If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah
Aktuální čas:0:00Celková doba trvání:12:38

Oxidace alkoholů I: Mechanismy a oxidační stavy

Transkript

Pojďme se podívat na to, co se stane při oxidaci alkoholu. Vlevo nahoře máme primární alkohol, se kterým začneme. Uhlík, na který je připojena OH skupina, se nazývá alfa uhlík. Pro oxidaci alkoholů potřebujeme mít alfa vodíky. Musíme mít vodíky, které jsou připojeny k alfa uhlíku, aby mechanismus mohl fungovat. V průběhu reakce přijdeme o jeden z těchto alfa vodíků. Za chvilku se na podíváme na mechanismus. Pokud chceme zoxidovat primární alkohol, přidáme sem oxidační činidlo, kterým zoxidujeme primární alkohol. Jedním ze způsobů, jak přemýšlet nad oxidací alkoholů, je spočítat vazby uhlíku na kyslík. Na levé straně máme jednu vazbu alfa uhlíku na kyslík. V průběhu mechanismu přijdeme o jednu vazbu uhlíku k vodíku a získáme další vazbu uhlíku na kyslík. Zvyšujeme počet vazeb uhlíku na kyslík. Pokud provedeme oxidaci alkoholu jednou, vytvoříme dvojnou vazbu na kyslík, Ztratíme jeden z vodíků, druhý z nich tu ale stále zůstává. Alkylová skupina je také stále připojena. Získali jsme aldehydovou skupinu. Pokud provedeme oxidaci primárního alkoholu jednou, dostaneme aldehyd. Podívejme se na změnu oxidačního čísla alfa uhlíku. Pokud chceme přiřadit oxidační číslo alfa uhlíku nalevo, musíme si zvýraznit elektrony. Každá vazba se skládá ze dvou elektronů. Musíme se zamyslet nad rozdílem elektronegativit. Kyslík je elektronegativnější než uhlík, takže si vezme tyhle dva elektrony. Uhlík s uhlíkem bude remizovat, takže každý uhlík dostane jeden z elektronů. Uhlík je o něco málo elektronegativnější než vodík. Uhlík si tedy vezme tyhle elektrony. Uhlík má kolem sebe obvykle čtyři valenční elektrony. V tuhle chvíli je obklopen pěti elektrony. Čtyři minus pět dává našemu alfa uhlíku oxidační číslo −1. Podívejme se, jak se změnilo oxidační číslo alfa uhlíku po oxidaci. Napravo si musíme určit oxidační čísla u našeho, nyní karbonylového, uhlíku. Znovu nás zajímají rozdíly elektronegativit. Kyslík vyhraje nad uhlíkem. Uhlík s uhlíkem je remíza a u uhlíku s vodíkem vyhraje uhlík. Obvykle má uhlík kolem sebe čtyři valenční elektrony. V tuhle chvíli jsou tu jen tři. 4 minus 3 dá +1. Vidíme, že oxidační číslo se zvýšilo ze záporného −1 na kladné +1. Zvyšování oxidačního čísla je samozřejmě oxidace. Pokud zoxidujeme primární alkohol jednou, dostaneme aldehyd. Ale co když budeme pokračovat? Vznikne aldehyd a někdy je těžké reakci zastavit, takže bude oxidace pokračovat. Zamyslíme se nad tím, jakou funkční skupinu dostaneme, pokud zoxidujeme aldehyd. Nejjednodušší způsob je si spočítat vazby. Na levé straně máme dvě vazby uhlíku na kyslík. Je tu nějaká funkční skupina, ve které má kyslík tři vazby na kyslík? Je to karboxylová kyselina. Pokud si představíme strukturu karboxylové kyseliny, uvidíme, že uhlík má tři vazby na kyslík. Tři vazby na kyslík a tady je alkylová skupina. Pokud zoxidujeme aldehyd, dostaneme karboxylovou kyselinu. Podívejme se znovu na oxidační číslo karbonylového uhlíku. Znovu si sem nakreslíme elektrony a určíme elektronegativitu. Kyslík poráží uhlík. Nerozhodně mezi těmito uhlíky a kyslík znovu poráží uhlík. V tomto případě má uhlík místo čtyř valenčních elektronů jeden. 4 minus 1 se rovná +3. Znovu došlo ke zvýšení oxidačního čísla, to znamená oxidaci. Pokud zoxidujeme aldehyd, dostaneme karboxylovou kyselinu. Podívejme se teď na sekundární alkohol. Identifikujeme alfa uhlík, ten, na který je připojená OH skupina. Musí na něm být alespoň jeden uhlík. Jeden tu máme. Pokud budeme chtít zoxidovat sekundární alkohol... Zoxidujeme sekundární alkohol. Jednoduchým postupem je... Alfa uhlík má jednu vazbu na kyslík. Můžeme to navýšit na dvě vazby na kyslík a bude to potom oxidační reakce. Během této reakce ztratíme vazbu k alfa vodíku. Teď budeme mít dvě vazby uhlíku ke kyslíku a přijdeme o vazbu, kterou měl alfa uhlík s vodíkem. Zůstanou nám dvě alkylové skupiny. Nyní máme dvě alkylové skupiny a tady je keto-skupina. Pokud oxidujeme sekundární alkohol, dostaneme keton. Přiřadíme si oxidační čísla, abychom se přesvědčili, že opravdu jde o oxidaci. Doplníme si elektrony k alfa uhlíku a určíme rozdíl elektronegativit. Kyslík poráží uhlík. Uhlík proti uhlíku je nerozhodně. Uhlík proti vodíku vyhrává uhlík. Uhlík proti uhlíku je znovu remíza. Normálně 4 valenční elektrony. V tomto příkladě je obklopen čtyřmi. 4 minus 4 dá 0 pro tento sekundární alkohol. Při oxidaci dostaneme keton, nakreslený napravo. Podívejme se na oxidační číslo uhlíku, který býval alfa uhlík nalevo a je z něj nyní karbonylový uhlík. Znovu si dokreslíme elektrony. Určíme si rozdíly elektronegativit. Kyslík porazí uhlík. Takže takhle. Uhlík - uhlík remíza. Uhlík - uhlík nerozhodně. Obvykle 4 elektrony minus 2 nám dává oxidační číslo +2. Vidíme zvýšení oxidačního čísla při přechodu mezi alkoholem a ketonem. Tohle je zcela určitě oxidační reakce. Podívejme se na terciární alkohol. Tady jeden máme. Když si najdeme alfa uhlík, vidíme, že tentokrát na něj není navázaný žádný vodík. Na základě mechanismu, který si ukážeme za minutku, neexistuje způsob, jak za normálních podmínek zoxidovat terciární alkohol. Pokud bychom se o to pokusili, zjistili bychom, že nemůže reagovat, protože nám chybí alfa vodík. Podívejme se na mechanismus, abychom viděli, proč na alfa uhlíku potřebujeme alfa vodík. Pamatujte si, že pokud chceme, aby oxidace fungovala, musí tohle být buď primární, nebo sekundární alkohol. Nakreslíme si sem alkohol. Opakuji, musí být primární, nebo sekundární. Když máme primární, nebo sekundární alkohol, bude reagovat s kyselinou chromovou. Tady máme strukturu kyseliny chromové. Zjednodušíme si to. Nemusíme se zabývat volnými elektronovými páry. Kyselina chromová se dá získat z různých činidel. Nejčastějším je pravděpodobně dichroman sodný - Na₂Cr₂O₄, kyselina sírová H₂SO₄ a voda. Dohromady této směsi říkáme "Jonesovo činidlo". Směs dichromanu sodného, kyseliny sírové a vody se nazývá "Jonesovo činidlo". To se smíchá dohromady a v roztoku dostaneme kyselinu chromovou. Další způsob, jak to udělat, je začít s oxidem chromovým. Můžeme použít jiné činidlo, které se skládá z CrO₃ (oxidu chromového), H₃O⁺ a acetonu. Tím také v roztoku dostaneme kyselinu chromovou. Záleží na každého preferencích. První krok mechanismu je podobný, jako při tvorbě nitroesterů, kterou jsme viděli v předchozím videu. Tato reakce je rovnovážná. Je vratná. Pokud si pamatujete na vznik nitroesterů, je to podobné všem ostatním anorganickým esterům. Ztratíme vodík a toto OH, za kterých vznikne voda. Dáme tyhle molekuly k sobě. To je náš první produkt. Dostaneme výsledek přidání kyslíku navázaném na chromu. Toto je meziprodukt v tvorbě chromového esteru. Tohle dostaneme. V dalším kroku mechanismu potřebujeme nějakou bázi. Voda bude stačit. Přistoupí voda. Dva volné elektronové páry. Jeden z těchto elektronových párů může fungovat jako báze a vezme si alfa uhlík. Pamatujte si, tohle je alfa vodík, na tomhle uhlíku. Odsud vezmeme jen proton, jen jádro vodíkového atomu. Tenhle volný elektronový pár by si mohl proton vzít. Nechá vodíkový elektron za sebou. Tyhle dva elektrony se přesunou sem, aby zvýšily počet vazeb uhlíku na kyslík. A spolu s tím se elektrony této vazby přesunou na chrom. Nakreslíme si produkt této reakce. Najdeme si na to místo. Ztratili jsme alfa vodík. Uhlík je pořád navázán na dvě další věci, ztratili jsme alfa vodík. Teď je navázaný dvojnou vazbou na kyslík. Tohle je mechanismus. Začalo to s jednou vazbou uhlíku na kyslík v primárním nebo sekundárním alkoholu. Zvýšili jsme to na dvě vazby uhlíku na kyslík. Dalším produktem je samozřejmě H₃O⁺. H₃O⁺ vznikne, když si voda vezme ten proton. Dalším produktem je HCrO₃⁻. Alfa uhlík je ten, který se oxiduje. Pokud je tento uhlík zoxidován na tenhle uhlík, je to ten samý uhlík, ale tenhle uhlík oxidujeme, něco se musí redukovat. Tohle je redoxní reakce. Pokud něco oxidujeme, něco jiného se musí redukovat. To něco je chrom. Pokud přiřadíme oxidační číslo chromu v dichromanu sodném, má chrom oxidační číslo +6. Pokud se podíváme na produkty a najdeme tu chrom, u kterého určíme oxidační číslo, zjistíme, že má +4, takže Cr⁴⁺. A tady se potom děje další chemie, která přeměňuje chrom z oxidačního čísla +4 na +3. Jak můžete vidět, začali jsme se +6 a skončili jsme s +3. To je snížení oxidačního čísla. Chrom je redukován. Alfa uhlík je oxidován a chrom redukován v této redoxní reakci. V příštím videu se podíváme na několik příkladů zahrnujících primární a sekundární alkoholy.