Oxidarea alchenelor: lecție de chimie

1pe scurtstratul 1 din 2 · rezumatul lecției

Pe scurt

Oxidarea blândă a alchenelor cu $KMn O_{4}$ diluat și rece, în mediu slab bazic (reactiv Baeyer), dă dioli vecinali: $3C H_{2} = C H_{2} + 2KMn O_{4} + 4 H_{2} O \to 3HOC H_{2} C H_{2} OH + 2Mn O_{2} + 2KOH$ . Violetul dispare și apare $Mn O_{2}$ brun. Oxidarea energică cu $KMn O_{4} / H_{2} S O_{4}$ rupe dubla; violetul devine incolor prin $M n^{2 +}$ . Cu $K_{2} C r_{2} O_{7} / H_{2} S O_{4}$ , portocaliul devine verde prin $C r^{3 +}$ . Carbonul dublei cu un H dă acid carboxilic; fără H dă cetonă; gruparea terminală $= C H_{2}$ dă $C O_{2}$ și apă.

2în detaliustratul 2 din 2 · pentru clasă și Bacalaureat

În detaliu

Oxidarea blândă. Soluția diluată de permanganat, la rece și în mediu neutru sau slab bazic, adaugă câte o grupă OH la fiecare carbon al dublei, fără să rupă catena; produsul este un diol vecinal. Reacția servește ca probă pentru legătura multiplă: soluția violetă se decolorează și se depune $Mn O_{2}$ brun. Alcanii nu reacționează.

Exemplu rezolvat 1. Oxidarea blândă a $0, 6 mol$ de propenă: $3 C_{3} H_{6} + 2KMn O_{4} + 4 H_{2} O \to 3C H_{3} CH (OH) C H_{2} OH + 2Mn O_{2} + 2KOH$ .

Raportul propenă : permanganat este $3 : 2$ , deci sunt necesari $0, 6 \cdot 2/3 = 0, 4 mol$ $KMn O_{4}$ , adică $63, 2 g$ .
Se formează $0, 6 mol$ propan-1,2-diol ( $M = 76 g/mol$ ), adică $45, 6 g$ .
Se depun $0, 4 mol$ $Mn O_{2}$ , adică $34, 8 g$ , și se formează $0, 4 mol$ KOH, adică $22, 4 g$ .
Verificare: $25, 2$ (propenă) $+ 63, 2$ (permanganat) $+ 14, 4$ (apă) $= 102, 8 g$ la reactanți, iar produșii cântăresc $45, 6 + 34, 8 + 22, 4 = 102, 8 g$ .

Epoxidarea. Etena și oxigenul, pe catalizator de argint la aproximativ $250^{\circ} C$ , dau oxid de etenă: $2C H_{2} = C H_{2} + O_{2} \to 2 C_{2} H_{4} O$ . Din $5, 6 L$ de etenă (c.n.), adică $0, 25 mol$ , cu randamentul $80%$ se obțin $0, 2 mol$ oxid de etenă, adică $8, 8 g$ . Etilenglicolul (etan-1,2-diol) se obține și prin hidroliza oxidului de etenă; este un lichid vâscos, miscibil cu apa, folosit ca antigel și la fabricarea fibrelor de poliester.

Oxidarea energică. Permanganatul în mediu de acid sulfuric sau dicromatul de potasiu în mediu de acid sulfuric rup dubla. Oxidantul furnizează oxigen atomic: $2KMn O_{4} + 3 H_{2} S O_{4} \to K_{2} S O_{4} + 2MnS O_{4} + 3 H_{2} O + 5 [O]$ și $K_{2} C r_{2} O_{7} + 4 H_{2} S O_{4} \to K_{2} S O_{4} + C r_{2} (S O_{4})_{3} + 4 H_{2} O + 3 [O]$ . Fiecare capăt al dublei se transformă după structura lui, iar numărul de atomi $[O]$ consumați este:

$R - CH =$ devine $R - COOH$ și consumă $2 [O]$ ;
$R_{2} C =$ devine cetonă $R_{2} C = O$ și consumă $1 [O]$ ;
$C H_{2} =$ devine $C O_{2} + H_{2} O$ și consumă $3 [O]$ .

Exemplu rezolvat 2. Prin oxidarea energică a unei alchene $C_{6} H_{12}$ se obțin acid acetic și butanonă. Aflăm alchena și volumul de soluție $0, 5 M$ de $KMn O_{4}$ pentru $0, 1 mol$ .

Acidul acetic provine din $C H_{3} - CH =$ , butanona din $= C (C H_{3}) (C_{2} H_{5})$ .
Alchena este $C H_{3} - CH = C (C H_{3}) - C H_{2} C H_{3}$ , 3-metilpent-2-ena.
Consum de oxigen atomic: $2 + 1 = 3 [O]$ pe mol, deci $0, 3 mol$ $[O]$ pentru $0, 1 mol$ .
$KMn O_{4}$ necesar: $0, 3 \cdot 2/5 = 0, 12 mol$ , deci $V = 0, 12/0, 5 = 0, 24 L$ . Cu dicromat ar fi fost nevoie de $0, 3/3 = 0, 1 mol$ $K_{2} C r_{2} O_{7}$ .
Produși: $0, 1 mol$ acid acetic ( $6 g$ ) și $0, 1 mol$ butanonă ( $7, 2 g$ ).

Exemplu rezolvat 3. Oxidarea energică a $0, 3 mol$ de 2-metilpropenă cu $K_{2} C r_{2} O_{7} / H_{2} S O_{4}$ .

$(C H_{3})_{2} C =$ consumă $1 [O]$ și dă acetonă, iar $C H_{2} =$ consumă $3 [O]$ și dă $C O_{2}$ și apă: $C_{4} H_{8} + 4 [O] \to (C H_{3})_{2} CO + C O_{2} + H_{2} O$ .
Sunt necesari $0, 3 \cdot 4 = 1, 2 mol$ $[O]$ , adică $1, 2/3 = 0, 4 mol$ $K_{2} C r_{2} O_{7}$ ( $M = 294 g/mol$ ), deci $117, 6 g$ .
Se obțin $0, 3 mol$ acetonă ( $17, 4 g$ ), $0, 3 mol$ $C O_{2}$ ( $6, 72 L$ în c.n.) și $0, 3 mol$ apă ( $5, 4 g$ ).

Fragmentele obținute arată unde se afla dubla în alchenă, deci oxidarea energică servește la determinarea structurii. Verificarea este simplă: suma atomilor de carbon din produși, inclusiv din $C O_{2}$ , trebuie să fie egală cu numărul atomilor de carbon ai alchenei. Arderea completă a alchenelor, $C_{n} H_{2n} + \frac{3n}{2} O_{2} \to nC O_{2} + n H_{2} O$ , este tot o oxidare, dar nu selectivă.

Greșeli frecvente

Greșit: Reactivul Baeyer rupe dubla direct în acizi carboxilici.
Corect: Oxidarea blândă dă diol vecinal.
Greșit: Gruparea terminală $= C H_{2}$ dă acid carboxilic la oxidare energică.
Corect: Dă $C O_{2}$ și apă.
Greșit: Oxidarea blândă și cea energică a unei alchene dau aceiași produși.
Corect: Cea blândă păstrează catena și dă diol; cea energică rupe dubla și dă acizi, cetone sau $C O_{2}$ .
Greșit: Un carbon al dublei fără hidrogen dă acid carboxilic la oxidare energică.
Corect: Dă cetonă, deoarece cetona nu se oxidează ușor mai departe.
Greșit: În mediu de acid sulfuric permanganatul formează precipitat brun de $Mn O_{2}$ .
Corect: În mediu acid se formează $M n^{2 +}$ incolor; precipitatul brun apare în mediu neutru sau slab bazic.

în contul tăuPremium

Testează-te pe această lecție

Lecția o citești aici, fără cont. Testele pe lecții și capitole sunt în cont, cu grile originale Didaxis și explicația fiecăreia: gratuit 10 grile pe zi, fără limită cu Premium, 49 de lei pe lună pentru fiecare copil.

Testează-te în cont

Înainte și după

ÎnainteReacțiile alchenelorAdiții și regula lui Markovnikov.DupăReacțiile alcadienelorAdiție 1,4, polimerizare și copolimerizare.CapitolulHidrocarburiToate lecțiile capitolului „Hidrocarburi”.

Surse și referințe

OMECI 5099/2009, Chimie X, conținuturi marcate cu asterisc, p. 5–9; rocnee.eu
OpenStax, Organic Chemistry, cap. 8, Summary; openstax.org

Desene: Redactare proprie (desen original)