Oxidarea compușilor organici: lecție de chimie

1pe scurtstratul 1 din 3 · rezumatul lecției

Pe scurt

Oxidarea alcoolilor primari dă aldehide, apoi acizi carboxilici; a celor secundari dă cetone. $C H_{3} C H_{2} OH + [O] \to C H_{3} CHO + H_{2} O$ , apoi $C H_{3} CHO + [O] \to C H_{3} COOH$ . Oxidarea blândă a unei alchene cu permanganat rece dă diol, iar cea energică rupe dubla. Glucoza reduce reactivul Tollens sau Fehling deoarece forma sa deschisă are grupă aldehidică; fructoza dă și ea probe reducătoare în mediu bazic, prin izomerizare la aldoze.

Desen la lecția „Oxidarea compușilor organici”

2în detaliustratul 2 din 3 · pentru clasă și Bacalaureat

În detaliu

Oxidanții uzuali și semnele lor vizibile: $K_{2} C r_{2} O_{7}$ în mediu de $H_{2} S O_{4}$ trece din portocaliu în verde ( $C r^{3 +}$ ); $KMn O_{4}$ în mediu acid se decolorează ( $M n^{2 +}$ ); permanganatul diluat, în mediu neutru sau slab bazic, se decolorează cu depunere de $Mn O_{2}$ brun (reactivul Baeyer). Oxigenul din aer, pe cupru încălzit, oxidează vaporii de metanol la metanal.

Alcooli. Oxidarea păstrează scheletul de carbon și acționează asupra carbonului care poartă gruparea OH. Alcoolul primar are doi hidrogeni pe acest carbon și trece prin aldehidă la acid; cel secundar are un singur hidrogen și dă cetonă; cel terțiar nu are niciun hidrogen și nu se oxidează în condiții blânde. Metanolul trece prin metanal și acid formic și ajunge la $C O_{2}$ .

Numărul de oxidare al carbonului funcțional arată etapele: în $C H_{3} - C H_{2} - OH$ este $- 1$ , în $C H_{3} - CHO$ este $+ 1$ , iar în $C H_{3} - COOH$ este $+ 3$ ; fiecare etapă cedează doi electroni. În natură, același proces are loc la fermentația acetică, în care bacteriile Mycoderma aceti oxidează etanolul din vin la acid acetic: $C_{2} H_{5} OH + O_{2} \to C H_{3} COOH + H_{2} O$ . Oxidarea completă este combustia, de exemplu $C_{2} H_{5} OH + 3 O_{2} \to 2C O_{2} + 3 H_{2} O$ .

Alchene. Cu permanganat diluat, la rece, se adiționează două grupe OH la dubla legătură: $3C H_{2} = C H_{2} + 2KMn O_{4} + 4 H_{2} O \to 3HOC H_{2} C H_{2} OH + 2Mn O_{2} + 2KOH$ . Oxidarea energică, cu $KMn O_{4} / H_{2} S O_{4}$ , rupe dubla legătură: grupa $= C H_{2}$ dă $C O_{2}$ , grupa $= CHR$ dă acid carboxilic, iar grupa $= C R_{2}$ dă cetonă. La alchilbenzeni se oxidează lanțul lateral la grupa carboxil, iar nucleul rămâne: toluenul dă acid benzoic.

Aldehidele se oxidează ușor, la acizi, chiar cu oxidanți slabi; cetonele rezistă la acești oxidanți și se rup numai la oxidare energică, de aceea reactivii Tollens și Fehling deosebesc aldehidele de cetone. Acidul formic, $HCOOH$ , are și el o grupă cu caracter aldehidic și reduce reactivul Tollens, spre deosebire de acidul acetic.

Zaharide. Reactivul Tollens, $[Ag (N H_{3})_{2}] OH$ , și reactivul Fehling oxidează grupa aldehidică: $RCHO + 2 [Ag (N H_{3})_{2}] OH \to RCOOH + 2Ag + 4N H_{3} + H_{2} O$ (oglinda de argint) și $RCHO + 2Cu (OH)_{2} \to RCOOH + C u_{2} O + 2 H_{2} O$ (precipitat roșu-cărămiziu). Glucoza și maltoza sunt reducătoare. Zaharoza nu reduce, fiindcă legătura dintre cele două monozaharide implică ambele grupe carbonil. Fructoza reduce în mediu bazic, prin izomerizare la aldoze, dar nu decolorează apa de brom: aceasta oxidează numai aldozele, $C_{6} H_{12} O_{6} + B r_{2} + H_{2} O \to C_{6} H_{12} O_{7} + 2HBr$ (acid gluconic).

Exemplu rezolvat 1. Se oxidează $27, 6 g$ etanol la etanal cu soluție de $K_{2} C r_{2} O_{7}$ $0, 4 M$ în mediu acid, conform ecuației $3 C_{2} H_{5} OH + K_{2} C r_{2} O_{7} + 4 H_{2} S O_{4} \to 3C H_{3} CHO + C r_{2} (S O_{4})_{3} + K_{2} S O_{4} + 7 H_{2} O$ .

$27, 6/46 = 0, 6 mol$ etanol.
Raportul etanol:dicromat este $3 : 1$ , deci se consumă $0, 2 mol$ $K_{2} C r_{2} O_{7}$ .
Volumul soluției este $0, 2/0, 4 = 0, 5 L$ .
Se formează $0, 6 mol$ etanal, adică $0, 6 \cdot 44 = 26, 4 g$ .

Exemplu rezolvat 2. O probă de $18 g$ glucoză este oxidată de reactivul Tollens, iar altă probă identică de reactivul Fehling.

$18/180 = 0, 1 mol$ glucoză.
Cu Tollens se formează $0, 2 mol$ argint, adică $0, 2 \cdot 108 = 21, 6 g$ .
Cu Fehling se formează $0, 1 mol$ $C u_{2} O$ , adică $0, 1 \cdot 144 = 14, 4 g$ .
În ambele cazuri se formează $0, 1 mol$ acid gluconic.

Exemplu rezolvat 3. Oxidarea toluenului: $5 C_{6} H_{5} C H_{3} + 6KMn O_{4} + 9 H_{2} S O_{4} \to 5 C_{6} H_{5} COOH + 3 K_{2} S O_{4} + 6MnS O_{4} + 14 H_{2} O$ . Din $9, 2 g$ toluen ( $0, 1 mol$ ) rezultă $0, 1 \cdot 122 = 12, 2 g$ acid benzoic și se consumă $0, 1 \cdot 6/5 = 0, 12 mol$ $KMn O_{4}$ , adică $18, 96 g$ , sau $0, 24 L$ de soluție $0, 5 M$ .

3pentru admiterestratul 3 din 3 · pentru examene

Pentru admitere

Alcool necunoscut. Pentru alcooli cu formula $C_{4} H_{10} O$ , oxidarea cu dicromat dă cetonă numai la butan-2-ol (butanonă), dă aldehidă la butan-1-ol și la 2-metilpropan-1-ol, iar 2-metilpropan-2-olul nu se oxidează.

Alchenă din produși. O alchenă oxidată energic cu $KMn O_{4} / H_{2} S O_{4}$ dă acid propanoic și propanonă. Fragmentele se unesc prin dubla legătură, deci alchena este 2-metilpent-2-enă, $(C H_{3})_{2} C = CH - C H_{2} - C H_{3}$ : carbonul $= C (C H_{3})_{2}$ devine cetonă, iar carbonul $= CH - C H_{2} C H_{3}$ devine acid.

Calcul. Oxidarea energică a propenei dă acid acetic și $C O_{2}$ , iar un mol de propenă consumă $2$ moli de permanganat: $5C H_{3} CH = C H_{2} + 10KMn O_{4} + 15 H_{2} S O_{4} \to 5C H_{3} COOH + 5C O_{2} + 10MnS O_{4} + 5 K_{2} S O_{4} + 20 H_{2} O$ . Pentru $4, 2 g$ propenă ( $0, 1 mol$ ) se consumă $0, 2 mol$ $KMn O_{4}$ , adică $1 L$ soluție $0, 2 M$ , și se degajă $2, 24 L$ $C O_{2}$ (c.n.).

Izomeri $C_{3} H_{6} O$ . Propanalul reduce reactivul Tollens și Fehling și se oxidează la acid propanoic; propanona, izomerul său, nu reduce niciunul dintre ei. Propanona se oxidează numai energic, cu ruperea catenei, și dă acizi cu mai puțini atomi de carbon.

Suma coeficienților. Pentru oxidarea propan-2-olului, $3C H_{3} CH (OH) C H_{3} + K_{2} C r_{2} O_{7} + 4 H_{2} S O_{4} \to 3C H_{3} COC H_{3} + C r_{2} (S O_{4})_{3} + K_{2} S O_{4} + 7 H_{2} O$ , suma coeficienților este $3 + 1 + 4 + 3 + 1 + 1 + 7 = 20$ .

Metanalul este singura monoaldehidă care formează patru atomi de argint pe mol: $HCHO + 4 [Ag (N H_{3})_{2}] OH \to (N H_{4})_{2} C O_{3} + 4Ag + 6N H_{3} + 2 H_{2} O$ . Din $3 g$ metanal ( $0, 1 mol$ ) rezultă $0, 4 mol$ argint, adică $43, 2 g$ . La proba Fehling, $7, 2 g$ de $C u_{2} O$ ( $0, 05 mol$ ) se formează din $0, 05 mol$ glucoză, adică $9 g$ .

Complement grupat. Care dintre substanțele următoare dau reacție Tollens pozitivă, în mediu bazic?

Glucoza.
Maltoza.
Fructoza.
Zaharoza.

A. Numai 1, 2 și 3 sunt corecte.
B. Numai 1 și 3 sunt corecte.
C. Numai 2 și 4 sunt corecte.
D. Numai 4 este corectă.
E. Toate sunt corecte sau toate sunt false.

Glucoza și maltoza au grupă aldehidică liberă (în forma deschisă), deci reduc reactivul Tollens. Fructoza este cetoză, dar în mediu bazic izomerizează la aldoze și dă și ea oglinda de argint. Zaharoza nu are grupă carbonil liberă, deoarece legătura dintre cele două monozaharide implică ambele grupe carbonil; afirmația 4 este falsă. Răspuns: A. Apa de brom, în mediu acid, o deosebește pe glucoză (se decolorează) de fructoză (nu reacționează).

Greșeli frecvente

Greșit: Propan-2-olul se oxidează la propanal.
Corect: Alcoolul secundar dă cetonă, adică propanonă.
Greșit: Fructoza nu reduce niciun reactiv deoarece este cetoză.
Corect: În mediu bazic izomerizează la aldoză și dă probe reducătoare cu Tollens și Fehling; apa de brom, în mediu acid, nu o oxidează.
Greșit: Alcoolul terțiar se oxidează la cetonă cu dicromat.
Corect: Carbonul care poartă OH nu are hidrogen, deci în condiții blânde nu se formează carbonil.
Greșit: Acetona reduce reactivul Tollens ca acetaldehida.
Corect: Cetonele simple nu se oxidează în aceste condiții și nu dau oglinda de argint.
Greșit: Zaharoza reduce reactivul Fehling, ca orice zahăr.
Corect: Zaharoza este dizaharid nereducător, deoarece ambele grupe carbonil participă la legătura dintre unități; maltoza este reducătoare.

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

ÎnainteHidrogenare și reducereReducerea legăturilor multiple și a grupelor funcționale.DupăEsterificareaEsteri, echilibrul esterificării și exemple.CapitolulTransformări organiceToate lecțiile capitolului „Transformări organice”.

Surse și referințe

OMECI 5099/2009, Chimie XI, programa 1/2, p. 7–9; rocnee.eu
OMECI 5099/2009, Chimie XI, programa 1/2, conținuturi marcate cu asterisc, p. 7–9; rocnee.eu
OMENCS 5070/2016, anexa 2, p. 4–6; aplicare în 2027 prin OMEC 5211/2026 art. 3(3); edu.ro
UMFCD, Tematica examenului de admitere la Facultatea de Medicină, iulie 2026, p. 3–4; umfcd.ro
OpenStax, Organic Chemistry, cap. 17, Summary; openstax.org

Desene: Redactare proprie (desen original)