Oksidacija in redukcija organskih spojin fb
 

Oksidacija in redukcija organskih spojin




Ana ČEVDEK, avtor/ica gradiva, nudi inštrukcije kemije v naslednjih krajih: Nova Gorica.

Skype Učitelj/ica omogoča inštrukcije tudi prek Skypa.


Pojma oksidacija in redukcija obravnavamo v anorganski kemiji pri redoks reakcijah. V organski kemiji ju uporabljamo, ko:

  • pretvarjamo alkohole do aldehidov in ketonov ter vse tja do kislin;

  • pretvarjamo kisline, aldehide in ketone v alkohole;

  • spreminjamo nasičenost spojin.


Z drugimi besedami: ta dva pojma pojmujemo kot postopka za pripravo različnih vrst spojin. Procesa sta si nasprotna:




Poglejmo si ju podrobneje.


Oksidacija



Pojem oksidacija uporabimo v dveh primerih:

  • pri gorenju organskih spojin (popolna oksidacija);

  • pri pretvarjanju alkoholov in aldehidov v višjo oksidativno obliko (kaj to pomeni, bomo spoznali malce nižje).

V obeh primerih je potrebna prisotnost kisika.


Popolna oksidacija



Popolna oksidacija (gorenje) je reakcija značilna predvsem za ogljikovodike. Pri gorenju se ogljikovodik pretvori (razgradi) vse do ogljikovega dioksida in vode:




Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Povsem enako velja za popolno oksidacijo organskih kisikovih spojin.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Za razliko od drugih organskih reakcij, kjer se običajno posvetimo samo substratu in produktu, pa reakcije popolne oksidacije vedno stehiometrično uredimo.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Pretvorbe alkoholov in aldehidov



Oksidacija alkoholov in aldehidov je proces uvajanja kisikovih atomov v strukturo molekule. Vse reakcije potekajo v kislem okolju.


Pri oksidativnih pretvorbah alkoholov in aldehidov označimo postopek oksidacije s pomočjo:

  • znaka oziroma

  • močnih anorganskih oksidantov kot sta in (če jih pri reakciji uporabimo)

  • lahko enostavno zapišemo besedo "oksidacija".

Poleg tega pa običajno pod pojmom oksidacija opisujemo pretvorbe:


Slika 2: Oksidacija kisikovih organskih spojin oziroma njihovih skupin.



Opišimo sliko 2:

  • V prvi stopnji oksidacije hidroksilna skupina () preide do karbonilne skupine ().

  • V drugi stopnji oksidacije pa se karbonilna skupina pretvori v karboksilno skupino ().


Stopnja pretvorbe je odvisna od tipa začetne spojine. Poznamo namreč različne tipe alkoholov (tako kot ogljikovih atomov) in sicer:

  • primarni alkoholi (slika 3A),

  • sekundarni alkoholi (slika 3B),

  • terciarni alkoholi (slika 3C).


Slika 3: Različni tipi alkoholov: A) primarni, B) sekundarni, C) terciarni.



Poglejmo si vse tri tipe alkoholov podrobneje:


  • Primarni alkoholi


    Pri primarnih alkoholih je hidroksilna skupina vezana na skrajnem ogljikovem atom (na koncu verige). Tak ogljik ima samo eno izmed vezi zasedeno z ogljikom.


    Slika 4: Pri primarnih alkoholih je ogljik, na katerega je vezana hidroksilna skupina, povezan z le enim ogljikom.



  • Sekundarni alkoholi


    Pri sekundarnih alkoholih je hidroksilna skupina vezana na enega izmed centralnih atomov (znotraj verige). Le-ta ima dve vezi zasedene z ogljiki, tretja prosta vez je povezana z vodikom.


    Slika 5: Pri sekundarnih alkoholih je ogljik, na katerega je vezana hidroksilna skupina, povezan z dvema drugima ogljikoma.



  • Terciarni alkoholi


    Pri terciarnih alkoholih je hidroksilna skupina vezana na ogljik, ki ima preostale tri vezi zasedene z ogljiki.


    Slika 6: Ogljik v terciarnem alkoholu ima vse tri vezi zasedene z ogljiki.



Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Lahko se primeri, da je v isti molekuli vezanih več hidroksilnih skupin. V takem primeru določimo za vsako posamezno hidroksilno skupino, na katerem ogljikovem atomu leži.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Oksidacija primarnih alkoholov in aldehidov



Primarni alkoholi najlažje oksidirajo v višjo oksidativno obliko. V prvi stopnji se pretvorijo v aldehide:


Slika 17: Hidroksilno skupino primarnih alkoholov lahko spremenimo v karbonilno skupino aldehida.



V drugi stopnji pa oksidirajo do karboksilnih kislin:


Slika 18: Karbonilna skupina aldehida hitro oksidira v karboksilno skupino značilno za kisline.



Oksidacija primarnih alkoholov poteka do kislin.



Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Glede na stopnje oksidacije primarnih alkoholov lahko sklepamo, da lahko aldehide oksidiramo do kislin.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Oksidacija sekundarnih alkoholov



Oksidacija sekundarnih alkoholov privede do ketonov, kjer se proces oksidacije tudi ustavi.


Oksidacija sekundarnih alkoholov poteka do ketonov.



Oksidacija ketonov v kisline lahko poteče samo pod ostrimi pogoji (). Pri tem pa se osnovna struktura razcepi in pride do tvorbe dveh različnih kislin.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Oksidacija terciarnih alkoholov



Oksidacija terciarnih alkoholov (s pomočjo oksidantov) ne poteče. Na strukturi ne pride do sprememb.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


V primeru, da terciarne alkohole oksidiramo v ekstremnih pogojih, bodo le-ti razpadli.


Ko smo neodločeni o izidu naših reakcij, si lahko pomagamo z naslednjo razpredelnico:



Redukcija



Redukcija je proces, v katerem obstoječim molekulam v strukturo dodajamo vodikove atome. Proces lahko opravimo:

  • s pomočjo močnega reducenta kot je ;

  • s katalitičnim hidrogeniranjem molekul ().


Kot redukcijo lahko pojmujemo:


Katalitično hidrogeniranje nenasičenih vezi



Pri uvajanju vodikovih atomov v strukture alkenov in alkinov, se spreminja nasičenost le-teh:

  • alkini se pretvorijo najprej v alkene;

  • alkeni pa se nato pretvorijo v alkane.


Pri tem procesu lahko uporabimo katerega koli izmed prej omenjenih reducentov: ali .


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Redukcija organskih kisikovih kislin



Redukcija organskih kisikovih spojin je obraten proces od oksidacije. Kar pomeni, da lahko ob prisotnosti ustreznega reagenta:

  • kisline pretvorimo v aldehide,

  • aldehide pretvorimo v primarne alkohole,

  • ketone pretvorimo v sekundarne alkohole.


Slika 36: Redukcija na funkcionalnih kisikovih spojinah.



Slika 36 shematsko prikazuje pretvorbo funkcionalnih skupin pri redukciji:

  • Karboksilna skupina kislin se pretvori v karbonilno.

  • Karbonilne skupine ketonov in aldehidov pa se pretvorijo v hidroksilne skupine.


Tudi v tem primeru uporabimo enega izmed predhodno naštetih reducentov.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »



glavni avtor in urednik gradiva: Ana ČEVDEK