MCHP-R0-100-2605 • Otwarte krótkie • 2 pkt • Trudność: ★★★★★

Zadanie 16

Matura z chemii, maj 2026, poziom rozszerzony

Wymaganie:

XV. Związki karbonylowe — aldehydy i ketony, reakcje utleniania i redukcji, reakcja dysproporcjonowania (Cannizzaro). XI. Izomeria konstytucyjna związków organicznych.

Treść zadania

Informacja wstępna. Niektóre aldehydy w obecności mocnych zasad ulegają dysproporcjonowaniu (reakcji Cannizzaro), prowadzącemu do powstania alkoholu i soli kwasu karboksylowego. Dotyczy to związków, których cząsteczki nie zawierają atomów wodoru związanych z atomem węgla połączonym z grupą aldehydową ( $α$ -wodorów) — np. 2,2-dimetylopropanalu:

$2 CH_{3} - C (CH_{3})_{2} - CHO + KOH \to CH_{3} - C (CH_{3})_{2} - CH_{2} OH + CH_{3} - C (CH_{3})_{2} - COOK$

Przy mieszaninie dwóch aldehydów powstają na ogół cztery produkty. Wyjątkiem są reakcje z metanalem — ma on na tyle silne właściwości redukujące, że sam utlenia się do kwasu (powstaje HCOOK), a drugi aldehyd redukuje się do alkoholu.

16.1. (0–1) Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) jednego z izomerycznych dimetylobutanali, który nie ulega opisanej reakcji z KOH.

16.2. (0–1) Zmieszano alkoholowe roztwory aldehydu benzoesowego (benzenokarboaldehydu) oraz metanalu; alkohol był tylko rozpuszczalnikiem. Dodano wodorotlenek potasu. Napisz w formie jonowej skróconej równanie zachodzącej reakcji.

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2605. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

16.1.

Aldehyd nie ulega reakcji Cannizzaro, gdy nie ma atomów wodoru przy atomie węgla $α$ — czyli przy węglu sąsiadującym z grupą $- CHO$ . W dimetylobutanalu ( $C_{6} H_{12} O$ ) taki warunek spełnia izomer z dwiema grupami metylowymi przy węglu $α$ :

$CH_{3} - CH_{2} - C (CH_{3})_{2} - CHO$

czyli 2,2-dimetylobutanal. Węgiel $α$ (drugi w łańcuchu) jest połączony z: grupą $- CHO$ , dwiema grupami $- CH_{3}$ i grupą $- CH_{2} CH_{3}$ — nie ma przy nim żadnego atomu wodoru.

Uwaga: klucz CKE dopuszcza także zapisy typu $CH_{3} - C (CH_{3})_{2} - CH_{2} - CHO$ oraz $CH_{3} - CH (CH_{3}) - CH (CH_{3}) - CHO$ — te struktury również są izomerami dimetylobutanalu wskazanymi w rozwiązaniu wzorcowym.

16.2.

Metanal jest silniejszym reduktorem, więc sam się utlenia do jonu mrówczanowego, a aldehyd benzoesowy redukuje się do alkoholu benzylowego:

$C_{6} H_{5} CHO + HCHO + OH^{-} \to C_{6} H_{5} CH_{2} OH + HCOO^{-}$

Bilans stopni utlenienia węgla:

Związek	C grupy funkcyjnej	Zmiana
$HCHO$ → $HCOO^{-}$	0 → +II	utlenienie (oddaje 2 e⁻)
$C_{6} H_{5} CHO$ → $C_{6} H_{5} CH_{2} OH$	+I → −I	redukcja (pobiera 2 e⁻)

Aldehyd benzoesowy nie ma $α$ -wodorów (węgiel sąsiadujący z $- CHO$ należy do pierścienia aromatycznego), więc spełnia warunek reakcji Cannizzaro.

Typowy błąd / pułapka

W 16.1 kluczowy jest atom węgla $α$ , a nie cała cząsteczka. Warunek dotyczy wyłącznie węgla bezpośrednio połączonego z grupą aldehydową. Inne atomy wodoru w cząsteczce nie mają znaczenia.

Nie pomyl 2,2-dimetylobutanalu z 3,3-dimetylobutanalem. W tym drugim węgiel $α$ to grupa $- CH_{2} -$ — ma dwa atomy wodoru, więc związek ulegałby innym reakcjom. (Klucz CKE dopuszcza jednak także tę strukturę wśród przykładowych rozwiązań.)

W 16.2 kusi napisanie reakcji dwóch cząsteczek aldehydu benzoesowego. To byłaby klasyczna reakcja Cannizzaro, ale informacja wstępna wyraźnie opisuje wariant skrzyżowany z metanalem — i to on zachodzi, gdy metanal jest obecny.

Kierunek reakcji jest odwrotny do intuicji. Można by sądzić, że utlenia się „większy" aldehyd — a jest przeciwnie: metanal utlenia się do mrówczanu, a aldehyd benzoesowy zostaje zredukowany do alkoholu benzylowego.

Forma jonowa skrócona wymaga zapisania $OH^{-}$ , a nie KOH. Wodorotlenek potasu jest mocnym elektrolitem — rozpisujemy go na jony, a jon $K^{+}$ pomijamy jako widza. Produkt zapisujemy jako $HCOO^{-}$ , nie HCOOK.

Alkohol w opisie to tylko rozpuszczalnik. Zadanie wprost to zaznacza — nie bierze udziału w reakcji i nie może pojawić się w równaniu.

Treść zadania (CKE)

Zadanie 16 — chemia 2026, poziom rozszerzony, arkusz CKE — Fragment arkusza CKE MCHP-R0-100-A-2605 — zadanie 16. Na podstawie: CKE, matura maj 2026, chemia PR Oryginalny PDF CKE

Reakcja Cannizzaro — warunek i przebieg

$2 RCHO + OH^{-} \to RCH_{2} OH + RCOO^{-}$

Element	Opis
warunek	aldehyd bez atomów wodoru przy węglu $α$
typ reakcji	dysproporcjonowanie — ten sam pierwiastek jednocześnie się utlenia i redukuje
produkty	alkohol pierwszorzędowy + sól kwasu karboksylowego
katalizator/warunki	mocna zasada (KOH, NaOH)

Aldehydy, które ulegają reakcji Cannizzaro:

Aldehyd	Wzór	Dlaczego
metanal	HCHO	brak węgla $α$ w ogóle
benzenokarboaldehyd	$C_{6} H_{5} CHO$	węgiel $α$ w pierścieniu — bez H
2,2-dimetylopropanal	$(CH_{3})_{3} C - CHO$	węgiel $α$ czwartorzędowy
2,2-dimetylobutanal	$CH_{3} CH_{2} C (CH_{3})_{2} CHO$	jak wyżej

Atom węgla α — jak go znaleźć

$R - α C H_{2} - CHO$

Węgiel $α$ to atom bezpośrednio sąsiadujący z grupą funkcyjną. W aldehydach decyduje o możliwości:

Reakcja	Wymaga $α$ -wodorów?
kondensacja aldolowa	tak
reakcja Cannizzaro	nie — zachodzi tylko przy ich braku
tautomeria keto-enolowa	tak
halogenowanie w pozycji α	tak

To wyjaśnia komplementarność obu reakcji: aldehyd z $α$ -wodorami idzie w kondensację aldolową, bez nich — w dysproporcjonowanie.

Skrzyżowana reakcja Cannizzaro z metanalem

$RCHO + HCHO + OH^{-} \to RCH_{2} OH + HCOO^{-}$

Rola	Związek	Los
reduktor	metanal	utlenia się do $HCOO^{-}$
utleniacz	drugi aldehyd	redukuje się do alkoholu

Dzięki temu reakcja daje tylko dwa produkty, a nie cztery — co czyni ją użyteczną preparatywnie (tak otrzymuje się m.in. alkohol benzylowy i pentaerytrytol).

Izomery dimetylobutanalu

Wzór sumaryczny: $C_{6} H_{12} O$

Nazwa	Wzór	$α$ -wodory?	Cannizzaro?
2,2-dimetylobutanal	$CH_{3} CH_{2} C (CH_{3})_{2} CHO$	brak	tak
2,3-dimetylobutanal	$CH_{3} CH (CH_{3}) CH (CH_{3}) CHO$	1	zależnie od warunków
3,3-dimetylobutanal	$(CH_{3})_{3} C CH_{2} CHO$	2	nie

Stopnie utlenienia węgla w grupach funkcyjnych

Grupa	Przykład	Stopień utlenienia C
alkan	$CH_{4}$	−IV
alkohol I°	$CH_{3} OH$	−II
aldehyd	$HCHO$	0
kwas karboksylowy	$HCOOH$	+II
$CO_{2}$	—	+IV

Szereg utleniania: alkohol I° → aldehyd → kwas karboksylowy; każdy krok to zmiana o dwa stopnie utlenienia.

Punktacja CKE

16.1. 1 pkt — poprawny wzór izomeru dimetylobutanalu bez atomów wodoru przy węglu $α$ .
16.2. 1 pkt — poprawne równanie w formie jonowej skróconej.
Razem: 2 pkt.

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „reakcja Cannizzaro, dysproporcjonowanie aldehydow, izomeria, aldehyd benzoesowy, metanal" zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl