Органическая окислительно-восстановительная реакция
Органические восстановления или органические окисления или органические окислительно-восстановительные реакции являются окислительно-восстановительными реакциями , которые происходят с органическими соединениями . В органической химии окисления и восстановления отличаются от обычных окислительно-восстановительных реакций, потому что многие реакции носят название, но на самом деле не включают перенос электронов . [1] Вместо этого соответствующим критерием органического окисления является присоединение кислорода и/или потеря водорода. [2] Простые функциональные группы могут быть расположены в порядке увеличения степени окисления . Степени окисления являются лишь приблизительными: [1]
| степень окисления | соединения |
|---|---|
| −4 | метан |
| −3 | алканы |
| −2, −1 | алканы , алкены , спирты , алкилгалогениды , амины |
| 0 | алкины , геминальные диолы |
| +1 | альдегиды |
| +2 | хлороформ , цианистый водород , кетоны |
| +3 | карбоновые кислоты , амиды , нитрилы (алкилцианиды) |
| +4 | диоксид углерода , тетрахлорметан |
Когда метан окисляется до углекислого газа, его степень окисления изменяется от −4 до +4. Классические восстановления включают восстановление алкенов до алканов , а классические окисления включают окисление спиртов до альдегидов . При окислении электроны удаляются, и электронная плотность молекулы уменьшается. При восстановлении электронная плотность увеличивается, когда электроны добавляются к молекуле. Эта терминология всегда сосредоточена на органическом соединении. Например, обычно ссылаются на восстановление кетона алюмогидридом лития , но не на окисление алюмогидрида лития кетоном. Многие окисления включают удаление атомов водорода из органической молекулы, а восстановление добавляет водороды к органической молекуле.
Многие реакции, классифицированные как восстановления, также появляются в других классах. Например, превращение кетона в спирт с помощью литийалюминийгидрида можно считать восстановлением, но гидрид также является хорошим нуклеофилом в нуклеофильном замещении . Многие окислительно-восстановительные реакции в органической химии имеют механизм реакции сочетания с участием промежуточных продуктов свободных радикалов . Истинную органическую окислительно-восстановительную химию можно найти в электрохимическом органическом синтезе или электросинтезе . Примерами органических реакций, которые могут иметь место в электрохимической ячейке, являются электролиз Кольбе . [3]
В реакциях диспропорционирования реагент одновременно окисляется и восстанавливается в одной и той же химической реакции, образуя два отдельных соединения.
Асимметричное каталитическое восстановление и асимметричное каталитическое окисление играют важную роль в асимметричном синтезе .
Органические окисления
Большинство окислений проводятся с воздухом или кислородом , особенно в промышленности. Эти окисления включают пути к химическим соединениям, очистке от загрязняющих веществ и сжиганию . Перечислены некоторые коммерчески важные окисления:
| продукт | Масштаб (миллионы тонн/год в 1990-х годах) [4] |
|---|---|
| терефталевая кислота и эфиры | 15 |
| гидроперекись кумила | 6.5 |
| бензойная кислота | 0,28 |
| адипиновая кислота | 2.2 |
| оксид пропилена | 4 |
| адипиновая кислота | 2.2 |
Для органических окислений изобретено много реагентов. Реагенты органических окислений обычно классифицируются по функциональной группе, атакуемой окислителем:
- Окисление связей CH:
- R3CH + O → R3COH
- R2CH2 + O → R2CH ( OH )
- Р 2 СН(ОН) + О → Р 2 СО + Н 2 О
- РСН 3 + О → РСН 2 (ОН)
- RCH 2 (OH) + O → RCHO + H 2 O
- RCHO + O → RCO 2 H
- Окисление связей CC, C=C и C≡C
- Окисление спиртов и различных карбонилов
Часто окисляемый субстрат имеет более одной функциональной группы. В таких случаях селективное окисление становится важным.
Органические сокращения
В органической химии восстановление эквивалентно присоединению атомов водорода, обычно парами. Реакция ненасыщенных органических соединений с газообразным водородом называется гидрированием . Реакция насыщенных органических соединений с газообразным водородом называется гидрогенолизом . Гидрогенолиз обязательно расщепляет связи CX (X = C, O, N и т. д.). Восстановление также может быть осуществлено путем добавления источников гидрида и протона, так называемый гетеролитический путь. Такие реакции часто осуществляются с использованием стехиометрических гидридных реагентов, таких как борогидрид натрия или алюмогидрид лития . [5]
Смотрите также
Окисления функциональных групп
- Окисление алкоголя
- Окисление оксимов и первичных аминов до нитросоединений
- Расщепление гликоля
- Окислительное расщепление α-гидроксикислот
- Окисление алкенов
- Окисление первичных аминов в нитрилы
- Окисление тиолов в сульфоновые кислоты
- Окисление гидразинов до азосоединений
Сокращение функциональных групп
- Восстановление карбонила
- Восстановление амида
- Восстановление нитрила
- Восстановление нитросоединений
- Восстановление иминов и оснований Шиффа
- Восстановление ароматических соединений до насыщенных колец
Ссылки
- ^ ab March Jerry; (1985). Advanced Organic Chemistry реакции, механизмы и структура (3-е изд.). Нью-Йорк: John Wiley & Sons, inc. ISBN 0-471-85472-7
- ^ Органические окислительно-восстановительные системы: синтез, свойства и применение , Тору Нишинага 2016
- ^ http://www.electrosynthesis.com Ссылка Архивировано 15.05.2008 на Wayback Machine
- ^ Рекуперо, Франческо; Пунта, Карло (2007). «Свободнорадикальная функционализация органических соединений, катализируемая N- гидроксифталимидом». Chemical Reviews . 107 (9): 3800–3842. doi :10.1021/cr040170k. PMID 17848093.
- ^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
