羧酸

羧酸(RCOOH)是最重要的一类有机酸。它可以看作是烃分子中的原子被羧基(或写为-COOH)取代后生成的化合物,羧基是羧酸的官能团。羧酸能发生许多化学反应。当羧基中的羟基被其它原子团取代时,则形成羧酸衍生物,主要有羧酸、酰卤,酸酐和酰胺。

羧酸在自然界中常以游离状态或以盐或酯的形式广泛存在于动植物体中,是与医药关系十分密切的一类化合物。

甲酸外,羧酸是烃基和羧基结合成的化合物。按烃基不同,羧酸可分为脂肪酸和芳香酸,脂肪酸又可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。饱和脂肪

甲酸C6H5COOH。按分子中的羧基数目又可分为一元酸、二元酸等,如乙酸和己二酸HOOC—(CH2)4COOH等。低级脂肪酸在常温是液体,可溶于,有刺鼻气味,中级脂肪酸是液体,微溶于水或难溶于水。饱和高级脂肪酸为固体,而不饱和高级脂肪酸多为液体,饱和高级一元脂肪酸如十八酸CH3(CH2)16COOH为白色蜡状固体,而十八烯酸C17H33COOH则为油状液体;不饱和程度更大的脂肪酸如十八碳三烯酸,也是液体。芳香酸是结晶固体,在水中溶解度不大。羧酸的沸点比分子量相当的烷烃、卤代烃、等都要高,这是因为在羧酸的分子间能以氢键作用产生分子缔合的结果,缔合作用示意如下:

羧酸具有酸的通性,即跟活泼金属反应,置换羧基中羟基的氢、跟碱中和成羧酸盐和水、跟Na2CO3反应生二氧化碳、溶于水使石蕊变红(不溶于水的不

(氢化锂LiAlH4)作用下可还原成醇。芳香羧酸的苯环上可以发生取代

、硝化等)反应。羧酸广泛用于合成树脂染料、医药和香料工业中。

羧酸的物理性质 :

  低级饱和脂肪酸(甲酸、乙酸、丙酸)是具有强烈刺激性气味的液体;中级的(C4-C9)羧酸是带有不愉快气味的油状液体;C10及C10以上的羧酸为无味的油状固体,挥发性很低,脂肪族二元羧酸和芳香族羧酸都是固体。

  低级脂肪酸易溶于水,但随着相对分子质量的增加,在水中的溶解度减小,以至难溶或不溶于水,而溶于有机溶剂。

  羧酸的沸点比相对分子质量相近的醇还要高。例如,甲酸和乙醇的相对分子质量相同,但乙醇的沸点为78.5℃,而甲酸为100.5℃。这是因为羧酸分子间能以氢键缔合成二聚体,羧酸分子间的这种氢键比醇分子间的更稳定。例如,乙醇分子间的氢键键能为25.94kJmol-1,而甲酸分子间的氢键键能则是30.12kJmol-1。低级羧酸即使在气态也是以二缔合体的形式存在。

 

饱和脂肪酸熔点随着分子中碳原子数的增加呈锯齿形变化(图16-1)。含偶数碳原子的羧酸其熔点比其相邻的两个含奇数碳原子羧酸分子的熔点高。这可能是由于偶数碳原子羧酸分子较为对称,在晶体中排列更紧密的缘故。一些羧酸的物理常数和pKa值见表16-2。 

表16-2 一些羧酸的物理常数和pKa

名称 构造式 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解度

  g(100g水)-1
 PKa (25℃)pKa1 ,pKa2 
甲酸 HCOOH 8.4 100.5 ∞ 3.77 
乙酸 CH3COOH 16.6 118 ∞ 4.76 
丙酸 CH3CH2COOH -22 141 ∞ 4.88 
正丁酸 CH3CH2CH2COOH -4.7 162.5 ∞ 4.82 
正戊酸 CH3(CH2)3COOH -35 187 3.7 4.81 
正己酸 CH3(CH2)4COOH -1.5 205 0.4 4.84 
正庚酸 CH3(CH2)5COOH -11 223.5 0.24 4.89 
正辛酸 CH3(CH2)6COOH 16.5 237 0.25 4.85 
壬酸 CH3(CH2)7COOH 12.5 254   4.96 
癸酸 CH3(CH2)8COOH 31.5 268     


 

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