Cerium(IV)-ammoniumnitrat: Ein häufig verwendetes Oxidationsmittel

Cerium(IV)-ammoniumnitrat (CAN) ist ein häufig verwendetes Oxidationsmittel. Die Summenformel von Cerium(IV)-ammoniumnitrat lautet Ce(NH4)2(NO3)6. Es ist ein orange-roter Kristall, löslich in Wasser und Ethanol, fast unlöslich in konzentrierter Salpetersäure und zerfließend in der Luft. Es wird häufig als Oxidationsmittel für die Korrosion von Schaltkreisen und die Herstellung anderer ceriumhaltiger Verbindungen verwendet.

Cer(IV)-ammoniumnitrat

Cerium(IV)-ammoniumnitrat ist ein starkes Oxidationsmittel, das unter sauren Bedingungen stärker oxidierend wirkt als F2, XeO3, Ag2+, O3, HN3. In wässrigen Lösungen und anderen protischen Lösungsmitteln ist Cerium(IV)-ammoniumnitrat ein Ein-Elektronen-Oxidationsmittel. Der Verbrauch von Cerium(IV)-ammoniumnitrat lässt sich an der Farbveränderung (von orange zu hellgelb) erkennen.

Aufgrund der begrenzten Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln werden die mit Cerium(IV)-ammoniumnitrat verbundenen Reaktionen meist in gemischten Lösungsmitteln wie Wasser/Acetonitril durchgeführt. In Gegenwart anderer Oxidationsmittel wie Natriumbromat, tert-Butylhydroperoxid und Sauerstoff kann Ce4+ recycelt werden, um eine katalytische Reaktion zu erzielen. Darüber hinaus ist Cerium(IV)-ammoniumnitrat auch ein wirksames Nitrierungsreagenz.

CAN hat eine oxidierende Wirkung auf sauerstoffhaltige Verbindungen wie Alkohole, Phenole und Ether, von denen es spezifische oxidierende Eigenschaften auf sekundäre Alkohole hat. Zum Beispiel oxidiert es Benzylalkohol zu den entsprechenden Aldehyden und Ketonen(Gleichung 1). Sogar p-Nitrobenzylalkohol kann durch das katalytische Oxidationssystem CAN/O2 zu p-Nitrobenzylketon oxidiert werden. Darüber hinaus können für spezielle sekundäre Alkohole wie 4-Enol oder 5-Enol durch die Einwirkung von CAN auch cyclische Etherverbindungen(Gleichung 2) erhalten werden.

Catechol, Hydrochinon und ihre Methyletherverbindungen können unter der Einwirkung von CAN zu Chinon oxidiert werden, wie die Umwandlung von Catechol zu o-Benzochinon(Gleichung 3), die schnelle Umwandlung von Hydrochinon zu p-Benzochinon(Gleichung 4) unter der Einwirkung von CAN und Ultraschall und die Umwandlung von Arylethern zu p-Benzochinon.

Seine Oxidationsreaktion von Epoxyverbindungen kann auch Dicarbonylverbindungen erzeugen(Gleichung 5). Darüber hinaus hat CAN auch eine oxidative Wirkung auf Carbonylverbindungen mit spezifischen Strukturen, wie die Oxidation von polyzyklischen Käfigketonen zu Lactonen(Gleichung 6).

Als Ein-Elektronen-Oxidationsmittel kann CAN auch intermolekulare oder intramolekulare Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsbildungsreaktionen realisieren. Zum Beispiel die oxidative Additionsreaktion der 1,3-Dicarbonylverbindung und des Styrolsystems unter Einwirkung von CAN(Gleichung 7) oder die Dimerisierungsreaktion von Anilin selbst(Gleichung 8).

Neben den Oxidationsreaktionen ist CAN auch ein wirksames Nitrierungsreagenz, insbesondere für die Nitrierung von aromatischen Ringsystemen. In Acetonitril reagiert CAN beispielsweise mit Anisol, um ortho-Nitrierungsprodukte zu erhalten(Gleichung 9). Aufgrund der stark oxidierenden Eigenschaften von CAN kommt es jedoch häufig zu Polynitrierungsreaktionen des aromatischen Ringsystems und sogar zur Bildung von Polymeren, die schwer zu trennen sind.Studien haben ergeben, dass die Adsorption von CAN an Kieselgel seine oxidativen Eigenschaften verringern kann, wodurch die Bildung von Polynitro-Produkten reduziert wird. Beispielsweise kann in Acetonitril bei Verwendung von Kieselgel als Träger für die Nitrierung von Carbazol und 9-Alkylcarbazol mit CAN die Ausbeute auf 70-80% erhöht werden(Gleichung 10).

Schlussfolgerung

Wir danken Ihnen für die Lektüre unseres Artikels und hoffen, dass er Ihnen zu einem besseren Verständnis des häufig verwendeten Oxidationsmittels Cerium(IV)-ammoniumnitrat verhilft. Wenn Sie mehr über Cerium(IV)-ammoniumnitrat und andere Pulver wissen möchten, empfehlen wir Ihnen, Stanford Advanced Materials (SAM) zu besuchen, um weitere Informationen zu erhalten.

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