Окисление альдегидов и кетонов

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 23 из 25Следующая ⇒

Благодаря тому, что в альдегидах имеется атом водорода, связанный с карбонильной группой, они чрезвычайно легко окисляются не только разными окислителями, но даже и кислородом воздуха. Особенно легко окисляются ароматические альдегиды.

Запомни! В молекулах образующихся кислот столько же атомов углерода, сколько их было в исходном альдегиде.

В общем виде уравнение окисления альдегидов можно записать следующим образом:

Для качественного определения альдегидов чаще всего пользуются реакцией «серебряного зеркала», то есть реакцией восстановления аммиачного раствора окиси серебра (реактив Толленса), при этом серебро выделяется на стенках пробирки в виде зеркального слоя.

R–CH=O+2[Ag(NH3)2]OH⟶RCOOH+2Ag↓+4NH3↑+H2O

Для этой же цели пользуются реакцией восстановления «фелинговой жидкости» (реактив Фелинга: раствор CuSO4 и 10% раствор NaOH в присутствии тартратов или свежеприготовленный гидроксид меди). При этом, в присутствии восстановителей - альдегидов голубой аморфный осадок гидроксида меди превращается при нагревании в красный осадок закиси меди:

R–CH=O+2Cu(OH)2↓⟶RCOOH+Cu2O↓+2H2O

Запомни! Кетоны не вступают в реакцию "серебряного зеркала" и окисляются значительно труднее альдегидов — только при действии сильных окислителей (например, KMnO4 или азотная кислота) и повышенной температуре.

При этом обыкновенно разрывается связь между карбонильной группой и одним из алкилов и получаются кислоты с меньшим числом атомов углерода в молекуле. Так как связь между углеродными атомами может разорваться с каждой стороны карбонильной групп, а число атомов углерода в радикалах может быть различным (правило окисления кетонов А. Н. Попова), то в наиболее общем случае получается смесь четырех кислот:

R′−CH2−C(O)−CH2−R”+[O]⟶R′−COOH+R−CH2−COOH+R”−COOH+R”−CH2−COOH

Механизм окисления выглядит следующим образом:

Задача 3

Написать уравнение реакции окисления диэтилкетона перманганатом калия и вычислить коэффициенты методом электронного баланса

Решение

Напишем полное уравнение реакции окисления, помня, что в соответствии с правилом Попова, должно получиться четыре кислоты, в данном случае - по две молекулы уксусной и пропионовой кислот:

CH3−CH2−C(O)−CH2−CH3+KMnO4+H2SO4⟶CH3COOH+CH3−CH2−COOH+MnSO4+K2SO4+H2O

Определим степени окисления углерода в молекулах диэтилкетона и в молекулах кислот:

Запишем электронный баланс. В молекуле диэтилкетона атомы углерода окисляются до –COOH. Марганец в кислой среде восстанавливается до Mn+2:

C+2−1e¯→C+3

ССС−2−5e¯→С+3

Mn+7+5e¯→Mn+2|6

Проставляем полученные коэффициенты в уравнение реакции, уравниваем кислород и водород:

5CH3−CH2−C(O)−CH2−CH3+6KMnO4+9H2SO4⟶5CH3COOH+5CH3−CH2−COOH+6MnSO4+3K2SO4+9H2O

Реакции восстановления

Чаще всего для восстановления используют процессы гидрирования, то есть взаимодействие с водородом в присутствии металлических катализаторов.

Для гидрирования кратной связи С=С или С≡С в качестве катализаторов могут быть использованы платиновая чернь, скелетный никелевый катализатор (никель Ренея), никель на носителях, медь, смешанные оксидные катализаторы и др. В промышленной практике обычно применяют металлический никель и никель, осажденный на оксиде алюминия, оксиде хрома или других носителях. Обычно реакция идет уже при комнатной температуре и атмосферном давлении. Гидрирование ароматических углеводородов идет в присутствии тех же катализаторов, но при нагревании.

Задача 1

Написать уравнение реакции гидрирования пропена, рассчитать коэффициенты методом электронного баланса.

Решение

Уравнения окислительно-восстановительных реакций в этом случае составляются достаточно просто:

CH3−CH=CH2+H2⟶CH3−CH2−CH3

Определим степени окисления углерода в молекулах пропена и пропана:

Составим электронный баланc. При гидрировании атомы углерода, образующие двойную связь, меняют свои степени окисления:

C−1+1e¯→C−2

C−2+1e¯→C−3

H20−2e¯→2H+|2|1

Таким образом, на один моль пропена расходуется 1 моль водорода.

Альдегиды и кетоны сравнительно легко гидрируются в присутствии катализаторов гидрирования. Эту реакцию часто используют в промышленном синтезе первичных и вторичных спиртов. В реакциях восстановления водород взаимодействует с кислородсодержащими группами - карбонильной, карбоксильной, нитрогруппой и др. Различают реакции восстановления без выделения воды и реакции восстановления с выделением воды. Процессы восстановления часто проводят на тех же катализаторах, которые применяются для гидрирования кратных связей.

Механизм нитрования

Сложность статьи узнать больше, чем в школепобедить в олимпиаде

Определение

Нитросоединения — органические соединения, содержащие одну или несколько нитрогрупп —NO2. Под нитросоединениями обычно подразумевают углеводороды, в которых нитрогруппа непосредственно связана с атомом углерода (нитроалканы, нитроалкены и нитроарены и т.д.).

Наиболее важный метод получения нитросоединений - нитрование.

Определение

Нитрование – непосредственное замещение атома водорода в органическом соединении NO2 -группой.

Различают С-, О- и N-нитрование, направленные на синтез С-нитропроизводных, органических нитратов (нитроэфиров) R−ONO2 и N-нитраминов RNHNO2. Обычно субстратом служат карбоциклические и гетероциклические ароматические соединения. Алифатические соединения нитруются значительно реже. Нитрующими агентами являются азотная кислота и её смеси с разными реагентами, чаще всего, с сильными неорганическими кислотами. Основным побочным процессом при нитровании является окисление. Нитрование менее селективно, чем сульфирование, вследствие меньшего размера и большей активности атакующей частицы. Тем не менее, правильный выбор нитрующего агента позволяет существенно повысить выход целевого продукта

Другие способы получения нитросоединений (например, нуклеофильной заменой галогена) имеют значительно меньшее значение.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология