飽和一元羧酸

③成酸酐反應:RCOOH+RCOOH ④成醯胺反應:CH3COOH+NH3→CH3COONH4 CH3COONH4(加熱)→CH3CONH2+H2O

定義及解釋

由烴基和羧基相連構成的有機化合物稱為羧酸。“一元”是指只含有一個羧基(R―COOH)官能團。而“飽和”是指R不含不飽和的碳碳雙鍵或碳碳三鍵,只含飽和鍵。屬於典型的羧酸。

性質

物理性質
飽和一元羧酸中,甲酸、乙酸、丙酸具有強烈酸味和刺激性。含有4~9個C原子的具有腐敗惡臭,是油狀液體。含10個C以上的為石蠟狀固體,揮發性很低,沒有氣味。
這是由於甲酸分子間存在氫鍵。根據電子衍射等方法,由於氫鍵的存在,低級的酸甚至在蒸汽中也以二聚體的形式存在。甲酸分子間氫鍵鍵能為30KJ/mol,而乙醇分子間氫鍵為25KJ/mol。
直鏈飽和一元羧酸的熔點隨分子中C原子數目的增加呈鋸齒形的變化,含偶數C原子酸的熔點比相鄰兩個奇數C原子酸的熔點高,這是由於在含偶數C原子鏈中,鏈端甲基和羧基分在鏈的兩邊,而在奇數C原子鏈中,則在C鏈的同一邊,前者具有較高的對稱性,可使羧酸的晶格更緊密的排列,它們之間具有較大的吸引力,熔點較高。
羧基是親水基,與水可以形成氫鍵,所以低級羧酸能與水任意比互溶;隨著相對分子質量的增加,憎水基(烴基)愈來愈大,在水中的溶解度越來越小。
對長鏈的脂肪酸的X射線研究,證明了這些分子中C鏈按鋸齒形排列,兩個分子間羧基以氫鍵締合,締合的雙分子是有規律的一層一層排列,每一層中間是相互締合的羧基,引力很強,而層與層之間是以引力微弱的烴基相毗鄰,相互間容易滑動,這也是高級脂肪酸具有潤滑性的原因。
化學性質
在羧酸分子中,羧基碳原子以sp2雜化軌道分別與烴基和兩個氧原子形成3個σ鍵,這3個σ鍵在同一個平面上,剩餘的一個p電子與氧原子形成π鍵,構成了羧基中C=O的π鍵,但羧基中的-OH部分上的氧有一對未共用電子,可與π鍵形成p-π共軛體系。由於p-π共軛,-OH基上的氧原子上的電子云向羰基移動,O-H間的電子云更靠近氧原子,使得O-H鍵的極性增強,有利於H原子的離解。所以羧酸的酸性強於醇。當羧酸離解出H後,p-π共軛更加完全,鍵長發生平均化,-COOˉ基團上的負電荷不再集中在一個氧原子上,而是平均分配在兩個氧原子上。

常見化學反應類型

⑴羧酸是弱酸,可以跟鹼反應生成鹽和水。如:CH3COOH+NaOH→CH3COONa+H2O
⑵羧基上的OH的取代反應。如:
酯化反應:R-COOH+R′OH→RCOOR′+H2O
②成醯鹵反應:3RCOOH+PCl3→3RCOCl+H3PO3
③成酸酐反應:RCOOH+RCOOH (加熱)→R-COOCO-R+H2O
④成醯胺反應:CH3COOH+NH3→CH3COONH4
CH3COONH4(加熱)→CH3CONH2+H2O
⑤與金屬反應:2CH3COOH+2Na→2CH3COONa+H2↑
2CH3COOH+Mg→(CH3COO)2Mg+H2↑
脫羧反應:除甲酸外,乙酸的同系物直接加熱都不容易脫去羧基(失去CO2),但在特殊條件下也可以發生脫羧反應,如:無水醋酸鈉與鹼石灰混合強熱生成甲烷:CH3COONa+NaOH(熱熔)→CH4↑+Na2CO3(CaO做催化劑)
HOOC-COOH(加熱)→HCOOH+CO2↑
註:脫羧反應是一類重要的縮短碳鏈的反應。
(4)還原反應
RCOOH→(LiAlH4) RCH2OH

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