Portál PřF UK pro podporu výuky chemie na SŠ a ZŠ

Oxidace alkoholů pomocí Cu

Pomůcky

zkumavka (demonstrační), Cu drát, kahan, sirky

Chemikálie

C2H5OH, Schiffovo činidlo (roztok fuchsinu odbarvený oxidem siřičitým, popř. hydrogensiřičitanem)

Postup

Do větší (demonstrační) zkumavky nalijte cca 3 ml ethanolu. Měděný drátek stočený do spirály zahřívejte v plameni kahanu. Rozžhavený drátek vsuňte do zkumavky do par ethanolu těsně nad hladinu (neponořujte drátek do roztoku – rychle by zchladl). Vyčkejte, až se objeví čistá měď, poté drátek vyjměte. Drátek opět zčerná, pokud nevychladl, opět ho vložte do zkumavky, v opačném případě ho zahřejte v plameni kahanu. Postup několikrát opakujte.
K roztoku poté přidejte pár kapek Schiffova činidla.
Měděný drátek při zahřívání mění zbarvení z oranžové na černou, po vložení do par ethanolu se zbarvení vrátí zpět na oranžovou. Roztok ve zkumavce zůstává bezbarvý.
Po přidání Schiffova činidla se objeví růžovofialové zbarvení roztoku.

Princip

Měděný drátek se při zahřívání v plameni kahanu oxiduje – pokrývá se vrstvičkou černého oxidu měďnatého. Po vložení do par ethanolu dochází k oxidaci ethanolu – na acetaldehyd, zároveň se oxid měďnatý redukuje na Cu, což se projeví změnou zbarvení zpět na původní oranžovou. Po vytažení měděného drátku z par ethanolu se měď opět oxiduje na vzduchu za vzniku černého oxidu měďnatého.


Vzniklý produkt je bezbarvý – lze jej dokázat nepřímo změnou zbarvení mědi. Přímo jej ale dokážeme pomocí Schiffova činidla.
Podstatou Schiffova činidla je roztok fuchsinu odbarvený oxidem siřičitým, popř. hydrogensiřičitanem. Fuchsin je organické barvivo, které ve vodném roztoku má purpurovou barvu. Roztok fuchsinu je barevný díky centrální chinoidní struktuře, která absorbuje světlo ve viditelné oblasti slunečního záření. K odbarvení dochází účinkem oxidu siřičitého, případně hydrogensiřičitanu – probíhá sulfonace na centrálním atomu uhlíku. Tato reakce narušuje výhodný delokalizovaný π-elektronový systém v původní molekule, čímž dochází ke změně zbarvení – vzniká bezbarvý roztok Schiffova činidla.

Hydrogensiřičitanový anion ze Schiffova činidla má na atomu síry volný elektronový pár (nukleofilní činidlo), pomocí něhož se váže na karbonylový uhlík, (nukleofilní adice) – na karbonylovém uhlíku je parciální kladný náboj δ+. Dochází k uvolnění fuchsinu – změna zbarvení z bezbarvé na růžovofialovou. Reakcí vznikají sloučeniny zvané bisulfity.

Reakce poskytující bisulfity je obecná pro všechny aldehydy, z ketonů reagují pouze methylalkylketony a některé cyklické ketony (cyklopentanon, cyklohexanon). Schiffovo činidlo tedy slouží k důkazu všech aldehydů (v našem případě acetaldehyd) a methylalkylketonů (např. aceton).
Oxidací primárních alkoholů oxidem kovu (pomocí CuO) nebo katalytickou oxidací primárních alkoholů (pomocí Pt drátku) vznikají aldehydy, v případě sekundárních alkoholů by vznikaly ketony. Oxidací primárních alkoholů pomocí oxidačních činidel (KMnO4 nebo K2Cr2O7) vznikají až karboxylové kyseliny – v první fázi vznikají aldehydy, které se ovšem dále oxidují právě na karboxylové kyseliny. V případě sekundárních alkoholů dochází k oxidaci pouze na ketony (karboxylové kyseliny bychom připravili v tomto případě použitím velmi silného oxidačního činidla – došlo by ke štěpení vazby C–C v místě karbonylového uhlíku a ke vzniku 2 karboxylových kyselin).

Využití

d-prvky (měď), hydroxyderiváty (alkoholy – oxidace alkoholů na aldehydy), karbonylové sloučeniny (aldehydy – příprava)

Typ pokusu

demonstrační i laboratorní

Bezpečnost

nepopálit se rozžhaveným Cu drátkem, pozor při ponoření Cu spirály do roztoku ethanolu na vypěnění, ethanol (vysoce hořlavý), se Schiffovým činidlem pracovat v digestoři či ve větrané místnosti – může se uvolňovat SO2 (toxický), který má štiplavý zápach

Čas

příprava – 5 minut, vlastní provedení – 10 minut

Tipy

– měděnou spirálu je možno zasunout do roztoku – POZOR dochází k bouřlivé reakci (vypěnění), spirála ovšem zchladne, je nutné ji znovu rozžhavit; důkazová reakce Schiffovým činidlem proběhne ihned
– v případě vložení Cu spirály pouze do par alkoholu nad roztokem se růžovofialové zbarvení roztoku objevuje postupně
– pokus názorný – nejjednodušší provedení s ethanolem, běžně dostupný

Video

http://www.youtube.com/watch?v=btKRk6V5eNI&feature=youtu.be (old.studiumchemie.cz, Oxidace alkoholů pomocí Cu, video se zvukem, vložení Cu spirály do zkumavky nad hladinu)
http://www.youtube.com/watch?v=LA6jFS27uCg&feature=youtu.be (old.studiumchemie.cz, Oxidace alkoholů pomocí Cu II, video se zvukem, ponoření Cu spirály do ethanolu ve zkumavce)
http://kch.zf.jcu.cz/didaktika/organchem/index.htm (Internetová video-databáze chemických pokusů ZF JU, Organická chemie, pokus Acetaldehyd, video bez zvuku – zanoření Cu spirály do ethanolu, bez důkazu Schiffovým činidlem, přehrávač Windows Media Player)
http://www.youtube.com/watch?v=gmvW_5I3m_U&feature=related (Netexperimente, Oxidation of alcohol – Oxidation von Ethanol, Propanol und Ethanal, video se zvukem laboratoře, použity: ethanol, propanol, ethanal)