Окисление органических веществ и соединений: процесс протекания реакции и конечные продукты образования

0

Не будем заездить себя в строгие рамки с самого начала и опишем термин максимально просто: процессом окисления органических веществ (органики; это, так, белки, жиры и углеводы) называется реакция, в результате которой увеличивается объём кислорода (O2) и уменьшается объём водорода (H2).

Органические вещества – это различные химические соединения, у каких в состав входит углерод (С). Исключение составляют угольная кислота (H2CO3), карбиды (например, карборунд SiC, цементит Fe3C), карбонаты (к образцу, кальцит CaCO3, магнезит MgCO3), оксиды углерода, цианиды (такие как KCN, AgCN). Органические вещества вступают во взаимодействие с наиболее популярным окислителем, кислородом O2, при этом образуя воду H2O и углекислый газ CO2.

Окисление органических веществ и соединений

Процесс окисления органических веществ

Если рассуждать логически, то раз процесс целого окисления – это горение, то процесс неполного – это окисление органики, потому что при таком воздействии происходит не воспламенение вещества, а лишь его нагревание (сопровождающееся выделением установленного количества энергии в виде АТФ – аденозинтрифосфата – и теплоты Q).

Реакция органического окисления не слишком замысловата, потому её начинают разбирать ещё в начале курса химии, и ученики быстро усваивают информацию, если, разумеется, прикладывают хоть какие-нибудь усилия. Мы уже узнали, что это за процесс, и теперь предстоит вникнуть в саму суть дела. Итак, каким манером протекает реакция и что из себя представляет?

Окисление органического вещества – это своего рода переход, обращение одного класса соединений в другой. Например, весь процесс начинается с окисления насыщенного углеводорода и его обращения в ненасыщенный, затем полученное вещество окисляется до образования спирта; спирт, в свою очередь, образует альдегид, из альдегида «вытекает» карбоновая кислота. В итоге всей процедуры мы получаем углекислый газ (при записи уравнения не забываем поставить соответствующую стрелочку ↑) и воду.

Это окислительно-восстановительная реакция, причём в большинстве случаев органическое вещество проявляет восстановительные свойства, а само окисляется. Для любого задействованного элемента определена своя классификация – он либо восстановитель, либо окислитель, и мы даём наименование, исходя из результата ОВР.

Способность органических веществ к окислению

Теперь мы знаем, что в процессе ОВР (окислительно-восстановительной реакции) принимают участие окислитель, забирающий электроны и имеющий негативный заряд, и восстановитель, отдающий электроны и имеющий положительный заряд. Однако не каждое вещество может вступать в процесс, какой мы с вами рассматриваем. Чтобы было проще понять, рассмотрим по пунктам.

Соединения не окисляются:

  • Алканы – по-другому именуются парафины или насыщенные углеводороды (например, метан, имеющий формулу CH4);
  • Арены – это ароматические органические соединения. Среди них не окисляется бензол (по идее эту реакцию можно прочертить, но путём нескольких долгих шагов; самостоятельно окисление бензола не произвести);
  • Третичные спирты – это спирт, у какого гидроксогруппа OH связывается с третичным атомом углерода;
  • Фенол – по-другому называется карболовая кислота и в химии записывается в облике формулы C6H5OH.

Примеры органических веществ, способных к окислению:

  • Алкены;
  • Алкины (в результате мы проследим образование альдегида, карбоновой кислоты или кетона);
  • Алкадиены (образуются либо многоатомные спирты, либо кислоты);
  • Циклоалканы (при присутствии катализатора образуется дикарбоновая кислота);
  • Арены (до бензойной кислоты могут окисляться любые вещества, какие имеют схожее с бензолом строение, то есть его гомологи);
  • Первичные, вторичные спирты;
  • Альдегиды (имеют способность окисляться то карбонов);
  • Амины (при окислении выходит образование одного или нескольких соединений с нитрогруппойNO2).

Окисление органических веществ в клетке организмов растений, звериных и человека

Это наиболее важный вопрос не только для тех людей, которые интересуются химией. Подобного рода познания должен иметь каждый, чтобы сформировать верное представление о разных процессах в природе, о ценности каких-либо веществ в вселенной и даже о самом себе – человеке.

Из курсов школьной биологии вы, наверное, уже в курсе, что окисление органики играет не заключительную биологическую роль в организме человека. В результате окислительно-восстановительных реакций происходит расщепление БЖУ (белков, сал, углеводов): в клетках выделяется теплота, АТФ и другие носители энергии, и наше тело всегда гарантировано достаточным запасом для выполнения действий и нормального функционирования систем органов.

Протекание данного процесса содействует поддержанию постоянной температуры тела в организме не только человека, но и любого другого теплокровного звериного, а также помогает регулировать постоянство внутренней среды (это называется гомеостаз), обмен веществ, обеспечивает качественную труд органоидов клетки, органов, а также выполняет ещё множество необходимых функций.

При фотосинтезе растениями поглощается нездоровый углекислый газ и образуется кислород, необходимый для дыхания.

Биологическое окисление органических веществ может течь исключительно с использованием различных переносчиков электронов и ферментов (без них данный процесс длился бы невероятно длинно).

Роль окисления органики в промышленности

Если говорить о роли окисления органики в промышленности, то это явление применяется в нефтехимическом синтезе, в труду уксуснокислых бактерий (при неполном органическом окислении они образовывают ряд новых веществ), а в некоторых случаях с органикой вероятно также производство взрывоопасных веществ.

Принципы составления уравнений в органической химии

В химии не обходится без составления уравнения – это своего рода стиль данной науки, на котором могут говорить все учёные планеты независимо от национальности и понимать товарищ друга.

Однако наибольшие трудности вызывает составление уравнений, когда предстоит изучение органической химии.

Для разборки этой темы требуется весьма большой промежуток времени, поэтому здесь подобран лишь краткий алгоритм действий для решения цепочки уравнений с кое-какими пояснениями:

  1. Во-первых, мы сразу смотрим, сколько реакций протекает в данном процессе, нумеруем их. Также определяем классы, наименования веществ исходных и веществ, которые в итоге образуются;
  2. Во-вторых, необходимо поочерёдно выписать все уравнения и разузнать тип их реакций (соединение, разложение, обмен, замещение) и условия.
  3. После этого можно составить электронный балансы, а также не забываем расставлять коэффициенты.

Реакции окисления органических веществ и их последние продукты образования

В качестве наглядных примеров далее рассмотрим окислительно-восстановительные реакции самых распространенных классов органических соединений

Окисление бензола

Даже в самых захватнических условиях бензол не подвержен окислению. Однако гомологи бензола способны окисляться под воздействием раствора перманганата калия в нейтральной окружению до образования бензоата калия.

Окисление гомологов бензола в нейтральной среде

[embedded content]

Если сменить нейтральную среду на кислотную, то гомологи бензола способны окисляться перманганатом или дихроматом калия с итоговым образованием бензойной кислоты.

Окисление гомологов бензола в кислотной среде

Формула образование бензойной кислоты

Образование бензойной кислоты от окисление гомологов бензола в кислотной среде

Окисление алкенов

При окислении алкенов неорганическим окислителями последними продуктами являются так называемые двухатомные спирты — гликогены. Восстановителями в данных реакциях являются атомы углерода.

[embedded content]

Наглядный тому образец является химическая реакция раствора перманганата калия в связи с слабой щелочной средой.

Реакция перманганата калия в слабой щелочной среде

Захватнические условия окисления приводят тому, что углеродная цепь разрушается по двойной связи с итоговыми продуктами образования в облике двух кислот. Причем если среда с повышенным содержанием щелочи образуется две соли. Также продуктами вследствие распада цепи углерода может образовываться кислота и диоксид углерода, а вот в условиях мощной щелочной среды — продуктами окислительной реакции выступают соли карбоната.

Реакции окисления алкенов с разрывом углеродной цепи по двойной связи

Алкены способны окисляться при погружении в кислотную окружение дихромата калия по аналогичной схеме приведенной в первых двух примерах.

Окисление алкинов

В отличие от алкенов, алкины окисляются в немало агрессивной среде. Разрушение углеродной цепи происходит по тройной связи. Общим свойством с алкенами являются их восстановители в лике атомов углерода.

[embedded content]

Продуктами реакции на выходе являются диоксид углерода и кислоты. Помещенный перманганат калия в кислотную окружение будет являться окислителем.

Реакция алкинов с перманганатом калия в кислотной среде

Продуктами окисления ацетилена, в случае его погружения в нейтральную среду с перманганатом калия, является оксалат калия.

Окисление ацетилена в нейтральной и кислотной среде

При смене нейтральной окружения на кислотную реакция окисления протекает до образования углекислого газа или щавелевой кислоты.

Окисления альдегидов

Альдегиды легковесно подвержены окислению благодаря их свойствам быть сильными восстановителями. В качестве окислителей для альдегидов можно выделить как и в предыдущих вариантах перманганат калия с дихроматом калия, а также преимущественно присущих для альдегидов раствор гидроксиддиамина серебра — [Ag(NH3)2]OH и гидроксид меди — Cu(OH)2. Важным условием для протекания реакции окисления альдегидов является воздействие температуры.

Реакции окисление альдегидов

На видео можно видеть как определяют присутствие альдегидов в реакции с гидроксидом меди.

[embedded content]

Альдегиды способны окисляться до карбоновых кислот под воздействием гидроксиддиамина серебра в виде раствора с выделением солей аммония. Такая реакция получила наименование «серебряного зеркала».

Формула реакции серебряного зеркала

Далее на видео продемонстрирована интересную реакцию, которая носит название «серебряное зеркало». Этот эксперимент протекает во взаимодействии глюкозы, которая является также альдегидом, с раствором аммиаката серебра.

[embedded content]

Окисление спиртов

Продукт окисления спиртов зависит от образа атома углерода с которым связана группа OH спирта. Если группа связана первичным атомом углерода, то продуктом окисления будут альдегиды. В случае если OH группа у спирта связана со вторичным атомом углерода, то продуктом окисления являются кетоны.

[embedded content]

Альдегиды, в свою очередность образовавшиеся при окислении спиртов, далее могут окисляться до образования кислот. Это достигается путем окисления первичных спиртов дихроматом калия в кислотной окружению при кипении альдегида, которые в свою очередь при испарении не успевают окисляться.

Реакция получения кислот от окисленных альдегидов образованных от окисления спиртов

При условии избыточного наличия таких окислителей, как перманганат калия (KMnO4) и дихромат калия (K2Cr2O7) практически в любых условиях первичные спирты способны окисляться с выделением карбоновых кислот, в вторичные спирты в свою очередность — кетонов, примеры реакций которых с продуктами образования рассмотрим ниже.

Реакция образования карбоновых кислот от окисления первичных кислот при избытке окислителя

Этиленгликоль или так называемый двухатомный спирт в подневольности от среды может окисляться с образованием таких продуктов как щавелевая кислота или оксалата калия. Если этиленгликоль есть в растворе перманганата калия с добавлением кислоты, образуется щавелевая кислота, в случае если двухатомный спирт в этом же растворе перманганата калия либо дихромата калия, но при этом в нейтральной окружению, то образуется оксалат калия. Рассмотрим эти реакции.

Продукты образования при окислении двухатомного спирта

Мы выяснили всё, что необходимо понимать на первых порах и даже начали разбирать такую нелёгкую тему как решение и составление уравнений. В заточение можно только сказать, что сбалансированная практика и частые занятия помогут быстрее закрепить пройденный материал и научиться решать задачи.

Посетите магазины партнеров:

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *