第十二章羧酸

CH 3CH CH COOH COOH HOOC 第十二章 羧 酸● 教学基本要求1、掌握羧酸的结构、命名法、化学性质及其制法；2、了解二元羧酸及羟基酸的特性。

● 教学重点羧酸化学性质及其制法。

● 教学难点羧酸化学性质及其制法。

● 教学时数：6● 教学方法与手段1、讲授与练习相结合；2、传统教学方法与现代教学手段相结合；3、启发式教学。

● 教学内容分子中具有羧基的化合物，称为羧酸。

它的通式为RCOOH 。

一元饱和脂肪羧酸的通式为C n H 2n O 2。

羧酸烃基上的氢原子被其他原子或基团取代的产物称为取代酸（如卤代酸、羟基酸、羰基酸、氨基酸等）。

许多羧酸在生物体的代谢过程中起着重要作用。

羧酸对于人们的日常生活非常重要，也是重要的化工原料和有机合成中间体。

第一节 羧酸的分类和命名1.1羧酸的分类根据分子中烃基的结构，可把羧酸分为脂肪羧酸（饱和脂肪羧酸和不饱和脂肪羧酸）、脂环羧酸（饱和脂环羧酸和不饱和脂环羧酸）、芳香羧酸等；根据分子中羧基的数目，又可把羧酸分为一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸等。

例如： 脂肪羧酸一元羧酸脂环羧酸芳香羧酸 二元羧酸多元羧酸CH 3COOH CH 2CH 2COOHCOOH COOH CH 2CH 2COOH COOH COOHCOOH HOOCC C HCOOH H COOHCH 3CH CH COOH COOH HOOC HOOC CH 2COOH CH 2COOH CH 2HOOC [小结]：1.2羧酸的命名羧酸的命名方法有俗名和系统命名方法两种。

俗名是根据羧酸的最初来源命名。

甲酸最初是由蚂蚁蒸馏得到的，称为蚁酸。

乙酸最初是由食用的醋中得到，称为醋酸。

还有草酸、琥珀酸、苹果酸、柠檬酸，等等。

脂肪族一元羧酸的系统命名方法与醛的命名方法类似，即首先选择含有羧基的最长碳链作为主链，根据主链的碳原子数称为“某酸”。

从含有羧基的一端编号，用阿拉伯数字或用希腊字母（α、β、γ、δ…）表示取代基的位置，将取代基的位次及名称写在主链名称之前。

例如：3-甲基丁酸 或 β-甲基丁酸脂肪族二元羧酸的系统命名是选择包含两个羧基的最长碳链作为主链，根据碳原子数称为“某二酸”，把取代基的位置和名称写在“某二酸”之前。

例如：乙二酸 丙二酸丁二酸 甲基丁二酸不饱和脂肪羧酸的系统命名是选择含有重键和羧基的最长碳链作为主链，根据碳原子数称为“某烯酸”或“某炔酸”，把重键的位置写在“某”字之前。

例如：3－甲基－2－丁烯酸 2-丁烯酸（巴豆酸） CHCOOH CH 2CH 3CH 3CH 3CHCOOH COOH2COOH 芳香羧酸和脂环羧酸的系统命名一般把环作为取代基。

例如：苯甲酸（安息香酸） 3-苯基丁酸 或β-苯基丁酸 1-萘乙酸 或 α-萘乙酸邻羟基苯甲酸（水扬酸） 3-苯基丙烯酸（肉桂酸） 环戊基甲酸第二节 饱和一元羧酸的物理性质和光谱性质2.1物理性质1、物态室温下，饱和一元脂肪羧酸中含1~3个碳原子的是有刺激性酸味的液体，含4~9个碳原子的是有酸腐臭味的油状液体（丁酸为脚臭味），十个碳原子以上的是蜡状固体，无气味。

饱和二元脂肪羧酸和芳香羧酸在室温下是结晶状固体。

2、熔点直链饱和一元羧酸的熔点随分子量的增加而呈锯齿状变化，偶数碳原子的羧酸比相邻两个奇数碳原子的羧酸熔点都高，这是由于含偶数碳原子的羧酸碳链对称性比含奇数碳原子羧酸的碳链好，在晶格中排列较紧密，分子间作用力大，需要较高的温度才能将它们彼此分开，故熔点较高。

乙酸熔点16.6℃，当室温低于此温度时，立即凝成冰状结晶，故纯乙酸又称为冰醋酸。

3、沸点羧酸的沸点随分子量的增大而逐渐升高，并且比分子量相近的烷烃、卤代烃、醇、醛、酮的沸点高。

这是由于羧基是强极性基团，羧酸分子间的氢键（键能约为14 kJ· mol -1）比醇羟基间的氢键（键能约为5~7 kJ· mol -1）更强。

分子量较小的羧酸，如甲酸、乙酸，即使在气态时也以双分子二缔体的形式存在： 4、溶解性羧基是极性较强的亲水基团，其与水分子间的缔合比醇与水的缔合强，所以羧酸在水中的溶解度比相应的醇大。

甲酸、乙酸、丙酸、丁酸与水混溶。

随着羧酸分子量的增大，其疏水烃基的比例增大，在水中的溶解度迅速降低。

高级脂肪羧酸不溶于水，而易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。

芳香羧酸在水中的溶解度都很小。

2.2羧酸的光谱性质IR ：对于氢键缔合的羧基，其-OH 吸收峰在2500～3000cm -1，强的光谱带。

一般液体及固体羧酸以二缔和状态存在。

2500-3000cm -1(强而宽，缔合的),C=O 在1700-1725cm -1，1HNMR:-COOH 的H 原子δ＝10.5～12ppm 。

这是由于羧酸中羧基的质子两个氧的诱导作用，屏蔽大大降低，化学位移出现在低场。

COOH COOH C H CH 3CH 2CH 2COOH COOH OH CH CH COOH O CH 3H O C OH CCH 3ORH第三节 羧酸的化学性质在羧酸分子中，羧基碳原子是sp 2杂化的，其未参与杂化的p 轨道与一个氧原子的p 轨道形成C=O 中的π键，而羧基中羟基氧原子上的未共用电子对与羧基中的C=O 形成p-π共轭体系，从而使羟基氧原子上的电子向C=O 转移，结果使C=O 和C —O 的键长趋于平均化。

X 光衍射测定结果表明：甲酸分子中C=O 的键长（0.123 nm ）比醛、酮分子中C=O 的键长（0.120nm ）略长，而C —O 的键长（0.136nm ）比醇分子中C —O 的键长（0.143nm ）稍短。

羧基上的p-π共轭示意图当羧基电离成负离子后，氧原子上带一个负电荷，更有利于共轭，故羧酸易离解成负离子。

例如：【结论】由于共轭作用，使得羧基不是羰基和羟基的简单加合，所以羧基中既不存在典型的羰基，也不存在着典型的羟基，而是两者互相影响的统一体。

由于共轭体系中电子的离域，羟基中氧原子上的电子云密度降低，氧原子便强烈吸引氧氢键的共用电子对，从而使氧氢键极性增强，有利于氧氢键的断裂，使其呈现酸性；也由于羟基中氧原子上未共用电子对的偏移，使羧基碳原子上电子云密度比醛、酮中增高，不利于发生亲核加成反应，所以羧酸的羧基没有象醛、酮那样典型的亲核加成反应。

另外，α-H 原子由于受到羧基的影响，其活性升高，容易发生取代反应；羧基的吸电子效应，使羧基与α-C 原子间的价键容易断裂，能够发生脱羧反应。

根据羧酸的结构，它可发生的一些主要反应如下所示：3.1酸性羧酸能与碱反应生成盐和水，也能和活泼的金属作用放出氢气。

羧酸的酸性比碳酸强，所以羧酸可与碳酸钠或碳酸氢钠反应生成羧酸盐，同时放出CO 2，用此反应可鉴定羧酸。

Na RCOOH +NaOH RCOO +H 2O R COOH +NaHCORCOONa +H 2O CO +羧酸的碱金属盐或铵盐遇强酸（如HCl ）可析出原来的羧酸，这一反应经常用于羧酸的分离、提纯、鉴别。

不溶于水的羧酸既溶于NaOH 也溶于NaHCO 3，不溶于水的酚能溶于NaOH 不溶于NaHCO 3，不溶于水的醇既不溶于NaOH 也溶于NaHCO 3。

此性质可用于醇、酚、酸的鉴别和分离。

RCOOH + NH 4OH → RCOONH 4 + H 2O高级脂肪酸钠是肥皂的主要成分，高级脂肪酸铵是雪花膏的主要成分。

不溶于水的羧酸可以转变为可溶性的盐，然后制成溶液使用。

如生产中使用的植物生长调节剂α-萘乙酸、2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D ）均可先与氢氧化钠反应生成可溶性的盐，然后再配制成所需的浓度使用。

影响羧酸酸性的因素很多，其中最重要的是羧酸烃基上所连基团的诱导效应。

当烃基上连有吸电子基团（如卤原子）时，由于吸电子效应使羧基中羟基氧原子上的电子云密度降低，O —H 键的极性增强，因而较易电离出H +，其酸性增强；另一方面，由于吸电子效应使羧酸负离子的电荷更加分散，使其稳定性增加，从而使羧酸的酸性增强。

总之，基团的吸电子能力越强，数目越多，距离羧基越近，产生的吸电子效应就越大，羧酸的酸性就越强。

例如：FCH 2COOH > ClCH 2COOH > BrCH 2COOH > ICH 2COOH > CH 3COOH pK a 值 2.66 2.86 2.89 3.16 4.76ClCH 2COOH Cl 2CHCOOH Cl 3CCOOHpK a 值 2.86 1.29 0.65供电子诱导效应使酸性减弱。

例如：CH 3COOH > CH 3CH 2COOH > (CH 3)3CCOOHpK a 值 4.76 4.87 5.05二元羧酸中，由于羧基是吸电子基团，两个羧基相互影响使一级电离常数比一元饱和羧酸大，这种影响随着两个羧基距离的增大而减弱。

二元羧酸中，草酸的酸性最强。

不饱和脂肪羧酸和芳香羧酸的酸性，除受到基团的诱导效应影响外，往往还受到共轭效应的影响。

一般来说，不饱和脂肪羧酸的酸性略强于相应的饱和脂肪羧酸。

当芳香环上有基团产生吸电子效应时，酸性增强，产生给电子效应时，酸性减弱，例如：pKa 3.40 3.97 4.20 4.47Na RCOO +HCl RCOOH +Na Cl COOH COOH COOH 2＞＞＞COOH CH 33.2羧酸衍生物的生成羧基中羟基被其它原子或基团取代的产物称为羧酸衍生物。

如果羟基分别被卤素（—X ）、酰氧基(—OCOR)、烷氧基（—OR ）、氨基（—NH 2）取代，则分别生成酰卤、酸酐、酯、酰胺，这些都是羧酸的重要衍生物。

1、酰卤的生成羧酸与三卤化磷、五卤化磷或亚硫酰氯等反应，羧基中的羟基可被卤素取代生成酰卤。

SOCl 2作卤化剂时，副产物都是气体，容易与酰氯分离，是一种合成酰卤的好方法。

例如：m-NO 2C 6H 4COOH + SOCl 2→ m-NO 2C 6H 4COCl + SO 2 + HClCH 3COOH + SOCl 2 →CH 3COCl + SO 2 + HCl2、酸酐的生成一元羧酸在脱水剂五氧化二磷或乙酸酐作用下，两分子羧酸受热脱去一分子水生成酸酐。

某些二元羧酸分子内脱水生成内酐（一般生成五、六员环）。

例如：邻苯二甲酸酐因乙酐能较迅速的与水反应，且价格便宜，生成的乙酸又易除去，因此常用乙酐作为制备酸酐的脱水剂。

1,4和1,5二元酸不需要任何脱水剂，加热就能脱水生成环状（五元或六元）酸酐。

例如： +△+OH R C O R C O Cl PCl 5POCl 3+++SOClOH R C O R C O Cl SO OH R C O OH R C O 2P O 5O C O CR R +H 2O H 2O +OH C O OH C COC O △+△+OH R C O R C O Cl PCl 3H 3PO 33、酯的生成羧酸和醇在无机酸的催化下共热，失去一分子水形成酯。