МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СЯСЬСТРОЙСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №2» ВОЛХОВСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«СЯСЬСТРОЙСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №2»
ВОЛХОВСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА
ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
Лекция для учащихся 10-11 классов
по теме«ОВР в органической химии»
Подготовил:
учитель химии
высшей категории
Бочкова И.А.
г.Сясьстрой
2013г.
IЦели и задачи лекции:
Образовательные:
1. Сформировать понятия процессов окисления и восстановления для органических веществ
2. Сформировать у учащихся умение определять продукты реакций окисления органических
веществ
Развивающие:
Продолжить работу над формированием у учащихся умения расставлять коэффициенты методом
электронно-ионного баланса.
II. План лекции.
1. Сущность процессов окисления и восстановления в органической химии
2. Причины повышенной склонности органических веществ к окислению
3. Определение суммарного заряда атомов углерода в молекуле
4. Окисление:
 Алканов
 Алкенов
 Спиртов
 Альдегидов
 Производных бензола
5. Восстановительные процессы
Органическая химия располагает громадным числом реакций, большинство из которых
имеет окислительно-восстановительную природу, т.е. они протекают с переносом электронов, при
этом одни атомы повышают свою степень окисления (окисляются), другие понижают
(восстанавливаются).
Процессы окисления и восстановления рассматриваются в курсе органики по отдельности
друг от друга. Термины “окисление” и “восстановление” применяются по отношению к тому
веществу, превращения которого хочет достигнуть химик. Подобное вещество именуется
субстратом, а вещество, играющее роль окислителя или восстановителя – реагентом (или
агентом). Молекула субстрата имеет более сложное строение, чем молекула агента. В качестве
окисляющих или восстанавливающих агентов часто применяются неорганические вещества.
В большинстве случаев окислительные процессы в органической химии сводятся к
присоединению к молекулам субстрата атомов кислорода или отщеплению атомов водорода
(реакции дегидрирования), восстановительные же реакции сводятся к присоединению атомов
водорода (гидрирование) или к отщеплению атомов кислорода.
Повышенная склонность органических соединений к окислению обусловлена наличием в
молекуле веществ:
 кратных связей (именно поэтому так легко окисляются алкены, алкины, алкадиены);
 определенных функциональных групп – сульфидной -SH, гидроксильной –OH (фенольной
и спиртовой), аминной– NH2;
 активированных алкильных групп, расположенных по соседству с кратными связям
 атомов водорода при атоме углерода, содержащем функциональную группу.
Окислительные процессы
Окисление алканов:
1) Полное окисление (горение в кислороде):
CnH2n+2 + O2 = CO2 + H2O
С4Н10 + О2 = СО2 + Н2О
2) Неполное сгорание:
CnH2n+2 + O2 = CO + H2O
CnH2n+2 + O2 = C + H2O
3) Неполное каталитическое окисление
C2H6 + O2 = CH3CHO + H2O
2C4H10 + 5O2 = 4CH3COOH + 2H2O
Окисление алкенов:
1) Полное окисление (горение):
CnH2n + 1,5nO2 = nCO2 + nH2O
2) Неполное каталитическое окисление (протекает до соответствующихэпоксидов):
O
0
2 C
C
+ O2
Ag, 200 C
2 C
C
3) Окисление перманганатом калия в нейтральной среде (Реакция Вагнера, продуктами являются
двухатомные спирты- гликоли):
KMnO4 + H2O
C
C
C
C
HO
OH
4) Окисление перманганатом калия в кислой среде (протекает с образованием соответствующих
карбоновых кислот и (или) кетонов):
R1
O
R3
C
t0
C
KMnO4 + H2SO4
R2
R4
R1
R3
C
R1
H
R1
H
R2
C
R3
+
C
R1
R4
O
O
KMnO4 + H2SO4
R2
+
C
t0
C
O
C
R3
R2
OH
CO2
O
O
0
C
t
C
R2
H
R1
H
R1
C
HO
R2
OH
H2O
C
O
t
C
0
H
+
C
KMnO4 + H2SO4
H
+
C
KMnO4 + H2SO4
R1
OH
CO2
+ H2 O
H
H
C
t0
C
CO2
KMnO4 + H2SO4
H
H
R1
H
C
O
t0
C
R2
O
+
KMnO4 + H2SO4
H
+ H2O
C
R1
C
OH
R2
OH
Кетоны, образовавшиеся в результате окисления, могут подвергаться дальнейшей деструкции.
С помощью данной реакции можно определить положение двойной связи в молекуле алкена.
5) Окисление алкенов в присутствии солей палладия (Вакер-процесс, протекает с образованием
альдегидов и кетонов, имеет промышленное значение):
H
H
C
H
O
PdCl2/H2O
C
+1/2 O2
H
C
H3C
H
Окисление гомологов этилена в этом случае протекает по менее гидрогенизированному
углеродному атому:
PdCl2/H2O
+1/2 O2
O
Примеры:
1. Мягкое окисление алкенов водным раствором перманганата калия на холоде приводит к
образованию двухатомных спиртов (реакция Е.Е.Вагнера). В ходе этой реакции происходит
обесцвечивание фиолетовой окраски водного раствора KMnO4. Поэтому она используется как
качественная реакция на алкены.
CH2=CH2 + KMnO4 + H2O → C2H6O2 + MnO2↓ + КOH
C2H4 + 2 H2O – 2e → C2H6O2 +2H+
MnO4- + 2H2O + 3e → MnO2 + 4 OH-
3
2
3 C2H4 + 6 H2O + 2 MnO4- + 4 H2O → 3C2H6O2 +6 H+ +2 MnO2 + 8 OH3 C2H4 + 4 H2O + 2MnO4- → 3C2H6O2 +2 MnO2 + 2OH3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O →3C2H6O2 +2MnO2↓ + 2КOH
2. При жестком окислении алкенов кипящим раствором KMnO4 в кислой среде происходит полный
разрыв двойной связи:
C4H8 + КMnO4+ H2SO4→ C2H4O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
C4H8 + 4H2O – 8е → 2C2H4O2 + 8H+5
MnO4- + 8 H++ 5e → Mn2+ + 4 H2O
8
5C4H8 + 20 H2O + 8 MnO4- +64 H+ → 10 C2H4O2 + 8 Mn2+ + 32 H2O + 40Н+
5C4H8 + 8 MnO4- +24 H+ → 10 C2H4O2 + 8 Mn2+ + 12 H2O
5C4H8 + 8 К MnO4 +12 H2SO4→ 10 C2H4O2 + 8 MnSO4 + 4 K2SO4 + 12 H2O
3. Окисление пропена сильным окислителем - перманганатом калия в кислой среде - приводит к
полному разрыву двойной связи и образованию углекислого газа и уксусной кислоты.
СН2=СН-СН3 + КMnO4 + H2SO4→CH3COOH + CO2 ↑ + K2SO4 + MnSO4 + H2O
C3H6 + 4 H2O –10 е → C2H4O2 + CO2 ↑ +10 H+1
MnO4- + 8 H++ 5e → Mn2+ + 4 H2O
2
C3H6 + 4 H2O + 2 MnO4- +16 H+→ C2H4O2 + CO2 ↑ +10 H+ +2Mn2+ + 8H2O
C3H6 + 2 MnO4- +6 H+→ C2H4O2 + CO2 ↑ + 2Mn2+ + 4 H2O
СН2=СН-СН3 + 2КMnO4 + 3H2SO4→ CH3COOH + CO2 ↑ + K2SO4 + 2MnSO4 + 4H2O
4. Окисление 2-метилбутена-2 перманганатом калия в кислой среде.
Если в молекуле алкена атом углерода при двойной связи содержит углеводородный заместитель
(например, 2-метилбутен-2), то при его окислении происходит полный разрыв двойной связи и
образование кетона и карбоновой кислоты:
(СН3)2С=СН-СН3 + КМnО4 + Н2SО4→(СН3)2С=О + СН3СООН + МnSО4 + К2SО4+ Н2О
C5H10 + 3H2O –6 е → C3H6O + С2Н4О2 + 6H+ 5
MnO4- + 8H++ 5e → Mn2+ + 4H2O
6
5C5H10 +15 H2O + 6 MnO4- + 48 H+ → 5C3H6O + 5С2Н4О2 + 30 H+ + 6 Mn2+ + 24 H2O
5C5H10 + 6 MnO4- + 18 H+ → 5C3H6O + 5С2Н4О2 + 6 Mn2+ + 9 H2O
5(СН3)2С=СН-СН3+6КМnО4+9Н2SО4→ 5(СН3)2С=О +5СН3СООН + 6МnSО4 + 3К2SО4+ 9Н2О
5. CH3-CH=CH-CH3 + KMnO4 + H2O →
6. CH3-CH=CH-CH3 + KMnO4 + H2SO4 →
Окисление спиртов:
В качестве окислителей чаще всего используются:
KMnO4 +H2SO4
K2Cr2O7 + H2SO4
O2 (Cu)
CuO
Лёгкость окисления спиртов уменьшается в ряду:первичный – вторичный – третичный.
Сравним первичные, вторичные и третичные спирты по реакционной способности к окислению:
Первичные и вторичные спирты, имеющие атомы водорода при атоме углерода, несущем
функциональную группу; окисляются легко: первые – до альдегидов, вторые до кетонов. При этом
структура углеродного скелета исходного спирта сохраняется. Третичные спирты, в молекулах
которых нет атома водорода при атоме углерода, содержащем группу ОН, в обычных условиях не
окисляются. В жестких условиях (при действии сильных окислителей и при высоких
температурах) они могут быть окислены до смеси низкомолекулярных карбоновых кислот, т.е.
происходит деструкция углеродного скелета.
1) Полное окисление спиртов (горение в кислороде):
H
R
C
OH
H
R1
+O2
R2
C
CO2
OH
+ H2O
(+Q)
H
R1
R2
C
OH
R3
2) Частичное окисление:
O
R
C
H
H
+O2(kat)
R
C
+CuO
OH
KMnO4 + H2SO4
O
K2Cr2O7 + H2SO4
H
R
C
OH
R1
R2
C
O
CuO
O2 / Cu
OH
R1
KMnO4 / H2SO4
C
R2
K2Cr2O7 / H2SO4
H
Окисление третичных спиртов протекает в жёстких условиях (сильный окислитель, нагревание) и
приводит к сложной смеси карбоновых кислот и кетонов.
H3C
C
OH
H2SO4
-H2O
CH3
O
CH3
CH3
t0
t0
H3C
C
CH2
H3C
C
CH3 + CO2
KMnO4 + H2SO4
(K2Cr2O7 + H2SO4)
Отметим, что первая стадия данного процесса (дегидратация спирта протекает по правилу
Зайцева: водород отщепляется от наименее гидрогенизированного углеродного атома).
Окисление альдегидов:
Альдегиды окисляются гораздо легче, чем спирты. Окисление альдегидов протекает до
соответствующих карбоновых кислот. Чаще всего для окисления альдегидов используют:
[Ag(NH3)2]OH (Ag2O, аммиачный раствор оксида серебра, реактив Толленса)
Cu(OH)2 (свежеосаждённый гидроксид меди (II))
Получение данных реагентов:
AgNO3 + NH4OH = NH4NO3 + Ag2O↓ + H2O
Ag2O + 4NH4OH = 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O
AgNO3 + 5NH4OH = 2[Ag(NH3)2]OH + NH4NO3 + 4H2O (суммарноеуравнение)
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4 (можно использовать и другие растворимые соли меди (II) а
также любую щёлочь)
1) Окисление аммиачным раствором оксида серебра (реакция “серебряного зеркала”), является
качественной реакцией на альдегидную группу:
O
R
C
O
+ 2[Ag(NH3)2]OH
R
C
H
+ 2Ag + 4NH3 + H2O
OH
(в недостатке окислителя)
O
R
C
O
+ 2[Ag(NH3)2]OH
R
C
H
+ 2Ag + 3NH3 + H2O
O- NH4+
(в избытке окислителя)
В некоторых случаях подобную реакцию записывают в упрощённом виде:
O
R
C
O
2Ag
+ Ag2O
+
R
H
C
OH
2) Окисление свежеосаждённым гидроксидом меди (II):
O
R
C
+ 2Cu(OH)2
H
t0
O
R
C
+ Cu2O + 2H2O
OH
3) Окисление перманганатом калия в кислой, нейтральной и щелочной средах:
O
O
R
KMnO4 + H2SO4
C
R
C
OH
H
O
O
R
KMnO4 (H2O)
C
R
C
O-K+
H
O
O
R
KMnO4 (OH-)
C
R
C
O-K+
H
4) Особенности окисления муравьиного альдегида:
O
H
C
O
+ 4[Ag(NH3)2]OH
HO
C
H
+ 4Ag + 8NH3 + 2H2O
OH
CO2
H2O
(NH4)2CO3
CO2 + H2O + 2NH3
Суммарное уравнение реакции:
O
H
C
(NH4)2CO3 + 4Ag + 6NH3 + 2H2O
+ 4[Ag(NH3)2]OH
H
Окисление производных бензола:
При мягком окислении стирола (винилбензола) перманганатом калия КMnO4 в нейтральной или
слабощелочной среде происходит разрыв π-связи ,образуется гликоль (двухатомный спирт). В результате
реакции окрашенный раствор перманганата калия быстро обесцвечивается и выпадает коричневый осадок
оксида марганца (IV).
Окисление же сильным окислителем - перманганатом калия в кислой среде - приводит к полному
разрыву двойной связи и образованию углекислого газа и бензойной кислоты, раствор при этом
обесцвечивается.
1) C6H5−CH═CH2 + KMnO4 + H2O → C6H5−CH−CH2 + MnO2 + KOH
││
OHOH
C8H8 + 2 H2O – 8е → C8H10O2 + 2H+
3
MnO4- + 2 H2O + 3e → MnO2 + 4 OH-2
3 C8H8 + 6 H2O + 2 MnO4- + 4H2O → 3 C8H10O2 + 6 H++ 2 MnO2 + 8 OH3 C8H8 + 4 H2O + 2 MnO4- → 3 C8H10O2+ 2 MnO2 + 2 OH3 C6H5−CH═CH2 + 2 KMnO4 + 4H2O → 3 C6H5−CH−CH2 + 2 MnO2 + 2 KOH
││
OHOH
2) C6H5−CH═CH2 + KMnO4 + H2SO4 → C6H5−COOH + CO2 ↑ + K2SO4 + MnSO4 + H2O
C8H8 + 4 H2O –10е → C7H6O2 + СО2 + 10 H+ 1
MnO4- + 8 H++ 5e → Mn2+ + 4 H2O 2
C8H8 + 4 H2O + 2MnO4- +16 H+ → C7H6O2 + СО2 + 10 H+ + 2Mn2+ + 8 H2O
C8H8 + 2 MnO4- + 6 H+ → C7H6O2 + СО2 + 2Mn2+ + 4 H2O
C6H5−CH═CH2 + 2 KMnO4 + 3H2SO4 → C6H5−COOH + CO2 ↑ + K2SO4 + 2 MnSO4 +4 H2O
3) С6Н5-С2Н5 + KMnO4 + H2SO4 →
Восстановительные процессы
1.
Восстановление алкенов (реакция гидрирования алкенов):
Алкен + Н2 = Алкан
CnH2n + H2 = CnH2n+2
R1
R3
R1
R3
R2
R4
o
+
R2
H2
t / Ni
R4
2.
Восстановление алкинов (реакция гидрирования алкинов):
Алкин + Н2 = Алкен + Н2 = Алкан
CnH2n-2 + H2 = CnH2n + H2 = CnH2n+2
R1
R1
R2
o
R1
R2
+
H2
t / Ni
o
+
H2
t / Ni
R2
3.
Восстановление бензола (реакция гидрирования бензола):
t0 / P / Ni
+
3H2
4. Восстановление альдегидов:
А) водородом на катализаторе:
O
R
C
t0 / Ni
+
H2
R
CH2
OH
H
Б) литийалюмогидридом:
Список литературы
 «Органическая химия», задачи и практические работы/ А.А. Карцова, А.Н. Левкин
«Авалон», «Азбука классика», С-Петербург, 2005г.
 «Школьная химия» А.А. Карцова, А.Н. Левкин Изд. «Авалон», «Азбука классика»,
С-Петербург, 2006г.
 «Химия 10 класс» /О.С.Габриелян, Ф.Н.Маскаев, С.Ю.Пономарев, В.И.Теренин
«Дрофа» 2003г.
 ЕГЭ- 2010: Химия: Самые новые реальные задания/ А.С.Корощенко,
«Астрель»,2010г. (Федеральный институт педагогических измерений)
М.Г.Снастина.-
 Отличник ЕГЭ. Химия. Решение сложных задач под ред. Кавериной А.А «Интеллект-Центр» 2010г.
(Федеральный институт педагогических измерений)
 Химия. Подготовка к ЕГЭ. Тематические тесты. Базовый и повышенный уровни Доронькин В.Н. и
др 2010г. (Федеральный институт педагогических измерений)
 материалы сайтов:
http://www.fipi.ru- сайт федерального института педагогических измерений
http://ege.edu.ru- портал информационной поддержки ЕГЭ
http://edu.ru-сайт Федерального портала Российского образования
http://school-collection.edu.ru –сайт единой коллекции цифровых образовательных ресурсов
http://www.e-ypok.ru –образовательный сайт «Учимся вместе»
http://ege.spb.ru– Единый Государственный Экзамен в Санк- Петербурге