Окисление органических веществ кислородом
Окисление органических веществ кислородом может протекать как полное горение или как более мягкое превращение функциональных групп. Чтобы решить цепочку превращений, важно определить класс вещества, учесть число атомов углерода и проследить, во что превращается каждая функциональная группа.
Окисление органического вещества кислородом — превращение, при котором вещество присоединяет атомы кислорода, теряет водород или оба процесса происходят одновременно. При этом степень окисления углерода обычно повышается.
Горение органических веществ
Полное горение большинства органических веществ в избытке кислорода приводит к образованию углекислого газа и воды. Это уравнение химической реакции, поэтому индексы в формулах нельзя изменять: подбирают только коэффициенты.
Если в веществе есть азот, сера или галогены, продукты зависят от условий. В школьных задачах для углеводородов, спиртов и альдегидов обычно используют \(\mathrm{CO_2}\) и \(\mathrm{H_2O}\). При недостатке кислорода возможно неполное горение с образованием угарного газа \(\mathrm{CO}\) или углерода.
При составлении уравнения сначала уравнивают атомы углерода, затем водорода, а кислород — последним. Если появляется дробный коэффициент, все коэффициенты умножают на 2 или другое подходящее число.
Мягкое окисление углеводородов и спиртов
Мягкое окисление отличается от горения тем, что углеродный скелет часто сохраняется, а меняется функциональная группа. Алкены обесцвечивают раствор перманганата калия при мягком окислении; двойная связь превращается в две гидроксильные группы. Подробные случаи разобраны на странице окисление алкенов.
Для спиртов направление окисления определяется строением углеродного атома, соединённого с группой \(-\mathrm{OH}\):
| Исходное вещество | Мягкое окисление | Дальнейшее окисление |
|---|---|---|
| Первичный спирт | Альдегид | Карбоновая кислота |
| Вторичный спирт | Кетон | Обычно дальше не окисляется без разрушения цепи |
| Третичный спирт | Обычно не окисляется мягко | Возможен разрыв углеродного скелета при жёстких условиях |
Например, этанол окисляется до этаналя, а затем до уксусной кислоты. Механизм и уравнения для первой стадии приведены на странице окисление бастапқы спиртов, для второй — на странице окисление альдегидов.
Первичный спирт \(\rightarrow\) альдегид \(\rightarrow\) карбоновая кислота. При переходе от спирта к альдегиду удаляются два атома водорода, при переходе от альдегида к кислоте присоединяется атом кислорода.
Вторичный спирт превращается в кетон: например, пропан-2-ол — в пропанон. Это отдельный тип превращения, поэтому не следует автоматически записывать для любого спирта альдегид.
Какой продукт образуется при мягком окислении пропан-1-ола?
Окисление многоатомных спиртов: пример этиленгликоля
Этиленгликоль \(\mathrm{HOCH_2CH_2OH}\) — двухатомный спирт. В его молекуле две первичные гидроксильные группы, поэтому каждая из них может окисляться по цепочке спирт \(→\) альдегид \(→\) кислота. Именно это помогает решать схемы, где среди веществ указано «этиленгликоль».
Промежуточное вещество \(\mathrm{OHCCHO}\) называют этандиалем, или глиоксалем. При дальнейшем окислении обе альдегидные группы превращаются в карбоксильные, поэтому образуется этандиовая, или щавелевая, кислота.
Если дана схема \(X \rightarrow Y \rightarrow\) этиленгликоль и указано окисление, сначала анализируют функциональные группы. В обратном направлении этиленгликоль восстанавливают по цепочке: этандиаль превращается в этиленгликоль восстановлением альдегидных групп, а исходное вещество с двумя альдегидными группами — глиоксаль. Если перед этиленгликолем стоит алкен, им может быть этен: при мягком окислении двойная связь превращается в две группы \(-\mathrm{OH}\).
Разобрать пример ЕГЭ/ОГЭ
Определите вещества X и Y в схеме: \(X \xrightarrow{[O]} Y \xrightarrow{[O]} \mathrm{HOOC-COOH}\), если X — двухатомный спирт с двумя атомами углерода.
Как распознавать окисление в цепочках
В окислительно-восстановительных превращениях органических веществ ориентируются не только на реагент, но и на изменение групп в формуле. Окислитель принимает электроны; общие свойства окислителей рассмотрены на странице окислитель. Для шешімдер схемы удобно действовать последовательно.
- Определите сынып исходного вещества: алкен, бастапқы или вторичный спирт, альдегид, кислота.
- Сохраните число атомов углерода, если в условии не указано разрушение цепи.
- Замените функциональную группу по известной цепочке окисления.
- Проверьте баланс атомов и зарядов в уравнении.
- Если вещество сгорает полностью, замените весь углерод на \(\mathrm{CO_2}\), а водород — на \(\mathrm{H_2O}\).
Не путайте горение с мягким окислением: при горении органический скелет разрушается до \(\mathrm{CO_2}\) и \(\mathrm{H_2O}\). Не превращайте вторичный спирт в альдегид — он даёт кетон. В этиленгликоле две гидроксильные группы, поэтому при полном мягком окислении образуются две карбоксильные группы. Наконец, коэффициент перед кислородом нельзя подбирать, изменяя индекс \(\mathrm{O_2}\).
Быстрая проверка
Главное
- Полное горение органических веществ обычно даёт \(\mathrm{CO_2}\) и \(\mathrm{H_2O}\); коэффициенты подбирают по атомам.
- Первичный спирт окисляется до альдегида, затем до карбоновой кислоты.
- Вторичный спирт окисляется до кетона.
- Этиленгликоль \(→\) этандиаль, или глиоксаль \(→\) щавелевая кислота.
- В цепочках сначала определяют функциональные группы, затем проверяют сохранение углеродного скелета и баланс уравнения.