Получение карбоновых кислот

Окисление

Карбоновая кислота — последняя ступень окисления углеродной цепи перед \(\ce{CO2}\). Поэтому кислоты получают окислением веществ, в которых тот же атом углерода окислен меньше: первичных спиртов и альдегидов (урок 208), алкенов, алкилбензолов и метилкетонов. Окислитель выбирают так, чтобы он не затронул другие группы молекулы.

Как получить кислоту окислением

1. Первичный спирт или альдегид с сильным окислителем (реактивом Джонса, \(\ce{KMnO4}\)) даёт кислоту с той же цепью.
2. Алкилбензолы с горячим раствором \(\ce{KMnO4}\) дают бензойные кислоты (тема 16): от боковой цепи остаётся только группа COOH.
3. Горячий раствор \(\ce{KMnO4}\) или озонолиз с последующей обработкой \(\ce{H2O2}\) разрывают двойные и тройные связи, и их атомы становятся атомами карбоксильных групп.
4. Метилкетоны в галоформной реакции дают кислоту, цепь которой на один атом короче (урок 246).

Примеры

1. Первичный спирт. Гексан-1-ол с подкисленным раствором перманганата калия окисляется до гексановой кислоты.

2. Циклоалкен. Циклогексен с горячим раствором перманганата калия даёт адипиновую (гександиовую) кислоту: кольцо раскрывается по двойной связи.

3. Галоформная реакция. Ацетофенон с иодом в щелочной среде даёт бензоат натрия и иодоформ: цепь укорачивается на один атом.

Цепь длиннее на атом

Иногда кислоту нужно получить из галогенида, в котором на один атом углерода меньше. Для этого есть два пути: через нитрил (\(S_N2\)-замещение цианид-ионом) и через реактив Гриньяра (урок 203), который присоединяет углекислый газ. Пути дополняют друг друга, и выбор зависит от строения галогенида и от других групп в молекуле.

Как удлинить цепь на атом углерода

1. Нитрильный путь: первичный галогенид с цианидом натрия вступает в \(S_N2\)-реакцию, а гидролиз нитрила кислотой или щёлочью даёт кислоту.
2. Путь через реактив Гриньяра: галогенид с магнием даёт реактив Гриньяра, он присоединяет \(\ce{CO2}\) и образует карбоксилат, а подкисление превращает карбоксилат в кислоту.
3. Нитрильный путь не годится для третичных галогенидов (они вступают в отщепление) и для арилгалогенидов. Путь через реактив Гриньяра не годится для молекул с кислыми атомами водорода (группы OH, NH, COOH) или с карбонильными группами.
4. Кислоты получают также гидролизом сложных эфиров, амидов и нитрилов (уроки 261–264).

Примеры

1. Нитрильный путь. 1-Бромбутан с цианидом натрия даёт пентаннитрил, а его гидролиз — пентановую кислоту.

2. Путь через реактив Гриньяра. Бромциклопентан с магнием даёт циклопентилмагнийбромид; он присоединяет углекислый газ, и после подкисления получается циклопентанкарбоновая кислота.