1、化学竞赛辅导讲座化学竞赛辅导讲座羧酸羧酸第一节第一节 羧酸的分类和命名羧酸的分类和命名一、分类一、分类:按烃基可以分为脂肪酸和芳香按烃基可以分为脂肪酸和芳香酸或饱和酸和不饱和酸酸或饱和酸和不饱和酸.按羧基数目可以分为一元酸、二元酸和按羧基数目可以分为一元酸、二元酸和多元酸。多元酸。羧酸羧酸:分子中含有羧基分子中含有羧基 的化合物叫做羧酸的化合物叫做羧酸COOHCOOH二、命名二、命名 1、最常见的酸按其来源来命名 如：甲酸（HCOOH）叫做蚁酸，因它最早是由蒸馏蚂蚁得到的。乙酸（CH3COOH）叫做醋酸，是由食醋得到的。2、普通命名法（用于简单酸的命名）：选含有羧基的最长碳链为主链，取代基的位
2、置从羧基邻接的碳原子开始，用希腊字母表示，依次为、等。例如：、系统命名法、系统命名法 选含有羧基的最长碳链为主链，从羧基碳原子开始编号，再加上取代基的名称与位置。例如：注意三点：注意三点：、系统命名与俗名的联系，如苯甲酸俗、系统命名与俗名的联系，如苯甲酸俗名为安息香酸、丁二酸的俗名为琥珀酸等。名为安息香酸、丁二酸的俗名为琥珀酸等。、用希腊字母表示取代基位次的方法。用希腊字母表示取代基位次的方法。、含十个碳以上的直链酸命名时要加一、含十个碳以上的直链酸命名时要加一个碳字。个碳字。第二节第二节 饱和一元羧酸的物理性质饱和一元羧酸的物理性质一、物理性质一、物理性质1物态物态C1C3 有刺激性酸味的液
3、体，溶于水。有刺激性酸味的液体，溶于水。C4C9 有酸腐臭味的油状液体（丁酸为脚臭味），有酸腐臭味的油状液体（丁酸为脚臭味），难溶于水。难溶于水。C9 腊状固体，无气味。腊状固体，无气味。2熔点熔点 有一定规律，随着分子中碳原子数目的增加呈锯齿有一定规律，随着分子中碳原子数目的增加呈锯齿状的变化。状的变化。乙酸熔点乙酸熔点16.6，当室温低于此温度时，立即凝成冰，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。状结晶，故纯乙酸又称为冰醋酸。3沸点沸点 比相应的醇的沸点高。原因：比相应的醇的沸点高。原因：通过氢键形成二聚体。通过氢键形成二聚体。第三节第三节 羧酸的化学性质羧酸的化学性
4、质 羧酸是由羟基和羰基组成的，羧基是羧酸的官能羧酸是由羟基和羰基组成的，羧基是羧酸的官能团，因此要讨论羧酸的性质，必须先剖析羧基的结团，因此要讨论羧酸的性质，必须先剖析羧基的结构。羧基的结构为一构。羧基的结构为一P-共轭体系。当羧基电离成负共轭体系。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，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。故羧酸易离解成负离子。由于共轭作用，使得羧基不是羰基和羟基的简单由于共轭作用，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
5、统一体。着典型的羟基，而是两者互相影响的统一体。羧酸的性质可从结构上预测，有以下几类：羧酸的性质可从结构上预测，有以下几类：RCCOOHHH羟基被取代的反应的反应脱羧反应H羟基断裂呈酸性一、酸性一、酸性羧酸具有弱酸性，在水溶液中存在着如下平衡：羧酸具有弱酸性，在水溶液中存在着如下平衡：RCOOHRCOO +H+乙酸的离解常数乙酸的离解常数Ka为为1.7510-5 甲酸的甲酸的Ka=2.110-4,pKa=3.75 其他一元酸的其他一元酸的Ka在在1.11.810-5之间之间,pKa在在4.75之间。之间。可见羧酸的酸性小于无机酸而大于碳酸（可见羧酸的酸性小于无机酸而大于碳酸（H2CO3 pKa
6、1=6.73）。）。故羧酸能与碱作用成盐，也可分解碳酸盐。此性质可用于醇、故羧酸能与碱作用成盐，也可分解碳酸盐。此性质可用于醇、酚、酸的鉴别和分离，不溶于水的羧酸既溶于酚、酸的鉴别和分离，不溶于水的羧酸既溶于NaOH也溶于也溶于NaHCO3，不溶于水的酚能溶于，不溶于水的酚能溶于NaOH不溶于不溶于NaHCO3，不溶于，不溶于水的醇既不溶于水的醇既不溶于NaOH也溶于也溶于NaHCO3。RCOOH +NH4OHRCOONH4 +H2O 二、羧基上的羟基（二、羧基上的羟基（OH）的取代反应）的取代反应1酯化反应酯化反应RCOOH +ROHRCOOR +H2OH（1）酯化反应是可逆反应，酯化反应是
7、可逆反应，Kc4，一般只有，一般只有2/3的转化率。的转化率。提高酯化率的方法：提高酯化率的方法：a 增加反应物的浓度（一般是加过量的醇）增加反应物的浓度（一般是加过量的醇）b 移走低沸点的酯或水移走低沸点的酯或水（2）酯化反应的活性次序：酯化反应的活性次序：酸相同时酸相同时 CH3OH RCH2OH R2CHOH R3COH 醇相同时醇相同时 HCOOH CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH（3）成酯方式成酯方式 RCO HOHO RHH2ORCOOR+RCO HOHO RHH2ORCOOR+酰氧断裂烷氧断裂2酰卤的生成酰卤的生成 羧酸与羧酸与PX3、PX5、S
8、OCl2作用则生成酰卤。作用则生成酰卤。3RCOOH+PBr3 3RCOBr+H3PO3 RCOOH+SOCl2 RCOCl+SO2+HCl3酸酐的生成酸酐的生成 酸酐在脱水剂作用下加热，脱水生成酸酐。酸酐在脱水剂作用下加热，脱水生成酸酐。RCOOH+RCOOHRCOOCRO+H2O2COOH+(CH3CO)2OCO()2O+CH3COOH乙酐（脱水剂）因乙酐能较迅速的与水反应，且价格便宜，生成的乙酸又易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除去,因此，常用乙酐作为制备酸酐的脱水剂。因此，常用乙酐作为制备酸酐的脱水剂。1,4和和1,5二元酸不需要任何脱水剂，加热就能脱手生成环
9、状二元酸不需要任何脱水剂，加热就能脱手生成环状（五元或六元）酸酐。（五元或六元）酸酐。4酰胺的生成酰胺的生成 在羧酸中通入氨气或加入碳酸铵，可得到在羧酸中通入氨气或加入碳酸铵，可得到羧酸铵盐，铵盐热解失水而生成酰胺。羧酸铵盐，铵盐热解失水而生成酰胺。CH3COOH +NH3CH3COONH4CH3CONH2 +H2O三、脱羧反应三、脱羧反应 羧酸在一定条件下受热可发生脱羧反应羧酸在一定条件下受热可发生脱羧反应 无水醋无水醋酸钠和碱石灰混合后强热生成甲烷，是实验室制酸钠和碱石灰混合后强热生成甲烷，是实验室制取甲烷的方法。取甲烷的方法。CH3COONa +NaOH(CaO)CH4+NaCO399%
10、热熔其他直链羧酸盐与碱石灰热熔的产物复杂，无制备意义。其他直链羧酸盐与碱石灰热熔的产物复杂，无制备意义。CH3CH2COONa +NaOH(CaO)CH3CH2CH3+CH4+17%热熔20%烯及混合物柯尔伯柯尔伯（koble）反应）反应 羧酸盐在中性或弱酸性溶液中羧酸盐在中性或弱酸性溶液中进行电解，生成少一个碳原子的烃并放出二氧化碳。进行电解，生成少一个碳原子的烃并放出二氧化碳。一元羧酸的一元羧酸的碳原子上连有强吸电子集团时，易发生碳原子上连有强吸电子集团时，易发生脱羧。脱羧。洪塞迪克尔洪塞迪克尔（Hunsdiecker）反应，）反应，羧酸的银盐在羧酸的银盐在溴或氯存在下脱羧生成卤代烷的反应
11、。溴或氯存在下脱羧生成卤代烷的反应。RCOOAg +Br2R-Br +CO2 +AgBrCCl4CH3CH2CH2COOAg +Br2CH3CH2CH3-Br +CO2 +AgBrCCl4此反应可用来合成比羧酸少一个碳的卤代烃。此反应可用来合成比羧酸少一个碳的卤代烃。四、四、-H的卤代反应的卤代反应羧酸的羧酸的-H可在少量红磷、硫等催化剂存在下被溴或氯取代生可在少量红磷、硫等催化剂存在下被溴或氯取代生成卤代酸。成卤代酸。RCH2COOHRCHCOOHR-C-COOHBr2PBrBrBrBr2P 控制条件，反应可停留在一取代阶段。控制条件，反应可停留在一取代阶段。-卤代酸很活泼，常用来制备卤代酸
12、很活泼，常用来制备-羟基酸和羟基酸和-氨基酸。氨基酸。五、羧酸的还原五、羧酸的还原 羧酸很难被还原，只能用强还原剂羧酸很难被还原，只能用强还原剂LiAlH4才能将其还原为才能将其还原为相应的伯醇。相应的伯醇。H2/Ni、NaBH4等都不能使羧酸还原。等都不能使羧酸还原。第四节第四节 羧酸的来源和制备羧酸的来源和制备 来源：来源：羧酸广泛存在与自然界，常见的羧酸羧酸广泛存在与自然界，常见的羧酸几乎都有俗名。几乎都有俗名。自然界的羧酸大都以酯的形式存在于油、脂、自然界的羧酸大都以酯的形式存在于油、脂、蜡中。油、脂、蜡水解后可以得到多种羧酸蜡中。油、脂、蜡水解后可以得到多种羧酸的混合物。的混合物。制
13、法：制法：一、氧化法一、氧化法1.醛、伯醇的氧化醛、伯醇的氧化2.烯烃的氧化（适用于对称烯烃和末端烯烃）烯烃的氧化（适用于对称烯烃和末端烯烃）3.芳烃的氧化（有芳烃的氧化（有-H芳烃氧化为苯甲酸）芳烃氧化为苯甲酸）4.碘仿反应制酸（用于制备特定结构的羧酸）碘仿反应制酸（用于制备特定结构的羧酸）二、羧化法二、羧化法1.格式试剂合成法格式试剂合成法格式试剂与二氧化碳加合后，酸化水解得羧酸。R MgX +CO2RCOOMgXHH2ORCOOH此法用于制备比原料多一个碳的羧酸，但乙烯式卤代烃难反应。此法用于制备比原料多一个碳的羧酸，但乙烯式卤代烃难反应。2烯烃羰基化法烯烃羰基化法烯烃在Ni(CO)4催
14、化剂的存在下吸收CO和H2O而生成羧酸。RCH=CH2 +CO +H2ONi(CO)4R CH CH2COH2OR CH COOHCH3三、水解法三、水解法1睛的水解 （制备比原料多一个碳的羧酸）此法仅适用于1RX（2、3RX 与NaCN作用易发生消除反应）。2.羧酸衍生物的水解油脂和羧酸衍生物得羧酸，及副产物甘油和醇。3通过丙二酸二乙酯合成各种羧酸。RXNaCNRCNH /H2ORCOOH醇第六节第六节 二元羧酸二元羧酸一、物理性质一、物理性质1物态物态 二元羧酸都是固态晶体，熔点比相近分子量的一元羧二元羧酸都是固态晶体，熔点比相近分子量的一元羧酸高得多。酸高得多。2溶解度溶解度 比相应的一
15、元酸大，易溶于乙醇，难溶于其他有机比相应的一元酸大，易溶于乙醇，难溶于其他有机溶剂。溶剂。二、二元羧酸的化学性质二、二元羧酸的化学性质1具有羧酸的通性具有羧酸的通性对酸性而言对酸性而言 pKa1 pKa2 2二元羧酸受热反应的规律二元羧酸受热反应的规律（1）乙二酸、丙二酸受热脱羧生成一元酸，乙二酸、丙二酸受热脱羧生成一元酸，（2）丁二酸、戊二酸受热脱水（不脱羧）生成环状酸酐，）丁二酸、戊二酸受热脱水（不脱羧）生成环状酸酐，（3）己二酸、庚二酸受热既脱水又脱羧生成环酮，）己二酸、庚二酸受热既脱水又脱羧生成环酮，3与二元醇反应与二元醇反应 二元酸与二元醇反应可生成环酯（但仅限于五元环或六元环），二
16、元酸与二元醇反应可生成环酯（但仅限于五元环或六元环），也可也可以生成聚酯。以生成聚酯。三、重要的二元羧酸三、重要的二元羧酸 第七节第七节 取代羧酸取代羧酸一、羟基酸一、羟基酸1制法制法（1）卤代酸水解）卤代酸水解 用碱或氢氧化银处理用碱或氢氧化银处理，等卤代酸时等卤代酸时可生成对应的羟基酸。可生成对应的羟基酸。（2）氰醇水解氰醇水解 制制-羟基酸羟基酸（3）列佛尔曼斯基列佛尔曼斯基（Reformatsky）反应）反应 制制备备-羟基酸的方法。羟基酸的方法。-卤代酸酯在锌粉作用下与醛、酮反应，生成卤代酸酯在锌粉作用下与醛、酮反应，生成-羟基酸酯，羟基酸酯，-羟基酸酯水解生成羟基酸酯水解生成-羟基
17、酸。羟基酸。2羟基酸的性质羟基酸的性质 具有醇和酸的共性，也有因羟基和羧基的相对位置具有醇和酸的共性，也有因羟基和羧基的相对位置的互相影响的互相影响的特性反应。主要表现在受热反应规律上。的特性反应。主要表现在受热反应规律上。-羟基酸受热时，两分子间相互酯化，生成交酯。羟基酸受热时，两分子间相互酯化，生成交酯。R CHOOOHOHHOCH RCOHOR CHOOOCH RCOO+2H2O交酯 羟基与羧基间的距离大于四个碳原子时，受热则生成羟基与羧基间的距离大于四个碳原子时，受热则生成长链的高长链的高分子聚酯。分子聚酯。二、二、羰基酸羰基酸 分子中含有羰基，有含有羧基的化合物称为羰基酸，分子中含有羰基，有含有羧基的化合物称为羰基酸，如丙酮酸、如丙酮酸、3-丁酮酸等。丁酮酸等。1.羰基酸具有羰基和羧酸的典型反应。羰基酸具有羰基和羧酸的典型反应。2.酮酸的特性反应酮酸的特性反应 -与稀硫酸共热时，脱羧生成醛。与稀硫酸共热时，脱羧生成醛。-酮酸受热易脱羧生成酮。酮酸受热易脱羧生成酮。CH3CCH2COOHOCH3CCH3O+CO2COOHOO+CO2CH3CCHCOOHOCH3CCH2O+CO2
