Окисление на алдехиди с реактив на Толенс

Има няколко начина за окисляване на алдехиди, но може би най-забавният начин е с използване на Толенсов реактив. Тук започваме с алдехид и добавяме Толенсов реактив, който е създаден от Бернард Толенс, немски химик. Трябва ни източник на сребърни йони, така че сребърният нитрат е подходящ. Трябват ни хидроксидни аниони, така че натриев хидроксид и амоняк. Редът, по който ги добавяме, и концентрацията зависят от това кой метод се използва, но принципно ще се получи този диамин сребърен катион. Това ще окисли алдехида до карбоксилатни аниони, като сега ще покажа образуването на карбоксилатния анион тук. Сега ще покажа електроните. Въглеродът сега е свързан с кислород тук отдясно, вече не е свързан с водород. Това тук е окисление. Сега ще покажа някои електрони, като ще определя степените на окиселние, за да потвърдим, че това е реакция на окисление. Поставям електроните в тези връзки. Знаем, че всяка връзка се състои от два електрона, така че поставям тези електрони тук, ето така. Един начин за определяне на степените на окисление е да разгледаме разликата в електроотрицателността. Кислородът е по-електроотрицателен от въглерода, така че даваме всички тези четири електрона на кислорода. Въглерод и въглерод имат еднакви стойности, така че всеки въглерод взима по един електрон. Между въглерод и водород, въглеродът е по-електроотрицателен от водорода, така че той взима два електрона. Въглеродът има четири валентни електрона, тук има три електрона. Значи 4 минус 3 дава степен на окисление +1. Тук имаме карбоксилатен анион, сега ще направя същото и тук. Ще напиша всичко сега, като ще използвам същия цвят. Имаме въглерод, свързан с двойна връзка с кислород, поставям електроните тук. После имаме въглерод, свързан с въглерод, после въглерод, свързан с кислород тук отдясно. Ще поставя електроните, това са електроните. Отново ще разгледаме разликите в електроотрицателността. Кислородът води на въглерода, така че кислородът взима тези четири електрона. Тук има равенство между тези два въглерода. После тук кислородът взима тези два електрона. Така въглеродът има четири валентни електрона, а тук има само един. Значи четири минус три ни дава степен на окисление всъщност трябваше да кажа 4 минус 1, така степента на окисление е +3. Виждаме, че степента на окисление е повишена. Преминаваме от степен на окисление +1 при карбонилния въглерод в алдехидната група към степен на окисление +3 ето тук (карбонилния въглерод в карбоксилатния анион). Значи този въглерод е окислен. Ако нещо се окислява, то нещо друго се редуцира. Това друго нещо тук е сребърният катион. Имаме сребърен катион Ag+, степен на окисление +1. Тъй като окисляваме алдехида, ще редуцираме сребърния йон, той се редуцира до твърдо сребро със степен на окисление нула. То придобива електрон, така че този сребърен катион се редуцира до твърдо сребро, и така се получава сребърен огледален филм върху стъклените лабораторни съдове, ако всичко се осъществи правилно. Образуването на сребърно огледало показва наличието на алдехид, а това е много як начин, супер готин тест за определяне наличието на алдехид. Това помага да се различат алдехиди от кетони, защото принципно само алдехидите ще реагират с Толенсов реактив, при което се получава този страхотен сребърен филм. Ако искаш да получиш карбоксилна киселина, трябва да протонираш карбоксилатния анион, като така получаваш тук карбоксилна киселина. И така, имаме окисляване на алдехидите и редукция на среброто, при което се образува сребърно огледало. Сега да видим една реакция. Започваме с това съединение, първият ни реагент ще бъде натриев дихромат, сярна киселина и вода. Знаем ,че така ще се окислят различни функционални групи. Ще се окислят и алдехидната, и хидроксилната група. Сега ще напиша крайния продукт. Окисляваме алдехидната група, при което получаваме карбоксилна група. Ако окислим алкохолната група, ще получим кетон. Значи окисляваме вторичен алкохол и получаваме кетон. Ако в тази реакция използваш Толенсов реактив, а после протонираш, ще се окисли само алдехидната група. Алдехидната група се окислява до карбоксилна група, а ОН остава непроменена. Още веднъж, ако после протонираш, ще получиш карбоксилна група. так че Толенсовият реактив е селективен за алдехидната група. Той оставя алкохолната група непроменена. Това е така, защото Толенсовият реактив е слаб окисляващ агент, а е много лесно да се окисли алдехид. Много по-трудно е да се окисли кетон. Да видим друг пример, в който използваме Толенсов реактив. Това също е много интересен опит, който се прави почти навсякъде в учебните лаборатории. Тук се използва глюкоза като алдехид. Тук можеш да видиш отворената верига, тази форма на глюкозата. Можеш да видиш тук и алдехидната функционална група. Това си заслужава да се види, защото сме говорили малко за него в предишни видео уроци. Несподелената електронна двойка при този кислород може да атакува този карбонил, да изтласка тези електрони при този кислород, а след като го протонираме, депротонираме и протонираме, ще се получи цикличен полуацетал. Тук отляво е цикличният полуацетал, който се получава, така че нека да анализираме тези въглероди тук. Този карбонилен въглерод тук става аномерен въглерод в нашия цикличен полуацетал. Значи това е цикличната форма на глюкозата. Виждаш, че това е тази, която има ОН под равнината на пръстена, ако искаш да определиш кой аномер е това, можеш да сравниш това ОН с тази СН2ОН група, която е над равнината на пръстена. Тъй като те са от различни страни, това ще бъде транс, те са в транс положение помежду си. Това е алфа-аномера, така че това е алфа, алфа-глюкозната форма на цикличната полуацетална форма. Другата възможност е да присъединим това ОН над равнината на пръстена. И тъй като имаме плосък алдехид тук, можем да присъединим ОН отгоре, като тогава те ще бъдат от една и съща страна с СН2ОН, значи са в цис-позиция помежду си. Така че това ще бъде бета-аномер. Това ще бъде бета-глюкоза, цикличната ѝ форма. Цикличният полуацетал всъщност е предпочитан, това обсъдихме във видеото за получаване на полуацетали. Глюкозата е в повечето време в циклична форма, в алфа и бета форма. Но това е в равновесие с формата с отворена верига, която съдържа алдехидна функционална група. Точно това искаме да реагира с Толенсовия реактив. Така че, когато окисляваме алдехиди, ще се получи карбоксилатен анион, а когато окисляваме алдехида, ще редуцираме среброто. Сребърните йони от Ag+ стават на Ag и се образува сребърно огледало. Причината за използването на глюкозата е нейната висока разтворимост във вода, което много улеснява реакцията. Както и поради всички тези ОН групи в глюкозната молекула. Значи можеш да получиш сребърно огледало по този начин. Можеш да направиш много яки сребърни огледала с глюкоза. Ще ти покажа няколко снимки на такива. Тук отляво моите ученици ми направиха играчка за елха. Можеш да направиш тази реакция с коледна играчка. И после да я сложиш на коледната елха. Затова тук ще напиша Дървото на химиците, ако има такъв празник. Това е съпругата ми, която държи играчката, която учениците ми направиха за нас. Можеш да правиш и плоски огледала по този начин. Тук отдясно е моето отражение в плоско сребърно огледало, което направих, като започнах с микроскопско стъкло. Това е обикновено стъкло, което поставих на дъното на 600 милилитрова колба. След това посребрих горната му част, като се уверих, че другата му страна е чисто стъкло. После се слага малко лак отгоре и имаш наистина хубаво сребърно огледало. Изработването на сребърни огледала с използване на химични реакции е нещо, което било усъвършенствано от немския химик Йстус фон Либих през 30-те години на 19-ти век. И макар Бърнард Толенс да е създал Толенсовия реактив, Либих е този, който е усъвършенствал изработването на сребърни огледала. Много е забавно да си направиш такова и аз те окуражавам да го направиш в твоята училищна лаборатория по химия.