Benzolhomológok oxidációja kálium-permanganáttal savas közegben. A toluol fizikai-kémiai tulajdonságai, reakcióegyenletek

A toluol színtelen folyadék, különleges szaggal. A toluol könnyebb, mint a víz, és nem, de könnyen oldódik benne szerves oldószerek– alkohol, éter, aceton. A toluol számos szerves anyag jó oldószere. Molekulájának magas széntartalma miatt füstös lánggal ég.

A toluol fizikai tulajdonságait a táblázat mutatja be.

Asztal. A toluol fizikai tulajdonságai.

A toluol kémiai tulajdonságai

I. Oxidációs reakció.

1. Égés (füstölő láng):

2C 6 H 5 CH 3 + 16O 2 t→ 14CO 2 + 8H 2 O + Q

2. A toluolt kálium-permanganát oxidálja (a kálium-permanganátot színteleníti):

A) savas környezetben benzoesavvá

Ha a toluolt kálium-permanganátnak és más erős oxidálószernek teszik ki, az oldalláncok oxidálódnak. Bármilyen összetett is a szubsztituens lánca, az elpusztul, kivéve az a-szénatomot, amely karboxilcsoporttá oxidálódik. A toluol benzoesavat ad:

B) semleges és enyhén lúgos benzoesav-sókban

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

II. KIEGÉSZÍTŐ REAKCIÓK

1. Halogénezés

VAL VEL 6 N 5 CH 3 + Vg 2  VAL VEL 6 N 5 CH 2 Vg + NVg

C 6 H 5 CH 3 + Cl 2 h ν →C6H5CH2Cl+HCl

2. Hidrogénezés

C6H5CH3 + 3H2 t , Pt vagy Ni→C6H11CH3 (metil-ciklohexán)

III. HELYETTESÍTÉSI REAKCIÓK– ion mechanizmus (könnyebb, mint az alkánok)

1. Halogénezés -

Az alkilcsoportok kémiai tulajdonságai hasonlóak az alkánokéhoz. A bennük lévő hidrogénatomokat szabad gyökös mechanizmussal halogén helyettesíti. Ezért katalizátor hiányában hevítés vagy UV besugárzás hatására gyökös szubsztitúciós reakció megy végbe a 4 oldalláncban. A benzolgyűrű hatása az alkil-szubsztituensekre ahhoz a tényhez vezet, hogy a hidrogénatom a benzolgyűrűhöz közvetlenül kapcsolódó szénatomon (a-szénatom) mindig kicserélődik.

C6H5-CH3 + Cl2 h ν → C6H5-CH2-Cl + HCl

katalizátor jelenlétében

C6H5-CH3+Cl2 AlCl 3 → (orta keverék, származékpár) +HCl

2. Nitrálás (salétromsavval)

C6H5-CH3+3HO-NO2 t , H 2 ÍGY 4 → CH3-C6H2(NO2)3 + 3H2O

2,4,6-trinitrotoluol (tol, TNT)

Toluol használata.

Toluol C 6 H 5 –CH 3 – oldószer, színezékek, gyógyászati ​​és robbanóanyagok(TNT (Tol) vagy 2,4,6-trinitrotoluol TNT).

2.2. A természetben lenni

A toluolt először fenyőgyanta desztillálásával nyert 1835-ben Peltier P., majd később Tolu balzsamból (a Közép-Amerikában termő Myraxylo fa kérgéből származó gyanta) izolálták. Ezt az anyagot Tolu városáról (Kolumbia) nevezték el.

2.3. A bioszférába belépő toluol antropogén forrásai.

A fő források a szén desztillációja és számos petrolkémiai folyamat, különösen a katalitikus reformálás, a nyersolaj desztillációja és a rövidszénláncú aromás szénhidrogének alkilezése. A városok légkörében lévő füstben policiklusos szénhidrogének vannak jelen.

A légszennyezés forrása a kohászat és a gépjárművek lehetnek.

A toluol háttérszintje a légkörben 0,75 μg/m 3 (0,00075 mg/m 3).

Ezenkívül a toluol fő forrásai környezet robbanóanyagok, epoxigyanták, lakkok és festékek, stb. vegyi előállítása.

18. Redox reakciók (2. folytatás)

18.9. szerves anyagokat tartalmazó OVR

OVR-ben szerves anyag A szervetleneknél a szerves anyagok leggyakrabban redukálószerek. Így amikor a szerves anyag túlzott oxigénben ég el, mindig termel szén-dioxidés vizet. Kevésbé aktív oxidálószerek alkalmazása esetén a reakciók bonyolultabbak. Ez a rész csak a szerves anyagok legfontosabb osztályainak képviselőinek egyes szervetlen oxidálószerekkel való reakcióit tárgyalja.

Alkének. Az enyhe oxidáció során az alkének glikolokká (kétértékű alkoholokká) alakulnak. Ezekben a reakciókban a redukáló atomok kettős kötéssel összekapcsolt szénatomok.

A kálium-permanganát oldattal való reakció semleges vagy enyhén lúgos környezetben megy végbe a következő módon:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (hűtés)

Súlyosabb körülmények között az oxidáció a szénlánc megszakadásához vezet a kettős kötésnél, és két sav (erősen lúgos környezetben - két só) vagy egy sav és szén-dioxid (erősen lúgos környezetben - egy só, ill. karbonát):

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

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

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

4) CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 13KOH CH 3 COOK + K 2 CO 3 + 8H 2 O + 10K 2 MnO 4 (fűtés)

A kálium-dikromát kénsavas közegben az 1. és 2. reakcióhoz hasonlóan oxidálja az alkéneket.

Alkinok. Az alkinek valamivel súlyosabb körülmények között kezdenek oxidálódni, mint az alkének, ezért általában a szénlánc megszakításával oxidálódnak a hármas kötésnél. Mint az alkánok esetében, a redukáló atomok itt is szénatomok, amelyekhez kapcsolódnak ebben az esetben hármas kötés. A reakciók eredményeként savak és szén-dioxid keletkeznek. Az oxidációt kálium-permanganáttal vagy dikromáttal végezhetjük savas környezetben, például:

5CH 3 C CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 8 MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O (fűtés)

Néha lehetséges a közbenső oxidációs termékek elkülönítése. Attól függően, hogy a hármas kötés hol helyezkedik el a molekulában, ezek vagy diketonok (R 1 –CO–CO–R 2) vagy aldoketonok (R–CO–CHO).

Az acetilén kálium-permanganáttal enyhén lúgos közegben kálium-oxaláttá oxidálható:

3C 2 H 2 + 8 KMnO 4 = 3 K 2 C 2 O 4 + 2 H 2 O + 8 MnO 2 + 2 KOH

Savas környezetben az oxidáció szén-dioxiddá alakul:

C 2 H 2 + 2 KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 2CO 2 + 2 MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4

Benzol homológok. A benzol homológok kálium-permanganát oldattal semleges környezetben kálium-benzoáttá oxidálhatók:

C 6 H 5 CH 3 + 2 KMnO 4 = C 6 H 5 FŐZÉS + 2 MnO 2 + KOH + H 2 O (forraláskor)

C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4 KMnO 4 = C 6 H 5 FŐZÉS + K 2 CO 3 + 2H 2 O + 4 MnO 2 + KOH (hevítéskor)

Ezen anyagok kálium-dikromáttal vagy permanganáttal savas környezetben történő oxidációja benzoesav képződéséhez vezet.

Alkoholok. A primer alkoholok közvetlen oxidációs terméke az aldehidek, a szekunder alkoholok oxidációs termékei a ketonok.

Az alkoholok oxidációja során keletkező aldehidek könnyen savakká oxidálódnak, ezért az aldehid forráspontján, savas közegben, kálium-dikromáttal oxidálva nyerik ki az aldehideket primer alkoholokból. Amikor az aldehidek elpárolognak, nincs idejük oxidálódni.

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 (fűtés)

Az oxidálószer feleslegével (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) bármilyen környezetben az elsődleges alkoholok oxidálódnak karbonsavak vagy sóik, a szekunder sóik pedig ketonokká. A tercier alkoholok ilyen körülmények között nem oxidálódnak, de a metil-alkohol szén-dioxiddá oxidálódik. Minden reakció hevítéskor megy végbe.

A kétértékű alkohol, az etilénglikol HOCH 2 –CH 2 OH savas környezetben KMnO 4 vagy K 2 Cr 2 O 7 oldattal hevítve könnyen szén-dioxiddá és vízzé oxidálódik, de néha lehetséges a köztes termékek elkülönítése. (HOCH 2 –COOH, HOOC–COOH stb.).

Aldehidek. Az aldehidek meglehetősen erős redukálószerek, ezért könnyen oxidálódnak különféle oxidálószerek, például: KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, OH. Minden reakció hevítéskor megy végbe:

3CH 3 CHO + 2 KMnO 4 = CH 3 COOH + 2 CH 3 COOK + 2 MnO 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 + 2OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3

A formaldehid feleslegben oxidálószerrel szén-dioxiddá oxidálódik.

18.10. Különféle anyagok redox aktivitásának összehasonlítása

Az „oxidáló atom” és a „redukáló atom” fogalmak definícióiból az következik, hogy a legmagasabb oxidációs állapotú atomok csak oxidáló tulajdonságokkal rendelkeznek. Éppen ellenkezőleg, a legalacsonyabb oxidációs állapotú atomoknak csak redukáló tulajdonságaik vannak. A közbenső oxidációs állapotú atomok egyaránt lehetnek oxidálószerek és redukálószerek.

Ugyanakkor pusztán az oxidáció mértéke alapján lehetetlen egyértelműen értékelni az anyagok redox tulajdonságait. Példaként tekintsük a VA csoport elemeinek kapcsolatait. A nitrogén(V) és az antimon(V) vegyületek többé-kevésbé erős oxidálószerek, a bizmut(V) vegyületek nagyon erős oxidálószerek, a foszfor(V) vegyületek pedig gyakorlatilag nem rendelkeznek oxidáló tulajdonságokkal. Ebben és más hasonló esetekben az számít, hogy mennyi ezt a fokozatot az oxidáció jellemző ennek az elemnek, vagyis mennyire stabilak az adott elem atomjait ebben az oxidációs állapotban tartalmazó vegyületek.

Minden redoxreakció egy gyengébb oxidálószer és egy gyengébb redukálószer képződése irányába megy végbe. BAN BEN általános eset bármely más reakcióhoz hasonlóan, a Gibbs-energia változásának előjele határozza meg az ORR előfordulásának lehetőségét. Ezenkívül az anyagok redoxaktivitásának számszerűsítésére az oxidálószerek és redukálószerek elektrokémiai jellemzőit (a redox párok standard potenciálja) használják. Ezen mennyiségi jellemzők alapján lehetőség nyílik különféle anyagok redoxaktivitási sorozatának megalkotására. Az Ön által ismert fémfeszültségek sorozata pontosan így van felépítve. Ez a sorozat lehetővé teszi a fémek redukáló tulajdonságainak összehasonlítását vizes oldatokban standard körülmények között ( Val vel= 1 mol/l, T= 298,15 K), valamint az egyszerű vizek oxidáló tulajdonságait. Ha ennek a sornak a felső sorába ionokat (oxidálószereket), az alsóba pedig fématomokat (redukálószereket) helyez el, akkor ennek a sornak a bal oldala (a hidrogén előtt) így fog kinézni:

Ebben a sorozatban az ionok oxidáló tulajdonságai (felső sor) balról jobbra, a fémek redukáló tulajdonságai (alsó sor) pedig éppen ellenkezőleg, jobbról balra nőnek.

Tekintettel a redox aktivitás különbségeire különböző környezetekben, az oxidálószerekre is lehet hasonló sorozatokat készíteni. Így a savas környezetben (pH = 0) végbemenő reakcióknál a fémaktivitások sorozatának „folytatását” kapjuk az oxidatív tulajdonságok növekedésének irányába.

A fémaktivitás sorozathoz hasonlóan ebben a sorozatban is az oxidálószerek oxidáló tulajdonságai (felső sor) balról jobbra nőnek. De ezzel a sorozattal hasonlítsa össze a redukálószerek redukáló aktivitását ( alsó sor) csak akkor lehetséges, ha oxidált formájuk egybeesik a felső sorban láthatóval; ilyenkor jobbról balra erősödik.

Nézzünk néhány példát. Annak megállapítására, hogy ez az ORR lehetséges-e, egy általános szabályt használunk, amely meghatározza a redoxreakciók irányát (a reakciók gyengébb oxidálószer és gyengébb redukálószer képződése irányába mennek végbe).

1. Lehetséges-e CoSO 4 oldatból magnéziummal redukálni a kobaltot?
A magnézium erősebb redukálószer, mint a kobalt, a Co 2 ionok pedig erősebbek, mint a Mg 2 ionok, ezért lehetséges.
2. Lehetséges-e a rezet CuCl 2 -dá oxidálni savas környezetben FeCl 3 oldattal?
Mivel a Fe 3B ionok erősebb oxidálószerek, mint a Cu 2 ionok, és a réz erősebb redukálószer, mint a Fe 2 ionok, ez lehetséges.
3. Lehet-e FeCl 3 oldatot előállítani úgy, hogy a sósavval megsavanyított FeCl 2 oldaton oxigént fújunk át?
Úgy tűnik, nem, mivel sorozatunkban az oxigén a Fe 3 -ionok bal oldalán található, és gyengébb oxidálószer, mint ezek az ionok. De vizesoldat az oxigén szinte soha nem redukálódik H 2 O 2 -dá, ebben az esetben H 2 O-vá redukálódik, és Br 2 és MnO 2 között megy végbe. Ezért lehetséges egy ilyen reakció, bár meglehetősen lassan megy végbe (miért?).
4. Lehetséges-e a H 2 O 2 savas környezetben kálium-permanganáttal oxidálni?
Ebben az esetben a H 2 O 2 redukálószer és erősebb redukálószer, mint a Mn 2B ionok, az MnO 4 ionok pedig erősebb oxidálószerek, mint a peroxidból képződött oxigén. Ezért lehetséges.

Egy hasonló sorozat az ORR számára lúgos közegben a következő:

A "sav" sorozattól eltérően ez a sorozat nem használható a fémaktivitás sorozattal együtt.

Elektron-ion egyensúly módszer (félreakciós módszer), intermolekuláris ORR, intramolekuláris ORR, diszmutáció ORR (diszproporcionálás, önoxidáció-önredukció), ORR kommutáció, passziváció.

1. Az elektron-ion-egyensúly módszerével állítsunk fel egyenleteket azokra a reakciókra, amelyek akkor mennek végbe, ha a) H 2 S (S, pontosabban S 8 ) oldatot adunk a kénsavval megsavanyított kálium-permanganát oldathoz; b) KHS; c) K2S; d) H2S03; e) KHS03; e) K2S03; e) HNO2; g) KNO 2; i) KI (I 2 ); j) FeSO 4; l) C2H5OH (CH3COOH); m) CH3CHO; n) (COOH)2(CO2); n) K 2 C 2 O 4. Itt és lent, ahol szükséges, az oxidációs termékek zárójelben vannak feltüntetve.
2. Írja fel azoknak a reakcióknak egyenleteit, amelyek akkor mennek végbe, ha a következő gázokat kénsavas kálium-permanganát oldaton vezetik át: a) C 2 H 2 (CO 2 ); b) C2H4 (CO2); c) C3H4 (propin) (CO2 és CH3COOH); d) C3H6; e) CH4; e) HCHO.
3. Ugyanezt, de redukálószer oldatot adunk semleges kálium-permanganát oldathoz: a) KHS; b) K2S; c) KHS03; d) K2S03; e) KNO 2; e) KI.
4. Ugyanez, de a kálium-permanganát oldathoz előzőleg kálium-hidroxid oldatot adunk: a) K 2 S (K 2 SO 4 ); b) K 2SO 3; c) KNO 2; d) KI (KIO 3).
5. Alkoss egyenleteket következő reakciók oldatban áramló: a) KMnO 4 + H 2 S ...;
   b) KMnO 4 + HCl...;
   c) KMnO 4 + HBr...;
   d) KMnO 4 + HI ...
6. Készítse el a következő egyenleteket a mangán-dioxid ORR-ére:
7. Kénsavval megsavanyított kálium-dikromát oldatához a következő anyagok oldatait adtuk: a) KHS; b) K2S; c) HNO 2; d) KNO 2; e) KI; f) FeSO 4; g) CH3CH2CHO; i) H2S03; j) KHS03; k) K 2 SO 3. Írd le a lezajló reakciók egyenleteit!
8. Ugyanaz, de a következő gázokat vezetjük át az oldaton: a) H 2 S; b) SO 2.
9. A) K 2 S (K 2 SO 4 ) oldatai; b) K 2SO 3; c) KNO 2; d) KI (KIO 3). Írd le a lezajló reakciók egyenleteit!
10. A króm(III)-klorid oldatához kálium-hidroxid-oldatot adunk, amíg a kezdetben képződött csapadék fel nem oldódik, majd brómos vizet adunk hozzá. Írd le a lezajló reakciók egyenleteit!
11. Ugyanaz, de tovább utolsó szakasza kálium-peroxodiszulfát K 2 S 2 O 8 oldatát adtuk hozzá, amely a reakció során szulfáttá redukált.
12. Írja fel az oldatban lezajló reakciók egyenleteit:

a) CrCl 2 + FeCl 3; b) CrSO 4 + FeCl 3; c) CrSO 4 + H 2SO 4 + O 2;

d) CrSO 4 + H 2SO 4 + MnO 2; e) CrSO 4 + H 2 SO 4 + KMnO 4.

13. Írja fel a szilárd króm-trioxid és a következő anyagok közötti reakciók egyenleteit: a) C; b) CO; c) S(S02); d) H2S; e) NH3; e) C2H5OH (CO2 és H20); g) CH3COCH3.
14. Írja fel azoknak a reakcióknak egyenleteit, amelyek akkor mennek végbe, ha a következő anyagokat adják tömény salétromsavhoz: a) S (H 2 SO 4 ); b) P 4 ((HPO 3) 4 ); c) grafit; d) Se; e) I 2 (HIO 3); f) Ag; g) Cu; i) Pb; j) KF; l) FeO; m) FeS; m) MgO; n) MgS; p) Fe(OH)2; c) P203; t) As203 (H3As04); y) As 2S3; f) Fe(NO 3) 2; x) P4010; v) Cu 2 S.
15. Ugyanaz, de a következő gázok átengedésekor: a) CO; b) H2S; c) N20; d) NH3; e) NEM; f) H2Se; g) HI.
16. A reakciók ugyanúgy vagy eltérően mennek végbe következő eseteket: a) egy darab magnéziumot helyeztünk egy magas kémcsőbe, amely kétharmadáig tömény salétromsavval volt megtöltött; b) egy csepp tömény salétromsav? Írd le a reakcióegyenleteket!
17. Mi a különbség a tömény salétromsav reakciója között hidroszulfidsavés gázhalmazállapotú kénhidrogénnel? Írd le a reakcióegyenleteket!
18. Az ORR ugyanúgy megy végbe, ha vízmentes kristályos nátrium-szulfidot és annak 0,1 M oldatát adjuk tömény salétromsavoldathoz?
19. A következő anyagok keverékét kezeltük tömény salétromsavval: Cu, Fe, Zn, Si és Cr. Írd le a lezajló reakciók egyenleteit!
20. Írja fel azoknak a reakcióknak egyenleteit, amelyek akkor mennek végbe, ha a következő anyagokat adják a híg salétromsavhoz: a) I 2 ; b) Mg; c) Al; d) Fe; e) FeO; f) FeS; g) Fe(OH)2; i) Fe(OH)3; j) MnS; l) Cu2S; m) CuS; m) CuO; n) Na2Scr; p) Na2Sp; c) P 4 O 10 .
21. Milyen folyamatok mennek végbe, ha a) ammóniát, b) kénhidrogént, c) szén-dioxidot engedünk át híg salétromsav oldaton?
22. Írja fel azoknak a reakcióknak egyenleteit, amelyek akkor mennek végbe, ha a következő anyagokat adják tömény kénsavhoz: a) Ag; b) Cu; c) grafit; d) HCOOH; e) C6H12O6; f) NaCl cr; g) C2H5OH.
23. Amikor a hidrogén-szulfidot hideg tömény kénsavon vezetik át, S és SO 2 képződik, a forró tömény H 2 SO 4 ként oxidálja SO 2 -dá. Írd le a reakcióegyenleteket! Hogyan megy végbe a reakció forró tömény H 2 SO 4 és hidrogén-szulfid között?
24. Miért kapunk hidrogén-kloridot kristályos nátrium-klorid tömény kénsavval való kezelésével, de hidrogén-bromidot és hidrogén-jodidot ezzel a módszerrel nem?
25. Írja fel a híg kénsav és a) Zn, b) Al, c) Fe, d) króm oxigén hiányában, e) króm kölcsönhatása során fellépő reakciók egyenleteit!
26. Írjon fel reakcióegyenleteket, amelyek a hidrogén-peroxid redox tulajdonságait jellemzik:

A reakciók közül melyikben oxidálószer, és melyikben redukálószer a hidrogén-peroxid?

27. Milyen reakciók mennek végbe a következő anyagok hevítésekor: a) (NH 4) 2 CrO 4; b) NaNO3; c) CaCO 3; d) Al(NO 3) 3; e) Pb(NO 3) 3; f) AgN03; g) Hg(NO3)2; i) Cu(NO 3) 2; j) CuO; l) NaClO 4; m) Ca(ClO 4) 2; m) Fe(NO 3) 2; n) PCl 5; p) MnCl4; c) H2C204; r) LiNO 3; y) HgO; f) Ca(NO 3) 2; x) Fe(OH)3; v) CuCl2; h) KC103; w) KClO 2; y) CrO 3?
28. Ha forró ammónium-klorid és kálium-nitrát oldatokat egyesítenek, reakció lép fel, amelyet gáz felszabadul. Írj egyenletet erre a reakcióra!
29. Írja fel azoknak a reakcióknak egyenleteit, amelyek akkor mennek végbe, amikor a) klórt, b) brómgőzt engednek át hideg nátrium-hidroxid-oldaton. Ugyanaz, de forró megoldással.
30. Amikor kölcsönhatásba lép egy forró, koncentrált kálium-hidroxid-oldattal, a szelén a legközelebbi stabil oxidációs állapotig (–II és +IV) diszmutáción megy keresztül. Írjon egy egyenletet erre az ORR-re.
31. Ugyanezen körülmények között a kén hasonló diszmutáción megy keresztül, de a kénfelesleg reakcióba lép a szulfitionokkal, és így S 2 O 3 2 tioszulfát ionokat képez. Írd le a lezajló reakciók egyenleteit! ;
32. Írjon fel egyenleteket a) réz-nitrát ezüstanódos oldatának, b) ólom-nitrát rézanódos oldatának elektrolízisreakcióira!

Ezt az anyagot nehéz lehet elsajátítani. az önálló tanulás, a nagy mennyiségű információ, sok árnyalat, mindenféle DE és IF miatt. Olvasd figyelmesen!

Pontosan miről fogunk beszélni?

A teljes oxidáció (égés) mellett a szerves vegyületek egyes osztályait reakciók jellemzik nem teljes oxidáció, és más osztályokká alakulnak.

Minden osztályhoz léteznek speciális oxidálószerek: CuO (alkoholokhoz), Cu(OH) 2 és OH (aldehidekhez) és mások.

De van két klasszikus oxidálószer, amelyek úgyszólván univerzálisak sok osztály számára.

Ez a kálium-permanganát - KMnO 4. És kálium-bikromát (dikromát) – K 2 Cr 2 O 7 . Ezek az anyagok erős oxidálószerek a +7 oxidációs állapotú mangán, illetve a +6 oxidációs állapotú króm miatt.

Ezekkel az oxidálószerekkel gyakran előfordulnak reakciók, de sehol nincs átfogó útmutató arra vonatkozóan, hogy milyen elvek alapján válasszuk ki az ilyen reakciók termékeit.

A gyakorlatban számos tényező befolyásolja a reakció lefolyását (hőmérséklet, környezet, reagensek koncentrációja stb.). Az eredmény gyakran termékek keveréke. Ezért szinte lehetetlen megjósolni a keletkező terméket.

De ez nem alkalmas az egységes államvizsgára: nem lehet oda írni, hogy „talán ez, vagy ez, vagy az, vagy termékek keveréke”. Konkrétumok kellenek.

A feladatok írói bevezettek egy bizonyos logikát, egy bizonyos elvet, amely szerint egy adott terméket meg kell írni. Sajnos nem osztották meg senkivel.

Ezt a problémát a legtöbb kézikönyv inkább elkerüli: példaként két vagy három reakció szerepel.

Ebben a cikkben az egységes államvizsga-feladatok kutatásának-elemzésének nevezhető eredményeit mutatom be. A permanganáttal és dikromáttal történő oxidációs reakciók összeállításának logikája és elvei meglehetősen pontosan (az egységes államvizsga szabványoknak megfelelően) megoldottak. Először is.

Oxidációs állapot meghatározása.

Először is, amikor redoxreakciókkal foglalkozunk, mindig van egy oxidálószer és egy redukálószer.

Az oxidálószer a mangán permanganátban vagy a króm a dikromátban, a redukálószer a szerves anyag atomjai (nevezetesen a szénatomok).

Nem elég meghatározni a termékeket, a reakciót ki kell egyenlíteni. A kiegyenlítéshez hagyományosan az elektronikus mérleg módszerét alkalmazzák. A módszer alkalmazásához meg kell határozni a redukálószerek és oxidálószerek oxidációs állapotát a reakció előtt és után.

U szervetlen anyagok Az oxidációs állapotokat 9. osztálytól ismerjük:

De valószínűleg nem jártak bioórára a 9. osztályban. Ezért mielőtt megtanulná az OVR írását szerves kémia, meg kell tanulnia a szerves anyagok szén oxidációs fokának meghatározását. Ez egy kicsit másképp történik, máshogyan, mint a szervetlen kémiában.

A szén maximális oxidációs foka +4, minimuma -4. És ennek a résnek bármilyen fokú oxidációját mutathatja: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4.

Először is emlékeznie kell arra, hogy mi az oxidációs állapot.

Az oxidációs állapot az a hagyományos töltés, amely egy atomon jelenik meg, feltételezve, hogy az elektronpárok teljesen eltolódnak az elektronegatívabb atom felé.

Ezért az oxidációs állapotot az elmozdult elektronpárok száma határozza meg: ha eltoljuk egy adott atomhoz, akkor többlet mínusz (-) töltést szerez, ha atomból, akkor többlet plusz (+) töltést szerez. Elvileg ez minden elmélet, amit tudnia kell egy szénatom oxidációs állapotának meghatározásához.

Egy adott szénatom oxidációs állapotának meghatározásához egy vegyületben MINDEN kötést figyelembe kell vennünk, és meg kell néznünk, hogy az elektronpár melyik irányba tolódik el, és ebből milyen többlettöltés (+ vagy -) keletkezik a szénatomon.

Tegyük rendbe konkrét példák:

A szénnél három kötés hidrogénnel. Szén és hidrogén – melyik elektronegatívabb? Szén, ami azt jelenti, hogy e három kötés mentén az elektronpár a szén felé tolódik el. A szén mindegyikből egy hidrogént vesz el negatív töltés: kiderül -3

A negyedik kapcsolat a klórral van. Szén és klór – melyik elektronegatívabb? Klór, ami azt jelenti, hogy e kötés mentén az elektronpár a klór felé tolódik el. A karbonnak van egy pozitív töltés +1.

Ezután csak hozzá kell adnia: -3 + 1 = -2. Ennek a szénatomnak az oxidációs állapota -2.

Határozzuk meg az egyes szénatomok oxidációs állapotát:

A szénnek három kötése van a hidrogénnel. Szén és hidrogén – melyik elektronegatívabb? Szén, ami azt jelenti, hogy e három kötés mentén az elektronpár a szén felé tolódik el. A szén minden hidrogénből egy negatív töltést vesz fel: -3

És még egy kapcsolat a másik szénnel. Szén és egyéb szén - elektronegativitásuk egyenlő, tehát az elmozdulások elektronpár nem fordul elő (a kapcsolat nem poláris).

Ennek az atomnak két kötése van egy oxigénatommal és egy másik kötése egy másik oxigénatommal (az OH-csoport részeként). Három kötésben több elektronegatív oxigénatom vonz egy elektronpárt a szénből, és a szén +3 töltést vesz fel.

A negyedik kötésnél a szén egy másik szénhez kapcsolódik, ahogy már mondtuk, e kötés mentén az elektronpár nem tolódik el.

A szén két kötéssel kapcsolódik a hidrogénatomokhoz. A szén, mivel elektronegatívabb, minden hidrogénkötéshez egy pár elektront vesz el, és -2 töltést vesz fel.

A szén kettős kötés oxigénatomhoz kapcsolódik. Az elektronegatívabb oxigén minden kötés mentén egy elektronpárt vonz magához. Együtt kiderül, hogy a szénnek két elektronpárja van. A szén +2 töltést nyer.

Együtt azt kapjuk, hogy +2 -2 = 0.

Határozzuk meg ennek a szénatomnak az oxidációs állapotát:

Az elektronegatívabb nitrogénnel kötött hármas kötés +3 töltést ad a szénnek, nem tolja el az elektronpárt.

Oxidálás permanganáttal.

Mi lesz a permanganáttal?

A permanganáttal történő redoxreakció különböző környezetben (semleges, lúgos, savas) mehet végbe. És a környezettől függ, hogy pontosan hogyan megy végbe a reakció, és milyen termékek képződnek.

Ezért három irányba haladhat:

A permanganát oxidálószerként redukálódik. Íme a restaurálásának termékei:

1. Savas környezet.

A közeget kénsavval (H 2 SO 4) megsavanyítjuk. A mangán oxidációs állapota +2. A helyreállítási termékek pedig a következők lesznek:

KMnO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

1. Lúgos környezet.

A lúgos környezet létrehozásához egy meglehetősen tömény lúgot (KOH) adnak hozzá. A mangán oxidációs állapota +6. Helyreállítási termékek

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 + H 2 O

1. Semleges környezet(és enyhén lúgos).

Semleges környezetben a permanganát mellett a víz is reagál (amit az egyenlet bal oldalára írunk), a mangán +4-re (MnO 2) redukálódik, a redukciós termékek:

KMnO 4 + H 2 O → MnO 2 + KOH

És enyhén lúgos környezetben (alacsony koncentrációjú KOH-oldat jelenlétében):

KMnO 4 + KOH → MnO 2 + H 2 O

Mi lesz a szerves anyagokkal?

Az első dolog, amit meg kell értened, hogy minden az alkohollal kezdődik! Ez kezdeti szakaszban oxidáció. A szén, amelyhez a hidroxilcsoport kapcsolódik, oxidáción megy keresztül.

Az oxidáció során a szénatom „kötést vesz fel” az oxigénnel. Ezért az oxidációs reakcióséma írásakor írja be az [O]-t a nyíl fölé:

Elsődleges alkohol először aldehiddé, majd karbonsavvá oxidálódik:

Oxidáció másodlagos alkohol a második szakaszban megszakad. Mivel a szén középen van, nem aldehid, hanem keton képződik (a ketoncsoport szénatomja már nem tud fizikailag kötést kialakítani a hidroxilcsoporttal):

Ketonok, tercier alkoholokÉs karbonsavak már nem oxidálódik:

Az oxidációs folyamat lépcsőzetes – amíg van hely az oxidációnak és minden feltétel adott ehhez, a reakció folytatódik. Minden egy olyan termékkel végződik, amely az adott körülmények között nem oxidálódik: tercier alkohol, keton vagy sav.

Érdemes megjegyezni a metanol oxidációjának szakaszait. Először a megfelelő aldehiddé oxidálódik, majd a megfelelő savvá:

Ennek a terméknek (hangyasav) az a sajátossága, hogy a karboxilcsoportban lévő szén hidrogénhez kötődik, és ha alaposan megnézi, észre fogja venni, hogy ez nem más, mint egy aldehidcsoport:

És az aldehidcsoport, amint azt korábban megtudtuk, tovább oxidálódik karboxilcsoporttá:

Felismerted a keletkezett anyagot? Bruttó képlete H 2 CO 3. Ez szénsav, amely szén-dioxidra és vízre bomlik:

H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2

Ezért a metanol, a formicaldehid és hangyasav(az aldehidcsoport miatt) szén-dioxiddá oxidálódnak.

Enyhe oxidáció.

Enyhe oxidáció oxidáció erős melegítés nélkül semleges vagy enyhén lúgos környezetben (írjon 0-t a reakció fölé ° vagy 20 °) .

Fontos megjegyezni, hogy az alkoholok nem oxidálódnak enyhe körülmények között. Ezért, ha kialakulnak, akkor az oxidáció leáll rajtuk. Milyen anyagok mennek enyhe oxidációs reakción?

1. Tartalmazó kettős kötés C=C (Wagner-reakció).

Ebben az esetben a π-kötés felszakad, és a hidroxilcsoport „ül” a felszabaduló kötéseken. Az eredmény egy kétértékű alkohol:

Írjuk fel az etilén (etén) enyhe oxidációjának reakcióját. Írjuk fel kiindulási anyagokés megjósolni a termékeket. Ugyanakkor még nem írunk H 2 O-t és KOH-t: megjelenhetnek akár az egyenlet jobb, akár a bal oldalán. És azonnal meghatározzuk a redox reakcióban részt vevő anyagok oxidációs fokát:

Készítsünk elektronikus mérleget (azt értjük, hogy két redukálószer van - két szénatom, ezek külön oxidálódnak):

Állítsuk be az együtthatókat:

A végén hozzá kell adni a hiányzó termékeket (H 2 O és KOH). Nincs elég kálium a jobb oldalon, ami azt jelenti, hogy a jobb oldalon lúg lesz. Egy együtthatót teszünk elé. Nincs elég hidrogén a bal oldalon, ezért van víz a bal oldalon. Egy együtthatót teszünk elé:

Tegyük ugyanezt a propilénnel (propénnel):

A cikloalkén gyakran becsúszik. Ne hagyd, hogy zavarjon. Ez egy normál szénhidrogén kettős kötéssel:

Bárhol is legyen ez a kettős kötés, az oxidáció ugyanúgy megy végbe:

1. Aldehidcsoportot tartalmaz.

Az aldehidcsoport reaktívabb (könnyebben reagál), mint az alkoholcsoport. Ezért az aldehid oxidálódik. Sav előtt:

Nézzük az acetaldehid (etanál) példáját. Jegyezzük fel a reaktánsokat, termékeket, rendezzük el az oxidációs állapotokat! Készítsünk mérleget, és tegyünk együtthatókat a redukálószer és az oxidálószer elé:

Semleges és gyengén lúgos környezetben a reakció lefolyása kissé eltérő lesz.

Semleges környezetben, mint emlékszünk, vizet írunk az egyenlet bal oldalára, és lúgot az egyenlet jobb oldalára (a reakció során keletkezett):

Ebben az esetben egy sav és egy lúg egymás mellett jelenik meg egy keverékben. Semlegesítés következik be.

Nem létezhetnek egymás mellett és nem reagálhatnak, só képződik:

Sőt, ha megnézzük az egyenletben szereplő együtthatókat, akkor megértjük, hogy 3 mol sav és 2 mol lúg van. 2 mol lúg csak 2 mol savat képes semlegesíteni (2 mol só képződik). És egy mól sav marad. Ezért a végső egyenlet a következő lesz:

Enyhén lúgos környezetben a lúg feleslegben van - a reakció előtt adják hozzá, így az összes sav semlegesül:

Hasonló helyzet áll elő a metanol oxidációja során is. Emlékszünk rá, hogy szén-dioxiddá oxidálódik:

Szem előtt kell tartani, hogy a szén-monoxid (IV) CO 2 savas. És reagálni fog lúggal. És mivel a szénsav kétbázisú, így savas só és közepes só is képződhet. Ez a lúg és a szén-dioxid arányától függ:

Ha a lúg szén-dioxidhoz viszonyított aránya 2:1, akkor az lesz közepes só:

Vagy lényegesen több a lúg (több mint kétszer). Ha több mint duplájára nő, akkor a lúg maradéka megmarad:

3KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O + KOH

Ez lúgos környezetben történik (ahol lúgfelesleg van, mivel azt a reakció előtt adják a reakcióelegyhez) vagy semleges környezetben, amikor sok lúg képződik.

De ha a lúg 1:1 arányban kapcsolódik a szén-dioxidhoz, akkor lesz egy savas só:

KOH + CO 2 → KHCO 3

Ha a szükségesnél több szén-dioxid van, akkor feleslegben marad:

KOH + 2CO 2 → KHCO 3 + CO 2

Ez semleges környezetben történik, ha kevés lúg képződik.

Jegyezzük fel a kiindulási anyagokat, termékeket, készítsünk mérleget, tegyük az oxidációs állapotokat az oxidálószer, redukálószer és a belőlük keletkező termékek elé:

Semleges környezetben lúg (4KOH) képződik a jobb oldalon:

Most meg kell értenünk, mi képződik három mol CO 2 és négy mol lúg kölcsönhatása során.

3CO 2 + 4KOH → 3KHCO 3 + KOH

KHCO 3 + KOH → K 2 CO 3 + H 2 O

Tehát így alakul:

3CO 2 + 4KOH → 2KHCO 3 + K 2 CO 3 + H 2 O

Ezért az egyenlet jobb oldalára írunk két mól bikarbonátot és egy mól karbonátot:

Gyengén lúgos környezetben azonban nincsenek ilyen problémák: a lúg feleslegének köszönhetően átlagos só képződik:

Ugyanez történik az oxálsav-aldehid oxidációja során:

Az előző példához hasonlóan kétbázisú sav keletkezik, és az egyenlet szerint 4 mol lúgot kell kapni (mivel 4 mol permanganát).

Semleges környezetben ismét az összes lúg nem elegendő az összes sav semlegesítéséhez.

Három mól lúg keletkezik savanyú só 1 mól lúg marad vissza:

3HOOC–COOH + 4KOH → 3KOOC–COOH + KOH

És ez az egy mól lúg kölcsönhatásba lép egy mól savas sóval:

KOOC–COOH + KOH → KOOC–COOK + H 2 O

Így alakul:

3HOOC–COOH + 4KOH → 2KOOC–COOH + KOOC–COOK + H 2 O

Végső egyenlet:

Enyhén lúgos környezetben közepes só képződik a felesleges lúg miatt:

1. Hármas kötést tartalmazC≡ C.

Emlékszel, mi történt a kettős kötéssel rendelkező vegyületek enyhe oxidációja során? Ha nem emlékszik, görgessen vissza, és emlékezzen.

A π kötés felszakad, és a hidroxilcsoport a szénatomokhoz kapcsolódik. Itt is ugyanaz az elv. Ne feledje, hogy egy hármas kötésnek két π kötése van. Először ez történik az első π kötés mentén:

Ezután egy másik π-kötésen keresztül:

Az a szerkezet, amelyben egy szénatom két hidroxilcsoportot tartalmaz, rendkívül instabil. Ha valami instabil a kémiában, az hajlamos arra, hogy valami „leessen”. A víz leesik, így:

Ez karbonilcsoportot eredményez.

Nézzünk példákat:

Etin (acetilén). Tekintsük ennek az anyagnak az oxidációjának szakaszait:

Víz eltávolítása:

Az előző példához hasonlóan egy reakcióelegyben sav és lúg is van. Semlegesítés következik be és só képződik. Amint az alkálifém-permanganát együtthatójából látható, 8 mol lesz, vagyis elég a sav semlegesítéséhez. Végső egyenlet:

Tekintsük a butin-2 oxidációját:

Víz eltávolítása:

Itt nem képződik sav, így nem kell a semlegesítéssel bajlódni.

Reakció egyenlet:

Ezeket a különbségeket (a szén oxidációja között a lánc szélén és a közepén) a pentin példája egyértelműen mutatja:

Víz eltávolítása:

Az eredmény egy érdekes szerkezetű anyag:

Az aldehidcsoport tovább oxidálódik:

Írjuk fel a kiindulási anyagokat, termékeket, határozzuk meg az oxidációs állapotokat, készítsünk mérleget, tegyük az együtthatókat az oxidálószer és a redukálószer elé:

2 mol lúgnak kell képződnie (mivel a permanganát előtti együttható 2), ezért az összes sav semlegesül:

Súlyos oxidáció.

A kemény oxidáció oxidációt jelent savanyú, erősen lúgos környezet. És be is semleges (vagy enyhén lúgos), de melegítve.

Savas környezetben néha melegítik is. De ahhoz, hogy erős oxidáció történjen nem savas környezetben, a melegítés előfeltétele.

Mely anyagok mennek keresztül súlyos oxidáción? (Először csak savas környezetben elemezzük - majd hozzáadunk olyan árnyalatokat, amelyek az oxidáció során keletkeznek erősen lúgos és semleges vagy gyengén lúgos (hevítéskor) környezetben).

Erős oxidáció esetén a folyamat a maximumra megy. Amíg van mit oxidálni, az oxidáció folytatódik.

1. Alkoholok. Aldehidek.

Nézzük az etanol oxidációját. Fokozatosan savvá oxidálódik:

Írjuk fel az egyenletet. Felírjuk a kiindulási anyagokat, a redox reakció termékeit, belépünk az oxidációs állapotokba, mérleget készítünk. Kiegyenlítjük a reakciót:

Ha a reakciót az aldehid forráspontján hajtjuk végre, akkor keletkezésekor az elpárolog (elrepül) a reakcióelegyből anélkül, hogy ideje lenne tovább oxidálódni. Ugyanez a hatás nagyon kíméletes körülmények között érhető el ( Alacsony hő). Ebben az esetben termékként aldehidet írunk:

Tekintsük a szekunder alkohol oxidációját a 2-propanol példáján keresztül. Mint már említettük, az oxidáció a második szakaszban (karbonilvegyület képződése) véget ér. Mivel egy keton képződik, amely nem oxidálódik. Reakció egyenlet:

Tekintsük az aldehidek oxidációját etanollal. Savvá is oxidálódik:

Reakció egyenlet:

A metanol és a metanol, mint korábban említettük, szén-dioxiddá oxidálódik:

Metall:

1. Több kötést tartalmaz.

Ebben az esetben a lánc a többszörös kötésnél elszakad. És az azt alkotó atomok oxidáción mennek keresztül (kötést vesznek fel az oxigénnel). Oxidálja, amennyire csak lehetséges.

A kettős kötés felszakadásakor a fragmensekből karbonilvegyületek képződnek (az alábbi diagramon: az egyik fragmensből - aldehid, a másikból - egy keton)

Nézzük a pentén-2 oxidációját:

A „hulladékok” oxidációja:

Kiderül, hogy két sav keletkezik. Jegyezzük fel a kiindulási anyagokat, termékeket! Határozzuk meg az azt megváltoztató atomok oxidációs állapotát, állítsuk fel a mérleget és egyenlítsük ki a reakciót:

Az elektronikus mérleg összeállításakor azt értjük, hogy két redukálószer van - két szénatom, és külön oxidálódnak:

Nem mindig képződik sav. Vizsgáljuk meg például a 2-metilbutén oxidációját:

Reakció egyenlet:

Teljesen ugyanaz az elv a vegyületek oxidációjára hármas kötés(csak oxidáció megy végbe azonnal sav képződésével, anélkül középfokú oktatás aldehid):

Reakció egyenlet:

Ha a többszörös kötés pontosan középen helyezkedik el, az eredmény nem két termék, hanem egy. Mivel a „hulladékok” ugyanazok, és azonos termékekké oxidálódnak:

Reakció egyenlet:

1. Dupla koronás sav.

Van egy sav, amelyben a karboxilcsoportok (koronák) kapcsolódnak egymáshoz:

Ez az oxálsav. Két koronának nehéz megférni egymás mellett. Természetesen normál körülmények között stabil. De mivel két karbonsavcsoport kapcsolódik egymáshoz, kevésbé stabil, mint a többi karbonsav.

Ezért különösen zord körülmények között oxidálódhat. Szakadás van a „két korona” kapcsolatában:

Reakció egyenlet:

1. Benzol homológok (és származékaik).

A benzol maga nem oxidálódik, az aromássága miatt ez a szerkezet nagyon stabil

De homológjai oxidáltak. Ilyenkor az áramkör is megszakad, a lényeg, hogy pontosan hol. Néhány elv érvényesül:

1. Maga a benzolgyűrű nem esik össze, és a végéig sértetlen marad, a kötés felszakadása a gyökben történik.
2. A benzolgyűrűhöz közvetlenül kapcsolódó atom oxidálódik. Ha utána szénlánc a radikálisban folytatódik - akkor a rés utána következik be.

Nézzük a metil-benzol oxidációját. Ott a gyökben egy szénatom oxidálódik:

Reakció egyenlet:

Nézzük az izobutil-benzol oxidációját:

Reakció egyenlet:

Nézzük a szek-butil-benzol oxidációját:

Reakció egyenlet:

Ha a benzolhomológokat (és a homológok származékait) több gyökkel oxidálják, két, három vagy több bázikus aromás sav képződik. Például az 1,2-dimetil-benzol oxidációja:

A benzolhomológok származékai (amelyekben a benzolgyűrűben nem szénhidrogén gyökök vannak) ugyanúgy oxidálódnak. A benzolgyűrű egy másik funkciós csoportja nem zavarja:

Részösszeg. Algoritmus "hogyan írjuk le a kemény oxidáció reakcióját permanganáttal savas közegben":

1. Írja fel a kiindulási anyagokat (szerves + KMnO 4 + H 2 SO 4).
2. Írja fel a szerves oxidáció termékeit (oxidálódnak az alkoholt, aldehidcsoportokat, többszörös kötést tartalmazó vegyületek, valamint a benzol homológok).
3. Írja fel a permanganát redukció szorzatát (MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O).
4. Határozza meg az oxidáció mértékét az OVR résztvevőinél. Készítsen mérleget. Adja meg az oxidálószer és a redukálószer, valamint a belőlük képződő anyagok együtthatóit.
5. Ezután ajánlatos kiszámolni, hogy hány szulfát anion van az egyenlet jobb oldalán, és ennek megfelelően a bal oldali kénsav elé tegyünk együtthatót.
6. A végén tedd az együtthatót a víz elé.

Erősen lúgos környezetben és semleges vagy enyhén lúgos (hevítéskor) környezetben súlyos oxidáció.

Ezek a reakciók sokkal kevésbé gyakoriak. Azt mondhatjuk, hogy az ilyen reakciók egzotikusak. És ahogy minden egzotikus reakcióhoz illik, ezek bizonyultak a legellentmondásosabbnak.

A kemény oxidáció is kemény Afrikában, ezért a szerves anyagok ugyanúgy oxidálódnak, mint a savas környezetben.

Nem elemezzük az egyes osztályok reakcióit külön, mivel általános elv már korábban elhangzott. Nézzük csak az árnyalatokat.

Erősen lúgos környezet :

Erősen lúgos környezetben a permanganát +6 oxidációs állapotra redukálódik (kálium-manganát):

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4.

Erősen lúgos környezetben mindig feleslegben van lúg, így teljes közömbösítés megy végbe: ha szén-dioxid keletkezik, akkor karbonát, ha sav keletkezik, akkor só lesz (ha többbázisú a sav, közepes só lesz).

Például a propén oxidációja:

Az etil-benzol oxidációja:

Melegítéskor enyhén lúgos vagy semleges környezet :

Itt is mindig számolni kell a semlegesítés lehetőségével.

Ha az oxidáció semleges környezetben történik, és savas vegyület (sav vagy szén-dioxid) keletkezik, akkor a keletkező lúg semlegesíti ezt a savas vegyületet. De nem mindig van elég lúg a sav teljes semlegesítéséhez.

Például az aldehidek oxidálásakor ez nem elég (az oxidáció ugyanúgy megy végbe, mint enyhe körülmények között - a hőmérséklet egyszerűen felgyorsítja a reakciót). Ezért só és sav egyaránt képződik (ami durván szólva feleslegben marad).

Ezt akkor tárgyaltuk, amikor az aldehidek enyhe oxidációját vizsgáltuk.

Ezért, ha semleges környezetben savat képez, alaposan meg kell vizsgálnia, hogy elegendő-e az összes sav semlegesítése. Speciális figyelem figyelmet kell fordítani a többbázisú savak semlegesítésére.

Gyengén lúgos környezetben a kellő mennyiségű lúg miatt csak közepes sók keletkeznek, mivel lúgfelesleg van.

Általában a lúg elegendő az oxidációhoz semleges környezetben. És a reakcióegyenlet semleges és gyengén lúgos közegben is ugyanaz lesz.

Nézzük például az etil-benzol oxidációját:

A lúg elég ahhoz, hogy teljesen semlegesítse a kapott anyagot savas vegyületek, még marad is valami:

3 mol lúg elfogy - 1 marad.

Végső egyenlet:

Ez a reakció semleges és gyengén lúgos környezetben ugyanúgy megy végbe (a bal oldali gyengén lúgos környezetben nincs lúg, de ez nem jelenti azt, hogy nem létezik, csak nem reagál).

Redox reakciók kálium-dikromáttal (dikromáttal).

A bichromate nem rendelkezik ezzel nagy változatosság szerves oxidációs reakciók az Egységes Államvizsgán.

A dikromáttal végzett oxidációt általában csak savas környezetben végezzük. Ebben az esetben a króm visszaáll +3-ra. Helyreállítási termékek:

Az oxidáció súlyos lesz. A reakció nagyon hasonló lesz a permanganátos oxidációhoz. Ugyanazok az anyagok oxidálódnak, amelyeket a permanganát savas környezetben oxidál, és ugyanazok a termékek képződnek.

Nézzünk néhány reakciót.

Nézzük az alkohol oxidációját. Ha az oxidációt az aldehid forráspontján hajtják végre, akkor az oxidáció nélkül hagyja el a reakcióelegyet:

BAN BEN másképp, az alkohol közvetlenül savvá oxidálható.

Az előző reakcióban keletkezett aldehid „csapdába ejthető”, és savvá oxidálható:

A ciklohexanol oxidációja. A ciklohexanol egy szekunder alkohol, így keton képződik:

Ha ezzel a képlettel nehéz meghatározni a szénatomok oxidációs állapotát, akkor a tervezetre írhatja:

Reakció egyenlet:

Tekintsük a ciklopentén oxidációját.

A kettős kötés megszakad (a ciklus megnyílik), az azt alkotó atomok maximálisan oxidálódnak (jelen esetben karboxilcsoporttá):

Az oxidáció néhány jellemzője az egységes államvizsgában, amellyel nem értünk teljesen egyet.

Nem tartjuk teljesen helyesnek azokat a „szabályokat”, elveket és reakciókat, amelyeket ebben a részben tárgyalunk. Nemcsak a dolgok valós állapotának (a kémiának mint tudománynak) mondanak ellent, hanem a belső logikának is. iskolai tananyagés különösen az Egységes Államvizsga.

Ennek ellenére kénytelenek vagyunk ezt az anyagot pontosan az Egységes Államvizsga által megkövetelt formában megadni.

Kifejezetten a HARD oxidációról beszélünk.

Emlékszel, hogyan oxidálódnak a benzolhomológok és származékaik zord körülmények között? A gyökök mindegyike terminált, és karboxilcsoportok képződnek. A hulladékok „önmaguktól” oxidáción mennek keresztül:

Tehát, ha hirtelen hidroxilcsoport vagy többszörös kötés jelenik meg a gyökben, el kell felejtenie, hogy ott van egy benzolgyűrű. A reakció CSAK ezt követi funkcionális csoport(vagy több kapcsolat).

A funkciós csoport és a többszörös kötés fontosabb, mint a benzolgyűrű.

Nézzük meg az egyes anyagok oxidációját:

Első anyag:

Figyelmen kívül kell hagynia azt a tényt, hogy van egy benzolgyűrű. Az Egységes Államvizsga szempontjából ez csak másodlagos alkohol. A szekunder alkoholok ketonokká oxidálódnak, de a ketonok nem oxidálódnak tovább:

Ezt az anyagot dikromáttal oxidáljuk:

Második anyag:

Ez az anyag egyszerűen kettős kötéssel rendelkező vegyületként oxidálódik (nem figyelünk a benzolgyűrűre):

Hagyja melegítés közben semleges permanganátban oxidálódni:

A kapott lúg elegendő a szén-dioxid teljes semlegesítéséhez:

2KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O

Végső egyenlet:

A harmadik anyag oxidációja:

Az oxidációt kálium-permanganáttal savas környezetben végezzük:

A negyedik anyag oxidációja:

Hagyja erősen lúgos környezetben oxidálódni. A reakcióegyenlet a következő lesz:

És végül a vinil-benzol oxidációja így történik:

És benzoesavvá oxidálódik, észben kell tartani, hogy az Egységes Államvizsga logikája szerint nem azért oxidálódik így, mert benzolszármazék. Hanem azért, mert kettős kötést tartalmaz.

Következtetés.

Ez minden, amit tudnia kell a redox reakciókról, amelyekben permanganát és dikromát vesz részt a szerves anyagokban.

Ne lepődjön meg, ha először hallja az ebben a cikkben felvázolt pontokat. Mint már említettük, ez a téma nagyon tág és ellentmondásos. És ennek ellenére valamiért nagyon kevés figyelmet kap.

Amint láthatta, két vagy három reakció nem magyarázhatja meg e reakciók összes mintáját. Ez integrált megközelítést igényel és részletes magyarázat minden pillanatban. Sajnos a tankönyvekben és az internetes forrásokban a témát nem, vagy egyáltalán nem fedik le teljesen.

Igyekeztem ezeket a hiányosságokat és hiányosságokat kiküszöbölni, és ezt a témát egészében, nem pedig részben szemlélni. Remélem sikerült.

Köszönöm a figyelmet, minden jót neked! Sok sikert a kémiai tudományok elsajátításához és a sikeres vizsgákhoz!

A toluol metil-benzol, amely színtelen folyadék, amely az arének osztályába tartozik, amelyek összetételükben aromás rendszerű szerves vegyületek.

Ennek az anyagnak a legfontosabb jellemzője sajátos illata. Ez azonban nem az egyetlen megkülönböztető vonás» anyagok. A toluolnak számos tulajdonsága és jellemzője van, és mindegyikről érdemes röviden beszélni.

Egy kis történelem

A toluol kémiai tulajdonságait valamivel kevesebb, mint 200 évvel ezelőtt kezdték el tanulmányozni, amikor először megszerezték. Az anyagot 1835-ben Pierre Joseph Pelletier francia gyógyszerész és vegyész fedezte fel. A tudós toluolt nyert fenyőgyanta desztillálásával.

Három évvel később pedig a francia fizikai kémikus, Henri Saint-Clair Deville izolált ezt az anyagot egy balzsamból, amit a kolumbiai Tolu városából hozott. Valójában ennek az italnak a tiszteletére kapta a vegyület a nevét.

Általános információ

Mit mondhatunk a toluol jellemzőiről és kémiai tulajdonságairól? Az anyag szúrós szagú, illékony, mozgékony folyadék. Enyhe kábító hatású. -vel reagál korlátlan mennyiségben szénhidrogének, kölcsönhatásba lép az egyszerű és észterek, alkoholokkal. Nem keveredik vízzel.

A jellemzők a következők:

• Az anyagot a C 7 H 8 képlet jelöli.
• Övé moláris tömeg egyenlő 92,14 g/mol.
• Sűrűsége 0,86694 g/cm³.
• Az olvadáspont -95 ℃ és a forráspont 110,6 ℃.
• Fajlagos hő párolgás 364 kJ/kg.
• Kritikus hőmérséklet fázisátmenet egyenlő 320 °C-kal.

Ez az anyag is gyúlékony. Füstös lánggal ég.

Alapvető kémiai tulajdonságok

A toluol olyan anyag, amelyet elektrofil szubsztitúciós reakciók jellemeznek. Az úgynevezett aromás gyűrűben fordulnak elő, amely abnormálisan nagy stabilitást mutat. Ezek a reakciók főként a -CH 3 metilcsoporthoz képest para- és orto-helyzetben mennek végbe.

Az ozonolízis és az addíció (hidrogénezés) reakciói a toluol kémiai tulajdonságaihoz kapcsolódnak. Bizonyos oxidálószerek hatására a metilcsoport karboxilcsoporttá alakul. Leggyakrabban kálium-permanganát lúgos oldatát vagy nem tömény salétromsavat használnak erre.

Azt is érdemes megjegyezni, hogy a toluol képes spontán égni. Ehhez 535 °C hőmérséklet szükséges. A villanás 4 °C-on történik.

Benzoesav képződése

A tárgyalt anyag kémiai tulajdonságainak is köszönhető, hogy részt vehet ebben a folyamatban. A toluol erős oxidálószerekkel reagálva a legegyszerűbb egybázisú benzoekarbonsavat képezi, amely az aromás csoportba tartozik. A képlete C 6 H 5 COOH.

A sav fehér kristályok formájában van, amelyek könnyen oldódnak dietil-éterben, kloroformban és etanolban. A következő reakciók révén érhető el:

• A toluol és a kálium-permanganát savas környezetben reagál. A képlet a következő: 5C 6 H 5 CH 3 + 6 KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5 C 6 H 5 COOH + 6 MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O.
• A toluol és a kálium-permanganát semleges környezetben kölcsönhatásba lép. A képlet a következő: C 6 H 5 CH 3 + 2 KMnO 4 → C 6 H 5 SOOC + 2 MnO 2 + KOH + H 2 O.
• A toluol fényben reagál halogénekkel, energikus oxidálószerekkel. A képlet szerint fordul elő: C 6 H 5 CH 3 + X 2 → C 6 H 5 CH 2 X + HX.

Az e reakciók eredményeként kapott benzoesavat számos területen használják. Főleg reagensek - benzoil-klorid, benzoát lágyítók, fenol - előállítására használják.

Befőzéshez is használják. Az E213, E212, E211 ÉS E210 adalékanyagok kifejezetten benzoesav alapúak. Blokkolja az enzimeket és lelassítja az anyagcserét, gátolja az élesztő, a penész és a baktériumok szaporodását.

A benzoesavat a gyógyászatban is használják kezelésére bőrbetegségek, és köptetőként.

Az anyag megszerzése

demonstrálása Kémiai tulajdonságok toluolt, a fent bemutatott reakcióegyenleteket nem szeretnék figyelembe venni. Fontos beszélni ennek az anyagnak a megszerzésének folyamatáról.

A toluol az olaj benzinfrakcióinak ipari feldolgozásának terméke. Ezt katalitikus reformálásnak is nevezik. Az anyagot szelektív extrakcióval izolálják, majd rektifikációt hajtanak végre - a keveréket ellenáramú hővel és folyadék és gőz közötti tömegátadással választják el.

Gyakran ez a folyamat helyébe a heptán katalitikus dehidrogénezése lép. Ez egy szerves alkán, amelynek képlete CH 3 (CH 2) 5 CH 3. A dehidrogénezés metil-ciklohexánon keresztül megy végbe - egy cikloalkán, amelynek képlete C 7 H 14. Ez egy monociklusos szénhidrogén, amelyben egy hidrogénatomot metilcsoport helyettesít.

A toluolt ugyanúgy tisztítják, mint a benzolt. De ha kénsavat használnak, akkor figyelembe kell venni, hogy ez az anyag könnyebben szulfonálódik. Ez azt jelenti, hogy a toluol tisztítása során többet kell fenntartani alacsony hőmérséklet. Pontosabban 30°C alatt.

Toluol és benzol

Mivel a két anyag hasonló, érdemes a kémiai tulajdonságait összehasonlítani. A benzol és a toluol egyaránt szubsztitúciós reakciókon megy keresztül. A sebességük azonban különbözik. Mivel a toluol molekulában lévő metilcsoport hatással van az aromás gyűrűre, gyorsabban reagál.

De a benzol viszont ellenáll az oxidációnak. Így például, ha kálium-permanganátnak van kitéve, semmi sem történik. De a toluol ebben a reakcióban benzoesavat képez, amint azt korábban említettük.

Ugyanakkor ismeretes, hogy a telített szénhidrogének nem lépnek reakcióba kálium-permanganát oldattal. Tehát a toluol oxidációja a benzolgyűrűnek a metilcsoportra gyakorolt ​​hatásával magyarázható. Ez az állítás megerősítette Butlerov elmélete. Ennek megfelelően a molekulákban lévő atomok és csoportjaik kölcsönösen befolyásolják egymást.

Friedel-Crafts reakció

A fentiekben sokat mondtak a toluol képletéről és kémiai tulajdonságairól. Arról azonban még nem esett szó, hogy teljesen lehetséges ezt az anyagot benzolból előállítani, ha végrehajtja a Friedel-Crafts reakciót. Ez az acilezési és alkilezési módszer neve aromás vegyületek savas katalizátorok felhasználásával. Ide tartozik a bór-trifluorid (BF 3), a cink-klorid (ZnCl 2), az alumínium (AlCl 3) és a vas (FeCI 3).

De toluol esetében csak egy katalizátor használható. És ez a vas-tribromid, ami összetett hiba bináris kapcsolat szervetlen természetű, FeBr 3 képlettel. A reakció pedig így néz ki: C 6 H 6 + CH 3 Br à FeBr 3 C 6 H 5 CH 3 + HBr. Tehát nemcsak a benzol és a toluol egyesíti a kémiai tulajdonságokat, hanem azt is, hogy az egyik anyagot a másikból nyerjük ki.

Tűzveszély

Lehetetlen nem megemlíteni, ha a kémiai és fizikai tulajdonságok toluol Végül is ez egy nagyon gyúlékony anyag.

A 3.1 tűzveszélyes folyadékok osztályába tartozik. Ebbe a kategóriába tartozik még a dízel üzemanyag, a gázolaj és az érzéketlenített robbanóanyagok.

Nem szabad megengedni, hogy a toluol közelében előforduljon tüzet nyit, dohányzás, szikra Még ennek az anyagnak a gőzeinek levegővel alkotott keveréke is robbanásveszélyes. Ha leürítési és rakodási műveleteket végeznek, akkor az elleni védekezési szabályok betartása statikus elektromosság kiemelt fontosságúvá válik.

A toluollal kapcsolatos munkák végzésére szolgáló termelési helyiségek befúvó és elszívó szellőztetéssel, a berendezések elszívóval vannak ellátva. Tilos olyan eszközöket használni, amelyek ütközéskor szikrát okozhatnak. És ha egy anyag meggyullad, akkor csak finoman permetezett vízzel, légmechanikai vagy vegyszeres habbal kell eloltani. A kiömlött toluolt homokkal semlegesítik.

Veszély az emberekre

A toluol jellemzői és kémiai tulajdonságai határozzák meg toxicitását. Mint már említettük, gőzei igen kábító hatás. Különösen erős benne emelkedett koncentrációk. Az a személy, aki belélegzi a gőzt, súlyos hallucinációkat tapasztal. Kevesen tudják, de 1998-ig ez az anyag a Moment ragasztó része volt. Ezért volt olyan népszerű a kábítószer-fogyasztók körében.

Ennek az anyagnak a magas koncentrációja negatívan hat az idegrendszerre, a szem nyálkahártyájára és a bőrre is. A hematopoiesis funkciója károsodik, mivel a toluol erősen mérgező méreg. Emiatt olyan betegségek léphetnek fel, mint a hipoxia és a cianózis.

Még a toluol-szerekkel való visszaélés fogalma is létezik. Karcinogén hatása is van. Végül is a gőz, amely a bőrön vagy a légzőrendszeren keresztül jut be az emberi szervezetbe, hatással van az idegrendszerre. Néha ezek a folyamatok nem fordíthatók vissza.

Ezenkívül a gőzök gátlást okozhatnak és megzavarhatják a vesztibuláris rendszer működését. Ezért az ezzel az anyaggal dolgozó emberek jól szellőző helyen dolgoznak, mindig vontatás alatt, és speciális gumikesztyűt használnak.

Alkalmazás

A toluol fizikai-kémiai tulajdonságaival kapcsolatos témakör befejezéséhez érdemes átgondolni azokat a területeket, amelyeken ez az anyag aktívan részt vesz.

Ez a vegyület számos polimer (amorf kristályos, nagy molekulájú anyag) hatékony oldószere is. Gyakran hozzáadják a festékekhez és lakkokhoz, valamint egyes gyógyászati ​​​​gyógyszerekhez használt kereskedelmi oldószerek összetételéhez. Ez a vegyület még robbanóanyagok előállítására is alkalmazható. Hozzáadásával trinitrotoluol és TNT keletkezik.

Szerves anyagok részvételével zajló redox reakciók kiegyenlítése elektronikus mérleg módszerrel.

A szerves anyagok oxidációs reakciói gyakran megtalálhatók egy kémia alaptanfolyamon. Ugyanakkor rögzítésüket általában egyszerű diagramok formájában mutatják be, amelyek közül néhány csak ad alapgondolat a különböző osztályokba tartozó anyagok egymásba való átalakulásáról, a folyamat sajátos körülményeinek (például környezeti reakciók) figyelembe vétele nélkül, amelyek befolyásolják a reakciótermékek összetételét. Közben, Egységes államvizsga-követelmények a kémiában a C részben olyanok, hogy szükségessé válik a reakcióegyenlet felírása egy bizonyos együtthatókészlettel. Ez a cikk ajánlásokat ad az ilyen egyenletek összeállításának módszertanára vonatkozóan.

A redoxreakciók leírására két módszert alkalmaznak: az elektron-ion egyenlet módszerét és az elektronegyensúly módszerét. Anélkül, hogy az elsőre rátérnénk, megjegyezzük, hogy az elektronikus mérleg módszerét egy alapfokú iskolai kémiatanfolyamon tanulják, és ezért a tantárgy továbbtanulására alkalmas.

Az elektronikus mérlegegyenletek elsősorban az atomok oxidációs és redukciós folyamatait írják le. Ezenkívül speciális tényezők jelzik az oxidációs és redukciós folyamatokban részt vevő atomokat tartalmazó anyagok képlete előtti együtthatókat. Ez viszont lehetővé teszi a fennmaradó együtthatók megtalálását.

1. példa Toluol oxidációja kálium-permanganáttal savas környezetben.

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = ...

Ismeretes, hogy az arének oldalsó metilcsoportjai általában karboxillá oxidálódnak, így ilyenkor benzoesav keletkezik. A kálium-permanganát savas környezetben kétszeres töltésű mangánkationokká redukálódik. Tekintettel a kénsav környezet jelenlétére, a termékek mangán(II)-szulfát és kálium-szulfát lesznek. Ezenkívül a savas környezetben történő oxidáció vizet termel. Most a reakcióséma így néz ki:

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

Az ábra azt mutatja, hogy a metilcsoportban a szénatom, valamint a mangánatom állapota megváltozik. A mangán oxidációs állapotát az határozza meg Általános szabályok számítások: kálium-permanganátban +7, mangán-szulfátban +2. Egy szénatom oxidációs állapota könnyen meghatározható az alapján szerkezeti képletek metilcsoport és karboxilcsoport. Ehhez figyelembe kell vennünk az elektronsűrűség eltolódását abból a tényből kiindulva, hogy elektronegativitás szempontjából a szén a hidrogén és az oxigén között közbenső helyet foglal el, ill. S-S csatlakozás formálisan nem polárisnak tekinthető. A metilgyökben a szénatom három hidrogénatomból három elektront von magához, így oxidációs állapota -3. A karboxilban a szénatom két elektront ad a karbonil-oxigénatomnak és egy elektront a hidroxil-oxigénatomnak, így a szénatom oxidációs állapota +3.

Elektronikus mérleg egyenlet:

Mn +7 + 5e = Mn +2 6

C -3 – 6e = C +3 5

A mangánt tartalmazó anyagok képlete előtt 6-os, a toluol és benzoesav képlete előtt pedig 5-ös együttható szükséges.

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

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

És a kénatomok száma:

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 + H 2 O

Tovább végső szakasz a vízképlet elé egy együttható szükséges, amely a hidrogén- vagy oxigénatomok számának kiválasztásával származtatható:

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

2. példa „Ezüsttükör” reakció.

Többség irodalmi források azt jelzik, hogy ezekben a reakciókban az aldehidek a megfelelő karbonsavakká oxidálódnak. Ebben az esetben az oxidálószer ezüst(I)-oxid – Ag ammóniás oldata 2 O amm.oldat A valóságban a reakció lúgos ammónia környezetben megy végbe, ezért ammóniumsónak vagy CO-nak kell képződnie 2 formaldehid oxidáció esetén.

Vegye figyelembe az oxidációt acetaldehid Tollens reagens:

CH 3 CHO + Ag(NH 3 ) 2 OH = ...

Ebben az esetben az oxidációs termék ammónium-acetát, a redukciós termék pedig ezüst lesz:

CH 3 CHO + Ag(NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + Ag + ...

A karbonilcsoport szénatomja oxidáción megy keresztül. A karbonil szerkezete szerint a szénatom két elektront ad az oxigénatomnak és egy elektront kap a hidrogénatomtól, azaz. A szén oxidációs állapota +1. Az ammónium-acetát karboxilcsoportjában a szénatom három elektront ad át az oxigénatomoknak, oxidációs állapota +3. Elektronikus mérleg egyenlet:

C +1 – 2e = C +3 1

Ag +1 + 1e = Ag 0 2

Tegyünk együtthatókat a szén- és ezüstatomot tartalmazó anyagok képletei elé:

CH 3 CHO + 2Ag(NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + …

Az egyenlet bal oldalán található négy ammónia molekula közül egy részt vesz a sóképzésben, a maradék három szabad formában szabadul fel. Ezenkívül a reakciótermékek vizet is tartalmaznak, amelynek képlete előtti együttható az (1) kiválasztásával megtalálható:

CH 3 CHO + 2Ag(NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O

Befejezésül megjegyezzük alternatív módon az ORR - az elektron-ion egyenletek módszere - leírásai - előnyei ellenére további kiegészítést igényel iskolaidő tanulásra és gyakorlatra, ami általában rendkívül korlátozott. azonban ismert módszer az elektronikus mérleg helyes használata esetén a kívánt eredményt hozza.