К вопросу об ОВР в органической химии

В ряде заданий ЕГЭ по химии требуется не только привести схему реакции, а составить именно уравнение реакции окисления органического соединения с правильно подобранными коэффициентами. Сначала давайте определим, какие реакции относятся к реакциям окисления органических веществ. Из курса неорганической химии мы знаем, что реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов всех или некоторых элементов, входящих в состав реагирующих веществ, называют окислительно-восстановительными, т.е. любое окисление сопровождается восстановлением. В органической химии термин «реакция окисления» подразумевает, что окисляется именно органическое соединение, при этом окислителем в большинстве случаев является неорганический реагент. Окисление – это процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, сопровождающийся повышением степени окисления. Но, следуя этому определению, очень многие органические реакции могут быть отнесены к реакциям окисления, например:  дегидрирование алифатических соединений, приводящее к образованию двойных углерод-углеродных связей (степень окисления атома углерода, от которого уходит водород, меняется с -2 до -1),  реакции замещения алканов: (степень окисления атома углерода меняется с -4 до -3),  реакции присоединения галогенов к кратной связи: (степень окисления атома углерода меняется с -1 до 0) и многие другие реакции. Хотя формально эти реакции и относятся к реакциям окисления, однако, в органической химии традиционно окисление определяют как процесс, при котором идет превращения функциональной : алкен спирт  альдегид (кетон) карбоновая кислота. Большинство реакций окисления включает введение в молекулу атома кислорода или образование двойной связи с уже имеющимся атомом кислорода за счет потери атомов водорода. Как записать ОВР с органическим веществом Задание: написать уравнение реакции окисления пентадиена-1,4 перманганатом калия в кислой среде. 1. Определяем окислитель и среду протекания реакции. – среда кислая, окислитель KMnO4 2. Проанализировав структуру окисляемого соединения, определяем продукты реакции в данной среде и записываем схему реакции: – в окисляемой молекуле две концевых двойных связи, следовательно, образуются две молекулы углекислого газа. Углеродный скелет не разветвленный, поэтому при окислении 2-го и 4-го углеродных атомов образуются карбоксильные группы: CH2 CHCH2CH CH2 2 CO2 KMnO4 H2SO4 + CCH2C O O HO OH 3. Запишем схему полуреакции окисления, используя для большей наглядности молекулярные формулы исходного вещества и продуктов реакции: C5H8 2 CO2 + C3H4O4 4. Проанализируем число атомов кислорода до и после реакции: – в исходном соединении атомов кислорода нет, продукты реакции содержат суммарно 8 атомов кислорода. 5. Т.к. реакция проводится в кислой среде, то в кислой среде уравниваем число атомов кислорода, добавляя исходному веществу столько молекул воды, сколько атомов кислорода не хватает в левой части реакции. – добавляем со стороны продуктов реакции 8 молекул воды. C5H8 + 2 CO2 + C3H4O4 8 H2O 6. В кислой среде уравниваем число атомов водорода добавлением необходимого числа протонов: – слева 24 атома водорода, справа – 4, следовательно, к продуктам реакции надо добавит 20 протонов: C5H8 + 2 CO2 + C3H4O4 8 H2O + 20 H + 7. Подсчитываем суммарный заряд исходных веществ и суммарный заряд продуктов реакции, уравниваем, отнимая необходимое число электронов: – слева все молекулы электронейтральны, суммарный заряд равен 0. Среди продуктов реакции заряд несут только протоны – суммарный заряд +20. Следовательно, из левой части надо вычесть 20 электронов: C5H8 + 2 CO2 + C3H4O4 8 H2O + 20 H + - 20 e - 8. Записываем уравнение полуреакции восстановления, уравниваем число принятых и отданных электронов, суммируем две полуреакции с учетом найденных коэффициентов: C5H8 + 2 CO2 + C3H4O4 8 H2O + 20 H + - 20 e - MnO4 - + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H2O 1 4 C5H8 + 8 H2O + 4 MnO4 - + 32 H + 2 CO2 + C3H4O4 +20 H + + 4 Mn 2+ + 16 H2O 9. Сокращаем одинаковые частицы справа и слева, подписываем противоионы: C5H8 + + 4 MnO4 - + 12 H + 2 CO2 + C3H4O4 + + 4 Mn 2+ 4 K + 8 H2O + + 6 SO4 2- 6 SO4 2- 4 K + + 10. Записываем полное уравнение реакции: C5H8 + 4 KMnO4 + 6 H2SO4 2 CO2 + C3H4O4 + 2 K2SO4 + 4 MnSO4 + 8 H2O 11. Проверяем, подсчитывая число атомов кислорода слева и справа. Если числа равны, то коэффициенты расставлены правильно. Пример составления уравнения реакции окисления, протекающей в щелочной среде: CH CH2 KMnO4 щелочная среда COOK + K2CO3 C8H8 + 13 OH - 10 e - C7H5O2 - + CO3 2- + 8 H2O MnO4 - + + 1 e - MnO4 2- 1 10 C8H8 + 13 OH - + 10 MnO4 - C7H5O2 - + CO3 2- + 8 H2O + 10 MnO4 2- C8H8 + 13 OH - + 10 MnO4 - + 23K + C7H5O2 - + CO3 2- + 8 H2O + 10 MnO4 2- + 23K + C8H8 + 10 KMnO4 + 13 KOH C7H5O2 + K2CO3 + 10 K2MnO4 + 8 H2