Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Введение атома кислорода в молекулу органического соединения или изъятие атома водорода при его замещении на кислород называется реакцией окисления. 

 

В более общем виде реакцию окисления можно рассматривать как процесс изменения степени окисления атома углерода в органической молекуле с учетом электроотрицательности химических элементов, входящих в ее состав. Наличие в органических молекулах ковалентной связи вызывает необходимость введения термина "условного степени окисления" химических элементов, входящих в их состав. 

При этом степень окисления наиболее распространенных элементов может изменяться в пределах: 

 

Но окислительно-восстановительные реакции органических соединений могут быть связаны не только с изменением числа атомов кислорода в их составе. Поэтому процесс окисления органических соединений можно рассматривать более широко в реакциях замещения, присоединения и элиминирования [62 - 64]. 

Замещение водорода или других атомов на кислород может проходить по следующим схемам: 

 

Присоединение к двойному Карбон-карбоновой связи и присоединения атома кислорода к атомам углерода переменной валентности: 

 

Элиминирование (отщепление) водорода с образованием кратных связей между атомами: 

 

Наиболее распространенными окислителями являются: 

- Кислород воздуха (О2 Kat; Kat: Al2O3, Cr2O3, MnO2, соли меди, свинца, марганца и др..) 

- Калий перманганат (KMnO4 в разных средах); 

- Натрий и калий дихромат (Na2Cr2O7, K2Cr2O7 широко используют для окисления первичных и вторичных спиртов до альдегидов и кетонов, соответственно); 

- Хромовый ангидрид (CrO3 в растворе уксусной кислоты); 

- Азотная кислота (HNO3 (10 - 25 мас%) или HNO3 (65 - 95 мас%) на холоде или при нагревании); 

- Водород пероксид (H2O2 в различных средах). 

Рассмотрим некоторые конкретные примеры реакции окисления органических соединений. 

Окисление алканов может быть полным (горения) и неполным (об-ние спиртов, альдегидов, кетонов и карбоновых кислот). 

Алканы, как топливо, горят с выделением большого количества тепловой энергии (полное окисление): 

 

В случае неполного окисления (окислители: О2 воздуха, KMnO4, K2Cr2O7, температура: ≈ 150 - 200 ° С; катализатор: MnO2, Mn (СН3СОО) 2) образуется смесь оксигеновмисних углеводородов: спиртов, альдегидов, кетонов и карбоновых кислот. Механизм реакции радикально-цепной (SR): 

 

Вторичные гидропероксиды алканов образуют при окислении несколько другие продукты реакции: 

 

В случае третичных гидропероксидов алканов реакция окисления проходит по следующей схеме: 

 

Особенности процесса окисления: 

 

- Гомолитичний разрыв связи С-С всегда проходит в -положении относительно атома кислорода алкокси-радикала (на схемах обозначения I, II, III); 

- Спирты и альдегиды окисляются далее до карбоновых кислот или кетонов; 

- Окисление циклоалканов, как и в случае парафинов, проходит в "жестких" условиях с образованием циклических кетонов, спиртов, а также ди-карбоновых кислот при разрыве цикла и сохранении общего количества атомов углерода в углеводородном цепи: 

 

Промышленное значение имеет добыча адипиновой кислоты окислением циклогексана в присутствии катализатора (нафтенат кобальта или марганца): 

 

Окисление алкенов с разрывом двойной связи. Реакция происходит-ется в жестких условиях с использованием сильных неорганических окислителей (калий перманганата или дихромата в среде концентрированной серной кислоты при нагревании): 

 

Электронный баланс реакции: 

 

Дизамещенные производные алкинов тоже окисляются с разрывом тройной связи: 

 

Эту реакцию алкинов можно использовать для определения строения Алки-нов, анализируя карбоновые кислоты, которые при этом образуются. 

Окисление ароматических соединений. Арены в обычных условиях устойчивы к действию сильных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7, CrO3). Реакция происходит в "жестких" условиях с использованием V2O5 как катализатора: 

 

Гомологи бензола, имеют боковые углеводородные цепи, окисляются значительно легче: 

 

Особенности окисления гомологов бензола: 

 

- Независимо от длины боковой цепи он окисляется до кон-концевой карбоксильной группы; 

- При наличии нескольких боковых цепей, каждый следующий окисляется в более "жестких" условиях, чем предыдущий. 

Арены взаимодействуют с озоном по схеме: 

 

Окисление спиртов проводят, как правило, сильными окислителями: (K2Cr2O7 + H2SO4), CrO3, (KMnO4 + H2SO4), кислородом воздуха (в промышленности). При этом окисляется атом углерода, непосредственно связан с гидроксильной группой, поэтому в зависимости от строения спирта (первичный, вторичный или третичный), образуются различные продукты реакции. 

Первичные спирты окисляются в зависимости от условий реакции по схеме: 

 

Третичные спирты окисляются в жестких условиях сначала с образованием алкенов, а затем, с разрывом двойной связи, в кетонов и карбоновых кислот с меньшим, чем в молекуле исходного спирта, числом атомов углерода: 

 

Тиоспирты (меркаптаны и тиоетеры (сульфиды)) окисляются довольно легко с атомом серы и, в зависимости от условий проведения реакции, образуют различные соединения: 

 

Амины окисляются различными окислителями. Продукты реакций окисления ния зависят как от строения амина, так и от природы окислителя: 

 

Первичные ароматические амины окисляются кислотой Каро - H2SO5 в нитрозосоединения, а трифторнадоцтовою кислотой - в нитропроизводных аренов.



Загрузка...
Яндекс.Метрика