Добавил:
Здесь собраны файлы для СФ и общие дисциплины других факультетов. Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Химия биомолекул и наносистем

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
30.08.2025
Размер:
378.18 Кб
Скачать

Окисление органических соединений

Окислители — соединения, обладающие высоким сродством к электрону.

Окислителями могут служить: O2, пероксиды, HNO3, галогены, гипогало-

гениты, HClO4, PbO2, KMnO4, K2Cr2O7/H+.

Окисление органического субстрата протекает тем легче, чем сильнее его тенденция к отдаче электронов.

Увеличение способности к окислению

 

 

 

CH3

<

CH2

<

 

 

 

 

 

 

CH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

первичные

 

 

 

 

вторичные

 

 

 

третичные

атомы углерода

 

 

 

 

атомы углерода

 

 

атомы углерода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

C

 

 

 

C

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

атомы углерода в

 

 

 

атомы углерода в

 

 

 

sp3-гибридизованном состоянии

sp2-гибридизованном состоянии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Увеличение способности к окислению

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

H

<

R

 

OH

<

 

 

 

 

R

 

NH2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

алканы

 

 

 

 

спирты

 

 

 

 

 

амины

11

Окисление связей С– Н

Последовательность основныхпроцессов окисления и восстановления углеводородов и их кислородсодержащих производных

Первичный атом углерода

 

окисление

окисление

O

окисление

 

 

R CH3

R CH OH

 

 

R C

R COOH

 

2

 

 

H восстановление

восстановление

восстановление

углеводород

первичный

 

 

альдегид

карбоновая

спирт

 

 

кислота

 

 

 

 

 

Вторичный атом углерода

 

R

окисление

R

H

окисление

R

 

CH2

 

R

R

C

 

C O

восстановление

OH

восстановление

 

 

R

углеводород

вторичный спирт

 

кетон

Третичный атом углерода

R

окисление

R

R C H

 

R C OH

R

восстановление

R

углеводород

третичный спирт

12

Насыщенные углеводороды

наиболее трудно окисляющиеся соединения

Сгорание углеводородов — полное окисление до СО2 и Н2О.

Жесткие условия (горячая хромовая смесь);

более мягкие окислители в обычных условиях не действуют.

Промежуточные продукты окисления первичные, вторичные спирты

иальдегиды окисляются легче исходных углеводородов.

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

Co(OCOCH3)2

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

C

 

 

CH3

+

O2 (возд.)

 

 

CH3

 

C

 

CH3

 

 

 

 

 

 

CH3

 

C

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

135 oC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1/2 O2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OOH

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

изобутан

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

трет-бутиловый

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

спирт, 90-95%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH CH CH CH

+

O

 

катализатор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H+ (HBr)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH CHCH CH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH CCH CH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

2

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бутан

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

метилэтилкетон

Последующему окислению, как правило, подвергается уже начавший окисляться атом углерода.

Конечные продукты неполного окисления углеводородов — карбоновые кислоты, кетоны и третичные спирты — требуют для своего окисления более жестких условий, необходимых для разрыва связей С– С.

13

Способность связи С– Н к окислению увеличивается, если она располо-

жена рядом с двойной связью, ароматическим кольцом или гетероатомом со свободной электронной парой (например О).

CH2

 

CH

 

CH3

O2

 

 

 

CH

 

CH

 

CHO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

пропилен

CuO, 400 oC

 

акролеин

промышленный способ синтеза акролеина

Окисление альдегидов и симметричныхкетонов с участием связей С– Н α-углеродных атомов.

Реагент SeO2 в ледяной уксусной кислоте.

 

 

 

O

 

 

 

 

 

O

 

O

 

 

 

 

SeO , 0 oC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RCH2

 

C

2

 

 

 

RC

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

α-дикарбонильное

 

 

 

 

 

 

соединение, 30-40%

 

 

 

O

 

SeO , 0 oC

 

 

O

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

C

2

 

 

 

 

 

 

C

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

H

 

H

глиоксаль, 70%

14

Гидропероксиды

важные промежуточные продукты окисления

связей С─Н в мягких условиях

Гидропероксиды

R O O H

Гидропероксиды производныепероксида водорода, в которых

один атом водорода замещен на органический радикал.

Образование гидропероксидов при окислении углеводородов и других

соединений со связями С─Н молекулярным кислородом.

O O

X

R

 

H + O2

 

R

 

O

 

O

 

H

(SR)

 

 

 

 

 

 

гидропероксид

Способность связи С– Н к образованию гидропероксидов увеличива-

ется, если она расположена рядом с двойной связью, ароматическим кольцом или гетероатомом со свободной электронной парой (например О).

15

Примеры реакций пероксидного окисления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

O

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

циклогексен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-гидропероксициклогексен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

O

 

O

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

H +

CH3

 

C

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фенол

ацетон

изопропилбензол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гидропероксид

 

 

 

 

 

(кумол)

 

 

 

 

 

 

 

 

изопропилбензола

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

O

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O2

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3CH2OCH2CH3

 

CH3CH2

 

O

 

 

 

CH

 

 

CH3

 

 

 

 

 

диэтиловый эфир

 

гидропероксид диэтилового эфира

16

Окисление гомологов бензола и ароматических гетероциклов

Углеводородныерадикалы обычно превращаются в карбоксильные группы СООН.

[O]

ArCH2R ArCOOH

Реагенты — KMnO 4/OH, K2Cr2O7/H+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KMnO4, H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100 °C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бензойные кислоты, 60-80%

 

 

 

алкилбензолы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X = F, Cl, Br, I, COOH, OCH3, NHCH3;

 

 

 

 

 

 

 

R = CH3, C2H5, н3Н7, изо- С3Н7 и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H O, 70 oC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

2 KMnO4

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 2 MnO2 + 2 KOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

COOH

2-метилпиридин

 

 

 

 

 

 

 

2-пиридинкарбоновая кислота, 65%

Подбирая условия, иногда удается получать в этих реакциях

спирты и альдегиды.

17

Примеры реакций окисления гомологов ароматических соединений

 

 

CH3

100 °C

 

 

COOH

 

 

 

 

+ Na2Cr2O7 + 4 H2SO4

 

 

 

 

 

 

 

+ Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + 5 H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NO2

п-нитротолуол

 

 

п-нитробензойная кислота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окисление диалкилбензолов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Alk

 

 

KMnO4, H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Alk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100 °C

 

 

HOOC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

диалкилбензолы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фталевые кислоты, 60-80%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

O2 (воздух)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V O или Co3+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

промышленный способ

18

Окисление спиртов

Первичные и вторичные спирты по сравнению с углеводородами

окисляются в гораздо более мягких условиях.

Окислители, превращающие первичные спирты в карбоновые

кислоты, — H

2Cr2O7, KMnO4 (щелочной раствор), HNO3.

 

 

 

 

 

 

[O]

 

 

O

[O]

 

 

O

R

 

CH2

 

 

OH

R

 

C

R

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

OH

первичный спирт

 

альдегид

 

карбоновая кислота

В случае первичных спиртов необходимо быстро выделять альдегид

из реакционной смеси, чтобы предотвратить его окисление в кислоту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HNO3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(60-70%)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

CH2

 

OH

 

100 oC

 

 

 

 

 

 

R

 

 

COOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

первичный

 

 

 

 

 

 

карбоновая

 

 

спирт

 

KMnO4/OH

 

 

 

 

 

 

кислота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(80%)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

Na2Cr2O7, H2SO4

 

R

 

 

 

 

 

 

 

CH

 

OH

 

 

 

 

 

 

C

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R'

 

 

 

 

 

R'

 

 

 

 

 

 

вторичный спирт

 

 

 

 

 

кетон, 75%

19

Примеры окисления спиртов

KMnO4, H+, 25 oC

CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CH2COOH

бутанол-1 масляная кислота

 

 

 

 

 

 

OH

HNO3

 

 

 

o

 

 

 

 

 

O

 

Cl3C

 

 

CH

(дымящая), t

 

Cl3C

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

хлоральгидрат

 

 

 

 

трихлороуксусная кислота, 55%

 

 

 

 

 

 

OH + 1/2 O2

 

Fe2O3/V2O5

 

 

 

 

 

O

R

 

CH2

 

 

 

 

 

 

 

R

 

C

+ H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

250

 

350 oC

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

первичный

 

 

 

 

 

 

альдегид

 

спирт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

промышленный способ получения альдегидов из спиртов

20