Reakcja Cannizzaro — przebieg i warunki

Reakcja Cannizzaro to przemiana, w której dwie cząsteczki aldehydu przekształcają się w alkohol i sól kwasu karboksylowego. Zachodzi w środowisku silnie zasadowym.

Na czym polega

Jedna cząsteczka aldehydu zostaje utleniona do kwasu, a druga zredukowana do alkoholu. Ta sama substancja pełni więc jednocześnie rolę utleniacza i reduktora.

Zjawisko to nosi nazwę dysproporcjonowania. Pierwiastek występujący w jednym związku przechodzi na dwa różne stopnie utlenienia — wyższy i niższy od wyjściowego.

Warunek konieczny

Reakcji ulegają tylko aldehydy bez atomu wodoru przy węglu sąsiadującym z grupą karbonylową. Należą do nich metanal oraz aldehydy aromatyczne, jak benzaldehyd.

Aldehydy mające taki wodór reagują inaczej — ulegają kondensacji aldolowej, w której cząsteczki łączą się ze sobą. To rozróżnienie decyduje o przebiegu reakcji i bywa sprawdzane na poziomie rozszerzonym.

Przykład z metanalem

Dwie cząsteczki metanalu w roztworze wodorotlenku dają metanol oraz mrówczan sodu. Metanal jest tu przypadkiem szczególnym, bo w ogóle nie ma węgla sąsiedniego.

Reakcja krzyżowa, w której jednym z substratów jest metanal, pozwala uzyskać alkohol z drugiego aldehydu. Metanal utlenia się wtedy preferencyjnie, więc pełni rolę reduktora dla partnera — to wariant stosowany w syntezie organicznej.

Dysproporcjonowanie w innych reakcjach

• Chlor w zasadzie — powstaje chlorek i podchloryn
• Nadtlenek wodoru — rozkłada się na wodę i tlen
• Miedź I — przechodzi w miedź metaliczną i miedź II

Wspólna cecha to obecność pierwiastka na pośrednim stopniu utlenienia, który może zarówno oddać, jak i przyjąć elektrony. Rozpoznanie takiego układu pozwala przewidzieć możliwość dysproporcjonowania bez znajomości konkretnej reakcji.

Aldehydy — powtórka

• Grupa funkcyjna — CHO, na końcu łańcucha
• Metanal — HCHO, najprostszy aldehyd
• Etanal — CH₃CHO, aldehyd octowy
• Benzaldehyd — aldehyd aromatyczny

Aldehydy odróżnia się od ketonów położeniem grupy karbonylowej: w aldehydzie leży na końcu łańcucha, w ketonie wewnątrz. Stąd aldehydy dają dodatnią próbę Tollensa i Trommera, a ketony nie.

Znaczenie reakcji

Reakcja Cannizzaro ma dziś ograniczone zastosowanie przemysłowe, bo połowa substratu przechodzi w niepożądany produkt. Wykorzystuje się ją głównie w wariancie krzyżowym z metanalem.

Pozostaje jednak ważna dydaktycznie jako klarowny przykład dysproporcjonowania w chemii organicznej. Zjawisko to występuje częściej w chemii nieorganicznej, więc przypadek aldehydów dobrze pokazuje, że podział na te dwie dziedziny jest umowny — te same mechanizmy działają po obu stronach.