Органическая химия. Часть 2: учебное пособие / Т.А. Сарычева, Л.В. Тимощенко, 2004. – 116 с.

По растворимости в воде молекулы карбоновых кислот похожи на спирты: первые четыре члена гомологического ряда растворимы в воде, пентановая кислота, как и пентанол-1 мало растворима (около 3 г на 100 г воды), высшие кислоты в воде практически не растворимы. Растворимость кислот в воде также обусловлена образованием водородных связей между водой и кислотой:

		O				образование
			H			водородных связей
R		C	O		H	между молекулами воды и
		OH				кислоты

Пентан не образует водородных связей с водой и потому не растворим в ней. Запах низших алифатических кислот изменяется от резкого раздражающего запаха муравьиной и уксусной кислот до очень неприятного запаха масляной, валериановой и капроновой кислот; высшие кислоты почти не имеют

запаха, поскольку обладают малой летучестью.

4.4. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

Карбоновые кислоты получают одним из следующих способов:

1. Промышленное получение муравьиной и уксусной кислот (см. разд. 4.4.1):

o

H+

CO

+

NaOH

200 C, 7 атм

HCOONa

HCOOH

формиат натрия

муравьиная

кислота

H

C

C

H

H2O, Hg2+

O2, Mn2+

o

CH3CHO

CH3COOH

CH3CH2OH

Cu, 250-300 C

уксусный

уксусная

альдегид

кислота

2. Окисление первичных спиртов (см. разд. 4.4.2):

H C		CHCH OH			KMnO4	H3C		CHCOOH
3			2						CH3
			CH
	3
2-метил-1-пропанол						2-метилпропановая кислота
(изобутиловый спирт)						(изомасляная кислота)

94

Органическая химия. Часть 2: учебное пособие / Т.А. Сарычева, Л.В. Тимощенко, 2004. – 116 с.

3. Окисление алкилбензолов (см. разд. 4.4.3):

		C2H5		KMnO4				COOH
		NO2						NO2
о-нитроэтилбензол							о-нитробензойная кислота

4. Реакция Гриньяра (см. разд. 4.4.4):

					H+
CH3CH2MgBr + CO2			CH3CH2COOMgBr				CH3CH2COOH
этилмагнийбромид							пропановая
							(пропионовая)
							кислота

5. Нитрильный синтез (см. разд. 4.4.5):

H3C

CH

H2O, NaOH

H3C

CH COONa

H+

C

N

H C

CH COOH

o

t

C

3

CH3

CH3

CH

3

Все перечисленные методы имеют одинаковое важное значение; выбор одного из них определяется доступностью исходных веществ.

4.4.1. Промышленное получение муравьиной и уксусной кислот

Низшие члены ряда, как обычно получают особыми методами. Муравьиную (метановую) кислоту синтезируют в больших масштабах взаимодействием оксида углерода (II) с водным раствором едкого натра при высокой температуре и давлении:

		o				H+
CO + NaOH		200 C, 7 атм		HCOONa			HCOOH
				формиат натрия			муравьиная
							кислота

Уксусная (этановая) кислота (безусловно, самая важная из всех карбоновых кислот) образуется при окислении ацетальдегида кислородом воздуха. Ацетальдегид получают при дегидратации ацетилена или дегидрировании этилового спирта:

95

Органическая химия. Часть 2: учебное пособие / Т.А. Сарычева, Л.В. Тимощенко, 2004. – 116 с.

H

C

C

H

H2O, Hg2+

O

O2, Mn2+

O

o

CH3C

CH3C

CH3CH2OH

Cu, 250-300 C

H

OH

уксусный

уксусная

альдегид

кислота

Большие количества уксусной кислоты получают в виде разбавленного водного раствора, называемого уксусом. Поскольку уксус используют в пищевой промышленности, кислоту для него получают окисляя этанол кислородом воздуха в присутствии бактерий Acetobacter.

4.4.2. Окисление первичных спиртов

Окисление – наиболее прямой метод, и его используют всегда, когда это возможно. Некоторые низшие карбоновые кислоты можно синтезировать из доступных спиртов:

H3C

CH

C

CH2OH

KMnO4

H3C

CH CH2

COOH

H2

CH3

CH3

3-метил-1-бутанол

3-метилбутановая кислота

4.4.3. Окисление алкилбензолов

Алкилбензолы легко окисляются с образованием соответствующих ароматических кислот.

Так, в промышленности получают наиболее важные ароматические кислоты: бензойную и фталевые. В качестве окислителей используют дешевые окисляющие агенты, такие как хлор или кислород воздуха:

	Cl
CH3 Cl2	C Cl H2O, OH-		COOH
t oC	Cl
толуол			бензойная кислота
CH3	O2		COOH
H3C	Co, Mn	HOOC

В лабораторных условиях для окисления алкилбензолов используют

KMnO4, K2Cr2O7, CrO3 в кислой среде:

96

						Органическая химия. Часть 2: учебное пособие /
							Т.А. Сарычева, Л.В. Тимощенко, 2004. – 116 с.
		C2H5		KMnO4				COOH
		NO2						NO2
о-нитроэтилбензол							о-нитробензойная кислота

4.4.4. Реакция Гриньяра

Преимущество синтеза Гриньяра состоит в возможности увеличения длины углеродной цепи. Для получения реактивов Гриньяра используют органические галогениды:

CH3

Mg

CH3

CO2

CH3

O

H C

C

Cl

H C

C

MgCl

H C

C

C

3

эфир

3

3

OMgCl

CH3

CH3

CH3

трет-бутил-

реактив

хлорид

Гриньяра

H2O CH3

H+ H3C C COOH CH3

триметилуксусная кислота (2,2-диметилпропановая)

Этот способ позволяет получать и ароматические кислоты:

Br

MgBr

H3C

CH3

H C

CH

H C

CH

Br2

3

3

Mg

3

3

- HBr

CH3

CH3

CH3

мезитилен

COOMgBr

COOH

H C

CH

+ H3C

CH3

CO2 3

3

H

H2O

CH3

CH3

2,4,6-триметилбензойная кислота

97