通式:R—COOH,由烃基和 羧基 相连构成的 有机化合物 称为 羧酸 。“一元”是指只含有一个羧基(—COOH) 官能团 。而“饱和”是指R不含不饱和的碳碳双键或碳碳三键,只含饱和键。 CH3COOH ( 乙酸 )属于典型的饱和一元羧酸。
性质
物理性质
饱和一元羧酸中, 甲酸 、乙酸、 丙酸 具有强烈酸味和刺激性。含有4~9个C原子的具有腐败恶臭味,是油状液体。含10个C以上的为 石蜡 状固体,挥发性很低,没有气味。
这是由于甲酸分子间存在 氢键 。根据 电子衍射 等方法,由于氢键的存在,低级的酸甚至在蒸汽中也以二聚体的形式存在。甲酸分子间氢键键能为30KJ/ 摩尔 ,而 乙醇 分子间氢键为25KJ/mol。
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。
羧基是亲水基,与水可以形成 氢键 ,所以低级 羧酸 能与水任意比互溶;随着相对分子质量的增加,憎水基(烃基)愈来愈大,在水中的 溶解度 越来越小。
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。
溶解性
甲酸 、 乙酸 、 丙酸 、 丁酸 易溶于水,且与水互溶。从 戊酸 开始溶解度下降(戊酸20℃时溶解度约为5g/100ml), 己酸 (20℃时溶解度约为1g/100ml)、 庚酸 、 辛酸 、 壬酸 、 癸酸 均微溶于水,11个 碳 以上的难溶甚至不溶于水。原因见上。
化学性质
在 羧酸 分子中, 羧基 碳原子以sp杂化轨道分别与烃基和两个氧原子形成3个σ键,这3个σ键在同一个平面上,剩余的一个p电子与氧原子形成π键,构成了羧基中C=O的π键,但羧基中的 -OH 部分上的氧有一对未共用电子,可与π键形成p-π共轭体系。由于p-π共 轭 ,-OH基上的氧原子上的电子云向 羰基 移动,O-H间的电子云更靠近氧原子,使得O-H键的 极性 增强,有利于H原子的离解。所以羧酸的酸性强于醇。当 羧酸 离解出H后,p-π共轭更加完全,键长发生平均化,-COOˉ基团上的负电荷不再集中在一个氧原子上,而是平均分配在两个氧原子上。
常见化学反应
CHCOOH+ 氢氧化钠 →CHCOONa+HO
也可以和金属反应生成 氢气 和盐,如:
2CHCOOH+2Na→2CHCOONa+H↑
2CHCOOH+Mg→(CHCOO)Mg+H↑
化反应:R-COOH+R′OH→RCOOR′+HO
与 酰卤 反应:3RCOOH+ 聚己内酯 →3RCOCl+HPO
与酸 酐 反应:RCOOH+RCOOH (加热)→R-COOCO-R+HO
与 胺反应:CHCOOH+NH→CHCOONH ;
CHCOONH—(加热)→CHCONH+HO
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 二氧化碳式气枪 ),但在特殊条件下也可以发生脱羧反应,如: 无水醋酸钠 与 碱石灰 混合强热生成 甲烷 :
CH3COONa+ 氢氧化钠 (热熔)→ CH4 ↑+ Na2CO3 ( CaO 做催化剂)
HOOC-COOH(加热)→ 甲酸 +CO2↑
注:脱羧反应是一类重要的缩短碳链的反应。
还原反应
RCOOH→(LiAlH4) RCH2OH