Przeczytaj

bg‑azure

Reakcja utleniania alkoholi pierwszorzędowych

Doświadczenie 1

Zapoznaj się z poniższym doświadczeniem. Przeanalizuj instrukcję oraz schemat doświadczenia, a następnie zapisz obserwacje oraz wnioski. Jeśli masz taką możliwość, przeprowadź doświadczenie w laboratorium chemicznym.

Zachowaj środki ostrożności przy wykonywaniu tego doświadczenia, ponieważ w wyniku tej reakcji powstaje produkt, który jest toksyczny. Powoduje on podrażnienie błon śluzowych i łzawienie oczu.

Problem badawczy: Jak z metanolu otrzymać metanal?

Hipoteza: Po ogrzaniu w płomieniu palnika pojawi się czarny nalot na drucie miedzianym, który zanika po zanurzeniu w roztworze metanolu.

Sprzęt i odczynniki laboratoryjne:

probówka;
drut miedziany;
palnik;
szczypce metalowe;
roztwór metanolu;
stojak na probówki;
cylinder miarowy.

Instrukcja wykonania doświadczenia:

Do probówki wlej około 2 ${cm}^{3}$ roztworu metanolu.
W płomieniu palnika rozgrzej drut miedziany do czerwoności, po czym ostudź go.
Ponownie ogrzej drut miedziany, a następnie wprowadź do probówki, zanurzając w roztworze alkoholu.
Powtórz kilka razy czynność z punktu nr 3.

Schemat doświadczenia:

Rch1zllyZoyPP

Schemat przedstawiający poszczególne etapy doświadczenia

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1Qy7gf0Pxymr

Obserwacje:

Wnioski:

R1LpJJgH6U9Rh

Przykładowa odpowiedź:

Obserwacje
Po ogrzaniu w płomieniu palnika, drut miedziany pokrywa się czarnym nalotem. Po zanurzeniu w roztworze metanolu czarny nalot zanika, a drut przyjmuje wcześniejszą barwę. Z probówki wydobywa się wyczuwalny, charakterystyczny i drażniący zapach.

Wnioski
Pojawienie się czarnego nalotu na drucie świadczy o powstaniu tlenku miedzi(II), czyli produktu utleniania miedzi. Zanik czarnego nalotu po zanurzeniu w roztworze metanolu świadczy o reakcji utleniania metanolu do metanalu, a tym samym reakcji redukcji atomów miedzi w tlenku miedzi(II) do metalicznej miedzi. Wyczuwalny drażniący zapach wydobywający się z probówki potwierdza powstanie metanalu.

RcNNOLDy5GKBQ1

Na ilustracji znajduje się równanie reakcji: 2 Cu dodać cząsteczka tlenu, strzałka w prawo, zapis: ogrzewanie, powstają dwie cząsteczki CuO. Zaznaczono stopnie utlenienia: stopień utlenienia miedzi i tlenu to zero. W CuO miedź występuje na II stopniu utlenienia, a tlen na -II. Dodatkowo na schemacie znajduje się strzałka od Cu do CuO opisana: utlenianie oraz strzałka od cząsteczki tlenu do CuO opisana: redukcja. — Równanie reakcji utleniania miedzi do tlenku miedzi(II). Jest to reakcja utleniania – redukcji, ponieważ atomy miedzi zwiększają swój stopień utlenienia z 0 na II, czyli utleniają się, a atomy tlenu zmniejszają swój stopień utlenienia z 0 na -II, czyli redukują się.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcja utlenianiareakcja utlenianiaReakcja utleniania alkoholi pierwszorzędowychalkohol pierwszorzędowyalkoholi pierwszorzędowych, w obecności łagodnych utleniaczyutleniaczutleniaczy (np.: $CuO$ ), prowadzi do otrzymania aldehydów.

R1TA1JwC0Niz31

Na ilustracji znajduje się ogólny wzór alkoholu I rzędowego, w którym do atomu węgla przyłączone są dwa atomy wodoru, R i grupa hydroksylowa, poniżej podpis: alkohol I-rzędowy. Strzałka w prawo, zapis: [O] ogrzewanie, minus cząsteczka wody. Powstaje aldehyd RCHO w którym do atomu węgla przyłączona jest grupa R, atom wodoru poprzez wiązania pojedyncze oraz atom tlenu poprzez wiązanie podwójne. — Schemat reakcji utleniania alkoholi I-rzędowych. R oznacza grupę alifatyczną lub aromatyczną.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

Zapisz równanie reakcji utleniania etanolu przy użyciu tlenku miedzi(II). Jaka jest nazwa systematyczna głównego produktu?

RJiRFfNbut0MN

Równanie reakcji zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

R1bcin5TPcSA5

Ciekawostka

R3ZOUDt9u9PiV1

Na ilustracji znajduje się schemat wątroby oraz przekształcenia alkoholu etylowego jakie zachodzą w jej wnętrzu. Etanol, strzałka w dół, aldehyd octowy, strzałka w dół, octan. W pierwszym etapie biorą udział dehydrogenaza alkoholowa, mikrosomalny system utleniania alkoholu, NAD + i NADPH. W drugi etap zaangażowany jest ALDH i dehydrogenaza alkoholowa. — Metabolizm etanolu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Usuwanie etanolu z organizmu człowieka to długotrwały proces. W wątrobie jest wytwarzany enzym (dehydrogenaza alkoholowa), który katalizuje reakcję utleniania etanolu do acetaldehydu (aldehydu octowego). Acetaldehyd jest substancją 10‑krotnie bardziej toksyczną dla organizmu niż etanol; powoduje m.in. bóle głowy, rozszerzenie naczyń krwionośnych, nudności oraz wymioty. Jest utleniany do kwasu octowego (etanowego) również dzięki dehydrogenazie alkoholowej. Z kolei kwas octowy jest utleniany do tlenku węgla(IV) oraz wody. W ciągu godziny wątroba zdrowego mężczyzny jest zdolna utlenić nawet 10 g etanolu. Spożycie ok. 450 g czystego etanolu (czyli ponad cztery promile alkoholu we krwi) jest uznawane jako dawka śmiertelna dla zdrowego dorosłego człowieka.

bg‑azure

Reakcja utleniania alkoholi drugorzędowych

Reakcja utleniania alkoholi drugorzędowychalkohol drugorzędowyalkoholi drugorzędowych, w obecności utleniaczy, prowadzi do otrzymania ketonów.

Czynnikiem utleniającym może być:

tlenek miedzi(II) – $CuO$ ;
dichromian(VI) potasu - $K_{2} {Cr}_{2} O_{7}$ w środowisku kwasu siarkowego(VI) – $H_{2} {SO}_{4}$ .

R1dG0HLc5MDp61

Na ilustracji znajduje się schemat reakcji utleniania alkoholu II-rzędowego. Alkohol II-rzędowy o wzorze: do atomu węgla przyłączone R, R prim, atom wodoru i grupa hydroksylowa, strzałka w prawo, zapis: ogrzewanie minus cząsteczka wody, powstaje keton w którym do atomu węgla przyłączone są R, R prim poprzez wiązania pojedyncze oraz atom tlenu poprzez wiązanie podwójne. — Schemat reakcji utleniania alkoholi II-rzędowych. R i R’ oznaczają grupy alifatyczne lub aromatyczne.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1SczLZbSOdfq1

Na ilustracji znajduje się równanie reakcji utleniania 2-propanolu do acetonu. 2-propanol to związek w którym do atomu węgla przyłączone są dwie grupy metylowe, atom wodoru i grupa hydroksylowa, dodać CuO, strzałka w prawo, zapis: ogrzewanie, powstaje cząsteczka acetonu w której do atomu węgla przyłączone są dwie grupy metylowe poprzez wiązania pojedyncze oraz atom tlenu poprzez wiązanie podwojne, dodać Cu dodać cząsteczka wody. Dodatkowo 2-propanol jest podpisany jako reduktor, CuO jako utleniacz. W 2-propanolu atom węgla do którego dołączona jest grupa hydroksylowa ma stopień utlenienia zero. W cząsteczce acetonu karbonylowy atom węgla ma stopień utlenienia plus dwa. Nad CuO zapisano stopień utlenienia miedzi: plus dwa. W przypadku produktu: Cu stopień utlenienia wynosi zero. Dodatkowo poprowadzono strzałkę od 2-propanolu do acetonu: podpis: utlenianie oraz od CuO do Cu podpis: redukcja. — Równanie reakcji utleniania propan-2-olu przy użyciu tlenku miedzi(II). W wyniku reakcji powstaje propanon, miedź oraz woda. Jest to reakcja utleniania-redukcji, ponieważ atom węgla alkoholu, połączony z grupą hydroksylową, zwiększa swój stopień utlenienia z 0 na II, czyli utlenia się, a atom miedzi zmniejsza swój stopień utlenienia z II na 0, czyli redukuje się.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 2

Zapisz równanie reakcji utleniania butan‑2-olu przy użyciu tlenku miedzi(II). Podaj nazwę systematyczną powstałego produktu reakcji.

RMKNBjxfg6ewE

Równanie reakcji zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.
Nazwa systematyczna produktu:

RhZnGnens7SNL

Doświadczenie 2

Poniżej przedstawiono doświadczenie, mające na celu utlenienie propan‑2-olu przy użyciu dichromianu(VI) potasu w środowisku kwasowym. Uzupełnij brakujące pola w dzienniku laboratoryjnym: obserwacje oraz wnioski.

RHZv8X5fRZWJS

Problem badawczy:
Czy propan-2-ol ulega reakcji utleniania przy wykorzystaniu dichromianu(VI) potasu w środowisku kwasowym?

Hipoteza:
Mieszanina reakcyjna w kolbie zmieni zabarwienie z pomarańczowej na ciemnozieloną oraz wyczuwalny będzie charakterystyczny zapach.

Schemat doświadczenia:

Rq2BnAvaBzk6Z

Na ilustracji znajduje się kolba okrągłodenna, zzklane naczynie laboratoryjne z zaokrąglonym dnem umieszczona nad koszem grzewczy - sprzęt laboratoryjny umożliwiający podgrzewanie kolb okrągłodennych i ich zawartości. W kolbie znajduje się pomarańczowy roztwór oraz kawałki porcelany. Kolba jest zamknięta korkiem przez który przechodzi szklana rurka której drugi koniec znajduje się w szklanej probówce wypełnionej bezbarwnym roztworem. Rurka jest owinięta ligniną lub watą zwilżoną zimną wodą. — Schemat doświadczenia
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RtTHOj90ASNc3

Na ilustracji znajduje się kolba okrągłodenna, szklane naczynie laboratoryjne z zaokrąglonym dnem umieszczona nad koszem grzewczy - sprzęt laboratoryjny umożliwiający podgrzewanie kolb okrągłodennych i ich zawartości. W kolbie znajduje się zielony roztwór oraz kawałki porcelany. Kolba jest zamknięta korkiem przez który przechodzi szklana rurka której drugi koniec znajduje się w szklanej probówce wypełnionej bezbarwnym roztworem. Rurka jest owinięta ligniną lub watą zwilżoną zimną wodą. — Schemat doświadczenia
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RFz3TrPWNhG2B

Sprzęt i odczynniki laboratoryjne:

probówka;
kolba okrągłodenna (o pojemności 100 cm³) z korkiem i rurką szklaną;
płaszcz grzewczy;
kawałki porcelany;
roztwór propan-2-olu;
stały dichromian(VI) potasu;
woda destylowana;
stężony kwas siarkowy(VI);
wata;
stojak na probówki;
cylinder miarowy;
pręcik szklany;
waga;
zlewka;
pipeta.

Instrukcja wykonania doświadczenia:

Do kolby wprowadź około 2 cm³ alkoholu, 4 cm³ wody oraz kawałki porcelany.
Przygotuj mieszaninę utleniającą w zlewce – w tym celu odważ 4 g dichromianu(VI) potasu, a następnie rozpuść go w ok. 20 cm³ wody.
Powoli dodaj 16 cm³ stężonego kwasu siarkowego(VI), cały czas mieszając.
Do kolby z roztworem alkoholu wprowadź mieszaninę utleniającą. Kolbę zatkaj korkiem, z wprowadzoną do niego rurką szklaną. Drugi koniec rurki wprowadź do probówki.
Zawartość kolby łagodnie ogrzewaj do wrzenia.
Rurkę szklaną, która ma służyć jako chłodnica, owiń watą zwilżoną zimną wodą.
Zbierz około 1-2 cm³ destylatu w probówce. Po zebraniu, przerwij reakcję.

Obserwacje:
Wnioski:

RgWkikwJsSx3I

Przykładowa odpowiedź:

Obserwacje
Podczas ogrzewania kolby, w probówce pojawia się bezbarwna ciecz o charakterystycznym zapachu. Mieszanina w kolbie zmienia zabarwienie z pomarańczowego na ciemnozielone.

Wnioski
Zmiana zabarwienia mieszaniny reakcyjnej z pomarańczowej na ciemnozieloną świadczy o redukcji jonów dichromianowych(VI) do jonów chromu(III). Wyczuwalny, charakterystyczny zapach, wydobywający się z probówki, potwierdza powstanie propanonu (tzw. acetonu), czyli produktu utlenienia propan‑2-olu.

RtoxFf8D8Myuu1

Na ilustracji znajduje się równanie reakcji utleniania. Trzy cząsteczki 2-propanolu, poniżej podpis: reduktor, dodać K 2 C r 2 O 7 poniżej podpis: utleniacz, dodać cztery cząsteczki H 2 S O 4 , strzałka w prawo, zapis ogrzewanie, powstają trzy cząsteczki acetonu dodać C r 2 S O 4 3 dodać K 2 S O 4 dodać siedem cząsteczek wody. Atom węgla w 2-propanolu związany z grupą hydroksylową jest na zerowym stopniu utlenienia. Karbonylowy atom węgla w acetonie jest na plus drugim stopniu utlenienia. Na schemacie znajduje się strzałka od cząsteczki 2-propanolu do acetonu opisana: utlenianie. Chrom w K 2 C r 2 O 7 jest na plus siódmym stopniu utlenienia. W C r 2 S O 4 3 chrom jest na plus trzecim stopniu utlenienia. Poprowadzono strzałkę od Cr(VI) do Cr(III) opisaną: redukcja. — Równanie reakcji utleniania propan-2-olu przy użyciu dichromianu(VI) potasu w środowisku kwasowym. Jest to reakcja utleniania-redukcji, ponieważ atom węgla alkoholu, połączony z grupą hydroksylową, zwiększa swój stopień utlenienia z 0 na II, czyli utlenia się, a atomy chromu zmniejszają swój stopień utlenienia z VI na III, czyli redukują się.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

Trufle wytwarzają androsterol, który jest alkoholem drugorzędowym.

R1SdkSTC5879t

Na ilustracji znajduje się przekrój trufli. Grzyb ten posiada ciemną, chropowatą skórkę oraz żółte wnętrze. — Trufla czarna jest bardzo cenna – jest to chyba najsmaczniejszy i najbardziej poszukiwany grzyb świata.
Źródło: WikiImages, dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Androsterol może ulec reakcji utleniania do androstenonu, co przedstawia poniższy schemat:

RKZyjE7VW7pSV

Na ilustracji znajduje się równanie reakcji utleniania androsterolu, alkoholu II-rzędowego do androstenonu. Struktura androsterolu to skondensowane trzy pierścienie sześcioczłonowe i jeden pięcioczłonowy. W strukturze występuje m. in. jedna grupa hydroksylowa przyłączona do pierścienia i ona ulega utlenieniu do grupy CO. — Schemat reakcji utleniania androsterolu do androstenonu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zarówno androsterol, jak i androstenon pełnią ważne funkcje biologiczne, ponieważ są feromonami płciowymi dzików i świń domowych. To właśnie dzięki temu dzik jest w stanie wyczuć trufle, nawet, jeśli znajdują się one głęboko pod ziemią.

bg‑azure

Reakcja utleniania alkoholi trzeciorzędowych

Alkohole trzeciorzędowealkohol trzeciorzędowyAlkohole trzeciorzędowe nie ulegają reakcji utleniania, ponieważ w ich cząsteczkach atom węgla, przyłączony do grupy hydroksylowej, nie posiada atomów wodoru.

R1TaopEUCTH4B1

Na ilustracji znajduje się schemat: alkohol trzeciorzędowy, w którym do atomu węgla przyłączone są R, R prim, R bis oraz grupa hydroksylowa, strzałka w prawo, nad strzałką zapis: utleniacz, dalej napis: nie zachodzi. — Schemat, który ukazuje, że alkohole III–rzędowe nie ulegają reakcji utleniania.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑azure

Podsumowanie

Reakcja utleniania alkoholi I‑rzędowych, pod wpływem łagodnych utleniaczy (np.: tlenku miedzi(II) – $CuO$ ), prowadzi do otrzymania aldehydów.

Reakcja utleniania alkoholi II‑rzędowych, pod wpływem utleniaczy (np.: tlenek miedzi(II) lub dichromian(VI) potasu w środowisku kwasowym), prowadzi do otrzymania ketonów.

Alkohole III‑rzędowe nie ulegają reakcji utleniania pod wpływem słabego utleniacza.

Słownik

alkohol pierwszorzędowy

(arab. al – kuhl „coś delikatnego”) alkohol, w którego cząsteczce grupa funkcyjna – grupa hydroksylowa jest przyłączona do pierwszorzędowego atomu węgla; przykładem alkoholu pierwszorzędowego jest propan‑1-ol

alkohol drugorzędowy

(arab. al – kuhl „coś delikatnego”) alkohol, w którego cząsteczce grupa funkcyjna – grupa hydroksylowa jest przyłączona do drugorzędowego atomu węgla; przykładem alkoholu drugorzędowego jest propan‑2-ol

alkohol trzeciorzędowy

(arab. al – kuhl „coś delikatnego”) alkohol, w którego cząsteczce grupa funkcyjna – grupa hydroksylowa jest przyłączona do trzeciorzędowego atomu węgla; przykładem alkoholu jest 2‑metylopropan‑2-ol

destylat

(łac. destillatio „kapanie”) czysta substancja, która jest pozyskiwana w wyniku destylacji, czyli metody polegającej na rozdzieleniu ciekłej mieszaniny różnych substancji; destylat jest zbierany w odbieralniku

reakcja utleniania

(utlenianie, oksydacja; fr. oxygéne dosłownie „kwasoród”, „tlen”) reakcja polegająca na oddawaniu elektronów przez atomy lub jony pierwiastka, skutkiem czego jest podwyższenie ich stopnia utlenienia

reakcja redukcji

(redukcja; łac. reductio „cofnięcie”, „odzyskanie”) reakcja polegająca na przyjmowaniu elektronów przez atomy lub jony pierwiastka, skutkiem czego jest obniżenie ich stopnia utlenienia

reduktor

(łac. reductio „cofnięcie”, „odzyskanie”) substancja posiadająca właściwości redukujące; substancja ta redukuje inną substancję, sama utleniając się; reduktor oddaje elektrony, przez co podwyższa swój stopień utlenienia

utleniacz

(fr. oxygéne dosłownie „kwasoród”, „tlen”) substancja, która utlenia inną substancję, sama redukując się; utleniacz przyjmuje elektrony, przez co obniża swój stopień utlenienia

stopień utlenienia

liczba ładunku elementarnego, jaki posiadałby atom, gdyby w danej substancji wszystkie wiązania były jonowe

Bibliografia

Buczek I., Chrzanowski M., Dymara J., Persona A., Kowalik E., Kuśmierczyk K., Odrowąż E., Sobczak M., Sygniewicz J., Chemia. Rozszerzenie. Repetytorium matura, Warszawa 2014.

Czerwiński A., Czerwińska A., Jelińska- Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 2. Podręcznik dla Liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego, technikum, Warszawa 2003.

Danikiewicz W., Chemia. Związki organiczne. Podręcznik do liceów i techników. Zakres rozszerzony, Warszawa 2016.

Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., To jest chemia. Podręcznik dla szkół ponadgimnazjalnych. Zakres podstawowy, Warszawa 2016.

Kopaliński W., Słownik wyrazów obcych i zwrotów obcojęzycznych, Warszawa 1983.

Litwin M., Styka – Wlazło S., Szymońska J., To jest chemia 2. Chemia organiczna. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego i technikum. Zakres rozszerzony, Warszawa 2016.

Majewski W., Mechanizmy reakcji chemicznych, Lublin 2012.

McMurry J., Chemia organiczna 4, Warszawa 2004.

Pazdro K. M., Rola – Noworyta A., Chemia. Repetytorium dla przyszłych maturzystów i studentów, Warszawa 2017.

Wprowadzenie

Gra edukacyjna

Reakcja utleniania alkoholi pierwszorzędowych

Reakcja utleniania alkoholi drugorzędowych

Reakcja utleniania alkoholi trzeciorzędowych

Podsumowanie

Słownik

Bibliografia