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In chimica organica, le reazioni redox sembrano un po ‘ diverse. Gli elettroni in una reazione redox organica vengono spesso trasferiti sotto forma di uno ion idruro – un protone e due elettroni. Poiché si verificano in concomitanza con il trasferimento di un protone, questi sono comunemente indicati come reazioni di idrogenazione e deidrogenazione: un idruro più un protone si aggiunge a una molecola di idrogeno (H2)., Attenzione – non confondere i termini idrogenazione e deidrogenazione con idratazione e disidratazione – questi ultimi si riferiscono al guadagno e alla perdita di una molecola d’acqua (e non sono reazioni redox), mentre i primi si riferiscono al guadagno e alla perdita di una molecola di idrogeno.
Quando un atomo di carbonio in un composto organico perde un legame con l’idrogeno e guadagna un nuovo legame con un eteroatomo (o con un altro carbonio), diciamo che il composto è stato deidrogenato o ossidato., Molto comune biochimica esempio è l’ossidazione di un alcol per un chetone o aldeide:
Quando un atomo di carbonio perde un legame a idrogeno e i guadagni di un legame con un eteroatomo (o ad un altro atomo di carbonio), è considerato un processo ossidativo a causa di idrogeno, di tutti gli elementi, è il meno elettronegativo. Pertanto, nel processo di deidrogenazione l’atomo di carbonio subisce una perdita complessiva di densità elettronica – e la perdita di elettroni è l’ossidazione.,
Viceversa, quando un atomo di carbonio in un composto organico guadagna un legame con l’idrogeno e perde un legame con un eteroatomo (o con un altro atomo di carbonio), diciamo che il composto è stato idrogenato o ridotto. L’idrogenazione di un chetone in un alcol, ad esempio, è nel complesso il contrario della deidrogenazione dell’alcol mostrata sopra. Illustrato di seguito è un’altra possibilità comune, l’idrogenazione (riduzione) di un alchene ad un alcano.,
L’idrogenazione si traduce in una maggiore densità elettronica su uno o più atomi di carbonio, e quindi consideriamo il processo come una riduzione della molecola organica.
Si noti che né l’idrogenazione né la deidrogenazione comportano il guadagno o la perdita di un atomo di ossigeno. Le reazioni che implicano il guadagno o la perdita di uno o più atomi di ossigeno sono solitamente indicate come reazioni “ossigenasi” e “reduttasi”.,
Per la maggior parte, quando si parla di reazioni redox in chimica organica abbiamo a che fare con un piccolo insieme di trasformazioni di gruppi funzionali molto riconoscibili. È quindi molto utile acquisire familiarità con l’idea degli “stati di ossidazione” applicati ai gruppi funzionali organici. Confrontando il numero relativo di legami con gli atomi di idrogeno, possiamo ordinare i gruppi funzionali familiari in base allo stato di ossidazione. Prenderemo una serie di singoli composti di carbonio come esempio. Il metano, con quattro legami carbonio-idrogeno, è altamente ridotto., Il prossimo della serie è il metanolo (un legame carbonio-idrogeno in meno, un altro legame carbonio-ossigeno), seguito da formaldeide, formiato e infine anidride carbonica all’estremità altamente ossidata del gruppo.,
Questo modello vale anche per i pertinenti gruppi funzionali organici di molecole con due o più atomi di carbonio:
Alcani sono fortemente ridotta, mentre gli alcoli – così come alcheni, eteri, ammine, solfuri, e fosforici – sono un passo sul ossidazione scala, seguita da aldeidi/chetoni/immine ed epossidi, e, infine, da derivati degli acidi carbossilici (biossido di carbonio, in cima alla ossidazione elenco, è specifico per il singolo carbonio di serie).,
Si noti che nella serie di composti a due atomi di carbonio sopra, etanolo ed etene sono considerati nello stesso stato di ossidazione. Sapete già che alcoli e alcheni sono interconvertiti mediante aggiunta o eliminazione di acqua (ad esempio nella sezione 10.4.). Quando un alcool è disidratato per formare un alchene, uno dei due carboni perde un legame C-H e guadagna un legame C-C, e quindi viene ossidato. Tuttavia, l’altro carbonio perde un legame C-O e guadagna un legame C-C, e quindi è considerato ridotto., Nel complesso, quindi, non vi è alcuna modifica allo stato di ossidazione dei carboni considerati insieme.
Dovresti imparare a riconoscere quando una reazione comporta un cambiamento nello stato di ossidazione dei carboni in un reagente organico. Guardando la seguente trasformazione, ad esempio, dovresti essere in grado di riconoscere rapidamente che si tratta di un’ossidazione: un gruppo funzionale alcolico viene convertito in un chetone, che è un passo avanti nella scala di ossidazione.,
Allo stesso modo, questa reazione successiva comporta la trasformazione di un derivato dell’acido carbossilico (un tioestere) prima in un’aldeide, poi in un alcool: si tratta di una doppia riduzione, in quanto il substrato perde due legami con gli eteroatomi e guadagna due legami con gli idrogeni.,
Un acil reazione di trasferimento (ad esempio la conversione di un acil fosfato di un’ammide) non è considerata una reazione redox – lo stato di ossidazione della molecola organica è non cambia come substrato è convertito al prodotto, a causa di un legame con un eteroatomo (ossigeno) è stato scambiato per un prestito obbligazionario per un altro eteroatomo (azoto).,
È importante essere in grado di riconoscere quando una molecola organica viene ossidata o ridotta, perché questa informazione ti dice di cercare la partecipazione di un corrispondente agente redox che viene ridotto o ossidato – ricorda, l’ossidazione e la riduzione avvengono sempre in tandem! Impareremo presto in dettaglio i più importanti agenti redox biochimici e di laboratorio.
- Chimica organica con enfasi biologica di Tim Soderberg (Università del Minnesota, Morris)
