Oxidation und Reduktion

Seminar zum
Organisch-Chemischen Praktikum
für Lehramtsstudierende
Wintersemester 2015/2016
Oxidation
und Reduktion
Sicherheitsbelehrung:
Regeln für das Arbeiten im Labor
Dr. Florian Achrainer
AK Zipse
März 2016
Bestimmung der Oxidationsstufen
Ein Oxidationsmittel oxidiert seinen Partner und nimmt dabei Elektronen auf (z. B. O2 → H2O). Die
Oxidationsstufe erniedrigt sich.
Ein Reduktionsmittel reduziert seinen Partner und gibt dabei Elektronen ab. (z. B. S2O32- → SO42- ).
Die Oxidationsstufe erhöht sich.
Regel 1
Atome im elementaren Zustand haben immer die Oxidationsstufe 0 (z. B. N2, O2, H2,
C(Graphit), S8, P4, Br2 …).
Die Oxidationsstufe 0 ist aber auch in Molekülen möglich.
Regel 2
Die Summe aller Oxidationsstufen in einem neutralen Molekül muss 0 ergeben. Bei geladenen
Ionen ist sie gleich der Gesamtladung des betrachteten Ions.
Regel 3
Bei kovalenten Verbindungen wird die Verbindung formal in Ionen anhand ihrer Elektronegativität aufgeteilt. Dabei wird angenommen, dass die an der Bindung beteiligten Elektronen
vollständig vom elektronegativeren Partner aufgenommen werden.
Fluor ist immer -1, Wasserstoff ist immer +1, außer gebunden an Metalle, Alkalimetalle
immer +1, Erdalkalimetalle immer +2.
Beispiele zur Bestimmung der Oxidationsstufen
HC
-1
CH
H2
H2C
-2
CH2
H2
H3C
-3
CH3
O
O
N
NH
O
HO
O
O
N
OH OH
O
O
O
Gruppe F
Oxidation und Reduktion
+
Ca(OCl)2
OH
O
+ NaBH4
Iodoform-Reaktion
Autoxidation von Benzaldehyd
Ca(OCl)2, Eisessig
0 °C - RT - 60 °C
OH
O
L(-)-Menthol
(-)-Menthon
• Eine Mischung von Menthol, Eisessig und Wasser wird
gekühlt.
• Ca(OCl)2 wird in kleinen Portionen zugeben, wobei die
Innentemperatur nicht über 25 °C steigen sollte (etwa 1 h).
• Rühren bei RT (1 h), dann auf 60 °C erhitzen bis keine
Farbreaktion mit Iod-Stärke-Papier auftritt.
• Unter Eiskühlung wird vorsichtig NaOH zugegeben.
• Reaktionslösung, zusammen mit Eis und ges. NaCl-Lösung
mit Hilfe von tert-Butylmethylether extrahieren, org. Phase mit
verd. NaOH und Wasser waschen, trocknen über K2CO3,
filtrieren und abrotieren.
• Fraktionierte Destillation unter Vakuum
H2O
I5
I3
Einlagerung in
Amylose-Helix
2 I2
+
I
I3
+
I2
I5
blaue Farbe
Ca(OCl)2
OH
O
+2
0
HO
+1
O Cl
H
+ 2e
+
2H
Oxidation
+
H2O
Reduktion
O
-1
+ 2e
+
+
OH
Cl
2H
+
OCl
O
Cl
+
H2O
CrVI+-Oxidationen
CrO42-
CrO3
+
OH
O
Cr OH
O
O
H
O
HO Cr OH
O
R
O +6
HO Cr OH
O
Cr2O72-
R
O
Cr
OH
HO
+4
O
+
R
H
H
H2O
orange
H2O
Cr3+
O
Cr OH
O
O
R
H
OH
O
HO Cr OH
O
H
+
HO
OH
R
H
grün
H2O
H2CrO4
R
R
OH
O
R
O
R
+
HO
O
Cr
R
H2CrO2
OH
OH
O
+
R
H
H2O
O
Cl3C
O
H
100 %
H
HO
OH
R
H
O
O
H
H
99 %
58 %
<1%
Oxidationen in organischen Löungsmitteln
Keine Bildung von Hydraten → Selektiv zum Aldehyd
Cr2O72-
N H
2
Pyridinium Dichromat (PDC)
N H
CrClO3-
Pyridinium Chlorochromat (PCC)
löslich in CH2Cl2
Gruppe F
Oxidation und Reduktion
+
Ca(OCl)2
OH
O
+ NaBH4
Iodoform-Reaktion
Autoxidation von Benzaldehyd
O
OH
NaBH4, MeOH
25 °C, 2 h
• Cyclopentanon wird in MeOH gelöst.
• Portionsweise wird NaBH4 zugegeben, wobei die Innentemperatur 25 °C nicht übersteigen darf (gegebenfalls
Eiskühlung)
• Man rührt für 2 h bei RT und hydrolysiert anschließend
vorsichtig mit Wasser.
• Extraktion mit Ether, wäscht die org. Phase mit Wasser,
trocknen über Na2SO4, filtrieren, abrotieren.
• Fraktionierte Destillation im Vakuum
H2O
H
O
H B
H
H
H
H
O B
O
O
BH3
O
H
B(OH)3
-1
Na
H
Li
H
Na
H2
OH
H Al
H
H
-1
H B
H
H
-1
pKa (H2) = +36
sehr reaktiv
mässig reaktiv
reagiert nur als Base
kinetisch gehemmt
kinetisch gehemmt
Ether als Lösemittel
Alkohole als Lösemittel
H
H2O
Carbonyl-Verbindung
LiAlH4
NaBH4
R-COCl
+
+
R-CHO, R-COR
+
+
R-COOR
+
-
R-COOH, R-CN
+
-
R-CONR2
+
-
LiAlH4-Pulver
Gruppe F
Oxidation und Reduktion
+
Ca(OCl)2
OH
O
+ NaBH4
Iodoform-Reaktion
Autoxidation von Benzaldehyd
OH
O
OH
KI, I2, NaOH
O
+ CHI3
O
O
O
O
H2O
OH
O
OH
O
KI, I2, NaOH
+ CHI3
O
O
O
O
OH
I2
0
O
O
OH
R +2 CH3
R 0 CH3
O
H
R
H
2 HI
-1
H
R
H
H2O
I
O
O
R
OH
+
CI3
O
R
I
O
R
HO
+
CHI3
I
I
OH, I2
O
R
I
I
O
O
H
R
CH3
R
H
O
R
CH3
H
OH
H
R
CH3
H
H
I
O
O
R
OH
H3C
CH3
O
Br2
H3C
Br2
CH3
I
R
I
H
I
H
O
Br
Bromaceton
(Lacrimogen)
H2O
HBr
O
OH
Gruppe F
Oxidation und Reduktion
+
Ca(OCl)2
OH
O
+ NaBH4
Iodoform-Reaktion
Autoxidation von Benzaldehyd
Autoxidation von Benzaldehyd
O
O
O
O2
h
H
O
O
Radikal-Kettenreaktion
O
H
O
2
OH
Benzoesäure
O
O
O
OH
Perbenzoesäure
H
Ether-Autoxidation
O
O
O
Diethylether
"Ether"
O
O
Dimethoxyethan
O
Methyl-tert-butylether
O
h
O
O
O
O2
Tetrahydrofuran
Furan
Radikal-Kettenreaktion
O
O
Fe3
Fe2
O
O
-1
O H
O
-1
O H
O
+
OH
O
+
e
Oxidation
H
O
-2
O
+
e
+
2H
Fe2
+
2H
O
H
O
Fe3
+
H2O
Reduktion
O
+
OH
O
H2O
+
OH
Zusammenfassung
O
OH
OH
O
O
R
R
[O]
R
+ CHI3
O
R
[O]
OH
R
O
O
[O]
HO
H OH
H
H
R
O
OH
R
H2O
R
OH
R
O
KI, I2, NaOH
R
H
H Al
H
H
-1
Li
H
Na
H B
H
H
-1
Regel 3
Bei kovalenten Verbindungen wird die Verbindung formal in
Ionen anhand ihrer Elektronegativität aufgeteilt. Dabei wird
angenommen, dass die an der Bindung beteiligten
Elektronen vollständig vom elektronegativeren Partner
aufgenommen werden.

Download Report