羧酸是由烃基(或氢原子)与羧基相连而构成的有机化合物。
羧酸衍生物是羧酸分子中羧基上的羟基被其它的原子或原子团取代后的生成物。如乙酸分子中羧基上的羟基被乙氧基(—OCH2CH3)取代后生成乙酸乙酯,被氨基(—NH2)取代后生成乙酰胺。
一、羧酸
1、羧酸的分类
根据与羧基相连的烃基:
根据羧酸分子中羧基的数目:
还可以根据烃基是否饱和,分为饱和羧酸、不饱和羧酸等。
饱和一元脂肪酸的分子通式为CnH2nO2(n≥1)或CnH2n+1COOH(n≥0)。
2、乙酸
俗名醋酸,分子式、结构简式、分子结构如图:
乙酸是有强烈刺激性气味的无色液体,乙酸分子之间可形成氢键,降温时可凝结成类似冰一样的晶体,又叫冰醋酸。乙酸分子与水分子、乙醇分子间均可形成氢键,所以乙酸易溶于水、乙醇。
由于O原子电负性大,吸电子能力很强,所以羧基中电子对向O原子偏移,使氧原子带少量负电荷,氢原子带少量正电荷,O—H极性很强,容易断裂电离出氢离子。C—O也有较强的极性,也可断裂发生取代反应。
(1)乙酸的酸性
乙酸能电离出氢离子,是一种一元弱酸,有酸的通性。
(2)酯化反应(取代反应)
乙酸与乙醇的酯化反应,从形式上看羧基与羟基间脱去一个水分子,有以下两种可能。
可以用同位素示踪法来证实其反应机理。使用含的乙醇与普通乙酸进行酯化反应,可在乙酸乙酯中检测到,说明其反应是乙酸分子中羟基与乙醇分子中的氢原子结合成水,其余部分结合成乙酸乙酯,即“酸脱羟基醇脱氢”。
思考:
1)酯化反应怎样提高反应的速率,怎样提高乙酸乙酯的产率。
使用浓硫酸作催化剂、给反应加热提高温度,均可加快反应速率。
利用浓硫酸的吸水性将生成的水吸收,加热将产物乙酸乙酯从反应混合物中蒸发出来,均可促使反应向酯化的方向移动,提高乙酸乙酯的产率。
2)怎样提纯制取的乙酸乙酯。
乙酸乙酯收集到饱和碳酸钠溶液的表面,振荡,除去其中的乙酸和部分乙醇,分液得到乙酸乙酯的粗品。再用无水硫酸钠等干燥剂除水,过滤,再进行蒸馏分离出乙醇得到纯净的乙酸乙酯。
3、常见的几种羧酸
它们与乙酸一样有酸性,可发生酯化反应,但也有其不一样的性质。常见的有甲酸、苯甲酸、乙二酸等。
(1)甲酸
甲酸(HCOOH)是最简单的羧酸,最早是从蚂蚁中获得,又称蚁酸。甲酸是一种无色、有刺激性气味的液体,有腐蚀性,甲酸分子与水分子、乙醇分子之间均可形成氢键,所以与水、乙醇等互溶。
从甲酸的分子结构分析,其分子内既有羧基结构(蓝色方框),又有醛基的结构(红色圆圈)。这使得甲酸既表现出羧酸的性质,又表现出醛的性质。
甲酸有酸性,也可与醇发生酯化反应,同时又表现出很强的还原性,能与银氨溶液发生银镜反应、与新制的氢氧化铜反应生成砖红色的沉淀,甲酸被氧化成碳酸,也能使酸性高锰酸钾溶液、溴水褪色。
在工业上可用作还原剂,也是合成医药、农药和染料等的原料。
(2)苯甲酸
苯甲酸(C6H5COOH)又叫安息香酸,属于芳香酸。无色晶体,易升华,由于苯基是一个憎水基,所以苯甲酸微溶于水,易溶于乙醇。
可用于合成香料、药物等,其钠盐苯甲酸钠是常用的食品防腐剂。
(3)乙二酸
乙二酸(H2C2O4)俗名草酸,是最简单的二元羧酸。乙二酸是无色晶体,通常含有两分子结晶水,可溶于水和乙醇。
乙二酸除了有羧酸的性质外,还有很强的还原性,能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
化学分析中常用的还原剂,也是重要的化工原料。
(4)动植物中的有机酸
自然界中的许多动植物含有有机酸,如蚁酸、安息香酸、草酸等。还有有些有机酸分子中既有羧基又有羟基,又叫羟基酸,它们既有羟基的性质,又有羧基的性质。如,乳酸、柠檬酸、苹果酸等。
(5)高级脂肪酸
常见的高级脂肪酸有:
硬脂酸,又叫十八酸,C17H35COOH
软脂酸,又叫十六酸,C15H31COOH
油酸,又叫十八烯酸,C17H33COOH
亚油酸,又叫十八二烯酸,C17H31COOH