羧酸的用途

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引言

羧酸的制备方法是将酸的氯化物用碱性水溶液水解。这种氯化物与碱反应时会生成羧酸，然后可以通过实验室方法再次酸化。酸酐的羟基化人工合成R-COOH。羧酸通常由两个电负性氧原子组成，使酸分子极性。

什么是羧酸？

具有羧基官能团的有机化合物被称为羧酸。这些化合物在环境中广泛存在，也可以人工合成。羧酸会逐渐去质子化，形成羧酸根阴离子。羧酸根阴离子的通式可以写成R-COOH。己二酸是R-COOH的组分之一，也可用于制造尼龙-6,6。羧酸常被广泛用于生产多种有用的盐，包括肥皂中的盐。

图1：羧酸的结构

羧酸可以通过以下几种人工方法制备。

利用伯醇制备羧酸

在多种氧化剂（包括高锰酸钾（$\mathrm{KMnO_4}$，用于中性、酸性或碱性介质）的帮助下，伯醇通常会发生氧化反应以生成羧酸。这种酸也可以通过其他一些试剂的氧化反应生成，包括三氧化铬（$\mathrm{CrO_3,\:H_2SO_4}$和Jones试剂）和重铬酸钾（$\mathrm{K_2Cr_2O_7}$ – 酸性介质）。

图2：伯醇氧化成羧酸

由腈制备

腈在实验室方法中水解会形成酰胺。然后，在催化剂的存在下，酰胺参与反应，从而帮助制备羧酸。在这个反应中，H+或OH-通常充当催化剂。当使用温和的反应条件时，酰胺阶段的反应就会终止。

由酰氯制备

酰氯用水解会生成R-COOH。酰氯用碱性水溶液水解通常会生成羧酸根离子，这些离子可以被酸化以形成所需的R-COOH。另一方面，酸酐用碱性水溶液水解也会生成羧酸。

羧酸的性质

下面列出了一些R-COOH的物理和化学性质。

• R-COOH的沸点随着分子大小的增加而增加。与醇和烯烃相比，R-COOH具有更高的沸点。

• R-COOH通常被认为是弱酸，可以与所涉及的分子形成氢键、范德华色散力和偶极-偶极相互作用。

• R-COOH在水中的溶解度中等，因为它们是极性化合物，并且由于羧基中的羟基，它们会在H2O中形成氢键。

• R-COOH具有挥发性，具有强烈的气味，如醋中的气味。醋通常含有乙酸、丁酸和酸败的黄油。

• 除此之外，R-COOH酯具有令人愉悦的甜味，用于制作香水。酸通常与醇反应生成酯。

羧酸的用途

下面提到了一些羧酸（R-COOH）的主要用途。

• 羧酸（R-COOH）含有几种对人体健康非常有益的脂肪酸，包括Omega-6和omega-3脂肪酸。脂肪酸有助于细胞膜的发育和生长，控制其他营养素的利用，并维持体内的代谢。

• R-COOH通常含有脂肪酸，广泛用于生产肥皂和洗涤剂。肥皂是硬脂酸的钾盐或钠盐，其中含有较高比例的脂肪酸。

图3：由氢氧化铜催化的酰肼合成羧酸

• R-COOH用于食品工业，用于生产软饮料、醋等。这些有机酸也含有用作食品防腐剂的钠盐。

• 在制药工业中，羧酸常用于生产药物，包括阿司匹林和非那西丁。

• 羧酸的组分，如乙酸，被广泛用作凝结剂，以制造橡胶、汽车轮胎等等。

• 有机酸也可用于制备染料、香水和人造丝。

结论

羧酸含有大量的脂肪酸，包括Omega-6和omega-3脂肪酸，有时人体无法很好地吸收。R-COOH有助于减缓消化过程以及从食物中吸收营养和能量。R-COOH也可在全球食品和制药工业中用作氨基酸和乙酸。R-COOH的酯通常被称为羧酸盐，当质子化时，其共轭碱会产生羧酸根离子。

常见问题

Q1. 羧酸的重要性是什么？

A1. 羧酸的组分，如乙酸，用作凝结剂，用于橡胶的生产。这种羧酸与醇反应生成具有甜味的酯，用于生产香水和香精化妆油。

Q2. 羧酸的化学性质是什么？

A2. 羧酸用氢处理并经过氢化反应后可以还原成醇。R-COOH的α-碳可以通过Hell-Volhard-Zelinsky反应进行卤化。R-COOH的化合物可以通过Schmidt反应转化为胺。

Q3. 羧酸的主要应用是什么？

A3. 羧酸用于制备汽车轮胎、橡胶材料、化妆油、香水和纺织品。己二酸是R-COOH的组分之一，也可用于制造尼龙-6,6。乙二胺四乙酸可用作多个实验室中的螯合剂。