Οζονόλυση

Η οζονόλυση είναι μια χημική διαδικασία κατά την οποία το όζον διασπά τους δεσμούς π των ακόρεστων ολεφινών όπως τα αλκένια και τα αλκίνια. Είναι μια μορφή κυκλοπροσθήκης που σπάει τους δεσμούς. Το όζον είναι ένα εξαιρετικά αντιδραστικό αλλοτρόπο οξυγόνου που αλληλεπιδρά εύκολα με τα αλκένια. Μια ομάδα καρβονυλίου υποκαθιστά τους πολυάριθμους δεσμούς άνθρακα-άνθρακα στα αλκένια, τα οποία είναι οργανικά μόρια.

Το όζον σπάει τον δεσμό C=C των αλκενίων κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, με αποτέλεσμα το σχηματισμό του όζοντος, μιας ενδιάμεσης χημικής ουσίας. Ένας αναγωγικός παράγοντας, όπως ο ψευδάργυρος (Zn) ή το διμεθυλοσουλφίδιο ((CH3)2S), αποσυνθέτει το όζον σε καρβονυλικές ενώσεις. Ταυτόχρονα, ο αναγωγικός παράγοντας οξειδώνεται σε οξείδιο ψευδαργύρου (ZnO) ή άλλα οξείδια μετάλλων. Αυτό αναφέρεται ως αναγωγική επεξεργασία και παράγει αλδεΰδη και κετόνη.

Οζονόλυση Αλκενίων

Οι αλκοόλες, οι αλδεΰδες, οι κετόνες και τα καρβοξυλικά οξέα μπορούν να σχηματιστούν με την οξείδωση των αλκενίων με το όζον. Το όζον διοχετεύεται μέσω ενός διαλύματος αλκενίου σε μεθανόλη στους 78°C έως ότου το διάλυμα πάρει ένα χαρακτηριστικό μπλε χρώμα από το όζον που δεν αντέδρασε με μια απλή διαδικασία.

Αυτό σημαίνει ότι το αλκένιο έχει καταναλωθεί πλήρως. Εναλλακτικά, ανιχνεύοντας την παρουσία όζοντος, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αρκετές πρόσθετες ενώσεις ως δείκτες αυτού του καταληκτικού σημείου. Το αέριο που εκπέμπει φυσαλίδες μπορεί να δρομολογηθεί μέσω ενός διαλύματος ιωδιούχου καλίου εάν η οζονόλυση γίνει με διοχέτευση ρεύματος εμπλουτισμένου σε όζον οξυγόνου μέσω του μίγματος αντίδρασης. Όταν το διάλυμα δεν απορροφά πλέον το όζον, το όζον στις φυσαλίδες οξειδώνει το ιώδιο σε ιώδιο, το οποίο φαίνεται καθαρά από το χρώμα του.

Το ενδιάμεσο όζον μετατρέπεται στη συνέχεια σε ένα παράγωγο καρβονυλίου χρησιμοποιώντας ένα αντιδραστήριο μετά την ολοκλήρωση της προσθήκης. Η χρήση αναγωγικών συνθηκών επεξεργασίας είναι σημαντικά πιο διαδεδομένη από τη χρήση ρυθμίσεων οξειδωτικής επεξεργασίας. Η χρήση αλδεΰδων ή κετονών παράγεται όταν χρησιμοποιείται τριφαινυλοφωσφίνη, θειουρία, σκόνη ψευδαργύρου ή διμεθυλοσουλφίδιο, ενώ οι αλκοόλες παράγονται από βοριοϋδρίδιο του νατρίου. Πρόσφατα, αλδεΰδες έχουν αναφερθεί ότι παράγονται απευθείας χρησιμοποιώντας αμινο-Ν-οξείδια. Το όζον μπορεί επίσης να οξειδώσει άλλες λειτουργικές ομάδες, όπως οι βενζυλαιθέρες. Επειδή παράγονται ελάχιστες ποσότητες οξέος κατά τη διάρκεια της αντίδρασης λόγω της οξείδωσης του διαλύτη, περιστασιακά χρησιμοποιείται πυριδίνη για να ρυθμίσει την αντίδραση.

Τα ασύμμετρα προϊόντα μπορούν να παραχθούν από συμμετρικά αλκένια με προσεκτικό χειρισμό των συνθηκών αντίδρασης/επεξεργασίας:

• Μια αλδεΰδη και μια διμεθυλακετάλη παράγονται χρησιμοποιώντας TsOH, διττανθρακικό νάτριο (NaHCO3) και διμεθυλοσουλφίδιο (DMS).
• Η τριαιθυλαμίνη (Et3N) μετατρέπεται σε μεθυλεστέρα και αλδεΰδη χρησιμοποιώντας οξικό ανυδρίτη (Ac2O).
• Ένας μεθυλεστέρας και μια διμεθυλακετάλη παράγονται χρησιμοποιώντας TsOH. Ac2O, Et3N

Μηχανισμός Οζονόλυσης Αλκενίων

Ο μηχανισμός λειτουργεί σε τρία βήματα, ξεκινώντας με μια αντίδραση οξειδωτικής διάσπασης με το όζον. Μια διαδικασία κυκλοπροσθήκης σχηματίζει έναν ασταθή 5-μελή δακτύλιο που ονομάζεται μολοζονίδιο όταν το όζον συνδυάζεται με ένα αλκένιο. Ξεκινά με μια 1,3-διπολική κυκλοπροσθήκη αλλά τελικά καταλήγει να διασπά οξειδωτικούς δεσμούς pi, αποδίδοντας δύο καρβονυλικές ομάδες.

Οζονόλυση Αλκυνίων

Όταν τα αλκίνια οζονίζονται, παράγουν έναν ανυδρίτη οξέος ή μια δικετόνη. Ο κατακερματισμός αυτής της αντίδρασης δεν είναι πλήρης. Επειδή χρησιμοποιείται απλή υδατική επεξεργασία, δεν απαιτείται αναγωγικός παράγοντας.

Οζονόλυση ελαστομερών

Η προσέγγιση χρησιμοποιήθηκε για να προσδιοριστεί το ισοπρένιο ως η δομική μονάδα επανάληψης στο φυσικό καουτσούκ. Η πυρόλυση του όζοντος, όταν ίχνη αερίου στο περιβάλλον διασπούν διπλούς δεσμούς σε ευάλωτα ελαστομερή, όπως το φυσικό καουτσούκ, το πολυβουταδιένιο, το στυρένιο-βουταδιένιο και το καουτσούκ νιτριλίου, είναι επίσης ένα σοβαρό πρόβλημα. Η ρωγμή του όζοντος προκαλεί μικροσκοπικές ρωγμές σε επιφάνειες που εκτίθενται στο αέριο σε ορθή γωνία ως προς το φορτίο, οι οποίες διαστέλλονται γρήγορα καθώς η επίθεση συνεχίζεται. Για να εμφανιστεί ανάπτυξη ρωγμών, το προϊόν από καουτσούκ πρέπει να είναι υπό τάση.

Εφαρμογή οζονόλυσης

Η οζονόλυση χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της θέσης διπλού δεσμού στα αλκένια και της θέσης του τριπλού δεσμού στα αλκίνια. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για τον προσδιορισμό της δομής φυσικών ενώσεων, ιδιαίτερα των τερπενίων, καθώς και για τη σύνθεση ασυνήθιστων αλδεΰδων και κετονών.

Συμπέρασμα

Η οζονόλυση είναι μια οργανική χημική αντίδραση που χρησιμοποιεί το όζον για να σπάσει ακόρεστους δεσμούς σε αλκένια, αλκίνια και αζωενώσεις (ενώσεις με τη λειτουργική λειτουργική ομάδα διαζενυλίου). Είναι μια αντίδραση οξειδοαναγωγής στο οργανικό πεδίο. Οι αλκοόλες, οι αλδεΰδες, οι κετόνες και τα καρβοξυλικά οξέα μπορούν να παραχθούν με την οξείδωση των αλκενίων με το όζον.

Τα αλκίνια μετατρέπονται σε όξινους ανυδρίτες ή δικετόνες μέσω της οζονόλυσης. Εάν υπάρχει νερό στην αντίδραση, ο ανυδρίτης οξέος υδρολύεται για να παράγει δύο καρβοξυλικά οξέα.

Η οζονόλυση, κοινώς γνωστή ως διάσπαση του όζοντος, είναι η διάσπαση των ελαστομερών από το όζον. Οι διπλοί δεσμοί στα ελαστομερή κόβονται από ίχνη αερίου όζοντος στην ατμόσφαιρα.

Η οζονόλυση των αζω ενώσεων παράγει νιτροζαμίνες.