
一般来讲过渡金属的阳离子氧化常走自由基机理,因为其价态变化比较自由。这个反应就是走的自由基机理,具体机理如下:[1] (注:银氨溶液也叫Tollens试剂)
首先是银氨的生成:[2](银氨溶液可以由硝酸银溶液中加入氨水制得,但溶质是硝酸二氨合银;也可以由硝酸银和氢氧化钠先反应生成氧化银沉淀,再加入氨水溶解沉淀,溶质是氢氧化二氨合银。)
1)氧化银的沉淀:
2)沉淀的溶解:
然后就是醛将银离子还原为单质银的过程:
首先氢氧根对醛的羰基进行亲核加成,产生偕二醇负离子中间体。此反应为可逆反应,可逆程度与底物醛的结构有关。
醛氧化成酸需要转移两个电子,必须需要两当量银氨离子。反应被认为是通过自由基(文献提到加入TEMPO(四甲基哌啶氧化物)确实会将反应速度减缓五倍,从而证实了这是一种自由基反应。)的方式进行的。目前公认的反应机理如下:
过去常认为是这个机理:
另外笔者还见过这样的机理(只是细节上的差异,也是走自由基):[3]
一个老生常谈的问题是:为什么用银氨能形成银镜而不加氨就不行?[4]
主要原因是:Ag(NH3)2+ 氧化葡萄糖的主要驱动力的电位差相当小。氨的存在使银离子形成相对稳定的络合物。因此,Ag/Ag 标准氧化还原电位从与未络合银离子有关的 +0.80 V 下降到 Ag(NH+3)2+ 的 +0.38 V。另一方面,酸性溶液中葡萄糖酸盐/葡萄糖的氧化还原电位与标准氢电极相比为 0.056 V, 但随着氨溶液 pH 值的增加而降低。如果使用银(I)离子而不使用氨,银离子会被迅速还原,过饱和会导致形成黑色混浊悬浮液中的胶体银。 银(I)-氨络合降低了银(I)氧化剂和糖还原剂之间的氧化还原电位差(即在 pH 值为 7 时约为 -0.15 V,具体取决于糖的类型),同时也导致反应速度减慢 ,从而避免了过饱和析出大颗粒银。
才疏学浅,欢迎各位大佬赐教
另外关于银氨,我曾在bilibili一条视频的评论下看到这样一条评论,颇具启发性:[5]
这个问题我一开始和这个视频里想法一样,但后来逐渐发现也没那么简单。
这就有一件事情,2018年的化学竞赛决赛,某个题目,要写一个东西和银氨溶液反应的方程式(这种东西本来对于竞赛决赛应该是送分)。标答给的是氢氧化二氨合银,我写的不一样,没给分。然后到了申诉环节,每个省先把自己省的问题汇总,我把这个问题提了出来,然后全省的10个高中老师还有一个大学老师都围在一起讨论这个问题。大部分老师一开始也没有意识到这个问题,不过说着说着,突然一个老师说“我们在做这个实验的时候是会加一些氢氧化钠的”。这我确实不知道。最后这题还是没给我分。后来由pj、bj、lhy的试题解析里也没有提这个问题。
但是,到了大学学这个反应的时候,pj又把这东西拿出来说,而且说了加入氢氧化钠反应更快。因为这种反应是氢氧根加成到了羰基上然后负氢转移,类比碱性条件苯甲醛的歧化。在以前实际生产中用银镜反应镀银的时候,是会加氢氧化钠的。而且说到了编高中教材的时候,有人提出银氨溶液不是氢氧化二氨合银,结果另一个老师说“请看pj的《基础有机化学》xxx页,氢氧!”。但是《基础有机化学》毕竟是有机教材,所以并不会花很多篇幅去讲到底是硝酸根还是氢氧根。所以这个问题背后就是这么复杂。化学发展这么久,背后有很多很多问题,也有很多之前写错了结果又被抄来抄去的东西。
硝酸银加氨水,当然就是硝酸二氨合银。但是加氢氧化钠反应更快,因此有的书就写了氢氧化二氨合银。但高中书上又没有写加氢氧化钠。而不加氢氧化钠,这个实验也可以做,只是反应速率慢。
这个问题给我的感觉就是:学的越多,越觉得自己无知。
如果要说高中教学,我的建议是是,如果要求写银镜反应的化学方程式,最好在题目中给出银氨溶液的成分。如果同时想考查“知不知道银氨溶液是什么”,可以用其它方式考查。教材应该明确硝酸银加氨水就是硝酸二氨合银。如果要写成氢氧化二氨合银则需要加氢氧化钠,是为了加快反应速率。(但是这样一来,又有人要嫌东西太多。“就这么一个小知识点你竟然讲了这么长,学生找不到重点”)
