Озонолиз и окислительное расщепление
Озонолиз
linkОпора
- Урок 112. Электрофильное присоединение: механизм — рисовать двухстадийный механизм присоединения HX
Во всех реакциях уроков 112–124 реагенты присоединялись к двойной связи, а углеродный скелет сохранялся. Озон действует иначе: он расщепляет двойную связь, и каждый её атом углерода превращается в карбонильный.
Как предсказать продукты озонолиза
- \(\ce{O3}\) (−78 °C) → первичный озонид → карбонил + карбонилоксид → озонид (механизм Криге).
- Восстановительная обработка (Zn, \(\ce{CH3COOH}\) или \(\ce{(CH3)2S}\)): каждый атом C=C → C=O; альдегид, если у атома был H, иначе кетон.
- Окислительная обработка (\(\ce{H2O2}\)): альдегиды → кислоты.
- Концевая \(\ce{=CH2}\) → формальдегид (или \(\ce{CO2}\) при окислительной обработке).
Примеры
1. 2-Метилбут-2-ен. Озон расщепляет связь C2=C3: из C2 с двумя метилами получается ацетон, из C3 с водородом — ацетальдегид.
2. Циклогексен. Двойная связь в кольце: после разреза цепь не распадается на две части, а раскрывается в одну молекулу с двумя альдегидными группами — гександиаль.
3. 1-Метилциклопентен. Разрез даёт кетонную группу у бывшего атома с метилом и альдегидную у бывшего атома с водородом: 5-оксогексаналь.
errorЦикл не распадается на две молекулы
При озонолизе циклоалкена рвётся только двойная связь, а остальные связи кольца целы. Поэтому продукт один — цепь с двумя карбонильными группами на концах, а не два отдельных вещества. Ученики часто «разрезают» кольцо на две половины; проверяйте, что число атомов углерода в продукте равно числу атомов в цикле.
edit_noteПопробуйте сами
Что даст пент-2-ен при озонолизе с восстановительной обработкой?
expand_moreПоказать решение
Ацетальдегид и пропаналь.
Строение алкена по продуктам
Озонолиз из первой части урока используют и в обратную сторону: по продуктам расщепления восстанавливают строение алкена. Это одна из самых частых олимпиадных задач на установление структуры.
Как восстановить алкен по продуктам расщепления
- Каждый атом C=O продукта — бывший атом двойной связи.
- Уберите кислороды и соедините эти атомы двойной связью.
- Две группы C=O в одной молекуле — был цикл (или диен).
- Горячий \(\ce{KMnO4}\)/\(\ce{H+}\): \(\ce{RCH=}\) → RCOOH, \(\ce{R2C=}\) → кетон, \(\ce{CH2=}\) → \(\ce{CO2}\).
Примеры
1. Ацетон и пропаналь. Каждый атом C=O — бывший атом двойной связи. Убираем кислороды и соединяем эти атомы двойной связью: получается 2-метилпент-2-ен.
2. 2-Метилбут-2-ен и горячий кислый перманганат. Жёсткое окисление тоже рвёт двойную связь, но альдегиды при этом окисляются до кислот: получаются ацетон и уксусная кислота.
3. Бут-1-ен и горячий кислый перманганат. Концевая группа \(\ce{=CH2}\) окисляется до \(\ce{CO2}\), остальная часть даёт пропановую кислоту.
errorОдин продукт — значит, симметрия или цикл
Если при расщеплении получилось одно вещество, есть два объяснения: алкен симметричен, и оба его конца дают одинаковые молекулы, или алкен был циклическим, и продукт содержит обе карбонильные группы. Различить их можно по числу атомов углерода: у циклоалкена оно совпадает с числом атомов в продукте, у симметричного алкена вдвое больше.
edit_noteПопробуйте сами
Какой алкен при озонолизе даёт только ацетон?
expand_moreПоказать решение
2,3-Диметилбут-2-ен.
push_pinГлавное
Озон рвёт двойную связь целиком (механизм Криге). После восстановительной обработки (Zn/\(\ce{CH3COOH}\) или \(\ce{(CH3)2S}\)) каждый атом C=C становится C=O: альдегид (если был H) или кетон; окислительная обработка (\(\ce{H2O2}\)) превращает альдегиды в кислоты. Горячий кислый \(\ce{KMnO4}\): \(\ce{RCH=}\) → RCOOH, \(\ce{R2C=}\) → кетон, \(\ce{CH2=}\) → \(\ce{CO2}\). Строение алкена восстанавливают, соединяя атомы карбонилов двойной связью.
Закрепите теорию: 50 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.