H11 organische

# Oxidatie en reductie in organische chemie Dit hoofdstuk introduceert de concepten oxidatie en reductie in de organische chemie, gedefinieerd door veranderingen in zuurstofgehalte, elektronaantal en oxidatiegetallen van koolstofatomen [1](#page=1) [2](#page=2). ### 1.1 Algemene concepten van oxidatie en reductie Oxidatie en reductie zijn tegengestelde processen die altijd gelijktijdig plaatsvinden; de oxidatie van het ene reagens impliceert de reductie van het andere. In de organische chemie worden deze reacties beschouwd vanuit het perspectief van de organische molecule zelf [1](#page=1). #### 1.1.1 Definities * **Oxidatie:** Een organische molecule wordt "rijker" aan zuurstof. Per conventie stijgt het oxidatiegetal van de betrokken koolstofatomen [1](#page=1) [2](#page=2). * **Reductie:** Een organische molecule wordt "rijker" aan elektronen en "armer" aan zuurstof. Bij een reductie daalt de som van de oxidatiegetallen van de betrokken koolstofatomen [1](#page=1) [3](#page=3). #### 1.1.2 Oxidatiegetallen Het oxidatiegetal van een koolstofatoom wordt bepaald door de relatieve elektronegativiteit van de elementen waaraan het gebonden is [2](#page=2). * Per binding naar een meer elektronegatief element stijgt het oxidatiegetal met +1 [2](#page=2). * Per binding naar een minder elektronegatief element (inclusief waterstof) daalt het oxidatiegetal met -1 [2](#page=2). Het oxidatiegetal is een formele lading en verschilt van de werkelijke lading [2](#page=2). > **Tip:** Niet alle addities aan een dubbele binding veranderen noodzakelijkerwijs de oxidatietoestand van de molecule [3](#page=3). #### 1.1.3 Oxidatiegetallen en reactietype * Bij oxidatie stijgt de som van de oxidatiegetallen van de betrokken C-atomen [3](#page=3). * Bij reductie gebeurt het tegenovergestelde [3](#page=3). ### 1.2 Oxidatie van alcoholen Alcoholen kunnen geoxideerd worden met sterke oxiderende reagentia zoals kaliumpermanganaat (KMnO4) of kaliumdichromaat (K2Cr2O7/K2CrO4), die in situ CrO3 kunnen vormen. Het proces van oxidatie van een alcohol houdt het onttrekken van H$^+$ en H$^-$ in van het koolstofatoom en het zuurstofatoom van de C-OH binding, wat leidt tot de vorming van H$_2$ [3](#page=3) [4](#page=4). #### 1.2.1 Reactiviteit van verschillende alcoholtypen * **Primaire alcoholen** worden geoxideerd tot aldehyden, en verder tot carbonzuren [4](#page=4) [5](#page=5). * **Secundaire alcoholen** worden geoxideerd tot ketonen [4](#page=4). * **Tertiaire alcoholen** kunnen niet geoxideerd worden omdat er geen waterstofatoom aan het koolstofatoom gebonden is dat de C-OH groep draagt [4](#page=4). #### 1.2.2 Voorbeeld van de oxidatie van een alcohol Het mechanisme van de oxidatie van een tertiair alcohol met CrO$_3$ leidt tot een eliminatiereactie en veranderingen in de oxidatietoestanden van chroom: van +6 naar +4, 0 en +2 [4](#page=4). ### 1.3 Reductie van carbonylfuncties Carbonylfuncties in aldehyden en ketonen kunnen gereduceerd worden tot alcoholen met behulp van geschikte reductantia [5](#page=5). * **Aldehyden** worden gereduceerd tot primaire alcoholen [5](#page=5). * **Ketonen** worden gereduceerd tot secundaire alcoholen [5](#page=5). Tertiaire alcoholen kunnen niet via een reductiereactie worden gevormd [5](#page=5). #### 1.3.1 Katalytische Hydrogenatie Een veelgebruikte methode voor reductie is katalytische hydrogenatie met H$_2$ gas in aanwezigheid van een katalysator zoals platina (Pt), nikkel (Ni) of palladium (Pd) onder matige druk. Dit proces is analoog aan de katalytische hydrogenatie van alkenen [5](#page=5). > **Voorbeeld:** De reductie van een aldehyde tot een primair alcohol kan worden weergegeven als: > $$ RCH O + H_2 \xrightarrow{Katalysator} RCH_2 OH $$ [5](#page=5). --- # Oxidatie van alcoholen Dit deel behandelt de oxidatie van primaire, secundaire en tertiaire alcoholen met behulp van sterke oxiderende reagentia, inclusief de mechanismen en de gevormde producten [3](#page=3) [4](#page=4). ### 2.1 Algemene principes van alcoholoxidatie Oxidatie van een organische molecule resulteert in een stijging van de som van de oxidatiegetallen van de betrokken koolstofatomen. Bij de oxidatie van alcoholen wordt dit bereikt door het onttrekken van een proton (H$^+$) en een hydride-ion (H$^-$) van het koolstofatoom en het zuurstofatoom die betrokken zijn bij de C-OH binding, wat leidt tot de vorming van waterstofgas (H$_2$) [3](#page=3) [4](#page=4). ### 2.2 De invloed van de alcoholstructuur op oxidatie De mogelijkheid tot oxidatie en het eindproduct van de reactie zijn sterk afhankelijk van het type alcohol (primair, secundair of tertiair) [4](#page=4). #### 2.2.1 Primaire alcoholen Primaire alcoholen bevatten een C-OH groep waarbij het koolstofatoom gebonden is aan twee waterstofatomen en één alkylgroep (R-CH$_2$-OH). Bij oxidatie van primaire alcoholen wordt eerst een aldehyde gevormd. Verdere oxidatie van het aldehyde, indien de omstandigheden dit toelaten, kan leiden tot de vorming van een carbonzuur. Het oxidatiereagens speelt hierbij een cruciale rol; met sterkere oxiderende middelen wordt makkelijker doorgeslagen naar het carbonzuur [3](#page=3) [4](#page=4). #### 2.2.2 Secundaire alcoholen Secundaire alcoholen hebben een C-OH groep waarbij het koolstofatoom gebonden is aan twee alkylgroepen en één waterstofatoom (R$_2$-CH-OH). De oxidatie van secundaire alcoholen leidt direct tot de vorming van een keton. Ketonen zijn over het algemeen stabieler tegen verdere oxidatie onder deze omstandigheden dan aldehyden, waardoor de reactie hier stopt [4](#page=4). #### 2.2.3 Tertiaire alcoholen Tertiaire alcoholen bevatten een C-OH groep waarbij het koolstofatoom gebonden is aan drie alkylgroepen (R$_3$-C-OH) en geen waterstofatomen. Tertiaire alcoholen kunnen niet geoxideerd worden onder de gebruikelijke omstandigheden voor alcoholoxidatie, omdat er geen waterstofatoom aan het koolstofatoom van de C-OH groep gebonden is dat samen met het H van de OH-groep verwijderd kan worden om H$_2$ te vormen [4](#page=4). ### 2.3 Oxiderende reagentia Sterk oxiderende reagentia die gebruikt kunnen worden voor de oxidatie van alcoholen zijn onder andere kaliumpermanganaat (KMnO$_4$) en kaliumdichromaat (K$_2$Cr$_2$O$_7$) of kaliumchromaat (K$_2$CrO$_4$). Deze dichromaat- en chromaat-reagentia leiden in situ tot chroomtrioxide (CrO$_3$) als actief oxiderend species [3](#page=3). > **Tip:** Het onderscheid tussen primaire, secundaire en tertiaire alcoholen is fundamenteel voor het voorspellen van de reactiviteit bij oxidatie. Zorg dat je de algemene structuren hiervan kunt herkennen. ### 2.4 Reactiemechanisme (illustratief) Het mechanisme van alcoholoxidatie, bijvoorbeeld met een chroomreagens, omvat typisch de vorming van een chroomester, gevolgd door eliminatie van H$_2$O en een proton, wat leidt tot de vorming van het geoxideerde product en een gereduceerde chroomspecies. Hierbij ondergaat chroom een reductie van oxidatiegetal +6 naar +4, +2 of 0, afhankelijk van het specifieke proces [4](#page=4). > **Voorbeeld:** De oxidatie van isopropanol (een secundaire alcohol) met een chroomreagens leidt tot aceton (een keton). De oxidatie van ethanol (een primaire alcohol) met hetzelfde reagens kan eerst ethanol leiden en, bij verdere oxidatie, azijnzuur. --- # Reductie van carbonylfuncties Dit onderdeel behandelt de reductie van aldehyden en ketonen tot alcoholen, waarbij met name de hydrogenatie met katalysatoren wordt besproken [5](#page=5). ### 3.1 Algemeen principe De reductie van de carbonylfunctie ($\text{C=O}$) resulteert in de vorming van een alcohol. Aldehyden worden gereduceerd tot primaire alcoholen, en ketonen worden gereduceerd tot secundaire alcoholen. Tertiaire alcoholen kunnen niet door middel van een reductiereactie worden verkregen [5](#page=5). ### 3.2 Methoden voor reductie #### 3.2.1 Hydrogenatie met H$_2$ gas en katalysator Een veelgebruikte methode voor de reductie van carbonylgroepen is de katalytische hydrogenatie. Hierbij wordt waterstofgas ($\text{H}_2$) gebruikt in aanwezigheid van een katalysator zoals nikkel ($\text{Ni}$), platina ($\text{Pt}$) of palladium ($\text{Pd}$). Deze reactie vindt plaats onder matige druk [5](#page=5). De reactie kan als volgt worden weergegeven: * Aldehyde $\rightarrow$ primair alcohol [5](#page=5). * Keton $\rightarrow$ secundair alcohol [5](#page=5). Deze methode is vergelijkbaar met de katalytische hydrogenatie van alkenen en verloopt op een volledig analoge wijze [5](#page=5). > **Tip:** Hoewel de tekst zich specifiek richt op waterstofgas, zijn er ook andere reductiemiddelen zoals natriumboorhydride ($\text{NaBH}_4$) en lithiumaluminiumhydride ($\text{LiAlH}_4$) die carbonylgroepen kunnen reduceren. Deze worden echter niet behandeld in de opgegeven pagina. #### 3.2.2 Vergelijking met oxidatie De reductie van carbonylfuncties staat in contrast met de oxidatie van primaire alcoholen en aldehyden. Primaire alcoholen kunnen geoxideerd worden tot aldehyden en vervolgens tot carbonzuren [5](#page=5). De algemene reactievergelijking voor de reductie is: $$ \text{Aldehyde of Keton} + \text{Reductans} \rightarrow \text{Alcohol} $$ met specifiek voor katalytische hydrogenatie: $$ \underset{R^1}{\stackrel{R^2}{C=O}} + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{Katalysator}} \underset{R^1}{\stackrel{R^2}{C-OH}}\text{H} $$ waarbij R$^1$ en R$^2$ alkylgroepen of waterstof kunnen zijn [5](#page=5). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Oxidatie | Een chemisch proces waarbij een organische molecule 'rijker' wordt aan zuurstof, of waarbij het oxidatiegetal van koolstofatomen in de molecule stijgt. | | Reductie | Een chemisch proces waarbij een organische molecule 'rijker' wordt aan elektronen, of waarbij het oxidatiegetal van koolstofatomen in de molecule daalt. Dit staat tegenovergesteld aan oxidatie. | | Oxidatiegetal | Een formele lading die wordt toegekend aan een atoom in een molecuul, gebaseerd op de relatieve elektronegativiteit van de atomen waarmee het gebonden is. Een binding met een elektronegatiever element verhoogt het oxidatiegetal met +1, terwijl een binding met een minder elektronegatief element (zoals H) het met -1 verlaagt. | | Alcoholen | Organische verbindingen die een hydroxylgroep (-OH) bevatten. Ze worden geclassificeerd als primair, secundair of tertiair afhankelijk van het aantal koolstofatomen dat gebonden is aan het koolstofatoom dat de hydroxylgroep draagt. | | Aldehyde | Een organische verbinding die een carbonylgroep (-C=O) bevat aan het einde van een koolstofketen, met ten minste één waterstofatoom direct gebonden aan het carbonylkoolstofatoom. Aldehyden kunnen verder geoxideerd worden tot carbonzuren. | | Keton | Een organische verbinding die een carbonylgroep (-C=O) bevat in het midden van een koolstofketen, met twee andere koolstofatomen direct gebonden aan het carbonylkoolstofatoom. | | Carbonzuur | Een organische verbinding die een carboxylgroep (-COOH) bevat, bestaande uit een carbonylgroep (-C=O) en een hydroxylgroep (-OH) gebonden aan hetzelfde koolstofatoom. Carbonzuren worden gevormd door de verdere oxidatie van aldehyden. | | Hydrogenatie | Een chemische reactie waarbij waterstofgas (H2) wordt toegevoegd aan een onverzadigde verbinding, zoals een dubbele of drievoudige binding, meestal in aanwezigheid van een katalysator zoals platina (Pt), nikkel (Ni) of palladium (Pd). | | Katalysator | Een stof die de snelheid van een chemische reactie verhoogt zonder zelf permanent te worden verbruikt. Voorbeelden in deze context zijn Pt, Ni en Pd gebruikt bij hydrogenatie. |