Przeczytaj

AlkinyalkinyAlkiny pod wpływem ${KMnO}_{4}$ ulegają utlenieniu, a produkty reakcji zależą od warunków jej prowadzenia.

bg‑red

Środowisko kwasowe reakcji

Jeżeli reakcja z roztworem manganianu( $VII$ ) potasu prowadzona jest w środowisku kwasowym, to następuje pękniecie wiązań wielokrotnych w cząsteczce alkinu, a produkty końcowe zależą od typu alkinu.

W przypadku alkinu terminalnegoalkiny terminalnealkinu terminalnego, czyli takiego, w którym wiązanie potrójne znajduje się przy pierwszym atomie węgla w cząsteczce, powstaje kwas karboksylowykwasy karboksylowekwas karboksylowy oraz tlenek węgla( $IV$ ), zgodnie z poniższym schematem równania reakcji.

RLeGbyITE2nYK1

Ilustracja przedstawiająca schemat reakcji utlenienia alkinu terminalnego. Cząsteczka alkinu terminalnego zbudowana z grupy R1 połączonej z atomem węgla związanym za pomocą wiązania potrójnego z drugim atomem węgla, który to łączy się z atomem wodoru. Strzałka w prawo, nad strzałką znajduje się manganian(<math aria‑label="siedem">VII) potasu KMnO4 oraz jon hydroniowy H3O+. Za strzałką znajduje się cząsteczka kwasu zbudowanego z grupy R1 związanej z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą hydroksylową. Dodać cząsteczka tlenku węgla(<math aria‑label="cztery">IV) CO2. — Utlenienie alkinu terminalnego
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W przypadku alkinu nieterminalnegoalkiny nieterminalnealkinu nieterminalnego, czyli takiego, w którym wiązanie potrójne znajduje się wewnątrz cząsteczki alkinu, powstaje mieszanina kwasów karboksylowych, zgodnie z poniższych schematem równania reakcji.

Rh7sfTGLoRjtb1

Ilustracja przedstawiająca schemat reakcji utlenienia alkinu nieterminalnego. Cząsteczka alkinu nieterminalnego zbudowana z grupy R1 połączonej z atomem węgla związanym za pomocą wiązania potrójnego z drugim atomem węgla, który to łączy się z grupą R2. Strzałka w prawo, nad strzałką znajduje się manganian(<math aria‑label="siedem">VII) potasu KMnO4 oraz jon hydroniowy H3O+. Za strzałką znajduje się cząsteczka kwasu zbudowanego z grupy R1 związanej z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą hydroksylową. Dodać cząsteczka kwasu zbudowanego z grupy R2 związanej z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą hydroksylową. — Utlenienie alkinu nieterminalnego
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W środowisku kwasowym atom manganu ulega redukcji z $VII$ stopnia utlenienia w jonie ${MnO}_{4}^{-}$ na $+II$ w solach ${Mn}^{2 +}$ . Widocznym objawem reakcji jest więc wydzielanie gazu oraz odbarwienie roztworu, choć przy dużym stężeniu kationów manganu( $II$ ) można zaobserwować jego bladoróżowe zabarwienie.

Przeanalizujmy przykłady:

produktami utleniania propynu w środowisku kwaśnym są kwas octowy (etanowy) oraz tlenek węgla( $IV$ );

RKvPZ3sFExDfY1

Ilustracja przedstawiająca równanie reakcji utleniania propynu w środowisku kwasowym. Pięć cząsteczek propynu zbudowanego z dwóch atomów węgla połączonych za pomocą wiązania potrójnego, z których pierwszy łączy się z atomem wodoru, zaś drugi z grupą metylową CH3. Dodać osiem cząsteczek manganianu(<math aria‑label="siedem">VII) potasu KMnO4, dodać dwanaście cząsteczek kwasu siarkowego(<math aria‑label="sześć">VI) H2SO4. Strzałka w prawo, za strzałką pięć cząsteczek kwasu etanowego zbudowanego z grupy metylowej związanej z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą OH. Dodać pięć cząsteczek tlenku węgla(<math aria‑label="cztery">IV) CO2, dodać osiem cząsteczek siarczanu(<math aria‑label="sześć">VI) manganu(<math aria‑label="dwa">II) MnSO4, dodać cztery cząsteczki siarczanu(<math aria‑label="sześć">VI) potasu K2SO4, dodać dwanaście cząsteczek wody H2O. — Schemat reakcji utlenienia propynu w środowisku kwasowym
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

produktami utleniania pent- $2$ -ynu w środowisku kwasowym są kwas octowy (etanowy) oraz kwas propanowy.

REev9F9kDvlvx1

Ilustracja przedstawiająca równanie reakcji utleniania pent-2-ynu w środowisku kwasowym. Pięć cząsteczek pent-2-ynu, który to zbudowany jest z dwóch połączonych ze sobą za pomocą wiązania potrójnego atomów węgla, z których pierwszy łączy się z grupą metylową CH3, a drugi z grupą etylową CH2CH3, dodać sześć cząsteczek manganianu(<math aria‑label="siedem">VII) potasu KMnO4, dodać dziewięć cząsteczek kwasu siarkowego(<math aria‑label="sześć">VI) H2SO4. Strzałka w prawo, za strzałką pięć cząsteczek kwasu etanowego zbudowanego z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą OH. Dodać pięć cząsteczek kwasu propanowego zbudowanego z grupy metylowej związanej grupą metylenową CH2 wiążącą się z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą OH. Dodać sześć cząsteczek siarczanu(<math aria‑label="sześć">VI) manganu(<math aria‑label="dwa">II) MnSO4, dodać trzy cząsteczki siarczanu(<math aria‑label="sześć">VI) potasu K2SO4, dodać cztery cząsteczek wody H2O. — Schemat reakcji utlenienia pent‑2-ynu w środowisku kwasowym
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑lime

Środowisko obojętne reakcji

Jeżeli reakcja z roztworem manganianu( $VII$ ) potasu prowadzona jest w środowisku obojętnym, to powstają odpowiednie związki dikarbonylowe, w zależności od rodzaju alkinu poddanego utlenieniu.

W przypadku alkinów terminalnych, jeden z atomów węgla, który tworzy wiązanie potrójne, ulega utlenieniu do grupy aldehydowej, a drugi do grupy karbonylowej, zgodnie z poniższych schematem.

R4hat5hjzUWkW1

Ilustracja przedstawiająca schemat reakcji utlenienia alkinu terminalnego w środowisku obojętnym. Cząsteczka alkinu terminalnego zbudowanego z dwóch połączonych za pomocą wiązania potrójnego atomów węgla, z który pierwszy łączy się z atomem wodoru, zaś drugi z grupą R1. Strzałka w prawo, nad strzałką znajdują się manganian(<math aria‑label="siedem">VII) potasu oraz woda, za strzałką cząsteczka produktu zbudowanego z dwóch połączonych za pomocą wiązania pojedynczego atomów węgla. Oba łączą się za pomocą wiązań podwójnych, każdy z jednym atomem tlenu. Pierwszy z nich ponadto związany jest z atomem wodoru, a drugi z grupą R1. — Schemat reakcji utlenienia alkinu terminalnego w środowisku obojętnym
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W przypadku alkinów nieterminalnych, oba atomy węgla, dzięki którym powstaje wiązanie potrójne, ulegają utlenieniu do grup karbonylowych, zgodnie poniższym schematem.

RFqSDC4uUYO0n1

Ilustracja przedstawiająca schemat reakcji utlenienia alkinu nieterminalnego w środowisku obojętnym. Cząsteczka alkinu nieterminalnego zbudowana z grupy R1 połączonej z atomem węgla związanym za pomocą wiązania potrójnego z drugim atomem węgla, który to łączy się z grupą R2. Strzałka w prawo, nad strzałką znajduje się manganian(<math aria‑label="siedem">VII) potasu KMnO4 oraz woda H2O. Za strzałką znajduje się cząsteczka diketonu zbudowanego z grupy R1 związanej z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem węgla również połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz podstawionym grupą R2. — Schemat reakcji utlenienia alkinu nieterminalnego w środowisku obojętnym
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W środowisku obojętnym atom manganu ulega redukcji z $VII$ stopnia utlenienia w jonie ${MnO}_{4}^{-}$ na $+IV$ w tlenku manganu( $IV$ ). Widocznymi objawami reakcji jest więc wytrącenie brunatnego osadu oraz odbarwienie roztworu.

Przeanalizujmy przykłady:

produktem utleniania propynu w środowisku obojętnym jest aldehydaldehydyaldehyd pirogronowy ( $2$ -oksopropanal), czyli tzw. metyloglioksal – główny składnik miodu manuka;

R1SwCwSPyHmmy1

Ilustracja przedstawiająca schemat reakcji utlenienia propynu w środowisku obojętnym. Trzy cząsteczki propynu zbudowanego z dwócha atomów węgla połączonych za pomocą wiązania potrójnego, z których pierwszy łączy się z atomem wodoru, zaś drugi z grupą metylową CH3. Dodać cztery cząsteczki manganianu(<math aria‑label="siedem">VII) potasu, dodać dwie cząsteczki wody. Strzałka w prawo, za strzałką znajdują się trzy cząsteczki 2-oksopropanalu zbudowanego z atomu wodoru związanego z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z kolejnym atomem węgla również połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz podstawionym grupą metylową CH3. dodać cztery cząsteczki tlenku manganu(<math aria‑label="cztery">IV), dodać cztery cząsteczki wodorotlenku potasu. — Schemat reakcji utlenienia propynu w środowisku obojętnym
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

produktem utleniania but- $2$ -ynu w środowisku obojętnym jest butano- $2$ , $3$ -dion, czyli tzw. diacetyl lub dimetyloglioksal.

R1FRTcLZdqO2m1

Ilustracja przedstawiająca schemat reakcji utlenienia but-2-ynu w środowisku obojętnym. Trzy cząsteczki but-2-ynu zbudowanego z dwóch atomów węgla połączonych za pomocą wiązania potrójnego, z których każdy łączy się z jedną grupą metylową. Dodać cztery cząsteczki manganianu(<math aria‑label="siedem">VII) potasu, dodać dwie cząsteczki wody. Strzałka w prawo, za strzałką znajdują się trzy cząsteczki diketonu, to jest butano-2,3-dionu zbudowanego z z dwóch atomów węgla, z któych każdy łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą metylową CH3 dodać cztery cząsteczki tlenku manganu(<math aria‑label="cztery">IV), dodać cztery cząsteczki wodorotlenku potasu. — Schemat reakcji utlenienia but- $2$ -ynu w środowisku obojętnym
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

alkiny

alifatyczne węglowodory nienasycone o wzorze ogólnym $C_{n} H_{2 n - 2}$ , których cząsteczki zawierają jedno wiązanie potrójne między atomami węgla

alkiny terminalne

alkiny o wzorze ogólnym ( $R — C \equiv C — H$ ), posiadające wiązanie potrójne pomiędzy pierwszym a drugim atomem węgla w cząsteczce

alkiny nieterminalne

alkiny o wzorze ogólnym ( $R — C \equiv C — R_{1}$ )

aldehydy

związki organiczne, w których cząsteczkach występuje charakterystyczna grupa funkcyjna $— CHO$ (grupa aldehydowa); ogólny wzór: $R — CHO$ ( $R$ – grupa węglowodorowa alifatyczna lub aromatyczna)

ketony

związki organiczne, w których cząsteczkach występuje charakterystyczna grupa funkcyjna, tzw. grupa karbonylowa; grupa funkcyjna połączona jest z dwiema identycznymi lub różnymi resztami węglowodorowymi

kwasy karboksylowe

związki organiczne, w których cząsteczkach występuje charakterystyczna grupa funkcyjna, tzw. grupa karboksylowa $— COOH$ ; grupa funkcyjna połączona jest z atomem wodoru, z grupą alifatyczną, alicykliczną, aromatyczną lub heterocykliczną

utleniacz

cząsteczka lub jon, który w reakcjach redoks przyjmuje elektrony, zmniejszając tym samym swój stopień utlenienia

reduktor

cząsteczka lub jon, który w reakcjach redoks oddaje elektrony, zwiększając swój stopień utlenienia

reakcja utleniania‑redukcji (reakcja redox)

reakcja, w której dochodzi do przeniesienia jednego lub więcej elektronów od atomu, jonu lub cząsteczki donora (czyli reduktora) do akceptora (czyli utleniacza)

Bibliografia

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – I

Środowisko kwasowe reakcji

Środowisko obojętne reakcji

Słownik

Bibliografia