新制CuO與醛基反應(yīng)的機(jī)理探究

雷素娟（重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)附屬中學(xué)校，重慶 400700）

新制CuO與醛基反應(yīng)的機(jī)理探究

雷素娟（重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)附屬中學(xué)校，重慶 400700）

人教版高中化學(xué)教材有機(jī)化學(xué)部分講到醛類的性質(zhì)，其中，醛類的催化氧化性是醛類一個(gè)比較重要的性質(zhì)，通常用來(lái)鑒定醛基的存在，所用到試劑為銀氨溶液和新制的Cu(OH)2，這是因?yàn)槿┰趬A性環(huán)境中被弱氧化劑銀氨溶液、新制的Cu(OH)2氧化生成羧酸鹽，而氧化劑分別被還原成單質(zhì)銀和+1價(jià)銅的氧化物。選修5實(shí)驗(yàn)3-6中寫(xiě)道：“在試管里加入10%的NaOH溶液2 mL，滴入2%的CuSO4溶液4～6滴Cu(OH)2，……”，分析數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)相對(duì)于CuSO4溶液，NaOH溶液是過(guò)量的，Cu(OH)2是兩性氧化物（既可以溶于酸，也可以溶于過(guò)量的濃堿），對(duì)于該反應(yīng)為什么在堿性條件下進(jìn)行已有很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了探討。

楊淑梅[1]認(rèn)為乙醛在堿性條件下失去一個(gè)H+生成碳負(fù)離子，生成的碳負(fù)離子可與Cu2+絡(luò)合，進(jìn)而產(chǎn)生H-，H-的強(qiáng)還原性可將Cu(OH)2還原為Cu2O。陳廷俊[2]在前者研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為在堿性環(huán)境中，乙醛能產(chǎn)生碳負(fù)離子，與[Cu(OH)4]2-電離產(chǎn)生的Cu2+生成絡(luò)合物，進(jìn)而產(chǎn)生產(chǎn)生H-還原Cu(OH)2還原為Cu2O。段昌平[3]提出醛基在堿性條件下的還原性比在酸性條件下強(qiáng)得多，這是因?yàn)?/p>

即從電極電勢(shì)的角度分析了堿性條件對(duì)醛基還原性的影響。綜上所述，醛基在堿性條件下能將新制Cu(OH)2還原為Cu2O[4-5]，其機(jī)理得到了很好的解釋，然而，并未發(fā)現(xiàn)有學(xué)者對(duì)新制CuO與醛基之間的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。

本文通過(guò)研究了新制CuO與醛基之間反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)比其產(chǎn)生沉淀的顏色和最終產(chǎn)物氣味等因素來(lái)確定新制CuO與醛基之間反應(yīng)的主產(chǎn)物和副產(chǎn)物，并在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上探討了該反應(yīng)主反應(yīng)和副反應(yīng)進(jìn)行的反應(yīng)機(jī)理，很好的解釋了新制CuO與醛基反應(yīng)生成磚紅色沉淀的原理。

實(shí)驗(yàn)部分

1 儀器與試劑

試劑：銅絲，乙醛

儀器：試管，砂紙，酒精燈，膠頭滴管，試管夾，鐵夾，表面皿等

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 新制CuO的制備

取直徑為1 mm左右的銅絲20 cm，用砂紙打磨銅絲表面至光滑有金屬光澤，將銅絲繞成螺旋狀，至于酒精燈外焰上灼燒，直到銅絲表面完全變成黑色時(shí)，停止加熱。

2.2 新制CuO和醛基的反應(yīng)

用量筒量取10 mL乙醛加入試管中，將2.1中制得的灼熱氧化銅迅速插入裝有10 mL乙醛的試管，待銅絲冷卻至室溫后取出，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄。

結(jié)果與討論

通過(guò)對(duì)新制CuO和醛基的反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察，并與新制Cu(OH)2和醛基反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作對(duì)比發(fā)現(xiàn)：銅絲表面黑色的氧化銅逐漸消失，銅絲表面出現(xiàn)紅色的固體，取出銅絲后，向試管中滴入幾滴紫色石蕊試液，試管中溶液變紅，反應(yīng)過(guò)程中可以聞到有刺激性的氣味。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中現(xiàn)象如下圖1所示：

圖1 新制CuO和醛基的反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

通過(guò)對(duì)比反應(yīng)中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不難發(fā)現(xiàn)，新制CuO和醛基的反應(yīng)后CuO被醛基還原生成了Cu2O，而乙醛中的醛基本身被氧化為羧基，因而，新制CuO和乙醛反應(yīng)的主反應(yīng)方程式為：

CH3CHO+2CuO+NaOH CH3COONa+Cu2O↓+H2O

即在濃堿性條件下，新制的氧化銅會(huì)被還原為磚紅色Cu2O固體，那么，該反應(yīng)為什么需要在堿性條件下進(jìn)行呢？這個(gè)反應(yīng)能發(fā)生，其機(jī)理是如何進(jìn)行的呢？本文對(duì)該反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了探索，內(nèi)容如圖2所示：

圖2 新制CuO與乙醛反應(yīng)的機(jī)理圖

分析圖2可以看出：當(dāng)乙醛中的醛基與新制CuO在濃堿條件下反應(yīng)時(shí)，由于好濃度OH-存在會(huì)使得CuO分子中的C=O雙鍵打開(kāi)變?yōu)閱捂I，兩兩結(jié)合為帶有一個(gè)單位正電荷的O-Cu-OCu+離子，來(lái)進(jìn)攻乙醛中醛基上的碳原子，導(dǎo)致乙醛中醛基上的C=O雙鍵打開(kāi)，與O-Cu-O-Cu+離子與之配位的氧原子相互作用形成羧基，而O-Cu-O-Cu+離子中剩余的原子結(jié)合為Cu2O，即產(chǎn)生磚紅色的固體，而羧基在堿性條件下會(huì)形成相應(yīng)的羧酸鹽和水。經(jīng)過(guò)分析可以看出，在濃堿條件下，醛基會(huì)被新制CuO氧化為羧基，而自身被還原為磚紅色的Cu2O，其反應(yīng)機(jī)理得到了合理的解釋。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)：醛基在濃堿的環(huán)境中能夠被弱氧化劑銀氨溶液、新制的Cu(OH)2氧化生成羧酸鹽,而氧化劑分別被還原成單質(zhì)銀和+1價(jià)銅的氧化物，而同樣在濃堿條件下也能被新制的CuO氧化為羧基，而自身被還原為磚紅色的Cu2O固體，主要是因?yàn)楦邼舛鹊腛H-存在會(huì)使得醛基上的碳原子被活化，與氧化銅形成的O-Cu-O-Cu+離子形成配位鍵，從而自身的C=O被打開(kāi)，與O-Cu-O-Cu+離子中的氧原子形成羧基，O-Cu-O-Cu+離子剩余原子結(jié)合為磚紅色的Cu2O固體，文中從反應(yīng)機(jī)理出發(fā)，證明了該反應(yīng)進(jìn)行的必然性，為后續(xù)關(guān)于醛基性質(zhì)的探索提供了理論依據(jù)，具有較為廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

[1]楊淑梅.對(duì)乙醛還原氫氧化銅實(shí)驗(yàn)的探討.化學(xué)工程與裝備，2007，7，33-34.

[2]陳廷俊.對(duì)乙醛還原氫氧化銅實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的探討.化學(xué)教育，2013，3，68-69.

[3]段昌平.細(xì)說(shuō)氫氧化銅與新制氫氧化銅.化學(xué)教育，

2013，12，76-77.

[4]朱和清.醛與新制Cu(OH)2反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探討.邵陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，2(1)，125-126.

[5]王志平.新制Cu(OH)2與醛基反應(yīng)本質(zhì)的認(rèn)識(shí).化學(xué)教學(xué)，1997，5，44-45.

Explore the mechanism of aldehyde with CuO reaction system

LEI Su-juan(High school Affiliated to Southwest University，Chongqing，400700)

本著完善醛基作為還原劑被弱氧化劑氧化的目的，本文研究了新制的CuO與乙醛反應(yīng)過(guò)程的現(xiàn)象，通過(guò)與醛基和新制Cu(OH)2的反應(yīng)作對(duì)比，確定了醛基在堿性條件下被新制的CuO氧化所得產(chǎn)物為羧基，并探討了該反應(yīng)進(jìn)行的反應(yīng)機(jī)理，很好的對(duì)該氧化還原反應(yīng)進(jìn)行了解釋。

新制CuO;醛基氧化;羧基

With the purpose of improving the weak antioxi?dant oxidation reduction,this paper studies the new system of the phenomenon of newly-prepared CuO and acetaldehyde reaction process,with the aldehyde group and a new system of Cu(OH)2re?action,and determines the aldehyde group under alkaline condi?tions was newly-prepared CuO oxidation of the products of the new system of carboxyl,and discusses the reaction mechanism of the reaction,a good explanation for the REDOX reaction.

newly-prepared CuO;aldehyde group reaction; carboxyl

雷素娟（1989-），女，漢族，陜西咸陽(yáng)人，重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)附屬中學(xué)?；瘜W(xué)教師，中學(xué)二級(jí)教師