Il numero di ossidazione nei composti organici
La determinazione del numero di ossidazione degli elementi costituenti piccole molecole organiche non rappresenta un problema insormontabile; basta ricordarsi la regola già vista a proposito dei numeri di ossidazione degli elementi costituenti un composto inorganico. Infatti la somma dei vari numeri di ossidazione, se il composto è neutro, deve valere zero.
L'elemento più rappresentativo, cioè il carbonio, può avere uno stato di ossidazione che va da -4, come ad esempio nel metano (CH4) a +4, come ad esempio nel tetracloruro di carbonio (CCl4).
La difficoltà maggiore si incontra quando ci si trova davanti molecole molto grandi ma la soluzione, a dispetto dell'apparente difficoltà, è abbastanza semplice. Innanzi tutto basti pensare che non è necessario determinare un valore assoluto dello stato di ossidazione di un elemento che costituisce una molecola organica; è importante piuttosto conoscere la variazione dello stato di ossidazione di quel dato elemento prima e dopo la reazione chimica.
Le regole da seguire sono abbastanza semplici:
- a) gli elementi legati al carbonio hanno i n.o. già visti per i composti inorganici: quindi all'idrogeno si attribuisce +1 (tranne che negli idruri, dove vale -1), all'ossigeno si attribuisce -2 (tranne che nei perossidi, dove vale -1), gli alogeni valgono -1, il gruppo ossidrile, preso nell'insieme, vale -1, gli atomi allo stato fondamentale valgono zero.
- b) preso un atomo di carbonio, di cui si deve calcolare lo stato di ossidazione, si assegna n.o. = 0 ad ogni altro atomo di carbonio legato a quello preso in esame; in pratica si ignora il resto della molecola, completamente, e si calcolano i n.o. dei vari "blocchi" della molecola, tenendo presente che la somma totale dei numeri di ossidazione di ogni blocco deve essere zero. Vale sempre la regola che il numero negativo va assegnato all'elemento più elettronegativo.
Ad esempio nel dimetilchetone, prendiamo in esame un atomo di carbonio alla volta:
lo stesso faremo per il 2-propanolo:
Quindi se queste molecole fossero l'una il reagente e l'altra il prodotto, vedremmo che il carbonio-2 è l'unico a variare il suo stato di ossidazione, che passa da +2 a 0, il che equivale ad un acquisto di 2 elettroni. Si tratta quindi di una riduzione da chetone ad alcool.
Il bilanciamento di una reazione organica
Si utilizzano le variazioni di numero di ossidazione nello stesso modo visto per le reazioni inorganiche: gli elettroni persi dalla specie riducente devono essere in egual numero a quelli guadagnati dall'agente ossidante. Facciamo l'esempio di una riduzione da acetone a 2-propanolo ad opera dell'idruro di litio e alluminio.
LiAlH4 + CH3COCH3 + H2O → CH3CHOHCH3 + LiOH + Al(OH)3
Determiniamo i n.o. dei vari elementi partecipanti:
- Li = +1
- Al = +3
- H (idruro) = -1
- O = -2
I metili restano invariati e quindi non ci interessano. Come abbiamo già visto il carbonio -2 passa da +2 del carbonile a 0 dell'alcool; l'idrogeno dell'idruro passa da -1 a +1.
Le semireazioni bilanciate sono:
LiAlH4 → 4H+ + 8e- + Li+ + Al3+
CH3COCH3 + 2e- + 2H+ → CH3CHOHCH3
Ogni LiAlH4 può ridurre 4 molecole di acetone. Si moltiplica la seconda semireazione per 4 e si addizionano le due semireazioni.
Poi si addizionano 4 ossidrili in ogni membro dell'equazione per bilanciare correttamente i reagenti (a sinistra si mette l'acqua invece di H+):
4CH3COCH3 + LiAlH4 + 4H2O → 4CH3CHOHCH3 +LiOH + Al(OH)3
Riassunto dal sito (in inglese): http://pages.towson.edu/ladon/orgrxs/reagent/redox.htm
