饱和一元羧酸
具有对称性的有机化合物
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个以上的难溶甚至不溶于水。原因见上。
化学性质
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
羧酸弱酸,可以跟碱反应生成盐和水。如:
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↑
羧基上的OH的取代反应。如:
化反应:R-COOH+R′OH→RCOOR′+HO
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
参考资料

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目录
概述
性质
物理性质
溶解性
化学性质
常见化学反应
参考资料