如何制备羧酸？

---

简介

羧酸也被称为烃氧化产物。羧酸是烃的衍生物，由一个或多个氢原子被羧基取代形成。

含有羧基的有机化合物称为羧酸。它们是化学中一个重要的官能团。它们的命名来源于它们所组成的羰基（C=O）和羟基（-OH）基团。它们具有不同于羰基和羟基的特性。根据羧基的数量，它们被分为一元羧酸、二元羧酸和三元羧酸。

羧酸的结构

• 根据最近的光谱学和衍射研究，酸基（-COOH）是平面的。即(-COOH)基团的碳原子以及2个氧原子都是sp²杂化的，而烷基碳原子是sp³杂化的。

• 因为R基团有一个未配对的sp³杂化轨道，它与碳的sp²杂化轨道轴向排列，形成σ键。

• C原子发生了sp²杂化。最后一个pz轨道垂直于由3个sp²轨道形成的平面。一个sp²轨道与R基团的sp³轨道对齐。最后的2个与2个氧原子的sp²轨道重叠，形成2个σ键。

• 一个氧原子发生sp²杂化。最后一个pz轨道平行于平面。一个sp²杂化轨道与碳的sp²杂化轨道对齐，形成σ键。另外两个sp²杂化轨道带有孤对电子。

• 第二个氧原子也共平面，其中一个sp²杂化轨道与氢的s轨道重叠，形成σ键。

• 所有3个位于垂直于平面的pz杂化轨道可以在整个轨道图像中侧向重叠，形成π键。因此，这些轨道是离域的。

Explore our latest online courses and learn new skills at your own pace. Enroll and become a certified expert to boost your career.

羧酸的制备方法

一些主要的羧酸制备方法如下。

由格氏试剂制备羧酸

在无水乙醚存在下，格氏试剂与二氧化碳（干冰）反应生成羧酸盐，然后用无机酸酸化得到羧酸。

由醇制备羧酸

重铬酸钾以及琼斯试剂在酸性介质中，或常用的氧化剂如高锰酸钾在中性、酸性或碱性介质中，都能快速将伯醇氧化成羧酸。

由醛制备羧酸

羧酸也可以由醛（-CHO）用中等强度的氧化剂合成。醛在受到常用的氧化剂作用时，会迅速转化为羧酸。

由酯制备羧酸

碱性水解生成羧酸盐，羧酸盐酸化后生成相应的羧酸，而酯的酸性水解则直接生成羧酸。

由酰卤和酸酐制备

当酰氯用水解时，会形成羧酸。当酰氯用碱性水溶液水解时，会形成羧酸根离子，羧酸根离子酸化后生成相应的羧酸。相反，酸酐用H_2 O水解生成相应的酸。

由腈和酰胺制备

腈在H⁺或OH^-作为催化剂存在下，水解生成酰胺，然后生成酸。在这个反应中，温和的反应条件是优选的，以便反应可以在酰胺阶段终止。

由烷基苯制备

烷基苯可以用碱性或酸性高锰酸钾或铬酸氧化生成芳香族羧酸。无论侧链长度如何，整个侧链都被氧化成羧基。伯和仲烷基被氧化，但叔烷基不被氧化。这些氧化剂也可以将适当取代的烯烃转化为羧酸。

羧酸转化为醇

羧酸转化为醇是一个简单的过程。羧酸使用如无水乙醚或四氢铝锂等试剂还原。羧酸中的-COOH基团被转化为-CH_2 OH，一个伯醇基团。

羧酸的用途

• 有机酸用于食品工业，制备钠盐、醋和其他软饮料，而苯甲酸钠则用于防腐。

• 乙酸用于化工行业，制备香料、人造丝和染料等。

• 乙酸用于橡胶制造行业，生产橡胶。

• 羧酸，如硬脂酸，是生产洗涤剂和肥皂中最重要的酸。

• 在尼龙工业中，己二酸用于生产过程中。

• 苯甲酸酯用于制造身体喷雾、香水和其他化妆品。

• 乙酰水杨酸用于制药行业，制备非那西汀、阿司匹林和其他药物。

结论

羧酸被归类为烃的衍生物。COOH基团中可取代的H原子的存在赋予了羧酸其酸性。根据最近的光谱学和衍射研究，酸基（-COOH）是平面的。羧酸可溶于水。羧酸的沸点远高于相同分子量的烷烃或醇。根据与COOH相连的基团的类型（烷基或芳基），它们被分类为脂肪族或芳香族化合物。

常见问题

1. 酸的沸点比相应的醇高。给出原因。

由于酸的两个分子之间存在分子间氢键，因此酸的沸点较高。由于二聚体的形成，有效分子量变为正常质量的两倍，从而提高了沸点。此外，由于酸具有比醇更极性的-OH基团，因此酸中的氢键更强，从而提高了酸的沸点。

2. 为什么羧酸被称为脂肪酸？

因为高级羧酸是由脂肪和油的分解形成的，所以羧酸被称为脂肪酸。

3. 用LiAlH_4处理酯然后进行酸性水解的结果是什么？

$$\mathrm{Ph-COO-CH_2-Ph+LiAlH_4→Ph-CH_2-OH+Ph-CH_2-OH}$$

4. 以下哪一个酸性更强？

• CH₃ COOH 或 CH₂ FCOOH，

• 甲酸或苯甲酸

由于负电性的F原子导致电子从COOH中被拉出，并有助于H⁺的释放，因此CH₂ FCOOH比CH₃ COOH酸性更强。

甲酸比苯甲酸酸性更强，因为HCOOH中O上的负电荷比苯甲酸中更离域。

5. 说明羧酸的物理性质。

• C₁-C₃羧酸（脂肪族）是具有刺激性气味的无色腐蚀性液体。C₄-C₉羧酸是具有腐败黄油气味的油状液体。高级酸是无味的蜡状固体，密度远低于水。

• 羧酸的沸点远高于相同分子量的烷烃或醇。

• 羧酸可溶于水，因为它们可以与H₂ O分子形成氢键。