Oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny

Oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny jsou důležitou skupinou redoxních reakcí v organické chemii.

Při přeměně primárního alkoholu na karboxylovou kyselinu se oxidační číslo koncového atomu uhlíku zvýší o 4. U složitějších molekul, obsahujících další skupiny náchylné k oxidaci, je často možné provést i selektivní oxidace. Jako oxidační činidla se nejčastěji používají manganistan draselný (KMnO₄) a okyselený roztok dichromanu draselného. Lze také použít Jonesovo činidlo, chlorchroman pyridinia v dimethylformamidu, oxid rutheničelý, TEMPO nebo Heynsovu oxidaci.

Oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny

Manganistan draselný

Podrobnější informace naleznete v článku Manganistan draselný.

Manganistan draselný (KMnO₄) je silným oxidačním činidlem, reagujícím s mnoha funkčními skupinami, jako jsou i sekundární alkoholy, 1,2-dioly, aldehydy, alkeny, oximy, thioethery a thioly. Oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny pomocí KMnO₄ jsou velmi účinné. Tato reakce, kterou poprvé podrobně popsal H. M. Fournier,^[1][2] se obvykle provádí přidáním KMnO₄ do zalkalizovaného vodného roztoku (nebo suspenze) alkoholu. Vytvořená směs se míchá, dokud není oxidace dokončena. K dobrému průběhu reakce je nutné, aby byl alkohol alespoň částečně rozpuštěn, toho lze dosáhnout například dodáním organického rozpouštědla, jako jsou dioxan, pyridin, aceton a terc-butanol. U nenasycených alkoholů bude KMnO₄ nejprve reagovat s dvojnou vazbou uhlík-uhlík a až poté proběhne oxidace alkoholu.

Tyto oxidace obvykle probíhají v silně zásaditém prostředí, kde jsou rychlejší a selektivnější. U substrátů citlivých na silné zásady je možné použít nižší pH, dokonce i kyselé prostředí - reakce ovšem bude pomalejší.

M. A. Ciufolini a S. Swaminathan^[3] zoxidovali s použitím KMnO₄ alkohol na karboxylovou kyselinu ve vodném roztoku NaOH v rámci přípravy derivátu aminokyseliny potřebného k syntéze antibiotika z mikroorganismu Actinomadura luzonensis

KMnO₄ se ve vodě rozkládá na oxid manganičitý (MnO₂) a plynný kyslík. Tento proces může katalyzovat zásada, kyselina nebo MnO₂. Vzhledem k tomuto rozkladu je třeba udržovat dostatečnou koncentraci KMnO₄ jeho postupným přidáváním, dokud reakce probíhá.

Jonesova oxidace

Podrobnější informace naleznete v článku Jonesova oxidace.

Jonesovo činidlo se připravuje rozpuštěním oxidu chromového (CrO₃) v kyselině sírové, čímž se vytvoří červený roztok obsahující kyselinu chromovou (H₂CrO₄) a její oligomery. Přidání tohoto činidla k acetonovému roztoku primárního alkoholu způsobí oxidaci alkoholu na karboxylovou kyselinu.^[4][5]

Tento postup, obsahující přímou adici, je používán často, přestože mnohdy vede ke vzniku esterových vedlejších produktů (se strukturou R-CO-O-CH₂-R) oxidační dimerizací primárních alkoholů. B. C. Holland a N. W. Gilman zjistili, že tyto vedlejší reakce lze výrazně omezit obrácenou adicí, kdy se roztok alkoholu v acetonu pomalu přidává k Jonesovu činidlu.^[6]

Jonesovo činidlo může také oxidovat sekundární alkoholy na ketony. Ze sloučenin obsahujících primární i sekundární alkoholové skupiny vznikají ketokyseliny.

Potíže způsobované používáním velkých množství toxického oxidu chromového vedly k nalezení katalytického procesu spočívajícího v reakci kyseliny jodisté (H₅IO₆) za přítomnosti přibližně 1,2 mol% CrO₃.^[7] Použití katalytického množství CrO₃ je obzvláště vhodné pro reakce prováděné ve velkém měřítku.^[8]

M. T. Crimmins a A. C. DeBaillie zoxidovali primární alkohol na kyselinu katalytickým CrO₃ a přebytkem H₅IO₆ v rámci syntézy bistramidu A¹, sloučeniny s protinádorovými vlastnostmi izolované ze sumky Lissoclinum bistratum.^[9]

Dichroman pyridinia v dimethylformamidu

Podrobnější informace naleznete v článku Dichroman pyridinia.

Dichroman pyridinia (PDC) je světle oranžová pevná látka se vzorcem (C₅H₅NH)₂Cr₂O₇, používaná na oxidace primárních alkoholů na aldehydy a sekundárních na ketony. Reakcemi nasycených primárních alkoholů s PDC lze však také získat karboxylové kyseliny, pokud se jako rozpouštědlo použije dimethylformamid (Me₂NCHO, DMF).^[10] U allylových a benzylových primárních alkoholů se tímto postupem karboxylové kyseliny nevytvářejí. Uvedený druh oxidace se provádí v neutrálním prostředí.

Heynsova oxidace

V Heynsových oxidacích je oxidačním činidlem kyslík a katalyzátorem platina.

Oxid rutheničelý

Podrobnější informace naleznete v článku Oxid rutheničelý.

Oxid rutheničelý je silným oxidačním činidlem a reakce tak mohou probíhat za mírných podmínek.

Dvoukroková oxidace přes aldehydy

Vzhledem k tomu, že řada oxidací alkoholů na karboxylové kyseliny probíhá za tvrdých podmínek a nelze při nich používat běžné chránicí skupiny, tak se často používají dvoukrokové oxidace.

Primární alkohol se nejprve zoxiduje na aldehyd, například pomocí kyseliny 2-jodoxybenzoové nebo Dessova–Martinova perjodinanu. Aldehyd se poté Pinnickovou oxidací za působení chloritanu sodného přemění na karboxylovou kyselinu.^[11]

Tento postup bývá zahrnován do příprav přírodních látek, například platencinu.^[12]