Презентация - Методы восстановления и окисления

Смотреть слайды в полном размере
Презентация Методы восстановления и окисления


Вашему вниманию предлагается презентация на тему «Методы восстановления и окисления», с которой можно предварительно ознакомиться, просмотреть текст и слайды к ней, а так же, в случае, если она вам подходит - скачать файл для редактирования или печати.

Презентация содержит 27 слайдов и доступна для скачивания в формате ppt. Размер скачиваемого файла: 296.71 KB

Просмотреть и скачать

Pic.1
МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОКИСЛЕНИЯ неразрывно связанные процессы. Если одно из двух веществ восстанав
МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОКИСЛЕНИЯ неразрывно связанные процессы. Если одно из двух веществ восстанавливается, то другое окисляется. Отнесение реакций к процессам окисления или— к процессам восстановления определяется тем, какое вещество является в данном случае субстратом. Восстановлением называют процесс, в результате которого атом или группа атомов приобретают электроны. Наоборот, окисление заключается в потере электронов. Речь идет об изменении плотности электронного облака, которое окружает рассматриваемую группировку атомов субстрата. При восстановлении оно увеличивается, а при окислении уменьшается.
Pic.2
Степень окисления — это тот условный заряд атома, который возникает на нем при условии, что электрон
Степень окисления — это тот условный заряд атома, который возникает на нем при условии, что электронные пары связей полностью сместятся к более электроотрицательному атому, образующему эту связь, а электроны связи между одинаковыми атомами будут поделены пополам. В ходе реакций окисления степень окисления атомов субстрата увеличивается. Например, при получении бензойной кислоты из толуола, степень окисления атома углерода метильной группы увеличивается от (–3) до (+3) при этом изменяется и состав молекулы:
Pic.3
МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОКИСЛЕНИЯ Выбор восстановителя или окислителя определяется целевым продуктом
МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОКИСЛЕНИЯ Выбор восстановителя или окислителя определяется целевым продуктом, видом сырья, экономическими факторами, технологичностью процесса, вопросами техники безопасности и др. критериями. Следует отметить, что наиболее дешевым и доступным окислителем является кислород воздуха, который в настоящее время широко используется в каталитических процессах окисления. Многочисленные методы восстановления и окисления можно разделить на четыре группы: химические, каталитические, электролитические биохимические (микробиологические).
Pic.4
Восстановление щелочными металлами в спирте, в жидком аммиаке и в виде амальгамы восстанавливающая с
Восстановление щелочными металлами в спирте, в жидком аммиаке и в виде амальгамы восстанавливающая способность увеличивается от натрия в спирте до амальгамы натрия. В спирте, в основном, восстанавливаются сложные эфиры карбоновых кислот до спиртов, в жидком аммиаке – еще и тройные связи и галогениды, а амальгамой – еще двойные сопряженные связи и некоторые арены:
Pic.5
Механизм восстановления натрием во всех случаях одинаков: атомы натрия отдают электроны, источником
Механизм восстановления натрием во всех случаях одинаков: атомы натрия отдают электроны, источником протонов является спирт, аммиак и вода; Потери обусловлены непосредственной реакцией между натрием и спиртом, аммиаком, водой (в случае амальгамы). Выделяющийся водород неактивен, а образующиеся алкоголяты вызывают образование побочных продуктов.
Pic.6
Технология восстановления щелочными металлами в спирте, в жидком аммиаке и в виде амальгамы Методики
Технология восстановления щелочными металлами в спирте, в жидком аммиаке и в виде амальгамы Методики восстановления простые, но опасные, (к кипящему раствору сложного эфира в спирте загружают натрий, после завершения реакции реакционную массу выливают в воду) поэтому их применяют, когда нет возможности применить другие методы. Отвод тепла (через обратный теплообменник) при реакции в спирте является сложной технической проблемой, т. к. тепловой эффект реакции очень высок (до 520 кДж/моль), поэтому используют более высококипящие спирты, чем этанол. Для ведения процесса в аммиаке необходима специальная аппаратура, т. к. температура кипения аммиака очень низкая (–33,5 °С). Зато натрий хорошо растворяется в аммиаке. Амальгаму натрия получают растворением натрия в ртути, что вызывает дополнительные трудности.
Pic.7
Восстановление оловом, хлоридом олова (II) и железом в кислой среде, цинком в кислой и щелочной сред
Восстановление оловом, хлоридом олова (II) и железом в кислой среде, цинком в кислой и щелочной средах и амальгамой цинка простые и давно известные способы восстановления нитро-, нитрозо-, гидроксиамино-, азо- и диазо- групп. Они широко применяются как в лабораторной практике, так и в промышленности (кроме олова). Механизм восстановления нитрогрупп металлами аналогичен механизму восстановления карбонильных соединений, но восстанавливающая активность перечисленных металлов ниже щелочных и в передаче электронов участвует атом водорода.
Pic.8
Восстановление оловом, хлоридом олова (II) Восстановление нитросоединений оловом и другими металлами
Восстановление оловом, хлоридом олова (II) Восстановление нитросоединений оловом и другими металлами в кислой среде идет по схеме, при этом уловить промежуточные вещества, как правило, не удается:
Pic.9
Восстановление железом Железные опилки в среде кислот помимо азотсодержащих соединений восстанавлива
Восстановление железом Железные опилки в среде кислот помимо азотсодержащих соединений восстанавливают и альдегиды:
Pic.10
Технология восстановления железом в электролитах Электролиты (хлорид аммония, железа (II), и др. ) м
Технология восстановления железом в электролитах Электролиты (хлорид аммония, железа (II), и др. ) можно получать в самом реакторе при протравливании чугунной стружки соляной кислотой. Лучше использовать стружку серого чугуна, активность которого объясняется возникновением гальванической пары на границе раздела железо–графит. Это приводит к распаду его на мелкие частицы и к ускорению реакции. Подготовка восстановителя: измельчение, просев, удаления пыли, обезжиривание и протравливание. Процесс восстановления ведут при температуре кипения реакционной массы. Обогрев чаще всего производят острым паром. К кипящей суспензии чугунной стружки в растворе электролита загружают нитропродукт. Амин отгоняются с водяным паром, отделяют или экстрагируют из реакционной массы органическими растворителями.
Pic.11
Технология восстановления железом в электролитах В производстве восстановление проводят в стальных и
Технология восстановления железом в электролитах В производстве восстановление проводят в стальных или чугунных аппаратах (редукторах), футерованных диабазовой плиткой на кислотоупорной замазке и снабженных мешалкой (лопастной или сошниковой) и барботером для подачи острого пара. Метод - простотой, технологичный, дешевый, высокий выход. Недостаток метода - фильтрация, транспортировка тяжелого и содержащего абразивные частицы осадка. Этот метод используют при производстве анестезина, новокаина и ряда других препаратов:
Pic.12
Восстановление цинком более сильное восстанавливающее действие, чем у Fe в кислой среде цинком помим
Восстановление цинком более сильное восстанавливающее действие, чем у Fe в кислой среде цинком помимо азотсодержащих групп восстанавливают: а) карбонильные соединения до спиртов. б) аренсульфохлориды до тиофенолов в) двойную связь в α,β-ненасыщенных карбонильных соединениях до насыщенных карбонильных соединений
Pic.13
Восстановление цинком Нитроарены и другие производные, содержащие атом азота в щелочной среде восста
Восстановление цинком Нитроарены и другие производные, содержащие атом азота в щелочной среде восстанавливаются медленнее и сложнее:
Pic.14
Восстановление алкоголятами алюминия Методом Меервейна-Понндорфа-Верлея) восстанавливают карбонильны
Восстановление алкоголятами алюминия Методом Меервейна-Понндорфа-Верлея) восстанавливают карбонильные соединения в спирты, не затрагивая другие функциональные группы. Алюминий в молекуле алкоголята образует комплекс с карбонильной группой, повышает ее электрофильную активность и вызывает сдвиг электронов в исходящих от него связях. Вследствие этого α-водородный атом алкоголята с электронной парой переносится к электронодефицитному карбонильному атому углерода:
Pic.15
Восстановление гидридами металлов сильные восстановители (LiAlH4 и NaBH4), используются для восстано
Восстановление гидридами металлов сильные восстановители (LiAlH4 и NaBH4), используются для восстановления полярных двойных связей углерод–гетероатом, в очень мягких условиях и с высоким выходом по механизму нуклеофильного присоединения:
Pic.16
Восстановление гидридами металлов Боргидрид натрия применяется для избирательного восстановления хло
Восстановление гидридами металлов Боргидрид натрия применяется для избирательного восстановления хлорангидридов кислот, карбонильных соединений и оснований Шиффа в таких полярных растворителях, как вода, метанол, пиридин, ацетонитрил.
Pic.17
Каталитическое восстановление водородом
Каталитическое восстановление водородом
Pic.18
Катализаторы В химико-фармацевтической промышленности широко применяют скелетный катализатор никель
Катализаторы В химико-фармацевтической промышленности широко применяют скелетный катализатор никель Ренея при нагревании в автоклавах, реже платиновые и палладиевые катализаторы, которые, обладая всеми достоинствами никелевых, значительно активнее их. Водородом в их присутствии восстанавливают почти все органические соединения, способные к восстановлению, причем часто при атмосферном давлении. Однако платиновые и палладиевые катализаторы дорогие и, из-за большой активности, обычные катализаторы обладают малой селективностью. Для изменения активности катализаторов и увеличения их селективности используют различные добавки (промоторы и ингибиторы)
Pic.19
Электролитическое восстановление Это один из наиболее перспективных промышленных методов восстановле
Электролитическое восстановление Это один из наиболее перспективных промышленных методов восстановления. Обладая почти всеми достоинствами каталитического гидрирования, электролитическое восстановление имеет существенные преимущества: отсутствие водорода, а, следовательно, резко понижается взрыво-пожароопасность производства и процесс идет при атмосферном давлении — не нужен автоклав и все, связанные с ним, меры безопасности. Недостатки метода (малая изученность, энергоемкость, технические и технологические затруднения и др) препятствуют широкому применению его в тонком органическом синтезе.
Pic.20
Окислительные методы получения органических соединений Алкены синтезируют из алканов, используя ката
Окислительные методы получения органических соединений Алкены синтезируют из алканов, используя каталитическое и окислительное дегидрирование. Окислительное дегидрирование чаще всего проводят хлоранилом (2,3,5,6-тетрахлор-1,4-бензохинон) и ДДХ (2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинон), и в значительно более мягких условиях (при температуре около 100 °С) с выходом более 80 %:
Pic.21
Получение карбонильных соединений Альдегиды, как правило, окисляются легче, чем субстрат, полимеризу
Получение карбонильных соединений Альдегиды, как правило, окисляются легче, чем субстрат, полимеризуются и конденсируются, поэтому их лучше всего получать дегидрированием спиртов в присутствии катализаторов на основе меди. Процесс идет с хорошим выходом, но при более 200 °С.
Pic.22
Окисление соединений в альдегиды Применение высокоселективных окислителей (оксид селена (IV), компле
Окисление соединений в альдегиды Применение высокоселективных окислителей (оксид селена (IV), комплексы оксида хрома (VI) и ДМСО, периодат натрия, уротропин и др)
Pic.23
Окисление соединений в альдегиды При использовании обычных окислителей необходимо применять специаль
Окисление соединений в альдегиды При использовании обычных окислителей необходимо применять специальные технологические приемы (удаление альдегидов из зоны реакции, превращение в стабильные производные и др. ):
Pic.24
Окисление алканов и активированные группы в карбоновые кислоты Алканы окисляют кислородом на катализ
Окисление алканов и активированные группы в карбоновые кислоты Алканы окисляют кислородом на катализаторе. Активированные алкильные группы (связанные с карбонильной группой, ароматическим кольцом и другими акцепторными группами) - сильными окислителями , как правило, по α-углеродному атому: разбавленной азотной кислотой, бихроматом и хромовым ангидридом в кислой среде, перманганатом калия и др. Используется каталитическое окисление и окислительное амминирование в присутствии катализатора.
Pic.25
Окисление спиртов и карбонильных соединений в карбоновые кислоты Первичные и вторичные спирты, алифа
Окисление спиртов и карбонильных соединений в карбоновые кислоты Первичные и вторичные спирты, алифатические кетоны окисляются сильными окислителями: перманганом калия, хромовой смесью, азотной кислота либо каталитически и электрохимически; Альдегиды – очень легко (электрохимическое окисление);
Pic.26
Окисление алкенов идет очень легко, труднее остановить процесс на стадии синтеза гликолей и альдегид
Окисление алкенов идет очень легко, труднее остановить процесс на стадии синтеза гликолей и альдегидов.
Pic.27
Окисление аренов достаточно устойчивы к окислению, для расщепления необходимы сильные окислители: би
Окисление аренов достаточно устойчивы к окислению, для расщепления необходимы сильные окислители: бихроматы в кислотах, KMnO4, HNO3, O2 в присутствии катализаторов, O3. Окисление бензола и нафталина воздухом в паровой фазе приводит к образованию их ангидридов. Электроноакцепторные заместители стабилизируют арены, а электронодонорные облегчают процесс их окисления. Чем менее «ароматичен» арен, тем легче он окисляется.


Скачать презентацию

Если вам понравился сайт и размещенные на нем материалы, пожалуйста, не забывайте поделиться этой страничкой в социальных сетях и с друзьями! Спасибо!