羧酸
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一、羧酸的結(jié)構(gòu)
羧酸（RCOOH）（Carboxylic Acid) 是最重要的一類有機(jī)酸。一類通式為RCOOH或R(COOH)n 的化合物，官能團(tuán)：－COOH。X射線衍射證明，甲酸中羰基的鍵長(zhǎng)123pm長(zhǎng)于正常的羰基122pm;C－O的鍵長(zhǎng)131pm小于醇中的 C－O的鍵長(zhǎng)143pm；在甲酸晶體中，兩個(gè)碳氧鍵鍵長(zhǎng)均為127pm。
二、羧酸的分類和命名
通式RCOOH中R為脂烴基或芳烴基，分別稱為脂肪(族)酸或芳香(族)酸。又可根據(jù)羧基的數(shù)目分為一元酸、二元酸與多元酸。還可以分為飽和酸和不飽和酸。
呈酸性，與堿反應(yīng)生成鹽。一般與三氯化磷反應(yīng)成酰氯；用五氧化二磷脫水，生成酸酐；在酸催化下與醇反應(yīng)生成酯；與氨反應(yīng)生成酰胺；用四氫化鋰鋁(LiAlH4)還原生成醇。可由醇、醛、不飽和烴、芳烴的側(cè)鏈等的氧化，或腈水解，或格利雅試劑與干冰反應(yīng)等方法制取。用來源于動(dòng)植物的油脂或蠟進(jìn)行皂化，可獲得6至18個(gè)碳原子的直鏈脂肪(族)酸。
物理性質(zhì)
飽和一元羧酸中，甲酸、乙酸、丙酸具有強(qiáng)烈酸味和刺激性。含有4~9個(gè)C原子的具有腐敗惡臭，是油狀液體。含10個(gè)C以上的為石蠟狀固體，揮發(fā)性很低，沒有氣味。
飽和一元羧酸的沸點(diǎn)甚至比相對(duì)分子質(zhì)量相似的醇還高。例如：甲酸與乙醇的相對(duì)分子質(zhì)量相同，但乙醇的沸點(diǎn)為78.5℃，而甲酸為100.7℃。這是由于甲酸分子間存在氫鍵。根據(jù)電子衍射等方法，由于氫鍵的存在，低級(jí)的酸甚至在蒸汽中也以二聚體的形式存在。甲酸分子間氫鍵鍵能為30KJ/mol,而乙醇分子間氫鍵為25KJ/mol。
直鏈飽和一元羧酸的熔點(diǎn)隨分子中C原子數(shù)目的增加呈鋸齒形的變化，含偶數(shù)C原子酸的熔點(diǎn)比相鄰兩個(gè)奇數(shù)C原子酸的熔點(diǎn)高，這是由于在含偶數(shù)C原子鏈中，鏈端甲基和羧基分在鏈的兩邊，而在奇數(shù)C原子鏈中，則在C鏈的同一邊，前者具有較高的對(duì)稱性，可使羧酸的晶格更緊密的排列，它們之間具有較大的吸引力，熔點(diǎn)較高。
羧基是親水基，與水可以形成氫鍵，所以低級(jí)羧酸能與水任意比互溶；隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加，憎水基（烴基）愈來愈大，在水中的溶解度越來越小。
對(duì)長(zhǎng)鏈的脂肪酸的X射線研究，證明了這些分子中C鏈按鋸齒形排列，兩個(gè)分子間羧基以氫鍵締合，締合的雙分子是有規(guī)律的一層一層排列，每一層中間是相互締合的羧基，引力很強(qiáng)，而層與層之間是以引力微弱的烴基相毗鄰，相互間容易滑動(dòng)，這也是高級(jí)脂肪酸具有潤(rùn)滑性的原因。
化學(xué)性質(zhì)
一、羧酸的化學(xué)描述
在羧酸分子中，羧基碳原子以sp2雜化軌道分別與烴基和兩個(gè)氧原子形成3個(gè)σ鍵，這3個(gè)σ鍵在同一個(gè)平面上，剩余的一個(gè)p電子與氧原子形成π鍵，構(gòu)成了羧基中C=O的π鍵，但羧基中的-OH部分上的氧有一對(duì)未共用電子，可與π鍵形成p-π共軛體系。由于p-π共軛，-OH基上的氧原子上的電子云向羰基移動(dòng)，O-H間的電子云更靠近氧原子，使得O-H鍵的極性增強(qiáng)，有利于H原子的離解。所以羧酸的酸性強(qiáng)于醇。
當(dāng)羧酸離解出H后，p-π共軛更加完全，鍵長(zhǎng)發(fā)生平均化，-COOˉ基團(tuán)上的負(fù)電荷不再集中在一個(gè)氧原子上，而是平均分配在兩個(gè)氧原子上。
二、實(shí)用中羧酸的常見化學(xué)反應(yīng)類型：
⑴羧酸是弱酸，可以跟堿反應(yīng)生成鹽和水。如：CH3COOH+NaOH→CH3COONa+H2O
⑵羧基上的OH的取代反應(yīng)。如：
①酯化反應(yīng)：R-COOH+R′OH→RCOOR′+H2O
②成酰鹵反應(yīng)：3RCOOH+PCl3→3RCOCl+H3PO3
③成酸酐反應(yīng)：RCOOH+RCOOH （加熱）→R-COOCO-R+H2O
④成酰胺反應(yīng)：CH3COOH+NH3→CH3COONH4 ；
CH3COONH4（加熱）→CH3CONH2+H2O
⑤與金屬反應(yīng)：2CH3COOH+2Na→2CH3COONa+H2↑
2CH3COOH+Mg→(CH3COO)2Mg+H2↑
⑶脫羧反應(yīng)：除甲酸外，乙酸的同系物直接加熱都不容易脫去羧基（失去CO2），但在特殊條件下也可以發(fā)生脫羧反應(yīng)，如：無水醋酸鈉與堿石灰混合強(qiáng)熱生成甲烷：CH3COONa+NaOH(熱熔）→CH4↑+Na2CO3(CaO做催化劑)
HOOC-COOH(加熱)→HCOOH+CO2↑
注：脫羧反應(yīng)是一類重要的縮短碳鏈的反應(yīng)。
酸的命名
早期發(fā)現(xiàn)的羧酸通常根據(jù)來源命名。例如，甲酸最初是由蒸餾赤蟻制得，稱為蟻酸；乙酸最初由食醋中得到，稱為醋酸；丁酸具有酸敗牛奶氣味，稱為酪酸；己酸、辛酸、癸酸又分別稱為羊油酸、羊脂酸、羊蠟酸，因?yàn)樗鼈兌即嬖谟谏窖虻闹局校?a href="/w/%E8%8B%AF%E7%94%B2%E9%85%B8" title="苯甲酸">苯甲酸存在于安息香膠中，稱為安息香酸 。一般，簡(jiǎn)單的羧酸按普通命名法命名，選含有羧基的最長(zhǎng)碳鏈為主鏈，取代基的位置，從羧基鄰接的碳原子開始，用希臘字母a、β、γ、δ等依次標(biāo)明 ； 芳香酸當(dāng)作苯甲酸的衍生物來命名；比較復(fù)雜的羧酸按國際命名法命名，選含有羧基的最長(zhǎng)碳鏈為主鏈，從羧基碳原子開始編號(hào)，再加取代基的名稱和位置；脂肪族二元羧酸的命名，取分子中含有兩個(gè)羧基的最長(zhǎng)碳鏈作為主鏈，加取代基的名稱和位置。
低級(jí)脂肪酸C1～C3是液體，具有刺鼻的氣味 ， 溶于水。中級(jí)脂肪酸C4～C10也是液體，具有難聞的氣味，部分溶于水。高級(jí)脂肪酸是蠟狀固體，無味，不溶于水。二元脂肪酸和芳香酸都是結(jié)晶固體，芳香酸在水中溶解度較小，可從水中重結(jié)晶，飽和二元羧酸除高級(jí)同系物外，都易溶于水和乙醇 。羧酸的沸點(diǎn)比分子量相近的醇的沸點(diǎn)高。直鏈飽和一元羧酸和二元羧酸的熔點(diǎn)隨碳原子數(shù)目增加而呈鋸齒狀上升，含偶數(shù)碳原子羧酸的熔點(diǎn)高于鄰近兩個(gè)含奇數(shù)碳原子的羧酸。羧酸最顯著的性質(zhì)是酸性，羧酸是一種弱酸，其酸性比碳酸強(qiáng)。羧酸能與金屬氧化物或金屬氫氧化物形成鹽。羧酸的堿金屬鹽在水中的溶解度比相應(yīng)羧酸大，低級(jí)和中級(jí)脂肪酸堿金屬鹽能溶于水，高級(jí)脂肪酸堿金屬鹽在水中能形成膠體溶液 ，肥皂就是長(zhǎng)鏈脂肪酸鈉。
低級(jí)脂肪酸是重要的化工原料，例如純乙酸可制造人造纖維、塑料、香精、藥物等。高級(jí)脂肪酸是油脂工業(yè)的基礎(chǔ)。二元羧酸廣泛用于纖維和塑料工業(yè)。某些芳香酸如苯甲酸 、水楊酸等都具有多種重要的工業(yè)用途。
羧酸的重要衍生物
羧酸是非常重要的一類化學(xué)物質(zhì)，還可以衍生出不少常見的其他化學(xué)物質(zhì)，主要有：酰鹵、酸酐、酯和酰胺等。這幾類羧酸衍生物各具特性，并均在化學(xué)工業(yè)中有重要的應(yīng)用。
取代羧酸
羧酸分子中烴基上的氫原子被其他具有官能團(tuán)性質(zhì)的原子或基團(tuán)取代的化合物，稱為取代羧酸，根據(jù)取代官能團(tuán)的不同，可分為鹵代酸、羥基酸、羰基酸和氨基酸。許多羥基酸和羰基酸是生物代謝的中間產(chǎn)物；一些羥基酸還對(duì)某些疾病具有治療價(jià)值；氨基酸則是構(gòu)成蛋白質(zhì)的本結(jié)構(gòu)單元。
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