Окислення бензолу перманганатом калію у кислому середовищі. Реакції окислення органічних речовин

Даний матеріал може бути складений в освоєнні при самостійному навчанні, зважаючи на великий обсяг інформації, багатьох нюансів, всіляких АЛЕ та ЯКЩО. Читати уважно!

Про що саме йтиметься?

Крім повного окиснення (горіння), для деяких класів органічних сполук характерні реакції неповного окиснення, при цьому вони перетворюються на інші класи.

Існують специфічні окислювачі для кожних класів: CuO (для спиртів), Cu (OH) 2 та OH (для альдегідів) та інші.

Але є два класичні окислювачі, які, якщо так можна висловитися, універсальні для багатьох класів.

Це перманганат калію – KMnO4. І біхромат (дихромат) калію - K2Cr2O7. Ці речовини є сильними окислювачами за рахунок марганцю в ступені окислення +7 і хрому в ступені окислення +6 відповідно.

Реакції з цими окислювачами зустрічаються досить часто, проте немає цілісного керівництва, за яким принципом вибирати продукти таких реакцій.

Насправді діє дуже багато чинників, які впливають перебіг реакції (температура, середовище, концентрація реагентів тощо.). Часто виходить суміш продуктів. Тому передбачити продукт, який утворюється, практично неможливо.

А для ЄДІ це не годиться: там не можна написати «може бути чи так, чи ось так, чи інакше, чи суміш продуктів». Там потрібна конкретика.

Укладачі завдань вклали певну логіку, певний принцип яким слід писати певний продукт. На жаль, вони ні з ким не поділились.

Це питання в більшості посібників досить слизько обходиться стороною: як приклад наведено дві-три реакції.

Представляю у цій статті те, що можна назвати результатами дослідження-аналізу завдань ЄДІ. Логіка та принципи складання реакцій окислення перманганатом і дихроматом розгадана досить з високою точністю (відповідно до стандартів ЄДІ). Про все по порядку.

Визначення ступеня окиснення.

Перше, коли маємо справу з окислювально-відновними реакціями, завжди є окислювач та відновник.

Окислювачем є марганець у перманганаті або хром у дихроматі, відновником – атоми в органіці (а саме – атоми вуглецю).

Мало визначити продукти, реакція має бути зрівняна. Для вирівнювання зазвичай використовують метод електронного балансу. Для застосування цього методу необхідно визначити ступені окислення відновників та окислювачів до та після реакції.

У неорганічних речовин ступеня окиснення вміємо з 9 класу:

А от в органіці, мабуть, у 9 класі не визначали. Тому, перш ніж навчитися писати ОВР в органічної хімії, потрібно навчитися визначати ступінь окислення вуглецю в органічних речовинах. Робиться це трохи інакше, інакше ніж у неорганічній хімії.

У вуглецю максимальна міра окислення +4, мінімальна -4. І може виявляти будь-яку ступінь окислення цього проміжку: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4.

Для початку слід згадати, що таке ступінь окислення.

Ступінь окислення – це умовний заряд, що виникає на атомі, при припущенні, що електронні пари зміщуються повністю у бік більш негативного атома.

Тому ступінь окислення визначається числом зміщених електронних пар: якщо вона зміщується до даного атома, то він набуває надлишкового мінус(-) заряду, якщо від атома, то він набуває надлишкового плюс(+) заряду. У принципі, це вся теорія, яку потрібно знати, для визначення ступеня окислення атома вуглецю.

Для визначення ступеня окислення конкретного атома вуглецю в з'єднанні нам потрібно розглянути КОЖНИЙ його зв'язок і подивитися в яку сторону зміщуватиметься електронна пара і який надлишковий заряд (+ або -) буде від цього виникати на атомі вуглецю.

Розберемо конкретні приклади:

Біля вуглецю три зв'язки з воднем. Вуглець і водень – хто більш електронегативний? Вуглець, отже, за цими трьома зв'язками електронна пара зміщуватиметься у бік вуглецю. Вуглець забирає у кожного водню за одним негативним зарядом: виходить -3

Четвертий зв'язок із хлором. Вуглець і хлор – хто більш електронегативний? Хлор, отже, у зв'язку з цим електронна пара зміщуватиметься у бік хлору. У вуглецю утворюється один позитивний заряд +1.

Потім потрібно просто скласти: -3 + 1 = -2. Ступінь окиснення цього атома вуглецю: -2.

Визначимо ступінь окислення кожного атома вуглецю:

У вуглецю три зв'язки з воднем. Вуглець і водень – хто більш електронегативний? Вуглець, отже, за цими трьома зв'язками електронна пара зміщуватиметься у бік вуглецю. Вуглець забирає у кожного водню за одним негативним зарядом: виходить -3

І ще один зв'язок із іншим вуглецем. Вуглець та інший вуглець - їх електронегативності рівні, тому зміщення електронної пари не відбувається (зв'язок не полярний).

Цей атом має два зв'язки з одним атомом кисню, і ще один зв'язок з іншим атомом кисню (у складі групи OH). Більше електронегативні атоми кисню по трьох зв'язках відтягують він електронну пару у вуглецю, у вуглецю утворюється заряд +3.

Четвертим зв'язком вуглець пов'язаний з іншим вуглецем, як ми вже казали, тому електронна пара не зміщується.

Двома зв'язками вуглець пов'язані з атомами водню. Вуглець, як електровід'ємний відтягує собі по одній парі електронів по кожному зв'язку з воднем, набуває заряд -2.

Подвійний зв'язок вуглецю пов'язаний з атомом кисню. Більше електронегативний кисень відтягує на себе по кожному зв'язку одну електронну пару. Разом виходить у вуглецю відтягується дві електронні пари. Вуглець набуває заряду +2.

Разом виходить +2-2 = 0.

Визначимо ступінь окислення цього атома вуглецю:

Потрійний зв'язок з електронегативнішим азотом – дає вуглецю заряд +3, у зв'язку з вуглецем зміщення електронної пари не відбувається.

Окислення перманганатом.

Що буде з перманаганатом?

Окисно-відновна реакція з перманганатом може протікати у різних середовищах (нейтральна, лужна, кисла). І від середовища залежить, як саме протікатиме реакція, і які при цьому утворюються продукти.

Тому може йти за трьома напрямками:

Перманганат, будучи окислювачем, відновлюється. Ось продукти його відновлення:

1. Кисле середовище.

Середовище підкислюють сірчаною кислотою (H 2 SO 4). Марганець відновлюється до ступеня окиснення +2. І продукти відновлення будуть:

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

1. Лужне середовище.

Для створення лужного середовища додають концентровану луг (KOH). Марганець відновлюється до ступеня окиснення +6. Продукти відновлення

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 + H 2 O

1. Нейтральне середовище(і слаболужна).

У нейтральному середовищі крім перманганату в реакцію також вступає вода (яку ми пишемо в лівій частині рівняння), марганець буде відновлюватися до +4 (MnO 2), продукти відновлення будуть:

KMnO 4 + H 2 O → MnO 2 + KOH

А в слаболужному середовищі (у присутності розчину KOH невисокої концентрації):

KMnO 4 + KOH → MnO 2 + H 2 O

Що буде з органікою?

Перше, що потрібно засвоїти – все починається зі спирту! Це початкова стадія окиснення. Окисленню піддається той вуглець, якого приєднана гидроксильная група.

При окисленні атом вуглецю «набуває» зв'язку з киснем. Тому, коли записують схему реакції окиснення, над стрілкою пишуть [O]:

Первинний спирт окислюється спочатку до альдегіду, потім до карбонової кислоти:

Окислення вторинного спирту обривається на другій стадії. Оскільки вуглець знаходиться в центрі, утворюється кетон, а чи не альдегід (атом вуглецю в кетонної групі вже фізично неспроможна утворити зв'язок з гидроксильной групою):

Кетони, третинні спиртиі карбонові кислотидалі вже не окислюються:

Процес окислення ступінчастий – доки є куди окислятися і є для цього всі умови – реакція йде. Все закінчується продуктом, який у цих умовах не окислюється: третинний спирт, кетон чи кислота.

Варто відзначити стадії окиснення метанолу. Спочатку він окислюється до відповідного альдегіду, потім до відповідної кислоти:

Особливістю цього продукту (мурашиної кислоти) є те, що вуглець у карбоксильній групі пов'язаний з воднем, і якщо придивитися, то можна помітити, що це ні що інше як альдегідна група:

А альдегідна група, як ми з'ясували раніше, окислюється далі до карбоксильної:

Дізналися отриману речовину? Його брутто-формула H2CO3. Це вугільна кислота, яка розпадається на вуглекислий газ та воду:

H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2

Тому метанол, мурашиний альдегід та мурашина кислота (за рахунок альдегідної групи) окислюються до вуглекислого газу.

М'яке окиснення.

М'яке окиснення – це окислення без сильного нагрівання в нейтральному або слаболужному середовищі (над реакцією пишуть 0 ° або 20 °) .

Важливо пам'ятати, що спирти у м'яких умовах не окислюються. Тому якщо вони утворюються, то на них окиснення і зупиняється. Які речовини вступатимуть у реакцію м'якого окиснення?

1. Що містять подвійний зв'язок C=C (Реакція Вагнера).

При цьому π-зв'язок розривається і на зв'язки, що звільнилися, «сідає» по гідроксильній групі. Виходить двоатомний спирт:

Напишемо реакцію м'якого окиснення етилену (етену). Запишемо вихідні речовини та передбачимо продукти. При цьому H 2 O і КOH поки не пишемо: вони можуть бути як у правій частині рівняння, так і в лівій. І відразу визначаємо ступеня окислення речовин, що беруть участь у ОВР:

Складемо електронний баланс (маємо на увазі, що відновника два – два атоми вуглецю, окислюються вони окремо):

Розставимо коефіцієнти:

Наприкінці треба дописати відсутні продукти (H 2 O і KOH). Справа не вистачає калію – отже луг буде праворуч. Ставимо коефіцієнт перед нею. Зліва бракує водню, отже, вода ліворуч. Ставимо перед нею коефіцієнт:

Зробимо те саме з пропіленом (пропеном):

Часто підсовують циклоалкен. Хай він вас не збентежить. Це звичайний вуглеводень з подвійним зв'язком:

Де б не був цей подвійний зв'язок, окислення йтиме однаково:

1. Що містять альдегідну групу.

Альдегідна група більш реакційна (легше вступає в реакції), ніж спиртова. Тому альдегідна окислюватиметься. До кислоти:

Розглянемо з прикладу ацетальдегіду (етаналю). Запишемо реагенти та продукти та розставимо ступеня окислення. Складемо баланс і поставимо коефіцієнти перед відновником та окислювачем:

У нейтральному середовищі та слаболужний перебіг реакції буде трохи різним.

У нейтральному середовищі, як ми пам'ятаємо при цьому в лівій частині рівняння пишемо воду, а в правій частині рівняння луг (утворюється в ході реакції):

При цьому в одній суміші виявляються поряд кислота та луг. Відбувається нейтралізація.

Вони не можуть існувати поряд і реагують, утворюється сіль:

При цьому якщо ми подивимося на коефіцієнти в рівнянні, то зрозуміємо, що кислоти 3 молячи, а луги 2 молячи. 2 моля лугу може нейтралізувати тільки 2 моля кислоти (утворюється 2 моля солі). А одна моль кислоти залишається. Тому кінцеве рівняння буде таким:

У слаболужному середовищі луг у надлишку – її додають до реакції, тому нейтралізується вся кислота:

Схожа ситуація виникає при окисненні метаналю. Він, як ми пам'ятаємо, окислюється до вуглекислого газу:

Потрібно мати на увазі, що оксид вуглецю (IV) CO 2 кислотний. І реагуватиме із лугом. І оскільки вугільна двоосновна кислота, може утворюватися як кисла сіль, так і середня. Це залежить від співвідношення між лугом та вуглекислим газом:

Якщо луг відноситься до вуглекислого газу як 2:1, то буде середня сіль:

Або ж лугу може бути значно більше (більше, ніж удвічі). Якщо її більше ніж удвічі, то залишатиметься залишок лугу:

3KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O + KOH

Таке буде виникати в лужному середовищі (де луги надлишок, тому що вона додана в реакційну суміш до реакції) або в нейтральному середовищі, коли луги утворюється багато.

Але якщо луг відноситься до вуглекислого газу як 1:1, то буде кисла сіль:

KOH + CO 2 → KHCO 3

Якщо вуглекислого газу більше, ніж потрібно, він залишається в надлишку:

KOH + 2CO 2 → KHCO 3 + CO 2

Таке буде у нейтральному середовищі, якщо луги утворюється мало.

Запишемо вихідні речовини, продукти, складемо баланс, проставимо ступеня окислення перед окислювачем, відновником та продуктами, які з них утворюються:

У нейтральному середовищі праворуч утворюватиметься луг (4KOH):

Тепер треба зрозуміти, що ж утворюватиметься при взаємодії трьох молей CO 2 і чотирьох молів лугу.

3CO 2 + 4KOH → 3KHCO 3 + KOH

KHCO 3 + KOH → K 2 CO 3 + H 2 O

Тому виходить ось так:

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

Тому в правій частині рівняння пишемо два молі гідрокарбонату та один моль карбонату:

А в слаболужному середовищі таких проблем немає: через те, що луги надлишок, утворюватиметься середня сіль:

Те саме буде при окисленні альдегіду щавлевої кислоти:

Як і в попередньому прикладі, утворюється двоосновна кислота, і за рівнянням має вийти 4 моля лугу (бо 4 моля перманганату).

У нейтральному середовищі знову-таки, всього лугу не вистачить на повну нейтралізацію всієї кислоти.

Три моля лугу йде на утворення кислої солі, один моль лугу залишається:

3HOOC-COOH + 4KOH → 3KOOC-COOH + KOH

І цей один моль лугу йде на взаємодію з одним молем кислої солі:

KOOC-COOH + KOH → KOOC-COOK + H 2 O

Виходить ось так:

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

Кінцеве рівняння:

У слаболужному середовищі утворюється середня сіль через надлишок лугу:

1. Ті, що містять потрійний зв'язокC≡ C.

Пам'ятаєте, що було при м'якому окисненні з'єднань з подвійним зв'язком? Якщо не пам'ятаєте, то перегорніть назад – згадайте.

π-зв'язок рветься, на атоми вуглецю прикріплюється гідроксильною групою. Тут той самий принцип. Тільки варто пам'ятати, що у потрійному зв'язку є два π-зв'язки. Спочатку це відбувається по першому π-зв'язку:

Потім по іншому π-зв'язку:

Структура, в якій один атом вуглецю має дві гідроксильні групи, вкрай нестійка. Коли в хімії щось не стійке, воно прагне, щоби щось «відвалилося». Відвалюється вода, ось так:

Виходить карбонільна група.

Розглянемо приклади:

Етин (ацетилен). Розглянемо стадії окиснення цієї речовини:

Відщеплення води:

Як і в попередньому прикладі, в одній реакційній суміші кислота та луг. Відбувається нейтралізація - утворюється сіль. Як видно з коефіцієнта перед перманганатом лугу буде 8 молей, тобто цілком вистачає для нейтралізації кислоти. Кінцеве рівняння:

Розглянемо окислення бутину-2:

Відщеплення води:

Тут кислоти не утворюється, тому морочитися над нейтралізацією не треба.

Рівняння реакції:

Ці відмінності (між окисленням вуглецю з краю та посередині ланцюга) яскраво демонструються на прикладі пентину:

Відщеплення води:

Виходить речовина цікавої будови:

Альдегідна група продовжує окислюватися:

Запишемо вихідні речовини, продукти, визначимо ступеня окислення, складемо баланс, проставимо коефіцієнти перед окислювачем та відновником:

Луги повинні утворюватися 2 моля (оскільки коефіцієнт перед перманганатом 2), отже, вся кислота нейтралізується:

Жорстке окислення.

Жорстке окислення - це окислення в кислий, сильнолужнийсередовище. А також, у нейтральною (або слаболужною), але при нагріванні.

У кислому середовищі також іноді нагрівають. Але щоб жорстке окислення пішло над кислому середовищі, нагрівання – обов'язкова умова.

Які речовини будуть зазнавати жорсткого окислення? (Спочатку розберемо тільки в кислому середовищі - а потім доповнимо нюансами, які виникають при окисленні в сильнолужному і нейтральному або слаболужному (при нагріванні) середовищі).

При жорсткому окисленні процес іде максимально. Поки що є, що окислюватися – окислення йде.

1. Спирти. Альдегіди.

Розглянемо окислення етанолу. Поступово він окислюється до кислоти:

Записуємо рівняння. Записуємо вихідні речовини, продукти ОВР, проставляємо ступені окислення, складаємо баланс. Зрівнюємо реакцію:

Якщо реакцію проводити при температурі кипіння альдегіду, коли він утворюватиметься, то випаровуватиметься (відлітатиме) з реакційної суміші, не встигаючи окислюватися далі. Того ж ефекту можна досягти в дуже щадних умовах (слабке нагрівання). У цьому випадку як продукт пишемо альдегід:

Розглянемо окислення вторинного спирту з прикладу пропанолу-2. Як було зазначено, окислення обривається другого етапі (освіта карбонильного сполуки). Так як утворюється кетон, що не окислюється. Рівняння реакції:

Окислення альдегідів розглянемо на прикметі етаналю. Він також окислюється до кислоти:

Рівняння реакції:

Метаналь і метанол, як було зазначено раніше, окислюються до вуглекислого газу:

Метаналь:

1. Що містять кратні зв'язки.

При цьому відбувається розрив ланцюга з кратного зв'язку. І атоми, які утворювали її, піддаються окисленню (набувають зв'язку з киснем). Окислюються наскільки це можливо.

При розриві подвійного зв'язку з уривків утворюються карбонільні сполуки (у схемі нижче: з одного уривка – альдегід, з іншого – кетон)

Розберемо окислення пентена-2:

Окислення «уривків»:

Виходить, що утворюється дві кислоти. Запишемо вихідні речовини та продукти. Визначимо ступеня окиснення в атомів, які її змінюють, складемо баланс, зрівняємо реакцію:

Складаючи електронний баланс, маємо на увазі, що відновника два – два атоми вуглецю, окислюються вони окремо:

Не завжди утворюватиметься кислота. Розберемо, наприклад, окислення 2-метилбутена:

Рівняння реакції:

Абсолютно той самий принцип при окисленні сполук з потрійним зв'язком (тільки окислення йде відразу з утворенням кислоти, без проміжного утворення альдегіду):

Рівняння реакції:

Коли кратна зв'язок розташована рівно посередині, виходить не два продукти, а один. Так як «уривки» однакові і окислюються вони до однакових продуктів:

Рівняння реакції:

1. Двічі коронована кислота.

Є одна кислота, у якої карбоксильні групи (корони) з'єднані одна з одною:

Це щавлева кислота. Дві корони поруч важко уживаються. Вона звичайно стійка у звичайних умовах. Але через те, що в ній дві карбоксильні групи з'єднані одна з одною, вона менш стійка, ніж інші карбонові кислоти.

І тому за особливо жорстких умов вона може бути окислена. Відбувається розрив зв'язку між «двома коронами»:

Рівняння реакції:

1. Гомологи бензолу (та їх похідні).

Сам бензол не окислюється, тому що ароматичність робить цю структуру дуже стійкою.

А ось його гомологи окислюються. При цьому теж відбувається розрив ланцюга, головне знати, де саме. Діють деякі принципи:

1. Бензольна каблучка сама не руйнується, і залишається цілою до кінця, розрив зв'язку відбувається в радикалі.
2. Окислюється атом, безпосередньо пов'язаний із бензольним кільцем. Якщо після нього вуглецевий ланцюг у радикалі триває, то розрив буде після нього.

Розберемо окиснення метилбензолу. Там окислюється один атом вуглецю в радикалі:

Рівняння реакції:

Розберемо окислення ізобутілбензолу:

Рівняння реакції:

Розберемо окислення втор-бутилбензолу:

Рівняння реакції:

При окисленні гомологів бензолу (і похідних гомологів) з декількома радикалами утворюються двох-трьох- і більше основні ароматичні кислоти. Наприклад, окислення 1,2-диметилбензолу:

Похідні гомологів бензолу (у яких у бензольного кільця є не вуглеводневі радикали), окислюються так само. Інша функціональна група у бензольного кільця не заважає:

Проміжний підсумок. Алгоритм «як записати реакцію жорсткого окислення перманганатом у кислому середовищі»:

1. Записати вихідні речовини (органіка + KMnO 4 + H 2 SO 4).
2. Записати продукти окислення органіки (окислятимуться сполуки, що містять спиртову, альдегідну групи, кратні зв'язки, а також гомологи бензолу).
3. Записати продукт відновлення перманганату (MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O).
4. Визначити ступеня окиснення в учасників ОВР. Скласти баланс. Проставити коефіцієнти у окислювача та відновника, а також у речовин, які з них утворюються.
5. Потім рекомендовано порахувати скільки сульфат-аніонів у правій частині рівняння, відповідно до цього поставити коефіцієнт перед сірчаною кислотою зліва.
6. Наприкінці поставити коефіцієнт перед водою.

Жорстке окислення в сильнолужному середовищі та нейтральному або слаболужному (при нагріванні) середовищі.

Ці реакції зустрічаються набагато рідше. Можна сміливо сказати, що такі реакції – це екзотика. І як належить будь-яким екзотичним реакціям, ці виявилися найсуперечливішими.

Жорстке окислення воно і в Африці жорстке, тому органіка окислюється так само, як і в кислому середовищі.

Окремо реакції кожного класу розбирати не будемо, оскільки загальний принцип вже викладено раніше. Розберемо лише нюанси.

Сильнолужне середовище :

У сильнолужному середовищі перманганат відновлюється до рівня окислення +6 (манганат калію):

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 .

У сильнолужному середовищі лугу завжди надлишок, тому проходитиме повна нейтралізація: якщо утвориться вуглекислий газ – буде карбонат, якщо утвориться кислота – буде сіль (якщо кислота багатоосновна – середня сіль).

Наприклад, окислення пропіна:

Окислення етилбензолу:

Слаболужне або нейтральне середовище при нагріванні :

Тут також необхідно завжди враховувати можливість нейтралізації.

Якщо окислення протікає в нейтральному середовищі і утворюється кислотна сполука (кислота або вуглекислий газ), то луг, що утворюється, буде нейтралізувати цю кислотну сполуку. Але не завжди лугу вистачить на повну нейтралізацію кислоти.

При окисленні альдегідів, наприклад, її не вистачає (окислення протікатиме так само, як і в м'яких умовах – температура просто прискорить реакцію). Тому утворюється і сіль, і кислота (що залишилася грубо кажучи в надлишку).

Ми це обговорювали, коли розбирали м'яке окиснення альдегідів.

Тому якщо у вас утворюється кислота в нейтральному середовищі, потрібно уважно подивитися чи вистачить її на нейтралізацію всієї кислоти. Особливу увагу слід приділити нейтралізації багатоосновних кислот.

У слаболужному середовищі через достатню кількість лугу утворюються лише середні солі, оскільки луги надлишок.

Як правило, луги при окисленні в нейтральному середовищі цілком вистачає. І рівняння реакції що у нейтральній, що у слаболужному середовищі будуть однакові.

Наприклад розберемо окислення етилбензолу:

Луги цілком вистачає на повну нейтралізацію отриманих кислотних сполук, навіть зайвої залишиться:

Витрачається 3 моля лугу – 1 залишається.

Кінцеве рівняння:

Ця реакція в нейтральному та слаболужному середовищі йтиме однаково (у слаболужному середовищі зліва лугу немає, але це не означає, що її немає, просто вона в реакцію не вступає).

Окисно-відновні реакції за участю дихромату (біхромату) калію.

Біхромат не має такого великого розмаїття реакцій окислення органіки в ЄДІ.

Окислення біхроматом проводиться зазвичай лише у кислому середовищі. У цьому хром відновлюється до +3. Продукти відновлення:

Окислення буде твердим. Реакція буде схожа на окислення перманганатом. Окислятимуться ті самі речовини, що окислюються перманганатом у кислому середовищі, утворюватимуться ті самі продукти.

Розберемо деякі реакції.

Розглянемо окиснення спирту. Якщо проводити окислення при температурі кипіння альдегіду, то він йтиме їх реакційної суміші, не піддаючись окисленню:

В іншому випадку, спирт може бути окислений безпосередньо до кислоти.

Альдегід, отриманий під час попередньої реакції, можна «зловити», і змусити його окислюватися до кислоти:

Окислення циклогексанолу. Циклогексанол є вторинним спиртом, тому утворюється кетон:

Якщо важко визначити ступені окислення атомів вуглецю за такою формулою, на чернетці можна розписати:

Рівняння реакції:

Розглянемо окислення циклопентена.

Подвійний зв'язок рветься (цикл розмикається), атоми, які її утворювали, окислюються до максимуму (в даному випадку, до карбоксильної групи):

Деякі особливості окислення в ЄДІ, з якими ми зовсім згодні.

Ті «правила», принципи та реакції, які будуть розглянуті у цьому розділі, ми вважаємо не зовсім коректними. Вони суперечать не лише реальному стану справ (хімії як науці), а й внутрішній логіці шкільної програми та ЄДІ зокрема.

Проте ми змушені дати цей матеріал саме в тому вигляді, який вимагає ЄДІ.

Йтиметься саме про Жорстке окислення.

Пам'ятаєте, як окислюються гомологи бензолу та їх вироблені у жорстких умовах? Радикали все обриваються – утворюються карбоксильні групи. Уривки піддаються окисленню вже «самостійно»:

Так от, якщо раптом радикалі з'являється гідроксильна група, або кратний зв'язок, треба забути, що там є кільце бензольне. Реакція піде ТІЛЬКИ за цією функціональною групою (або кратним зв'язком).

Функціональна група і кратний зв'язок головніше бензольного кільця.

Розберемо окислення кожної речовини:

Перша речовина:

Потрібно не зважати на те, що є бензольне кільце. З погляду ЄДІ – це лише вторинний спирт. Вторинні спирти окислюються до кетонів, а кетони далі не окислюються:

Нехай ця речовина у нас окислюватиметься біхроматом:

Друга речовина:

Ця речовина окислюється просто як з'єднання з подвійним зв'язком (на бензольне кільце не звертаємо увагу):

Нехай воно окислюватиметься в нейтральному перманганаті при нагріванні:

Луги, що утворилася, вистачає на повну нейтралізацію вуглекислого газу:

2KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O

Підсумкове рівняння:

Окислення третьої речовини:

Нехай окислення протікатиме перманганатом калію в кислому середовищі:

Окислення четвертої речовини:

Воно нехай окислюється в сильнолужному середовищі. Рівняння реакції буде:

Ну і насамкінець, ось так окислюється вінілбензол:

А окислюється він до бензойної кислоти, треба мати на увазі, що за логікою ЄДІ він так окислюється не тому, що він – похідне бензолу. А тому, що він містить подвійний зв'язок.

Висновок.

Це все, що потрібно знати про окисно-відновні реакції за участю перманганату і біхромату в органіці.

Не дивуйтеся якщо деякі моменти викладені в даній статті, ви чуєте вперше. Як було зазначено, тема ця дуже велика і суперечлива. І незважаючи на це, чомусь їй приділяється вкрай мало уваги.

Як ви, можливо, переконалися, що двома-трьома реакціями не пояснити всіх закономірностей цих реакцій. Тут потрібен комплексний підхід та докладне пояснення всіх моментів. На жаль у підручниках та на інтернет ресурсах тема розкрита не повністю, або не розкрита зовсім.

Я постарався усунути ці недоробки та недоліки та розглянути цю тему повністю, а не частково. Сподіваюся, це мені вдалося.

Дякую Вам за увагу, всього Вам гарного! Успіхів у освоєнні хімічної науки та складання іспитів!

Фізичні властивості

Бензол та його найближчі гомологи – безбарвні рідини зі специфічним запахом. Ароматичні вуглеводні легші за воду і в ній не розчиняються, проте легко розчиняються в органічних розчинниках – спирті, ефірі, ацетоні.

Бензол та його гомологи самі є добрими розчинниками для багатьох органічних речовин. Усі арени горять коптючим полум'ям через високий вміст вуглецю в їх молекулах.

Фізичні властивості деяких арен представлені в таблиці.

Таблиця. Фізичні властивості деяких аренів

Бензол - легкокипляча ( tстос= 80,1°С), безбарвна рідина, що не розчиняється у воді

Увага! Бензол – отрута, діє нирки, змінює формулу крові (при тривалому впливі), може порушувати структуру хромосом.

Більшість ароматичних вуглеводнів небезпечні для життя, токсичні.

Отримання аренів (бензолу та його гомологів)

В лабораторії

1. Сплавлення солей бензойної кислоти з твердими лугами

C 6 H 5 -COONa + NaOH t → C 6 H 6 + Na 2 CO 3

бензоат натрію

2. Реакція Вюрца-Фіттінга: (тут Г - галоген)

З 6H 5 -Г + 2Na + R-Г →C 6 H 5 - R + 2 NaГ

З 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl

У промисловості

• виділяють з нафти та вугілля методом фракційної перегонки, риформінгом;
• з кам'яновугільної смоли та коксового газу

1. Дегідроциклізацією алканівз числом атомів вуглецю більше 6:

C 6 H 14 t , kat→C 6 H 6 + 4H 2

2. Тримеризація ацетилену(тільки для бензолу) – нар. Зелінського:

3С 2 H 2 600°C, Акт. вугілля→C 6 H 6

3. Дегідруваннямциклогексану та його гомологів:

Радянський академік Микола Дмитрович Зелінський встановив, що бензол утворюється із циклогексану (дегідрування циклоалканів

C 6 H 12 t, kat→C 6 H 6 + 3H 2

C 6 H 11 -CH 3 t , kat→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

метилциклогексантолуол

4. Алкілювання бензолу(Отримання гомологів бензолу) - р Фріделя-Крафтса.

C 6 H 6 + C 2 H 5 -Cl t, AlCl3→C 6 H 5 -C 2 H 5 + HCl

хлоретан етилбензол

Хімічні властивості аренів

I. РЕАКЦІЇ ОКИСЛЕННЯ

1. Горіння (вогне полум'я):

2C 6 H 6 + 15O 2 t→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. Бензол за звичайних умов не знебарвлює бромну воду та водний розчин марганцівки

3. Гомологи бензолу окислюються перманганатом калію (знебарвлюють марганцівку):

А) у кислому середовищі до бензойної кислоти

При дії на гомологи бензолу перманганату калію та інших сильних окислювачів бічні ланцюги окислюються. Яким би складним не був ланцюг заступника, він руйнується, за винятком a-атома вуглецю, який окислюється в карбоксильну групу.

Гомологи бензолу з одним бічним ланцюгом дають бензойну кислоту:

Гомологи, що містять два бічні ланцюги, дають двоосновні кислоти:

5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 +28H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O

Спрощено :

C 6 H 5 -CH 3 + 3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O

Б) у нейтральній та слаболужній до солей бензойної кислоти

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COOК + K ВІН + 2MnO 2 + H 2 O

II. РЕАКЦІЇ ПРИЄДНАННЯ (важче, ніж у алкенів)

1. Галогенування

C 6 H 6 +3Cl 2 h ν → C 6 H 6 Cl 6 (гексахлорциклогексан – гексахлоран)

2. Гідрування

C 6 H 6 + 3H 2 t , PtабоNi→C 6 H 12 (циклогексан)

3. Полімеризація

III. РЕАКЦІЇ ЗАМІЩЕННЯ - Іонний механізм (легше, ніж у алканів)

1. Галогенування -

a ) бензолу

C 6 H 6 + Cl 2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (хлорбензол)

C 6 H 6 + 6Cl 2 t ,AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( гексахлорбензол)

C 6 H 6 + Br 2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( бромбензол)

б) гомологів бензолу при опроміненні чи нагріванні

За хімічними властивостями алкільні радикали подібні до алканів. Атоми водню у яких заміщаються на галоген по свободно-радикальному механізму. Тому відсутність каталізатора при нагріванні або УФ-опроміненні йде радикальна реакція заміщення в бічному ланцюгу. Вплив бензольного кільця на алкільні заступники призводить до того, що завжди заміщається атом водню у атома вуглецю, безпосередньо пов'язаного з бензольним кільцем (a -атома вуглецю).

1) C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 h ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

в) гомологів бензолу у присутності каталізатора

C 6 H 5 -CH 3 + Cl 2 AlCl 3 → (суміш орту, пара похідних) +HCl

2. Нітрування (з азотною кислотою)

C 6 H 6 + HO-NO 2 t, H2SO4→C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

нітробензол - запах мигдалю!

2,4,6-тринітротолуол (тол, тротил)

Застосування бензолу та його гомологів

Бензол C 6 H 6 хороший розчинник. Бензол як добавка покращує якість моторного палива. Служить сировиною для отримання багатьох ароматичних органічних сполук - нітробензолу C 6 H 5 NO 2 (розчинник, з нього одержують анілін), хлорбензолу C 6 H 5 Cl, фенолу C 6 H 5 OH, стиролу і т.д.

Толуол C 6 H 5 -CH 3 - розчинник, використовується при виробництві барвників, лікарських та вибухових речовин (тротил (тол), або 2,4,6-тринітротолуол ТНТ).

Ксилоли C 6 H 4 (CH 3) 2 . Технічний ксилол – суміш трьох ізомерів ( орто-, мета- І пара-ксилолів) – застосовується як розчинник і вихідний продукт для синтезу багатьох органічних сполук.

Ізопропілбензол C 6 H 5 –CH(CH 3) 2 служить отримання фенолу і ацетону.

Хлорпохідні бензолувикористовують для захисту рослин. Так, продукт заміщення в бензолі атомів Н атомами хлору - гексахлорбензол 6 Сl 6 - фунгіцид; його застосовують для сухого протруювання насіння пшениці та жита проти твердої сажки. Продукт приєднання хлору до бензолу – гексахлорциклогексан (гексахлоран) С6Н6Сl6 – інсектицид; його використовують для боротьби зі шкідливими комахами. Згадані речовини відносяться до пестицидів – хімічних засобів боротьби з мікроорганізмами, рослинами та тваринами.

Стирол C 6 H 5 – CH = CH 2 дуже легко полімеризується, утворюючи полістирол, а кополімеризуючись з бутадієном – бутадієнстирольні каучуки.

ВІДЕО-ДОСВІТИ

Толуол - це метилбензол, що є безбарвною рідиною, що відноситься до класу аренів, які є органічними сполуками з ароматичною системою в складі.

Ключовою особливістю цієї речовини вважатимуться його специфічний запах. Втім, це не єдина відмінна риса речовини. Властивостей та характеристик у толуолу багато, і про всі їх варто коротко розповісти.

Трохи історії

Хімічні властивості толуолу почали вивчати трохи менше 200 років тому, коли його й одержали вперше. Речовину виявив у 1835 році французький фармацевт і хімік П'єр Жозеф Пелетьє. Вчений отримав толуол під час перегонки соснової смоли.

А через три роки французький фізикохімік Анрі Сент-Клер Девіль виділив цю речовину з бальзаму, який він привіз із колумбійського міста Толу. На честь цього напою, власне, з'єднання і отримало свою назву.

Загальні відомості

Що можна сказати про характеристики та хімічні властивості толуолу? Речовина є летючою рухомою рідиною з різким запахом. Має легку наркотичну дію. Реагує з необмеженою кількістю вуглеводнів, взаємодіє з простими та складними ефірами, зі спиртами. З водою не поєднується.

Характеристики такі:

• Речовина позначається формулою 7 Н 8 .
• Його молярна маса дорівнює 92,14 г/моль.
• Щільність складає 0,86694 г/см3.
• Температури плавлення та кипіння дорівнюють −95 ℃ та 110,6 ℃ відповідно.
• Питома теплота випаровування становить 364 кДж/кг.
• Критична температура фазового переходу дорівнює 320 °C.

Ще ця речовина відрізняється горючістю. Згоряє полум'ям, що коптить.

Основні хімічні властивості

Толуол – це речовина, якій властиві реакції електрофільного заміщення. Вони відбуваються в так званому ароматичному кільці, що виявляє анормально високу стабільність. Ці реакції йдуть, в основному, в пара-і орто-положення щодо метильної групи -CH 3 .

Належать до хімічних властивостей толуолу реакції озонолізу та приєднання (гідрування). Під впливом деяких окислювачів метильна група стає карбоксильною. Найчастіше для цього використовується лужний розчин калійного перманганату чи неконцентрована азотна кислота.

Ще варто відзначити, що толуол здатний самозаймистий. Для цього необхідна температура 535 °C. Спалах відбувається при 4 °C.

Утворення бензойної кислоти

Здатність обговорюваного речовини брати участь у цьому також обумовлена ​​його хімічними властивостями. Толуол, реагуючи з сильними окислювачами, утворює найпростішу одноосновну бензойну карбонову кислоту, що відноситься до ароматичного ряду. Її формула - 6 Н 5 СООН.

Кислота має вигляд білих кристалів, які добре розчиняються в діетиловому ефірі, хлороформі та етанолі. Її одержують за допомогою наступних реакцій:

• Толуол і перманганат калію, що взаємодіють у кислому середовищі. Формула наступна: 5С6Н5СН3+6KMnO4+9H2SO4→5С6Н5СООН+6MnSO4+3K2SO4+14Н2О.
• Толуол і перманганат калію, що взаємодіють у нейтральному середовищі. Формула така: 6 Н 5 СН 3 + 2KMnO 4 → С 6 Н 5 СООК + 2MnO 2 + КОН + Н 2 О.
• Толуол, що взаємодіє на світлі з галогенами, енергійними окислювачами. Відбувається за формулою: С6Н5СН3+Х2 → С6Н5СН2Х+НХ.

Отримана внаслідок цих реакцій бензойна кислота застосовується у багатьох сферах. В основному її використовують для отримання реактивів – бензоїлхлориду, бензоатних пластифікаторів, фенолу.

Також її застосовують при консервуванні. Добавки Е213, Е212, Е211 та Е210 виготовлені саме на основі бензойної кислоти. Вона блокує ферменти та уповільнює обмін речовин, пригнічує зростання дріжджів, плісняви ​​та бактерій.

А ще бензойна кислота використовується в медицині для лікування шкірних захворювань і як відхаркувальний засіб.

Одержання речовини

Демонструючі хімічні властивості толуолу рівняння реакцій, представлені вище - це ще все, що хотілося б розглянути. Важливо поговорити і про процес одержання цієї речовини.

Толуол є ​​продуктом промислової переробки бензинових фракцій нафти. Це ще називається каталітичним риформінгом. Речовину виділяють селективною екстракцією, після чого проводять ректифікацію - суміш поділяють за допомогою протиточного тепло-і масообміну між рідиною і парою.

Нерідко цей процес замінюється каталітичним дегідруванням гептану. Це органічний алкан із формулою СН 3 (СН 2) 5 СН 3 . Дегідрування відбувається через метилциклогексан-циклоалкан з формулою С7Н14. Це моноциклічний вуглеводень, у якого метильною групою заміщено один атом водню.

Очищають толуол, як і бензол. Ось тільки якщо застосовується сірчана кислота, потрібно врахувати – ця речовина легше сульфується. Отже, при очищенні толуолу треба підтримувати нижчу температуру. Нижче за 30 °C, якщо бути точніше.

Толуол та бензол

Оскільки ці дві речовини схожі, варто порівняти хімічні властивості. Бензол і толуол обидва вступають у реакції заміщення. Проте швидкості їхнього протікання відрізняються. Оскільки в молекулі толуолу метальна група впливає ароматичне кільце, він реагує швидше.

Але бензол, своєю чергою, виявляє стійкість до окислення. Так, наприклад, коли на нього впливає перманганат калію, нічого не відбувається. Натомість толуол за такої реакції утворює бензойну кислоту, про що вже згадувалося раніше.

У той же час відомо, що граничні вуглеводні не реагують з розчином калієвого перманганату. Отже окислення толуолу пояснюється впливом, що надається бензольним кільцем на метильну групу. Це твердження підтверджується теорією Бутлерова. Відповідно до неї атоми та його групи в молекулах надають взаємний вплив.

Реакція Фріделя-Крафтса

Вище було багато сказано про формулу та хімічні властивості толуолу. Але ще не згадувалося про те, що цю речовину цілком реально отримати з бензолу, якщо виконати реакцію Фріделя-Крафтса. Так називається спосіб ацилювання та алкілування ароматичних сполук з використанням кислотних каталізаторів. До них відноситься трифторид бору (BF 3), хлорид цинку (ZnCl 2), алюмінію (AlCl 3) та заліза (FeCI 3).

Ось тільки у випадку з толуолом можна використовувати лише один каталізатор. І це трибромід заліза, який представляє збій складної бінарної сполуки неорганічного характеру з формулою FeBr 3 . А реакція виглядає так: З 6 Н 6 + CH 3 Br à FeBr 3 З 6 Н 5 СН 3 + HBr. Отже, не тільки хімічні властивості бензол і толуол поєднують, але ще й можливість отримати одну речовину з іншої.

Пожежна небезпека

Не можна не згадати і про неї, розповідаючи про хімічні та фізичні властивості толуолу. Адже це дуже вогненебезпечна речовина.

Воно відноситься до класу 3,1 легкозаймистих рідин. У цю категорію входить дизельне паливо, газойль, десенсибілізовані вибухові сполуки.

Не можна допускати виникнення поруч із толуолом відкритого вогню, куріння, іскор. Навіть суміш пари цієї речовини з повітрям є вибухонебезпечною. Якщо виконуються зливно-наливні операції, то дотримання правил захисту від статичної електрики набуває першочергового значення.

Виробничі приміщення, призначені для проведення робіт, пов'язаних з толуолом, забезпечуються припливно-витяжною вентиляцією, а техніка – відсмоктувачами. Заборонено використовувати інструменти, які можуть при ударі дати іскру. А якщо відбувається спалах речовини, то гасити його потрібно лише тонкорозпорошеною водою, повітряно-механічною або хімічною піною. Розлитий толуол знешкоджують піском.

Небезпека для людини

Характеристики та хімічні властивості толуолу визначають його токсичність. Як було зазначено, його пари надають наркотичний вплив. Воно особливо сильне у підвищених концентраціях. У людини, яка вдихнула пари, з'являються сильні галюцинації. Мало хто знає, але до 1998 року ця речовина входила до складу клею "Момент". Саме тому він був такий популярний серед токсикоманів.

Високі концентрації цієї речовини також негативно впливають на нервову систему, слизові оболонки очей, шкіру. Порушується функція кровотворення, оскільки толуол - це високотоксична отрута. Через це може виникнути такі захворювання, як гіпоксія та ціаноз.

Існує навіть поняття толуольної токсикоманії. Вона має і канцерогенний вплив. Адже пара, потрапляючи через шкіру чи органи дихання в організм людини, вражають нервову систему. Іноді ці процеси звернути неможливо.

Крім того, пари можуть спричинити загальмованість та порушити роботу вестибулярного апарату. Тому люди, що працюють з даною речовиною, працюють у приміщеннях, що добре провітрюються, обов'язково під тягою, і використовують спеціальні гумові рукавички.

Застосування

Завершити тему фізико-хімічних властивостей толуолу варто розглядом областей, у яких ця речовина активно задіяна.

Також це з'єднання - ефективний розчинник для багатьох полімерів (аморфних високомолекулярних кристалічних речовин). І ще його нерідко додають до складу товарних розчинників для фарб та лаків, деяких лікарських медикаментів. Навіть у виробництві вибухових речовин це з'єднання можна застосувати. З його додаванням виготовляють тринітротолуол та тротилтол.

Зрівняння окисно-відновних реакцій за участю органічних речовин методом електронного балансу.

Реакції окиснення органічних речовин часто зустрічаються у базовому курсі хімії. При цьому їх запис зазвичай представляється у вигляді нескладних схем, частина з яких дає лише загальне уявлення про перетворення речовин різних класів один в одного, не враховуючи конкретних умов протікання процесу (наприклад, реакції середовища), які впливають на склад продуктів реакції. Тим часом, вимоги ЄДІ щодо хімії в частині С такі, що виникає необхідність запису саме рівняння реакції з певним набором коефіцієнтів. У цій роботі наведено рекомендації щодо методики складання таких рівнянь.

Для опису окислювально-відновних реакцій застосовують два методи: метод електронно-іонних рівнянь та метод електронного балансу. Не зупиняючись першому, відзначимо, що метод електронного балансу вивчається у курсі хімії основний школи і тому цілком застосовний продовження вивчення предмета.

Рівняння електронного балансу передусім описують процеси окиснення та відновлення атомів. Крім цього, спеціальні множники вказують на коефіцієнти перед формулами речовин, що містять атоми, які брали участь у процесах окиснення та відновлення. Це, своєю чергою, дозволяє шукати інші коефіцієнти.

Приклад 1. Окислення толуолу перманганатом калію у кислому середовищі.

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = …

Відомо, що бічні метильні радикали арен зазвичай окислюються до карбоксилу, тому в даному випадку утворюється бензойна кислота. Перманганат калію у кислому середовищі відновлюється до двозарядних катіонів марганцю. З огляду на наявність сірчанокислотного середовища продуктами будуть сульфат марганцю (II) і сульфат калію. Крім того, при окисленні у кислому середовищі утворюється вода. Тепер схема реакції виглядає так:

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

Зі схеми видно, що змінюється стан атома вуглецю в метильному радикалі, а також атома марганцю. Ступені окислення марганцю визначаються за загальними правилами підрахунку: у перманганаті калію +7, у сульфаті марганцю +2. Ступені окислення атома вуглецю можна легко визначити виходячи зі структурних формул метильного радикалу та карбоксилу. Для цього потрібно розглянути усунення електронної щільності виходячи з того, що по електронегативності вуглець займає проміжне положення між воднем та киснем, а зв'язок С-С формально вважається неполярним. У метильному радикалі атом вуглецю притягує три електрони від трьох атомів водню, тому його ступінь окислення дорівнює -3. У карбоксилі атом вуглецю віддає два електрони карбонильному атому кисню і один електрон атому кисню гідроксильної групи, тому ступінь окислення атома вуглецю +3.

Рівняння електронного балансу:

Mn +7 + 5e = Mn +2 6

C -3 - 6e = C +3 5

Перед формулами речовин, що містять марганець, необхідний коефіцієнт 6, а перед формулами толуолу та бензойної кислоти – 5.

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

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

І число атомів сірки:

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 +9H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 +3K 2 SO 4 + H 2 O

На заключному етапі необхідний коефіцієнт перед формулою води, який можна вивести підбором за кількістю атомів водню або кисню:

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

Приклад 2. Реакція срібного дзеркала.

Більшість літературних джерел вказують, що альдегіди у цих реакціях окислюються до відповідних карбонових кислот. При цьому окислювачем є аміачний розчин оксиду срібла (I) – Ag 2 O амм.р-р. Насправді реакція протікає в лужному аміачному середовищі, тому має утворюватися сіль амонію або СО 2 у разі окислення формальдегіду.

Розглянемо окислення оцтового альдегіду реактивом Толленса:

CH 3 CHO + Ag(NH 3 ) 2 OH = …

При цьому продуктом окислення буде ацетат амонію, а продуктом відновлення – срібло:

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

Окислення піддається атом вуглецю карбонільної групи. Відповідно до будови карбонілу, атом вуглецю віддає два електрони атому кисню і приймає один електрон від атома водню, тобто. ступінь окиснення вуглецю +1. У карбоксильній групі ацетату амонію атом вуглецю віддає три електрони атомам кисню і має ступінь окислення +3. Рівняння електронного балансу:

C +1 - 2e = C +3 1

Ag +1 + 1e = Ag 0 2

Поставимо коефіцієнти перед формулами речовин, що містять атоми вуглецю та срібла:

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

З чотирьох молекул аміаку в лівій частині рівняння, одна братиме участь у солеутворенні, а три решти виділяються у вільному вигляді. Також у складі продуктів реакції буде вода, коефіцієнт перед формулою якої можна знайти підбором (1):

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

Насамкінець зазначимо, що альтернативний спосіб опису ОВР – метод електронно-іонних рівнянь - за його переваг, вимагає додатковий навчальний час для вивчення та відпрацювання, яке, як правило, вкрай обмежене. Однак і відомий метод електронного балансу за його грамотного використання призводить до необхідних результатів.

Толуол – безбарвна рідина із специфічним запахом. Толуол легший за воду і в ній не розчиняється, проте легко розчиняється в органічних розчинниках – спирті, ефірі, ацетоні. Толуол є ​​добрим розчинником для багатьох органічних речовин. Горить коптячим полум'ям через високий вміст вуглецю в його молекулі.

Фізичні властивості толуолу представлені у таблиці.

Таблиця. Фізичні властивості толуолу.

Хімічні властивості толуолу

I. Реакція окиснення.

1. Горіння (вогне полум'я):

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

2. Толуол окислюється перманганатом калію (знебарвлюють марганцівку):

А) у кислому середовищі до бензойної кислоти

При дії на толуол перманганату калію та інших сильних окислювачів бічні ланцюги окислюються. Яким би складним не був ланцюг заступника, він руйнується, за винятком a-атома вуглецю, який окислюється в карбоксильну групу. Толуол дає бензойну кислоту:

Б) у нейтральній та слаболужній до солей бензойної кислоти

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COOК + КОН + 2MnO 2 + H 2 O

II. РЕАКЦІЇ ПРИЄДНАННЯ

1. Галогенування

З 6 Н 5 СН 3 + Вг 2  З 6 Н 5 СН 2 Вг + НВг

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

2. Гідрування

C 6 H 5 CH 3 + 3H 2 t , Pt або Ni→C 6 H 11 CH 3 (метилциклогексан)

III. РЕАКЦІЇ ЗАМІЩЕННЯ- Іонний механізм (легше, ніж у алканів)

1. Галогенування -

За хімічними властивостями алкільні радикали подібні до алканів. Атоми водню у яких заміщаються на галоген по свободно-радикальному механізму. Тому відсутність каталізатора при нагріванні або УФ-опроміненні йде радикальна реакція заміщення в 4 бічної ланцюга. Вплив бензольного кільця на алкільні заступники призводить до того, що завжди заміщається атом водню у атома вуглецю, безпосередньо пов'язаного з бензольним кільцем (a -атома вуглецю).

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

у присутності каталізатора

C 6 H 5 -CH 3 +Cl 2 AlCl 3 → (суміш орту, пара похідних) +HCl

2. Нітрування (з азотною кислотою)

C 6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 t , H 2 SO 4 → СH 3 -C 6 H 2 (NO 2) 3 + 3H 2 O

2,4,6-тринітротолуол (тол, тротил)

Застосування толуолу.

Толуол C 6 H 5 -CH 3 - розчинник, використовується при виробництві барвників, лікарських та вибухових речовин (тротил (тол), або 2,4,6-тринітротолуол ТНТ).

2.2. Знаходження у природі

Толуол був вперше отриманий при перегонці соснової смоли в 1835 Пельтьє П., пізніше його виділили з толуанського бальзаму (смола з кори дерева Myraxylo, що росте в Центральній Америці). Назву цю речовину отримало на ім'я міста Толу (Колумбія).

2.3. Антропогенні джерела надходження толуолу до біосфери.

Головні джерела – це перегонка вугілля та ряд нафтохімічних процесів, зокрема каталітичний реформінг, перегонка сирої нафти та алкілування нижчих ароматичних вуглеводнів. Поліциклічні вуглеводні є в димі, що міститься в атмосфері міст.

Джерелом забруднення атмосфери може бути металургійна промисловість, автотранспорт.

Фоновий рівень толуолу в атмосфері становить 0,75 мкг/м3 (0,00075 мг/м3).

Також основними джерелами надходження толуолу в довкілля є хімічне виробництво вибухових речовин, епоксидних смол, лаків і фарб та ін.