Реакції ОВР в органічній хімії приклади. "Редокс в органічної хімії" матеріал для підготовки до ЄДІ (ДПА) з хімії (11 клас) на тему

Складання рівнянь окисно-відновних реакцій за участю органічних речовин

В зв'язку з введенням в якості єдиної форми підсумкової атестації випускників середньої школи єдиного державного іспиту (ЄДІ) і переходом старшої школи на профільне навчання все більшої актуальності набуває підготовка старшокласників до виконання найбільш "дорогих" в бальному щодо завдань частини "С" тесту ЗНО з хімії. Незважаючи на те, що п'ять завдань частини "С" вважаються різними: хімічні властивості неорганічних речовин, Ланцюжки перетворень органічних сполук, розрахункові завдання, - всі вони в тій чи іншій мірі пов'язані саме з окисно-відновними реакціями (ОВР). Якщо засвоєні основні знання теорії ОВР, то можна правильно виконати перше і друге завдання повністю, а третє - частково. На наш погляд, значна частина успіху при виконанні частини "С" полягає саме в цьому. Досвід показує, що якщо, вивчаючи неорганічну хімію, учні досить добре справляються з завданнями з написання рівнянь ОВР, то аналогічні завдання з органічної хімії викликають у них великі труднощі. Тому протягом вивчення всього курсу органічної хімії в профільних класах ми намагаємося сформувати у старшокласників навички складання рівнянь ОВР.

при вивченні порівняльної характеристики неорганічних і органічних сполук ми знайомимо учнів з використанням ступеня окислення (С.О.) (в органічній хімії насамперед вуглецю) і способами її визначення:

1) обчислення середньої С.О. вуглецю в молекулі органічної речовини;

2) визначення С.О. кожного атома вуглецю.

Уточнюємо, в яких випадках краще використовувати той чи інший спосіб.

Стаття опублікована за підтримки компанії "ГЕО-Інжиніринг", яка представляє на ринку продукцію під брендом "ProfKresla". Сфера діяльності компанії - виробництво, продаж і установка крісел і стільців для різних залів. Високий професіоналізм співробітників і власні виробничі потужності дозволяють швидко і якісно реалізовувати проекти будь-якого ступеня складності. Всю продукцію під брендом "ProfKresla", будь тоТеатральние крісла, сидіння для залів очікування або стільці для учбових закладів, Відрізняють сучасний і ергономічний дизайн, а також висока зносостійкість, міцність і комфорт. З величезного асортименту продукції, представленого в каталозі на сайті profkresla.ru, Ви завжди зможете підібрати моделі, найкращим чином відповідні корпоративному стилю, прийнятому у Вашій компанії. Якщо ж у Вас все-таки виникнуть труднощі з вибором, то фахівці компанії завжди готові надати консультацію, допомогти визначитися з моделлю, після чого підготувати проект, на місці провести всі необхідні заміри і установку.

П ри вивченні теми "Алкани" показуємо, що процеси окислення, горіння, галогенування, нітрування, дегідрування, розкладання відносяться до окислювально-відновним процесам. При написанні рівнянь реакцій горіння і розкладання органічних речовин краще використовувати середнє значення С.О. вуглецю. наприклад:

Звертаємо увагу на першу половину електронного балансу: у атома вуглецю в дробовому значенні С.О. знаменник дорівнює 4, тому розрахунок передачі електронів ведемо по цьому коефіцієнту.

В інших випадках при вивченні теми "Алкани" визначаємо значення С.О. кожного атома вуглецю в з'єднанні, звертаючи при цьому увагу учнів на послідовність заміщення атомів водню у первинних, вторинних, третинних атомів вуглецю:

Таким чином ми підводимо учнів до висновку, що на початку протікає процес заміщення у теоретичних, потім - у вторинних, і, в останню чергу - у первинних атомів вуглецю.

П ри вивченні теми "Алкени" розглядаємо процеси окислення в залежності від будови алкена і середовища протікання реакції.

При окисленні алкенів концентрованим розчином перманганату калію KMnO 4 в кислому середовищі (жорстке окислення) відбувається розрив - і -зв'язків з утворенням карбонових кислот, Кетонів і оксиду вуглецю (IV). Ця реакція використовується для визначення положення подвійного зв'язку.

Якщо подвійний зв'язок знаходиться на кінці молекули (наприклад, у бутена-1), то одним з продуктів окислення є мурашина кислота, легко окислюється до вуглекислого газу і води:

Наголошуємо, що якщо в молекулі алкена атом вуглецю при подвійному зв'язку містить два вуглецевих заступника (наприклад, в молекулі 2-метилбутил-2), то при його окисленні відбувається утворення кетона, т. К. Перетворення такого атома в атом карбоксильної групи неможливо без розриву C-C-зв'язку, щодо стійкої в цих умовах:

Уточнюємо, що якщо молекула алкена симетрична і подвійний зв'язок міститься в середині молекули, то при окисленні утворюється тільки одна кислота:

Повідомляємо, що особливістю окислення алкенів, в яких атоми вуглецю при подвійному зв'язку містять по два вуглецевих радикала, є утворення двох кетонів:

Розглядаючи окислення алкенів в нейтральною або слаболужною середовищах, акцентуємо увагу старшокласників на те, що в таких умовах окислення супроводжується утворенням діолів (двоатомних спиртів), причому гідроксильні групи приєднуються до тих атомам вуглецю, між якими існувала подвійна зв'язок:

В аналогічному плані розглядаємо окислення ацетилену і його гомологів в залежності від того, в якому середовищі протікає процес. Так, уточнюємо, що в кислому середовищі процес окислення супроводжується утворенням карбонових кислот:

Реакція використовується для визначення будови алкинов по продуктам окислення:

У нейтральній і слабощелочной середовищах окислення ацетилену супроводжується утворенням відповідних оксалатів (солей щавлевої кислоти), а окислення гомологів - розривом потрійний зв'язку і утворенням солей карбонових кислот:

В се правила відпрацьовуються з учнями на конкретних прикладах, що призводить до кращого засвоєння ними теоретичного матеріалу. Тому при вивченні окислення аренів в різних середовищах учні можуть самостійно висловити припущення, що в кислому середовищі слід очікувати утворення кислот, а в лужному - солей. Вчителю залишиться тільки уточнити, які продукти реакції утворюються в залежності від будови відповідного арена.

Показуємо на прикладах, що гомологи бензолу з однією бічним ланцюгом (незалежно від її довжини) окислюються сильним окислювачем до бензойної кислоти по -вуглецевого атому. Гомологи бензолу при нагріванні окислюються перманганатом калію в нейтральному середовищі з утворенням калієвих солей ароматичних кислот.

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.

Наголошуємо, що якщо в молекулі арена кілька бічних ланцюгів, то в кислому середовищі кожна з них окислюється по a-вуглецевого атома до карбоксильної групи, в результаті чого утворюються багатоосновні ароматичні кислоти:

П олучение навички складання рівнянь ОВР для вуглеводнів дозволяють використовувати їх при вивченні розділу "Кисневовмісні з'єднання".

Так, при вивченні теми "Спирти" учні самостійно складають рівняння окислення спиртів, використовуючи наступні правила:

1) первинні спирти окислюються до альдегідів

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

2) вторинні спирти окислюються до кетонів

3) для теоретичних спиртів реакція окислення не характерна.

З метою підготовки до ЄДІ вчителю доцільно дати додаткові відомості до вказаних властивостями, що, безсумнівно, буде корисним для учнів.

При окисленні метанолу підкисленим розчином перманганату калію або дихромата калію утворюється CO 2, первинні спирти при окисленні в залежності від умов протікання реакції можуть утворити не тільки альдегіди, а й кислоти. Наприклад, окислення етанолу дихроматом калію на холоду закінчується oбразованіем оцтової кислоти, а при нагріванні - ацетальдегіду:

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,

3CH 3 -CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 3CH 3 -CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O.

Знову нагадаємо учням про вплив середовища на продукти реакцій окиснення спиртів, а саме: гарячий нейтральний розчин KMnO 4 окисляє метанол до карбонату калію, а решта спирти - до солей відповідних карбонових кислот:

При вивченні теми "Альдегіди і кетони" акцентуємо увагу учнів на те, що альдегіди легше, ніж спирти, окислюються до відповідних карбонові кислоти не тільки під дією сильних окислювачів (кисень повітря, підкислені розчини KMnO 4 і K 2 Cr 2 O 7), але і під дією слабких (аміачний розчин оксиду срібла або гідроксиду міді (II)):

5CH 3 -CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 \u003d 5CH 3 -COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O,

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

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

Особливу увагу приділяємо окислення формальдегіду аміачним розчином оксиду срібла, тому що в цьому випадку утворюється карбонат амонію, а не мурашина кислота:

HCHО + 4OH \u003d (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 6NH 3 + 2H 2 O.

Як показує наш багаторічний досвід, запропонована методика навчання старшокласників складання рівнянь ОВР за участю органічних речовин підвищує їх підсумковий результат ЄДІ з хімії на кілька балів.

Окислювально-відновні реакції в органічній хімії становлять найбільший інтерес, тому що перехід з одного ступеня окислення в іншу сильно залежить від правильного вибору реагенту і умов проведення реакцій. ОВР вивчають в обов'язковому курсі хімії недостатньо повно, але в контрольно-вимірювальних матеріалах ЄДІ зустрічаються не тільки в завданнях С1 і С2, а й завданнях СЗ, що представляють ланцюжок перетворень органічних речовин.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Щоб користуватися попереднім переглядом презентацій створіть собі аккаунт (обліковий запис) Google і увійдіть в нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

Окислювально-ВІДНОВЛЮВАЛЬНІ РЕАКЦІЇ У ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

«Думати легко, діяти важко, а перетворити думку в дію - найважча річ на світі» І. Гете Редокс в органічній хімії становлять найбільший інтерес, тому що селективність переходу з одного ступеня окислення в іншу сильно залежить від правильного вибору реагенту і умов проведення реакцій. Але ОВР вивчають в обов'язковому курсі хімії недостатньо повно. Слід звернути особливу увагу учнів на окислювально-відновні процеси, що відбуваються за участю органічних речовин. Це пов'язано з тим, що окислювально-відновні реакції в контрольно-вимірювальних матеріалах ЄДІ зустрічаються не тільки в завданнях С1 і С2, а й завданнях СЗ, що представляють ланцюжок перетворень органічних речовин. У шкільних підручниках часто окислювач записують над стрілкою як [О]. Вимогою до виконання таких завдань на ЄДІ є обов'язкове позначення всіх вихідних речовин і продуктів реакції з розстановкою необхідних коефіцієнтів. Окислювально-відновні реакції традиційно важливі, і в той же час вивчення в 10 класі, в курсі «Органічна хімія» викликає в учнів певні труднощі.

С3. Завдання цього блоку перевіряють знання з органічної хімії У ланцюжках перетворень органічних речовин в переважній більшості завдань зустрічаються ОВР. Експерт має право нарахувати бал тільки в тому випадку, якщо записано рівняння, а не схема реакції, тобто вірно розставлені коефіцієнти. В реакціях за участю неорганічних окисників (перманганат калію, сполуки хрому (VI), пероксид водню та ін.) Зробити це буває непросто, без електронного балансу.

Визначення ступеня окислення атомів в молекулах органічних сполук ПРАВИЛО: СО (атома) \u003d число зв'язків з більш ЕО атомами мінус число зв'язків з менш ЕО атомами.

Зміна ступеня окислення атомів вуглецю в молекулах органічних сполук. Клас органічних сполук Ступінь окислювання атома вуглецю -4 / -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 Алкани CH 4 CH 3 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 3 CH 3 | C H 3 -C H-CH 3 CH 3 | C H 3 -C -CH 3 | CH 3 - - - - Алкени - CH 2 \u003d CH 2 CH 3 -CH \u003d CH 2 - - - - Алкіни - - CH \u003d CH CH 3 -C \u003d CH - - - - Спирти _ _ H 3 C-CH 2 - ВІН H 3 CC H-CH 3 | OH CH 3 | H 3 C - C - CH 3 | OH - - - галогеналкани - - H 3 C-CH 2 - CI H 3 C - C H - CH 3 | CI CH 3 | H 3 C - C - CH 3 | CI - - - Альдегіди і кетони - - - - H 3 C-CH \u003d O H 3 C-C OCH 3 - - Карбонові кислоти - - - - - - H 3 C-C OOH - Продукти повного окислення - - - - - - - CO 2

Схильність органічних сполук до окислення пов'язують з наявністю: кратних зв'язків (легко окислюються алкени, алкіни, алкадіени); функціональних груп, здатних легко окислюватися (-OH, - СНО, - NH 2); активованих алкільних груп, розташованих по сусідству з кратними зв'язками або бензольні кільцем (наприклад, пропен може бути окислений до непредельного альдегіду акролеина, окислення толуолу до бензойної кислоти перманганатом калію в кислому середовищі); наявність атомів водню при атомі вуглецю, що містить функціональну групу.

1.МЯГКОЕ ОКИСЛЕННЯ органічних сполук Для м'якого окислення органічних сполук (спиртів, альдегдов, ненасичених сполук) використовуються сполуки хрому (VI) - оксид хрому (VI), CrO 3, Дихромат калію До 2 З r 2 O 7 і ін. Як правило, окислення проводиться в кислому середовищі, продуктами відновлення є солі хрому (III), наприклад: 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 При окисленні спиртів дихроматом калію на холоду окислення можна зупинити на стадії утворення альдегіду, при нагріванні ж утворюються карбонові кислоти: 3CH 3 -CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 3 -C Н O + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

АЛК ЄП + KMnO4 -1 КОН Н 2SO4 Диол Сіль карбонової к-ти + карбонат Карбоновая к-та + СО 2 АЛК ЄП + KMnO4 -2 КОН Н 2SO4 2 солі карбонової к-ти 2 карбонові к-та Диол 2.Значітельно сильнішим окислювачем є перманганат калію нейтрит. Нейтрит.

C 2 H 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 \u003d 2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4 АЛК ІН + KMnO4 -1 КОН Н 2SO4 Сіль карбонової к-ти + карбонат Карбоновая к-та + СО 2 АЛК ІН + KMnO4 -2 КОН Н 2SO4 2 солі карб. к-ти 2 карбонових кислот ти 5CH 3 C \u003d CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 \u003d 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 OC 6 H 5 CH 3 + 2KMnO 4  C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 OC 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4KMnO 4  C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2H 2 O + 4MnO 2 + KOH Гомологи бензолу + KMnO4 КОН Н 2SO4 бензойна кислота нейтрит. бензоат

Окислювально-відновні властивості кисневмісних сполук Окислювачами спиртів найчастіше є оксид міді (II) або перманганат калію, а окислювачами альдегідів і кетонів - гідроксид міді (II), аміачний розчин оксиду срібла і інші окислювачі

ОЛ + KMnO4 -1 КОН Н 2SO4 альдегідів ОЛ + KMnO4 -2 КОН Н 2SO4 кетон ОЛ + К MnO4 (хат.) -1 КОН Н 2SO4 нейтрит Сіль карбонової кислоти Сіль карбонової кислоти Карбоновая кислота

Аль дегід + KMnO4 КОН Н 2SO4 Карбоновая кислота + сіль карбонової кислоти Сіль карбонової кислоти карбонова кислота нейтрит. 3CH 3 CHO + 2KMnO 4 \u003d CH 3 COOH + 2CH 3 COOK + 2MnO 2 + H 2 O

Альдегіди - досить сильні відновники, і тому легко окислюються різними окислювачами CH 3 CHO + 2OH  CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3

Алгоритм підбору коефіцієнтів Оскільки в завданні С3 при складанні рівнянь ОВР не потрібно написання рівнянь електронного балансу, підбирати коефіцієнти зручно методом підрядкового балансу - спрощеним способом балансу електронного. 1. Складається схема ОВР. Наприклад, для окислення толуолу до бензойної кислоти підкисленим розчином перманганату калію схема реакції така: З 6 Н 5 СН 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4  З 6 Н 5-С OO Н + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O 2. Вказуються с.О. атомів. С.О. атома вуглецю визначається за наведеним вище способом. З 6 Н 5-С -3 Н 3 + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  З 6 Н 5-С +3 OO Н + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 3. Число електронів, відданих атомом вуглецю (6), записується як коефіцієнт перед формулою окислювача (перманганату калію): З 6 Н 5-С -3 Н 3 + 6 KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  З 6 Н 5-С + 3 OO Н + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 4. Число електронів, прийнятих атомом марганцю (5), записується як коефіцієнт перед формулою відновника (толуолу): 5 З 6 Н 5-С -3 Н 3 + 6 KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  З 6 Н 5-С +3 OO Н + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 5. Найважливіші коефіцієнти на місці. Подальший підбір не складає труднощів: 5 З 6 Н 5 СН 3 + 6 KMnO 4 + 9 H 2 SO 4  5 З 6 Н 5-С OO Н + 3 K 2 SO 4 + 6 MnSO 4 + 14 H 2 O

Приклад тестового завдання (С3) 1. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення: Hg 2+, H + KMnO 4, H + З l 2 (еквімол.), H  З 2 Н 2  Х 1  СН3СООН  Х 2  СН 4  X 3 1. реакція Кучерова. Hg 2+, H + CH  CH + H 2 O  CH 3 CHO 2.Альдегіди легко окислюються до карбонових кислот, в тому числі таким сильним окислювачем, як перманганат калію в кислому середовищі. CH 3 CHO + KMnO 4 + H 2 SO 4  CH 3 COOH + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O СН 3 С +1 Н О + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  СН 3-С +3 OO Н + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 5 CH 3 CHO + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4  5 CH 3 COOH + K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 3 H 2 O 3. Для виконання наступної ланки ланцюжка необхідно оцінити речовина Х 2 з двох позицій: по-перше, воно в одну стадію утворюється з оцтової кислоти, по-друге, з нього можна отримати метан. Ця речовина - ацетат лужного металу. Записуються рівняння третьої та четвертої реакцій. CH 3 COOH + NaOH  CH 3 COONa + H 2 O сплавом 4. CH 3 COONa + NaOH  CH 4 + Na 2 CO 3 5.Условія протікання наступної реакції (світло) однозначно вказують на її радикальний характер. З урахуванням зазначеного співвідношення реагентів (еквімолярної) записується рівняння останньої реакції: h  CH 4 + Cl 2  CH 3 Cl + HCl

Сайти тренажери: http://reshuege.ru/ (Вирішу ЄДІ) http://4ege.ru/himiya/4181-demoversiya-ege-po-himii-2014.html ( ЄДІ портал) Http://www.alleng.ru/edu/chem3.htm (Освітні ресурси Інтернету - Хімія) http://ege.yandex.ru/ (онлайн-тести)

Окислювально-відновні реакції за участю органічних речовин

Схильність органічних сполук до окислення пов'язують з наявністю кратних зв'язків, функціональних груп, атомів водню при атомі вуглецю, що містить функціональну групу.

Послідовне окислення органічних речовин можна представити у вигляді такої ланцюжка перетворень:

Насичений вуглеводень → Ненасичений вуглеводень → Спирт → Альдегид (кетон) → Карбонова кислота → CO 2 + H 2 O

Генетичний зв'язок між класами органічних сполук представляється тут як ряд окислювально - відновних реакцій, що забезпечують перехід від одного класу органічних сполук до іншого. Завершують його продукти повного окислення (горіння) будь-якого з представників класів органічних сполук.

Залежність окисно-відновної здатності органічної речовини від його будови:

Підвищена схильність органічних сполук до окислення обумовлена \u200b\u200bнаявністю в молекулі речовин:

кратних зв'язків (Саме тому так легко окислюються алкени, алкіни, алкадіени);
певних функціональних груп, Здатних легко окислюватися (--SH, -OH (фенольної і спиртової), - NH 2;
активованих алкільних груп, Розташованих по сусідству з кратними зв'язками. Наприклад, пропен може бути окислений до непредельного альдегіду акролеина киснем повітря в присутності водяної пари на вісмут- молібденових каталізаторах.

H 2 C═CH-CH 3 → H 2 C═CH-COH

А також окислення толуолу до бензойної кислоти перманганатом калію в кислому середовищі.

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

наявність атомів водню при атомі вуглецю, що містить функціональну групу.

Прикладом є реакційна здатність в реакціях окислення первинних, вторинних і третинних спиртів з реакційної здатності до окислення.

Незважаючи на те, що в ході будь-яких окислювально-відновних реакцій відбувається як окислення, так і відновлення, реакції класифікують в залежності від того, що відбувається безпосередньо з органічною сполукою (якщо воно окислюється, кажуть про процес окислення, якщо відновлюється - про процес відновлення) .

Так, в реакції етилену з перманганатом калію етилен буде окислюватися, а перманганат калію - відновлюється. Реакцію називають окисленням етилену.

Застосування поняття «ступеня окислення» (СО) в органічній хімії дуже обмежена і реалізується, перш за все, при складанні рівнянь окисно-відновних реакцій. Однак, з огляду на, що більш-менш постійною склад продуктів реакції можливий тільки при повному окисленні (горінні) органічних речовин, доцільність розстановки коефіцієнтів у реакціях неповного окислення відпадає. З цієї причини зазвичай обмежуються складанням схеми перетворень органічних сполук.

При вивченні порівняльної характеристики неорганічних і органічних сполук ми знайомилися з використанням ступеня окислення (С.О.) (в органічній хімії, перш за все вуглецю) і способами її визначення:

1) обчислення середньої С.О. вуглецю в молекулі органічної речовини:

-8/3 +1

Такий підхід виправданий, якщо в ході реакції в органічній речовині руйнуються всі хімічні зв'язки (Горіння, повнерозкладання).

2) визначення С.О. кожного атома вуглецю:

У цьому випадку ступінь окислення будь-якого атома вуглецю в органічному поєднанні дорівнює алгебраїчній сумі чисел всіх зв'язків з атомами більш електронегативний елементів, що враховуються зі знаком «+» у атома вуглецю, і числа зв'язків з атомами водню (або іншого більш електропозитивні елемента), що враховуються зі знаком «-» у атома вуглецю. При цьому зв'язки з сусідніми атомами вуглецю не враховують.

В якості найпростішого прикладу визначимо ступінь окислення вуглецю в молекулі метанолу.

Атом вуглецю пов'язаний з трьома атомами водню (ці зв'язки враховуються зі знаком «-»), одним зв'язком - з атомом кисню (її враховують зі знаком «+»). Отримуємо: -3 + 1 \u003d -2.Такім чином, ступінь окислення вуглецю в метанол дорівнює -2.

Обчислена ступінь окислення вуглецю хоча і умовне значення, але воно вказує на характер зміщення електронної густини в молекулі, а її зміна в результаті реакції свідчить про що має місце окислювально-відновному процесі.

Уточнюємо, в яких випадках краще використовувати той чи інший спосіб.

Процеси окислення, горіння, галогенування, нітрування, дегідрування, розкладання відносяться до окислювально-відновним процесам.

При переході від одного класу органічних сполук до іншого ізбільшення ступеня розгалуженості вуглецевого скелета молекул сполук всередині окремого класу ступінь окислення атома вуглецю, відповідального за відновлює здатність з'єднання, змінюється.

Органічні речовини, в молекулах яких містяться атоми вуглецю з максимальними (- і +) значеннями СО (-4, -3, +2, +3), вступають в реакцію повного окислення-горіння, але стійких до впливу м'яких окислювачів і окислювачів середньої сили.

Речовини, в молекулах яких міститься атоми вуглецю в СО -1; 0; +1, окислюються легко, відновлювальні здатності їх близькі, поетові їх неповне окислення може бути досягнуто за рахунок одного з відомих окислювачів малої і середньої сили. Ці речовини можуть виявляти двоїсту природу, виступаючи і як окислювач, Подібно до того, як це властиво неорганічних речовин.

При написанні рівнянь реакцій горіння і розкладання органічних речовин краще використовувати середнє значення С.О. вуглецю.

наприклад:

Складемо повне рівняння хімічної реакції методом балансу.

Середнє значення ступеня окислення вуглецю в н-бутану:

Ступінь окислення вуглецю в оксиді вуглецю (IV) дорівнює +4.

Складемо схему електронного балансу:

Зверніть увагу на першу половину електронного балансу: у атома вуглецю в дробовому значенні С.О. знаменник дорівнює 4, тому розрахунок передачі електронів ведемо по цьому коефіцієнту.

Тобто перехід від -2,5 до +4 відповідає переходу 2,5 + 4 \u003d 6,5 одиниць. Оскільки бере участь 4 атома вуглецю, то 6,5 · 4 \u003d 26 електронів буде віддано сумарно атомами вуглецю бутану.

C урахуванням знайдених коефіцієнтів рівняння хімічної реакції горіння н-бутану буде виглядати наступним чином:

Можна скористатися методом визначення сумарного заряду атомів вуглецю в молекулі:

(4 C) -10 …… → (1 C) +4, враховуючи, що кількість атомів до знака \u003d і після повинно бути однаково, зрівнює (4C) -10 …… →[(1 C) +4] · 4

Отже, перехід від -10 до +16 пов'язаний з втратою 26 електронів.

В інших випадках визначаємо значення С.О. кожного атома вуглецю в з'єднанні, звертаючи при цьому увагу на послідовність заміщення атомів водню у первинних, вторинних, третинних атомів вуглецю:

Спочатку протікає процес заміщення у теоретичних, потім - у вторинних, і, в останню чергу - у первинних атомів вуглецю.

алкени

Процеси окислення залежать від будови алкена і середовища протікання реакції.

1.При окисленні алкенів концентрованим розчином перманганату калію KMnO 4 в кислому середовищі (жорстке окислення) відбувається розрив σ- і π-зв'язків з утворенням карбонових кислот, кетонів і оксиду вуглецю (IV). Ця реакція використовується для визначення положення подвійного зв'язку.

а) Якщо подвійний зв'язок знаходиться на кінці молекули (наприклад, у бутена-1), то одним з продуктів окислення є мурашина кислота, легко окислюється до вуглекислого газу і води:

б) Якщо в молекулі алкена атом вуглецю при подвійному зв'язку містить два вуглецевих заступника (наприклад, в молекулі 2-метилбутил-2), то при його окисленні відбувається утворення кетона, Т. К. Перетворення такого атома в атом карбоксильної групи неможливо без розриву C-C-зв'язку, щодо стійкої в цих умовах:

в) Якщо молекула алкена симетрична і подвійний зв'язок міститься в середині молекули, то при окисленні утворюється тільки одна кислота:

Особливістю окислення алкенів, в яких атоми вуглецю при подвійному зв'язку містять по два вуглецевих радикала, є утворення двох кетонів:

2.В нейтральною або слаболужною середовищах окислення супроводжується утворенням діолів (двоатомних спиртів) , Причому гідроксильні групи приєднуються до тих атомам вуглецю, між якими існувала подвійна зв'язок:

В ході цієї реакції відбувається знебарвлення фіолетового забарвлення водного розчину KMnO 4. Тому вона використовується як якісна реакція на алкени (Реакція Вагнера).

3. Окислення алкенів у присутності солей паладію (Вакер-процес) призводить до утворення альдегідів і кетонів:

2CH 2 \u003d CH 2 + O 2 PdCl2 / H2O → 2 CH 3 -CO-H

Гомологи окислюються по менш Гідрований атому вуглецю:

СH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 + 1 / 2O 2 PdCl2 / H2O → CH 3 - CH 2 -CO-CH 3

алкіни

Окислення ацетилену і його гомологів протікає в залежності від того, в якому середовищі протікає процес.

а) У кислому середовищі процес окислення супроводжується утворенням карбонових кислот:

Реакція використовується для визначення будови алкинов по продуктам окислення:

Для ацетилену:

1) У кислому середовищі:

H-C≡C-H KMnO 4, H 2 SO 4 → HOOC-COOH (щавлева кислота)

3CH≡CH + 8KMnO 4 H 2 O→ 3KOOC-COOK оксалат калію + 8MnO 2 ↓ + 2KOH + 2H 2 O

арени

(Бензол і його гомологи)

При окислення аренів в кислому середовищі слід очікувати утворення кислот, а в лужному - солей.

Гомологи бензолу з однією бічним ланцюгом (незалежно від її довжини) окислюються сильним окислювачем до бензойної кислоти по α -вуглецевого атому. Гомологи бензолу при нагріванні окислюються перманганатом калію в нейтральному середовищі з утворенням калієвих солей ароматичних кислот.

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.

1) У кислому середовищі:

З 6 H 5 -CH 2 -R KMnO 4, H 2 SO 4 → З 6 H 5 -COOH бензойна кислота+ CO 2

2) В нейтральній або лужному середовищі:

З 6 H 5 -CH 2 -R KMnO4, H2O / (OH)→ З 6 H 5 -COOK + CO 2

3) Окислення гомологів бензолу перманганатом калію або біхроматом калію при нагріванні:

З 6 H 5 -CH 2 -R KMnO 4, H 2 SO 4, t ˚ C→ З 6 H 5 -COOH бензойна кислота+ R-COOH

4) Окислення кумола киснем в присутності каталізатора (кумольним спосіб отримання фенолу):

C 6 H 5 CH (CH 3) 2 O2, H2SO4→ C 6 H 5 -OH фенол + CH 3 -CO-CH 3 ацетон

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

C 6 H 5 CH (CH 3) 2 + 6H 2 O - 18ē→ C 6 H 5 COOH + 2CO 2 + 18H + | x 5

MnO 4 - + 8H + + 5ē→ Mn +2 + 4H 2 O | x 18

Слід звернути увагу на те, що при м'якому окисленні стиролу перманганатом калію КMnO 4 в нейтральною або слаболужною середовищівідбувається розрив π-зв'язку, утворюється гліколь (двоатомний спирт). В результаті реакції забарвлений розчин перманганату калію швидко знебарвлюється і випадає коричневий осад оксиду марганцю (IV).

окислення ж сильним окислювачем - перманганатом калію в кислому середовищі - призводить до повного розриву подвійного зв'язку і утворення вуглекислого газу і бензойної кислоти, розчин при цьому знебарвлюється.

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

спирти

Слід пам'ятати, що:

1) первинні спирти окислюються до альдегідів:

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

2) Вторинні спирти окислюються до кетонів:

3) для теоретичних спиртів реакція окислення не характерна.

Третинні спирти, в молекулах яких немає атома водню при атомі вуглецю, що містить групу ОН, в звичайних умовах не окислюються. У жорстких умовах (при дії сильних окислювачів і при високих температурах) вони можуть бути окислені до суміші низькомолекулярних карбонових кислот, тобто відбувається деструкція вуглецевого скелета.

При окисленні метанолу підкисленим розчином перманганату калію або дихромата калію утворюється CO 2.

первинні спирти при окисленні в залежності від умов протікання реакції можуть утворити не тільки альдегіди, а й кислоти.

Наприклад, окислення етанолу дихроматом калію на холоду закінчується oбразованіем оцтової кислоти, а при нагріванні - ацетальдегіду:

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,

Якщо три або більше ОН-груп пов'язані з сусідніми атомами вуглецю, то при окисленні иодной кислотою середній або середні атоми перетворюються в мурашину кислоту

Окислення гликолей перманганатом калію в кислому середовищі проходить аналогічно окислювальному розщепленню алкенов і також призводить до утворення кислот або кетонів в залежності від будови вихідного гліколю.

Альдегіди і кетони

Альдегіди легше, ніж спирти, окислюються до відповідних карбонові кислоти не тільки під дією сильних окислювачів (кисень повітря, підкислені розчини KMnO 4 і K 2 Cr 2 O 7), але і під дією слабких (аміачний розчин оксиду срібла або гідроксиду міді (II) ):

5CH 3 -CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 \u003d 5CH 3 -COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O,

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

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

Особливу увагу!!! Окислення формальдегіду аміачним розчином оксиду срібла призводить до утворення карбонату амонію, а не мурашиної кислоти:

HCHПро + 4OH \u003d (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 6NH 3 + 2H 2 O.

Для складання рівнянь окисно-відновних реакцій використовують як метод електронного балансу, так і метод напівреакцій (електронно-іонний метод).

Для органічної хімії важлива не ступінь окислення атома, а зміщення електронної густини, в результаті якого на атомах з'являються часткові заряди, ніяк не узгоджуються зі значеннями ступенів окислення.

Багато вузів включають в квитки для вступних іспитів завдання по підбору коефіцієнтів в рівняннях ОВР іонно-електронним методом (методом напівреакцій). Якщо в школі і приділяється хоч якусь увагу цьому методу, то, в основному при окисленні неорганічних речовин.

Спробуємо застосувати метод напівреакцій для окислення сахарози перманганатом калію в кислому середовищі.

Перевага цього методу полягає в тому, що немає необхідності відразу вгадувати і записувати продукти реакції. Вони досить легко визначаються в ході рівняння. Окислювач в кислому середовищі найбільш повно проявляє свої окисні властивості, Наприклад, аніон MnO - перетворюється в катіон Mn 2+, легко окислюються органічні сполуки окислюються до CO 2.

Запишемо в молекулярному вигляді перетворення сахарози:

У лівій частині не вистачає 13 атомів кисню, щоб усунути цю суперечність, додамо 13 молекул H 2 O.

Ліва частина тепер містить 48 атомів водню, вони виділяються у вигляді катіонів Н +:

Тепер зрівняємо сумарні заряди справа і зліва:

Схема напівреакцій готова. Складання схеми другий полуреакции зазвичай не викликає труднощів:

Об'єднаймо обидві схеми:

Завдання для самостійної роботи:

Закінчите УХР і розставте коефіцієнти методом електронного балансу або методом напівреакцій:

CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + KMnO 4 + H 2Про →

(CH 3) 2 C \u003d C-CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

ЗH 3 -CH 2 -C≡C-CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H2O →

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

C 6 H 5 - CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

Мої замітки:

Особливу увагу учнів слід звернути на поведінку окислювача - перманганату калію КМnО 4 в різних середовищах. Це пов'язано з тим, що окислювально-відновні ре акції в КІМах зустрічаються не тільки в завданнях С1 і С2. У завданнях СЗ, що представляють ланцюжок перетворень органічних речовин нерідкі рівняння окислення-відновлення. У школі часто окислювач записують над стрілкою як [О]. Вимогою до виконання таких завдань на ЄДІ є обов'язкове позначення всіх вихідних речовин і продуктів реак ції з розстановкою необхідних коефіцієнтів.

Опис презентації окислювально-ВІДНОВІТЬ ний РЕАКЦІЇ ЗА УЧАСТЮ ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН по слайдах

Окислювально-ВІДНОВІТЬ ний РЕАКЦІЇ ЗА УЧАСТЮ ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН Кочулева Л. Р., вчитель хімії МОБУ «Ліцей № 9» м Оренбурга

У органічної хімії окислення визначають як процес, при якому в результаті перетворення функціональної групи з'єднання переходить з однієї категорії в більш високу: алкен спирт альдегід (кетон) карбонова кислота. Більшість реакцій окиснення включає введення в молекулу атома кисню або освіту подвійного зв'язку з уже наявними атомом кисню за рахунок втрати атомів водню.

Окислювачі Для окислення органічних речовин зазвичай використовують з'єднання перехідних металів, кисень, озон, пероксид і сполуки сірки, селену, йоду, азоту та інші. З окислювачів на основі перехідних металів переважно застосовують сполуки хрому (VI) і марганцю (VII), (VI) і (IV). Найбільш поширені сполуки хрому (VI) - це розчин дихромата калію K 2 Cr 2 O 7 в сірчаної кислоті, розчин триоксиду хрому Cr. O 3 в розведеної сірчаної кислоти.

Окислювачі При окисленні органічних речовин хром (VI) в будь-якому середовищі відновлюється до хрому (III), однак, окислення в лужному середовищі в органічної хімії не знаходить практичного застосування. Перманганат калію KMn. O 4 в різних середовищах проявляє різні окисні властивості, при цьому сила окислювача збільшується в кислому середовищі. Манганат калію K 2 Mn. O 4 і оксид марганцю (IV) Mn. O 2 проявляють окисні властивості тільки в кислому середовищі

Алкени Залежно від природи окислювача і умов реакції утворюються різні продукти: двоатомні спирти, альдегіди, кетони, карбонові кислоти При окисленні водним растворoм KMn. O 4 при кімнатній температурі відбувається розрив π-зв'язку і утворюються двоатомні спирти (реакція Вагнера): Знебарвлення розчину перманганату калію - якісна реакція на кратний зв'язок

Алкени Окислення алкенів концентрованим розчином перманганату калію KMn. O 4 або дихромата калію K 2 Cr 2 O 7 в кислому середовищі супроводжується розривом не тільки π-, але і σ-зв'язку Продукти реакції - карбонові кислоти і кетони (в залежності від будови алкена) За допомогою цієї реакції по продуктам окислення алкена можна визначити становище подвійного зв'язку в молекулі:

Алкени 5 СН 3-СН \u003d СН-СН 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 СН 3-СН \u003d СН-CH 2-СН 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

Алкени Алкени розгалуженого будови, що містять вуглеводневий радикал у атома вуглецю, з'єднаного подвійним зв'язком, при окисленні утворюють суміш карбонової кислоти і кетона:

Алкени 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

Алкени Алкени розгалуженого будови, що містять вуглеводневі радикали у обох атомів вуглецю, з'єднаних подвійним зв'язком, при окисленні утворюють суміш кетонів:

Алкени 5 CH 3 -C \u003d 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

Алкени В результаті каталітичного окислення алкенів киснем повітря отримують епоксиди: У жорстких умовах при спалюванні на повітрі алкени, як і інші вуглеводні, згоряють з утворенням вуглекислого газу і води: З 2 Н 4 + 3 О 2 → 2 СО 2 + 2 Н 2 О

Алкадіени CH 2 \u003d CH-CH \u003d CH 2 В окислюється молекулі дві кінцевих подвійних зв'язку, отже, утворюються дві молекули вуглекислого газу. Вуглецевий скелет НЕ розгалужений, тому при окисленні 2 -го та 3-го вуглецевих атомів утворюються карбоксильні групи CH 2 \u003d CH-CH \u003d CH 2 + 4 KMn. O 4 + 6 H 2 SO 4 → 2 СО 2 + НСОО-СООН + 4 Mn. SO 4 +2 K 2 SO 4 + 8 Н 2 О

Алкінілу Алкіни легко окислюються перманганатом калію і дихроматом калію за місцем кратного зв'язку При дії на Алкіни водним розчином KMn. O 4 відбувається його знебарвлення (якісна реакція на кратний зв'язок) При взаємодії ацетилену з водним розчином перманганату калію утворюється сіль щавлевої кислоти (оксалат калію):

Алкінілу Ацетилен може бути окислений перманганатом калію в нейтральному середовищі до оксалату калію: 3 CH≡CH +8 KMn. O 4 → 3 KOOC - COOK +8 Mn. O 2 +2 КОН +2 Н 2 О У кислотному середовищі окислення йде до щавлевої кислоти або вуглекислого газу: 5 CH≡CH +8 KMn. O 4 +12 H 2 SO 4 → 5 HOOC - COOH +8 Mn. SO 4 +4 До 2 SO 4 +12 Н 2 О 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

Алкінілу Окислення перманганату калію в кислому середовищі при нагріванні супроводжується розривом вуглецевого ланцюга за місцем потрійного зв'язку і призводить до утворення кислот: Окислення алкинов, що містять потрійний зв'язок у крайнього атома вуглецю, супроводжується в цих умовах освітою карбонової кислоти і СО 2:

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

Циклоалкани І циклоалкени При дії сильних окислювачів (KMn. O 4, K 2 Cr 2 O 7 і ін.) Циклоалкани і циклоалкени утворюють двохосновні карбонові кислоти з тим же числом атомів вуглецю: 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

АРЕНИ Бензол Стійкий до окислювача при кімнатній температурі Не реагує з водними розчинами перманганату калію, дихромата калію та інших окислювачів Можна окислити озоном з утворенням діальдегіду:

АРЕНИ Гомологи бензолу Окислюються відносно легко. Окисленню піддається бічний ланцюг, у толуолу - метильная група. М'які окислювачі (Mn. O 2) окислюють метильную групу до альдегідної групи: 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

АРЕНИ Сильніші окислювачі - KMn. O 4 в кислому середовищі або Хромова суміш при нагріванні окислюють метильную групу до карбоксильної: В нейтральною або слаболужною середовищі утворюється не сама бензойна кислота, а її сіль - бензоат калію:

АРЕНИ У кислому середовищі 5 З 6 Н 5 СН 3 +6 КMn. O 4 +9 H 2 SO 4 → 5 З 6 Н 5 СООН + 6 Mn. SO 4 +3 K 2 SO 4 + 14 H 2 O У нейтральному середовищі C 6 H 5 CH 3 +2 KMn. O 4 \u003d C 6 H 5 COOK + 2 Mn. O 2 + KOH + H 2 O У лужному середовищі 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. O 2 + KOH

АРЕНИ Під дією сильних окислювачів (KMn. O 4 в кислому середовищі або хромова суміш) бічні ланцюги окислюються незалежно від будови: атом вуглецю, безпосередньо пов'язаний з бензольні ядром, до карбоксильної групи, інші атоми вуглецю в бічному ланцюзі - до СО 2 Окислення будь-якого гомолога бензолу з однією бічним ланцюгом під дією KMn. O 4 в кислому середовищі або хромової суміші призводить до утворення бензойної кислоти:

АРЕНИ Гомологи бензолу, що містять кілька бічних ланцюгів, при окисленні утворюють відповідні багатоосновні ароматичні кислоти:

АРЕНИ В нейтральною або слаболужною середовищі при окисленні перманганатом калію утворюються сіль карбонової кислоти і карбонат калію:

АРЕНИ 5 C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12 KMn. O 4 + 18 H 2 SO 4 -\u003e 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 -COOК + К 2 СО 3 + КОН +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 -\u003e 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 (COOН) 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

СТИРОЛ Окислення стиролу (вінілбензол) розчином перманганату калію в кислому і нейтральному середовищі: 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 Окислення сильним окислювачем - перманганатом калію в кислому середовищі - призводить до повного розриву подвійного зв'язку і про разованию вуглекислого газу і бензойної кислоти, розчин при цьому знебарвлюється. 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

СПИРТИ Найбільш підходящі окислювачі для первинних і вторинних спиртів: KMn. O 4, Хромова суміш. Первинні спирти, крім метанолу, окислюються до альдегідів або карбонових кислот:

СПИРТИ Метанол окислюється до СО 2: Етанол під дією Cl 2 окислюється до оцтового альдегіду: Вторинні спирти окислюються до кетонів:

СПИРТИ двоатомний спирт, етиленгліколь HOCH 2 -CH 2 OH, при нагріванні в кислому середовищі з розчином KMn. O 4 або K 2 Cr 2 O 7 легко окислюється до щавлевої кислоти, а в нейтральній - до оксалату калію. 5 СН 2 (ОН) - СН 2 (ОН) + 8 КMn. O 4 +12 H 2 SO 4 → 5 HOOC - COOH +8 Mn. SO 4 +4 До 2 SO 4 +22 Н 2 О 3 СН 2 (ОН) - СН 2 (ОН) + 8 КMn. O 4 → 3 KOOC - COOK +8 Mn. O 2 +2 КОН +8 Н 2 О

Фенол Окислюються легко завдяки наявності гидроксогрупп, з'єднаної з бензольні кільцем Фенол окислюється пероксидом водню в присутності каталізатора до двухатомного фенолу пірокатехіна, при окисленні хромової сумішшю - до пара -бензохінона:

Альдегіди і кетони Альдегіди окислюються легко, при цьому альдегидная група окислюється до карбоксильної: 3 CH 3 СHO + 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 Метаналь окислюється до CО 2:

Альдегіди і кетони Якісні реакції на альдегіди: окислення гідроксидом міді (II) реакція «срібного дзеркала» Сіль, а не кислота!

Альдегіди і кетони Кетони окисляються з працею, слабкі окислювачі на них не діють Під дією сильних окислювачів відбувається розрив С - С зв'язків з обох боків карбонільної групи з утворенням суміші кислот (або кетонів) з меншим числом атомів вуглецю, ніж у вихідному з'єднанні:

Альдегіди і кетони У разі несиметричного будови кетона окислення переважно здійснюється з боку менш гідрованого атома вуглецю при карбонільної групі (правило Попова - Вагнера) За продуктам окислення кетона можна встановити його будова:

Мурашиної кислоти Серед граничних одноосновних кислот легко окислюється тільки мурашина кислота. Це пов'язано з тим, що в мурашиної кислоти крім карбоксильної групи можна виділити і альдегідну групу. 5 НСООН + 2 KMn. O 4 + 3 H 2 SO 4 → 2 Mn. SO 4 + K 2 SO 4 + 5 СО 2 + 8 Н 2 О Мурашина кислота реагує з аміачним розчином оксиду срібла і гідроксидом міді (II) HCOOH + 2OH → 2 Ag + (NH 4) 2 CO 3 + 2 NH 3 + H 2 O HCOOH + 2 Cu (OH) 2 CO 2 + Cu 2 O ↓ + 3 H 2 O Крім того, мурашина кислота окислюється хлором: НСООН + Сl 2 → СО 2 + 2 HCl

Неграничними КАРБОНОВІ КИСЛОТИ Легко окислюються водним розчином KMn. O 4 в слабощелочной середовищі з утворенням дігідрооксікіслот і їх солей: У кислому середовищі відбувається розрив вуглецевого скелета за місцем подвійного зв'язку С \u003d С з утворенням суміші кислот:

Щавлевої кислоти Легко окислюється під дією KMn. O 4 в кислому середовищі при нагріванні до CО 2 (метод перманганатометрії): При нагріванні піддається декарбоксилювання (реакція диспропорціонування): У присутності концентрованої H 2 SO 4 при нагріванні щавлева кислота і її солі (оксалати) диспропорционируют:

Записуємо рівняння реакцій: 1) CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 2) 3) 4) 5) 16, 32% (36, 68%, 23, 82%) Pt, to X 3 X 2 Pt, to. KMn. O 4 KOH X 4 гептан KOH, to бензол. 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 to NO 2 + H 2 O + HNO 3 H 2 SO 4 NH 3 C l + 3 F e C l 2 + 2 H 2 ON O 2 + 3 F e + 7 HC l

Окислювально-відновні процеси здавна цікавили хіміків і навіть алхіміків. Серед хімічних реакцій, що відбуваються в природі, побуті і техніці, сила-силенна складають окислювально-відновні: згоряння палива, окислення поживних речовин, тканинне дихання, фотосинтез, псування харчових продуктів і т.д. У таких реакціях можуть брати участь як неорганічні речовини, так і органічні. Однак якщо в шкільному курсі неорганічної хімії розділи, присвячені окислювально-відновних реакцій, займають значне місце, то в курсі органічної хімії на це питання звернене недостатньо уваги.

Що ж являють собою відновно-окисні процеси?

Всі хімічні реакції можна розділити на два типи. До першого належать реакції, що протікають без зміни ступеня окислення атомів, що входять до складу реагуючих речовин.

До другого типу відносяться всі реакції, що йдуть зі зміною ступеня окислення атомів, що входять до складу реагуючих речовин.

Реакції, що протікають зі зміною ступеня окислення атомів, що входять до складу реагуючих речовин, називаються окисно-відновними.

З сучасної точки зору зміна ступеня окислення пов'язано з відтягуванням або переміщенням електронів. Тому поряд з наведеними можна дати і таке визначення відновно-окислювальних реакцій: це такі реакції, при яких відбувається перехід електронів від одних атомів, молекул або іонів до інших.

Розглянемо основні положення, пов'язані з теорії окисно-відновних реакцій.

1. Окисленням називається процес віддачі електроном атомом, молекулою або іоном електронів, ступеня окислення при цьому підвищуються.

2. Відновленням називається процес приєднання електронів атомом, молекулою або іоном, ступінь окислення при цьому знижується.

3. Атоми, молекули або іони, що віддають електрони, називаються відновниками. Під час реакції вони окислюються. Атоми, молекули або іони, що приєднують електрони, називаються окислювачами. Під час реакції вони відновлюються.

4. Окислення завжди супроводжується відновленням; відновлення завжди пов'язане з окисленням, що можна висловити рівняннями.

Тому окислювально-відновні реакції являють собою єдність двох протилежних процесів - окислення і відновлення. У цих реакціях число електронів, що віддаються відновником, дорівнює числу електронів, що приєднуються окислювачем. При цьому незалежно від того, чи переходять електрони з одного атома на інший повністю або лише частково відтягуються до одного з атомів, умовно говорять тільки про віддачу і приєднання електронів.

Окислювально-відновні реакції органічних речовин - найважливіша властивість, що об'єднує ці речовини. Схильність органічних сполук до окислення пов'язують з наявністю кратних зв'язків, функціональних груп, атомів водню при атомі вуглецю, що містить функціональну групу.

Нам видається важливим вказувати значення СО атома вуглецю при вивченні всієї сукупності властивостей органічних сполук. Систематизація відомостей про окислювачах, встановлення зв'язку між будовою органічних речовин і їх СО допоможуть навчити учнів:

Вибирати лабораторні та промислові окислювачі;

Знаходити залежність окисно-відновної здатності органічної речовини від його будови;

Встановлювати зв'язок між класом органічних речовин і окислювачем потрібної сили, агрегатного стану і механізму дії;

Передбачати умови проведення реакції і очікувані продукти окислення.

Визначення ступеня окислення атомів в органічних речовинах

Ступінь окислення будь-якого атома вуглецю в органічній речовині дорівнює алгебраїчній сумі всіх його зв'язків з більш електронегативний елементів (Cl, O, S, N, і ін.), Що враховуються зі знаком «+», і зв'язків з атомами водню (або іншого більш електропозитивні елемента ), що враховуються зі знаком «-». При цьому зв'язки з сусідніми атомами вуглецю не враховуються.

Визначимо ступеня окислення атомів вуглецю в молекулах граничного вуглеводню пропану і спирту етанолу:

Послідовне окислення органічних речовин можна представити у вигляді такої ланцюжка перетворень:

Насичений вуглеводень Ненасичений вуглеводень Спирт Альдегид (кетон) Карбоновая кислота CO + H O.

Генетичний зв'язок між класами органічних сполук представляється тут як ряд окислювально-відновних реакцій, що забезпечують перехід від одного класу органічних сполук до іншого. Завершують його продукти повного окислення (горіння) будь-якого з представників класів органічних сполук.

Прикладна програма . Таблиця №1.

Зміна СО у атомів вуглецю в молекулі вуглецю в молекулах органічних сполук наведені в таблиці. З даних таблиці видно, що при переході від одного класу органічних сполук до іншого і збільшення ступеня розгалуженості вуглецевого скелета молекул сполук всередині окремого класу ступінь окислення атома вуглецю, відповідального за відновлює здатність з'єднання, змінюється. Органічні речовини, в молекулах яких містяться атоми вуглецю з максимальними (- і +) значеннями СО (-4, -3, +2, +3), вступають в реакцію повного окислення-горіння, але стійких до впливу м'яких окислювачів і окислювачів середньої сили . Речовини, в молекулах яких міститься атоми вуглецю в СО -1; 0; +1, окислюються легко, відновлювальні здатності їх близькі, поетові їх неповне окислення може бути досягнуто за рахунок одного з відомих окислювачів малої і середньої сили. Ці речовини можуть проявляти подвійну природу, виступаючи і як окислювач, подібно до того, як це властиво неорганічних речовин.

Окислення і відновлення органічних речовин

Підвищена схильність органічних сполук до окислення обумовлена \u200b\u200bнаявністю в молекулі речовин:

атомів водню при атомі вуглецю, що містить функціональну групу.

Порівняємо первинні, вторинні і третинні спирти по реакційної здатності до окислення:

Первинні і вторинні спирти, що мають атоми водню при атомі вуглецю, що несе функціональну групу; окислюються легко: перші - до альдегідів, другі до кетонів. При цьому структура вуглецевого скелета вихідного спирту зберігається. Третинні спирти, в молекулах яких немає атома водню при атомі вуглецю, що містить групу ОН, в звичайних умовах не окислюються. У жорстких умовах (при дії сильних окислювачів і при високих температурах) вони можуть бути окислені до суміші низькомолекулярних карбонових кислот, тобто відбувається деструкція вуглецевого скелета.

Існують два підходи до визначення ступенів окислення елементів в органічних речовинах.

1. Обчислюють середню ступінь окислення атома вуглецю в молекулі органічної сполуки, наприклад пропану.

Такий підхід виправданий, якщо в ході реакції в органічній речовині руйнуються всі хімічні зв'язки (горіння, повнерозкладання).

Відзначимо, що формально дробові ступеня окислення, обчислені таким чином, можуть бути і в разі неорганічних речовин. Наприклад, в поєднанні КО (надпероксида калію) ступінь окислювання кисню дорівнює - 1/2.

2. Визначають ступінь окислення кожного атома вуглецю, наприклад в Бутані.

У цьому випадку ступінь окислення будь-якого атома вуглецю в органічному поєднанні дорівнює алгебраїчній сумі чисел всіх зв'язків з атомами більш електронегативний елементів, що враховуються зі знаком «+», і числа зв'язків з атомами водню (або іншого більш електропозитивні елемента), що враховуються зі знаком «-» . При цьому зв'язки з атомами вуглецю не враховують.

В якості найпростішого прикладу визначимо ступінь окислення вуглецю в молекулі метанолу.

Атом вуглецю пов'язаний з трьома атомами водню (ці зв'язки враховуються зі знаком «-»), одним зв'язком - з атомом кисню (її враховують зі знаком «+»). отримуємо:

Таким чином, ступінь окислення вуглецю в метанол дорівнює -2.

Розглянемо ланцюжок перетворень речовин:

при каталітичному дегидрировании етану виходить етилен; продукт гідратації етилену - етанол; його окислення призведе до етаналь, а потім - до оцтової кислоти; при її згорянні утворюється вуглекислий газ і вода.

Визначимо ступеня окислення кожного атома вуглецю в молекулах перерахованих речовин.

Можна помітити, що в ході кожного з цих перетворень постійно змінюється ступінь окислення одного з атомів вуглецю. У напрямку від етану до оксиду вуглецю (IV) відбувається збільшення ступеня окислення атома вуглецю.

Незважаючи на те, що в ході будь-яких окислювально-відновних реакцій відбувається як окислення, так і відновлення, їх класифікують в залежності від того, що відбувається безпосередньо з органічною сполукою (якщо воно окислюється, кажуть про процес окислення, якщо відновлюється - про процес відновлення).

Так, в реакції етанолу з перманганатом калію етанол буде окислюватися, а перманганат калію - відновлюється. Реакцію називають окисленням етанолу.

Складання окислювально - відновних рівнянь

Для складання рівнянь окисно-відновних реакцій використовують як метод електронного балансу, так і метод напівреакцій (електронно - іонний метод). Розглянемо кілька прикладів окисно-відновних реакцій за участю органічних речовин.

1. Горіння н-бутану.

Схема реакції має вигляд:

Складемо повне рівняння хімічної реакції методом балансу.

Середнє значення ступеня окислення вуглецю в н-бутану:

Ступінь окислення вуглецю в оксиді вуглецю (IV) дорівнює +4.

Складемо схему електронного балансу:

Коефіцієнти для цього рівняння можна знайти і іншим методом, про який вже згадувалося. Розрахувавши ступеня окислення кожного з атомів вуглецю, бачимо, що вони розрізняються:

У цьому випадку схема електронного балансу буде виглядати так:

Так як в ході горіння н-бутану в його молекулах руйнуються всі хімічні зв'язки, то в даному випадку перший підхід цілком виправданий, тим більше що схема електронного балансу, складена другим способом, трохи складніше.

2. Реакція окислення етилену розчином перманганату калію в нейтральному середовищі на холоду (реакція Вагнера).

Розставимо коефіцієнти в рівнянні реакції методом електронного балансу.

Повний рівняння хімічної реакції буде виглядати так:

Для визначення коефіцієнтів можна скористатися і методом напівреакцій. Етилен окислюється в цій реакції до етиленгліколю, а перманганат - іони відновлюються з утворенням діоксиду марганцю.

Схеми відповідних напівреакцій:

Сумарне електронно-іонну рівняння:

3. Реакції окислення глюкози перманганату калію в кислому середовищі.

А. Метод електронного балансу.

Перший варіант

Другий варіант

Розрахуємо ступеня окислення кожного з атомів вуглецю в молекулі глюкози:

Схема електронного балансу ускладнюється в порівнянні з попередніми прикладами:

Б. Метод напівреакцій в даному випадку виглядає наступним чином:

Сумарне іонне рівняння:

Молекулярне рівняння реакції глюкози перманганататом калію:

У органічної хімії доцільно використовувати визначення окислення як збільшення вмісту кисню або зменшення вмісту водню. Відновлення в такому випадку визначається як зменшення вмісту кисню або збільшення вмісту водню. При такому визначенні послідовне окислення органічних речовин можна представити наступною схемою:

Практика показує, що підбір коефіцієнтів в реакціях окислення органічних речовин викликає певні труднощі, тому що доводиться мати справу з вельми незвичними ступенями окислення .. Деякі учні через відсутність досвіду продовжують ототожнювати ступінь окислення з валентністю і, внаслідок цього, неправильно визначають ступінь окислення вуглецю в органічних сполуках. Валентність вуглецю в цих з'єднаннях завжди дорівнює чотирьом, а ступінь окислення може набувати різних значень (від -3 до +4, у тому числі дробові значення). Незвичним моментом при окисленні органічних речовин є нульова ступінь окислення атома вуглецю в деяких складних з'єднаннях. Якщо подолати психологічний бар'єр, складання таких рівнянь не представляє складності, наприклад:

Ступінь окислювання атома вуглецю в сахарозі дорівнює нулю. Переписуємо схему реакції із зазначенням ступенів окислення атомів, які їх змінюють:

Складаємо електронні рівняння і знаходимо коефіцієнти при окисник і відновник і продуктах їх окислення і відновлення:

Підставимо отримані коефіцієнти в схему реакції:

Решта коефіцієнти підбираємо в такій послідовності: K SO, H SO, H O. Остаточне рівняння має вигляд:

Багато вузів включають в квитки для вступних іспитів завдання по підбору коефіцієнтів в рівняннях ОВР електронним методом (методом напівреакцій). Якщо в школі і приділяється хоч якусь увагу цьому методу, то, в основному при окисленні неорганічних речовин. Спробуємо застосувати метод напівреакцій для вище наведеного прикладу окислення сахарози перманганатом калію в кислому середовищі.

Перша перевага цього методу полягає в тому, що немає необхідності відразу вгадувати і записувати продукти реакції. Вони досить легко визначаються в ході рівняння. Окислювач в кислому середовищі найбільш повно проявляє свої окисні властивості, наприклад, аніон MnO перетворюється в катіон Mn, легко окислюються органічні окислюються до CO.

Запишемо в молекулярному вигляді перетворення сахарози:

У лівій частині не вистачає 13 атомів кисню, щоб усунути цю суперечність, додамо 13 молекул H O. СН

2. Карцова А.А, Льовкін А. Н. Редокс в органічної хімії // Хімія в школі. - 2004. - №2. - С.55-61.

3. Хомченко Г.П., Савостьянова К.І. Окислювально-відновні реакції: Посібник для учнів. М.: Просвещение, 1980.

4. Шарафутдинов В. Редокс в органічної хімії // Башкортостан уkитиусиhи. - 2002. - №5. - С.79 -81.