Мягкое окисление алкенов. Пошаговый алгоритм составления уравнений.

Под мягким окислением алкенов подразумевают действие на них нейтрального холодного водного раствора перманганата калия. В результате такого окисления образуются, так называемые вицинальные диолы – двухатомные спирты с двумя ОН-группами при соседних атомах углерода в молекуле.

Поскольку среда нейтральная, в качестве продуктов восстановления перманганата калия образуются диоксид марганца — MnO2 и щелочь.

Вывод о том, что вода также является реагентом (будет входить в левую часть уравнения реакции), можно легко сделать хотя бы по тому, что в молекуле органического вещества появляются дополнительные атомы водорода, которых в перманганате нет.

Таким образом, схема реакции будет выглядеть так:CH3-CH=CH2 + KMnO4 + H2O → CH3–CH(OH)–CH2OH + KOH + MnO2

Расставим коэффициенты в этой схеме методом электронного баланса. Для этого сначала нужно определить степени окисления у тех атомов углерода, при которых изменилось окружение (в нашем случае у тех атомов углерода, к которым прикрепятся ОН группы). Отметим, что при окислении органических веществ степень окисления водорода не меняется и равна +1.

Для расстановки степеней окисления атомов углерода в органических веществах можно использовать так называемый метод блоков. В данном методе мы должны мысленно «изолировать» друг от друга фрагменты молекулы органического вещества по углерод-углеродным связям и рассматривать такие фрагменты условно как нейтральные молекулы. В частности, формулу пропена можно разбить на условно нейтральные блоки таким образом:

пропен метод блоков

Далее, приняв заряд каждого блока за 0 и помня, что водород в органических веществах всегда имеет степень окисления, равную +1, несложно посчитать степени окисления всех атомов углерода.
Обозначим степени окисления первого, второго и третьего атомов С как х, у, и z соответственно. Тогда, подписав степени окисления для каждого элемента в формуле, мы получим:

пропен метод блоков x y z

Таким образом, составив уравнения и решив их, получаем:

x+3·1 = 0, x = -3,

y + 1 = 0, y = -1,

z+2·1=0, z = -2.

Проведем аналогичную манипуляцию с формулой органического продукта окисления. Разбиваем мысленно его молекулу на нейтральные блоки по углерод-углеродным связям. Пусть степени окисления первого, второго и третьего атома С также будут равны x, y и z соответственно. Атомы водорода в органике всегда имеют степень окисления +1, а кислорода практически всегда -2 (за исключением редких случаев — органических пероксидов, которые в ЕГЭ не рассматриваются). Поэтому, подписав степени окисления для каждого элемента, получим:

Мягкое окисление алкенов. Пошаговый алгоритм составления уравнений.
Далее, составим уравнения, помня, что условно заряд каждого блока равен нулю, и решим их:

x + 3·1 = 0 => x = -3

y + 1 −2 +1 = 0 => y = 0

z + 2·1 − 2 +1 = 0 => z = −1

Таким образом, мы видим, что степень окисления первого атома углерода не изменилась, что и логично, ведь не изменилось его окружение.

Степень окисления второго атома С была равна -1, стала равна 0.

Степень окисления третьего атома С была равна -2, стала равна -1.

Также в этой окислительно-восстановительной реакции изменяется степень окисления марганца. Изначально она была равна +7 (в перманганате калия), после реакции стала равна +4 (в диоксиде марганца).

Запишем еще раз схему реакции и составим для нее электронный баланс, используя в балансе только те атомы С, степень окисления которых изменилась:

Мягкое окисление алкенов. Пошаговый алгоритм составления уравнений.

3·| С−1С−2 − 2е → С0С−1

2·| Mn+7 + 3e → Mn+4

(вывод о том, что от двух атомов С слева нужно отнять 2 электрона делаем на основании того, что суммарный заряд двух «атомов» С слева равен -3, а справа -1)

Перенесем коэффициенты из электронного баланса в схему:

3CH3-CH=CH2 + 2KMnO4 + H2O → 3CH3–CH(OH)–CH2OH + KOH + 2MnO2

Далее, мы видим, что в левой части схемы уже точно известно количество атомов калия, поскольку перед единственным калийсодержащим веществом левой части известен коэффициент. Таким образом, очевидно, что перед KOH в правой части схемы нужно поставить коэффициент 2. Получаем:

3CH3-CH=CH2 + 2KMnO4 + H2O → 3CH3–CH(OH)–CH2OH + 2KOH + 2MnO2

Далее, мы видим, что в левой части уравнения уже известно точное количество атомов кислорода, поскольку перед всеми кислородсодержащими веществами правой части коэффициенты известны. Всего в правой части уравнения 12 атомов кислорода. В левой части (не считая воды) – 8 атомов кислорода. Таким образом, чтобы в левой части тоже было 12 атомов кислорода, перед водой нужно поставить коэффициент 4. Таким образом, конечное уравнение окисления пропилена нейтральным холодным раствором перманганата будет иметь вид:

3CH3-CH=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3CH3–CH(OH)–CH2OH + 2KOH + 2MnO2

Следует отметить, что абсолютно такие же коэффициенты в уравнении реакции будут при мягком окислении любого другого органического вещества с одной двойной связью (при условии, что в молекуле будут отсутствовать другие фрагменты, способные к окислению).

Для демонстрации того, что коэффициенты будут идентичными, давайте рассмотрим мягкое окисление 2-фенилпропена

Схема окисления 2-фенилпропена будет выглядеть следующим образом:схема мягкого окисления 2-фенилпропена

Учитывая опыт примера с мягким окислением пропена, мы будем определять степени окисления не всех атомов углерода, а только тех, у которых изменилось окружение. Поэтому в молекуле 2-фенилпропена мы выделим только два условно нейтральных блока. Обозначив степени окисления атомов углерода как x и y,  а также не забывая, что степень окисления водорода в органических веществах равна +1, подпишем степени окисления для каждого элемента в выделенных блоках:

2-фенилпропен степени окисления

Таким образом, составив и решив уравнения получаем:
x = 0

y + 2·1 = 0 => y = -2

Аналогично поступим с продуктом окисления:

Мягкое окисление алкенов. Пошаговый алгоритм составления уравнений.

 Таким образом:

x −2 + 1 = 0 => x = 1

y +2·1 −2 + 1 = 0 => y = −1

Запишем повторно схему окисления 2-фенилпропена нейтральным раствором перманганата и составим электронный баланс:схема мягкого окисления 2-фенилпропена

 

3|С0С−2 − 2е → С+1С−1

2|Mn+7 + 3e → Mn+4

Перенесем коэффициенты из электронного баланса в схему реакции:мягкое окисление 2-фенилпропена часть коэффициентов

Далее мы видим, что калия в левой части схемы 2, значит коэффициент 2 нужно поставить перед KOH. Получаем:2-фенилпропен мягкое окисление

В правой части мы видим 12 атомов кислорода, в связи с чем для получения такого же количества атомов кислорода в левой части перед водой необходимо поставить коэффициент 4. Таким образом, конечное уравнение мягкого окисления 2-фенилпропена холодным нейтральным раствором перманганата калия будет иметь вид: уравнение реакции мягкого окисления 2-фенилпропена

 

Как можно видеть, коэффициенты в этом уравнении полностью совпали с коэффициентами уравнения реакции мягкого окисления пропилена.

Комментариев 12
  1. Наталья

    спасибо. Очень понятно расписано

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Тема достаточно часто вызывает затруднения у школьников. Постарались создать материал краткий, но полезный по вопросу. Благодарю за комментарий!

  2. Диана

    прекрасное объянение! только с вашими материалами получается так легко понимать химию))

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Все для вас! Пользуйтесь

  3. Петр

    Спасибо за очень простое объяснение материалов. Будьте здоровы!

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      И вам всего доброго! Успехов

  4. Артём

    Спасибо вам огромное!!!

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Все для вас!

  5. Дарья

    Добрый день!!

    У меня вопрос, пожалуйста подскажите…
    1) могут ли галогеналкены вступать в реакцию Вюрца?

    2) 2 метилбутен-2 имеет ли пространственный изомер? Вроде получается написать,… но что это цис или транс? И может ли быть только цис без транс?

    Заранее ОГРОМНОЕ спасибо!! Дай Бог Вам здоровья!!

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Спасибо на добром слове!
      В случае галогеналкенов возникают проблемы, поэтому напрямую использовать их в реакции Вюрца нельзя.
      2-Метилбутен-2 цис-/транс-изомеров не имеет, поскольку при одном из sp2-гибридов стоят два одинаковых заместителя.

  6. Дарья

    Добрый день!
    Скажите пожалуйста, можно ли избытком гидрокарбоната натрия или карбонатом натрия растворить выпавший осадок гидроксида цинка до комплексной соли.

    Заранее СПАСИБО ОГРОМНОЕ!!! Дай Бог вам здоровья!!!

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Нет, не сможем, осадок не растворится.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.