羧酸

更新时间:2022-07-06

羧酸属于最常见的有机酸,是带有羧基的有机化合物,通式是R-COOH饱和一元羧酸的沸点甚至比相对分子质量相似的醇还高。例如:甲酸乙醇的相对分子质量相同,但乙醇的沸点为78.5℃,而甲酸为100.7℃。羧酸分子中烃基上的氢原子被其他具有官能团性质的原子或基团取代的化合物,称为取代羧酸,根据取代官能团的不同,可分为卤代酸、基酸、羰基酸和氨基酸。羧酸的碱金属盐在水中的溶解度比相应羧酸大,低级和中级脂肪酸碱金属盐能溶于水,高级脂肪酸碱金属盐在水中能形成胶体溶液,肥皂就是长链脂肪酸钠。

基本信息

外文名Carboxylic Acid
官能团羧基(—COOH)
含    义烃基与羧基相连构成的有机酸
结构RCOOH

性质

含有羧基-COOH的化合物,式中R可以是氢、链烃基、环烃基或芳烃基。羧酸广泛存在于自然界。根据与羧基相连的烃基不同,可分为脂肪酸、芳香酸、饱和酸和不饱和酸等。根据分子中羧基数目不同,又可分为一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸。脂肪酸由于是脂肪水解的产物而得名,是一类非常重要的化合物。

命名

早期发现的羧酸通常根据来源命名。例如,甲酸最初是由蒸馏赤蚁制得,称为蚁酸乙酸最初由食醋中得到,称为醋酸丁酸具有典型酸败奶油气味,称为酪酸己酸、辛酸、癸酸又分别称为羊油酸、羊脂酸、羊蜡酸,因为它们都存在于山羊的脂肪中。苯甲酸存在于安息香胶中,称为安息香酸。各种羧酸的命名方法有以下几种:

简单的羧酸

普通命名法命名。选含有羧基的最长碳链为主链,取代基的位置从羧基邻接的碳原子开始,用希腊字母α、β、γ、δ等依次标明。

芳香酸

当作苯甲酸的衍生物来命名。

比较复杂的羧酸

按国际命名法命名。选含有羧基的最长碳链为主链,从羧基碳原子开始编号,再加取代基的名称和位置。

脂肪族二元羧酸取分子中含有两个羧基的最长碳链作为主链,加取代基的名称和位置来命名。

物理性质

低级脂肪酸C~C是液体,可溶于水,具有刺鼻的气味。中级脂肪酸C~C也是液体,部分溶于水,具有难闻的气味。高级脂肪酸是蜡状固体,无味,不溶于水。

二元脂肪酸和芳香酸都是结晶固体。芳香酸在水中溶解度较小,可从水中重结晶。饱和二元羧酸除高级同系物外,都易溶于水和乙醇。

一些常见羧酸的物理常数(见表)。羧酸的沸点比分子量相近的醇的沸点高。这是由于羧酸分子是由两个氢键缔合起来的(结构式如)。直链饱和一元羧酸和二元羧酸的熔点随碳原子数目增加而呈锯齿状上升。含偶数碳原子羧酸的熔点高于邻近两个含奇数碳原子的羟酸

直链饱和一元羧酸的熔点随分子中C原子数目的增加呈锯齿形的变化,含偶数C原子酸的熔点比相邻两个奇数C原子酸的熔点高,这是由于在含偶数C原子链中,链端甲基和羧基分在链的两边,而在奇数C原子链中,则在C链的同一边,前者具有较高的对称性,可使羧酸的晶格更紧密的排列,它们之间具有较大的吸引力,熔点较高。

对长链的脂肪酸的X射线研究,证明了这些分子中C链按锯齿形排列,两个分子间羧基以氢键缔合,缔合的双分子是有规律的一层一层排列,每一层中间是相互缔合的羧基,引力很强,而层与层之间是以引力微弱的烃基相毗邻,相互间容易滑动,这也是高级脂肪酸具有润滑性的原因。

化学性质

羧酸最显着的性质是酸性。在水溶液中,羧酸与羧酸根和氢离子之间存在着平衡:

羧酸的酸性是由于羰基的π 键与羟基氧原子上的未共用电子对发生共轭作用(见共轭效应),使羟基氧原子上的电子云向羰基移动,有利于氢以质子形式离解(结构式如)。羧酸是一种弱酸,但其酸性比碳酸强。羧酸能与金属氧化物或金属氢氧化物形成盐。

羧酸与醇反应生成酯,称为酯化反应,它是羧酸的重要化学反应。许多羧酸酯都具有重要的工业用途。酯化反应也可看成是羧基中的羟基被烷氧基取代的反应。与此类似,羧酸中的羟基还可被卤素、羧酸根和氨基取代(见取代反应),分别生成酰卤酸酐和酰胺等衍生物。

羧酸中的羰基,由于与羟基的共轭作用,反应性降低。例如羧酸不能被催化还原,而只能被氢化铝锂乙硼烷还原成一级醇。

羧酸中羧基与烃基连结的碳-碳键较弱,容易断裂。大多数一元羧酸或它们的盐受热即发生脱羧。例如,乙酸钠苏打石灰共热即脱羧,生成甲烷。羧酸的钙盐钡盐加热,则生成酮:

各种二元羧酸受热后,由于两个羧基位置不同而发生不同的反应,有些脱羧,有些脱水,有些同时脱水,脱羧。

脂肪酸的α氢比其他碳原子上的氢活泼,能被卤素取代。芳香酸的芳环也可发生卤代、磺化和硝化等取代反应。

(1)羧酸是弱酸,可以跟碱反应生成盐和水。如:CH3COOH+NaOHCH3COONa+H2O

(2)羧基上的OH的取代反应。如:

①酯化反应:R-COOH+R′OH→RCOOR′+H2O

②成酰卤反应:3RCOOH+PCl3→3RCOCl+H3PO3

③成酸酐反应:RCOOH+RCOOH (加热)→R-COOCO-R+H2O

④成酰胺反应:CH3COOH+NH3→CH3COONH4 ;

CH3COONH4(加热)→CH3CONH2+H2O

⑤与金属反应:2CH3COOH+2Na→2CH3COONa+H2↑

2CH3COOH+Mg→(CH3COO)2Mg+H2↑

(3)脱羧反应:除甲酸外,乙酸的同系物直接加热都不容易脱去羧基(失去CO2),但在特殊条件下也可以发生脱羧反应,如:无水醋酸钠碱石灰混合强热生成甲烷:CH3COONa+NaOH(热熔)→CH4↑+Na2CO3(CaO做催化剂)

HOOC-COOH(加热)→HCOOH+CO2↑

注:脱羧反应是一类重要的缩短碳链的反应。

(4)还原反应

RCOOH→(LiAlH4) RCH2OH

应用

低级脂肪酸是重要的化工原料,在工业上以很大的规模生产。纯的乙酸可制造人造纤维、塑料、香精、药物等。高级脂肪酸是油脂工业的基础。二元羧酸广泛用于纤维和塑料工业。某些芳香酸如苯甲酸、水杨酸等都具有多种重要的工业用途。

重要衍生物

羧酸是非常重要的一类化学物质,还可以衍生出不少常见的其他化学物质,主要有:酰卤、酸酐、酯和酰胺等。这几类羧酸衍生物各具特性,并均在化学工业中有重要的应用。

取代羧酸

许多羟基酸和羰基酸是生物代谢的中间产物;一些羟基酸还对某些疾病具有治疗价值;氨基酸则是构成蛋白质的本结构单元。

风险术语

R36刺激眼睛。

R37刺激呼吸系统。

R38刺激皮肤。

简介

介绍

分子中具有羧基(—COOH)的化合物称为羧酸。

结构

羧酸(RCOOH)(Carboxylic Acid) 是最重要的一类有机酸。一类通式为RCOOH或R(COOH)n 的化合物,官能团:-COOH。X射线衍射证明,甲酸中羰基的键长123pm长于正常的羰基122pm;C-O的键长131pm小于醇中的 C-O的键长143pm;在甲酸晶体中,两个碳氧键键长均为127pm。

分类

通式RCOOH中R为脂烃基或芳烃基,分别称为脂肪(族)酸或芳香(族)酸。又可根据羧基的数目分为一元酸二元酸多元酸。还可以分为饱和酸和不饱和酸。

呈酸性,与碱反应生成盐。一般与三氯化磷反应成酰氯;用五氧化二磷脱水,生成酸酐;在酸催化下与醇反应生成酯;与氨反应生成酰胺;用四氢化锂铝(LiAlH4)还原生成醇。可由醇、醛、不饱和烃、芳烃的侧链等的氧化,或腈水解,或格利雅试剂与干冰反应等方法制取。用来源于动植物的油脂或蜡进行皂化,可获得6至18个碳原子的直链脂肪(族)酸。


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