорода: Уравниваем заряды Учитывая, что реакция проводится в кислой среде, уравниваем число атомов кислорода: Уравниваем число атомов водорода: Уравниваем заряды 20

4) Записываем уравнение полуреакции восстановления: Составляем схему: MnO 4 - Mn +2 Учитывая кислую среду реакции, уравниваем (с помощью ионов Н +) количество кислорода. Затем уравниваем заряды: MnO Н е Mn Н 2 О Составляем схему: MnO 4 - Mn +2 Учитывая кислую среду реакции, уравниваем (с помощью ионов Н +) количество кислорода. Затем уравниваем заряды: MnO Н е Mn Н 2 О 21

5) Уравниваем число принятых и отданных электронов, суммируем две полуреакции с учетом найденных коэффициентов: 22

6) Записываем полное уравнение реакции и проверяем равенство количества атомов кислорода в обеих частях уравнения: C 5 H 8 + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 = = 2CO 2 + C 3 H 4 O 4 + 2K 2 SO 4 + 4MnSO 4 + 8H 2 O C 5 H 8 + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 = = 2CO 2 + C 3 H 4 O 4 + 2K 2 SO 4 + 4MnSO 4 + 8H 2 O 23

Задания для самостоятельного решения: Составьте уравнения реакций по следующим схемам, расставьте коэффициенты: 1) C 6 H 5 CH=CH 2 + KMnO 4 + H 2 O 2) C 6 H 5 CH=CH 2 + KMnO 4 + H 2 SO 4 3) C 6 H 5 CH=CHCH 2 CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 4) CH 3 CH=C(CH 3 )CH 2 CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 5) CH 3 CH(OH) CH 2 CH 3 + KMnO 4 6) C 6 H 4 (CH 3 ) 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 7) HCOOH + Cu(OH) 2 Составьте уравнения реакций по следующим схемам, расставьте коэффициенты: 1) C 6 H 5 CH=CH 2 + KMnO 4 + H 2 O 2) C 6 H 5 CH=CH 2 + KMnO 4 + H 2 SO 4 3) C 6 H 5 CH=CHCH 2 CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 4) CH 3 CH=C(CH 3 )CH 2 CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 5) CH 3 CH(OH) CH 2 CH 3 + KMnO 4 6) C 6 H 4 (CH 3 ) 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 7) HCOOH + Cu(OH) 2 24

Ответы 1) 3C 6 H 5 CH=CH KMnO 4 + 4H 2 O 3C 6 H 5 CH(OH)CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH 2) C 6 H 5 CH=CH 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 C 6 H 5 COOH + CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4 3) 5C 6 H 5 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO H 2 SO 4 5C 6 H 5 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 +12H 2 O + 4K 2 SO 4 4) 5CH 3 CH=C(CH 3 )CH 2 CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5 CH 3 C(O)C 2 H 5 + 6MnSO 4 +9H 2 O + 3K 2 SO 4 5) 3CH 3 CH(OH) CH 2 CH 3 + 3KMnO 4 3CH 3 C(O)C 2 H 5 + 2MnO 2 + 2KOH + 2H 2 O 6) C 6 H 4 (CH 3 ) 2 + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 C 6 H 4 (COOH) 2 + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4 ) H 2 O 7) HCOOH + 2Cu(OH) 2 CO 2 + Cu 2 O+ 3H 2 O 1) 3C 6 H 5 CH=CH KMnO 4 + 4H 2 O 3C 6 H 5 CH(OH)CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH 2) C 6 H 5 CH=CH 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 C 6 H 5 COOH + CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4 3) 5C 6 H 5 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO H 2 SO 4 5C 6 H 5 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 +12H 2 O + 4K 2 SO 4 4) 5CH 3 CH=C(CH 3 )CH 2 CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5 CH 3 C(O)C 2 H 5 + 6MnSO 4 +9H 2 O + 3K 2 SO 4 5) 3CH 3 CH(OH) CH 2 CH 3 + 3KMnO 4 3CH 3 C(O)C 2 H 5 + 2MnO 2 + 2KOH + 2H 2 O 6) C 6 H 4 (CH 3 ) 2 + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 C 6 H 4 (COOH) 2 + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4 ) H 2 O 7) HCOOH + 2Cu(OH) 2 CO 2 + Cu 2 O+ 3H 2 O 25

26