首页 / 中医书籍 / 西医备考 / 《医用化学》

三、羧酸的化学性质

羧酸是由羧基和烃基组成的，羧基包括羰基和羟基两个部分，因而不同程度地反映了羰基和羟基的某些性质。但羧基的性质并非两个基团的简单加和，由于羰基和羟基的相互影响表现出许多新的性质。 用物理方法测定甲酸中C=O键长为0.1245nm，比普通羰基的键长（0.122nm）略长一点；C-OH键中的碳氧键长为0.131nm，比醇中的键长（0.143nm）短得多。这表明羧酸中羰基与羟基间发生了相互影响。 在羧酸分子中，羰基碳原子的三个sp2杂化轨道一个与氧成键，一个与羟基氧成键，另一个与氢或烃基成键，这三个轨道在一个平面上，键角约120°；碳原子上的一个未参与杂化的p轨道与氧原子的p轨道构成了π键。但羧基中-OH氧上有一对未共用的电子，可与π键形成p-π共轭体系。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue622.jpg[alt][/alt][/img] 这样一来，一方面使[img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue623.jpg[alt][/alt][/img] 原子团失去了典型的羰基性质，另一方面-OH氧原子的电子云向羰基移动，氧的电子云密度降低，有利于氢的离解，故羧酸的酸性强于醇。 经X射对甲酸根离子的测定表明，它的两个碳氧键的键长都是0.127 nm 。这说明氢以质子形式脱离羧基后，p-π共轭作用更完全，发生了键的平均化。这样，-COO－上的负电荷不再集中于一个氧原子,而是平均分配在两个氧上,所以羧酸根离子更稳定. [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue624.jpg[alt][/alt][/img] 根据羧酸的构造,它可以发生如下反应。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue625.jpg[alt][/alt][/img] [b]（一）酸性[/b] 羧酸在水中可离解出质子而显酸性，其pKa值一般为4-5，属于弱酸。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue626.jpg[alt][/alt][/img] 羧酸的酸性虽比盐酸，硫酸等无机酸弱得多，但比碳酸（pKa=6.35）和一般的酚类（pKa-10）强。故羧酸能分解碳酸盐和碳酸氢盐，放出二氧化碳。 2RCOOH+Na[XB]2[/XB]CO[XB]3[/XB]→2RCOONa+CO[XB]2[/XB]↑+H[XB]2[/XB]o RCOOH+NaHCO[XB]3[/XB]→RCOONa+CO[XB]2[/XB]↑+H[XB]2[/XB]o 利用羧酸与碳酸氢钠的反应可将羧酸与酚类相区别。因羧酸可溶于碳酸氢钠溶液并放出二氧化碳，而一般酚类与碳酸氢钠不起作用。 低级和中级羧酸的钾盐、钠盐及铵盐溶于水，故一些含羧基的的药物制成羧酸盐以增加其在水中的溶解度，便于做成水剂或注射剂使用，。 在羧酸（RCOOH）分子中，与羧基直接或间接直连的原子团对羧酸的酸性有不同程度的影响（表16-3）。 表16-3 一些羧酸的电离常数
化合物构造式PKa
1．甲酸HCOOH3.77
2．乙酸CH[XB]3[/XB]COOH4.76
3．氯乙酸ClCH[XB]2[/XB]COOH2.86
4．二氯乙酸Cl[XB]2[/XB]CHCOOH1.29
5．三氯乙酸Cl[XB]3[/XB]CCOOH0.65
6．溴乙酸BrCH[XB]2[/XB]COOH2.90
7．碘乙酸ICH[XB]2[/XB]COOH3.18
8．氟乙酸FCH[XB]2[/XB]COOH2.66
9．三氟乙酸F[XB]3[/XB]CCOOH强酸
10．丁酸CH[XB]3[/XB]CH[XB]2[/XB]CH[XB]2[/XB]COOH4.82
11．α-氯丁酸[img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue627.jpg[alt][/alt][/img]2.84
12．β-氯丁酸[img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue628.jpg[alt][/alt][/img]4.06
13．γ-氯丁酸CLCH[XB]2[/XB]CH[XB]2[/XB]CH[XB]2[/XB]COOH4.52
和脂肪酸中，与羧基相连的烷基具有供电诱导效应（+I），使羧基上的氢较难离解，酸性较甲酸弱（表16-3中的1，2）。当卤素取代羧酸分子中烃基上的氢后，由于卤原子的吸电子诱导效应（-I），酸性增强（表16-3中的3，6，7，8）。烃基某个碳上引入的卤原子的数目越多，酸性越强（表16-3中的3，4，5及8，9）当卤原子相同时，卤原子距羧基越近，酸性越强（表16-3中的11，12，13）。当卤原子的种类不同时，它们对酸性的影响是F＞CL＞Br＞I。所以氟乙酸的酸性＞氯乙酸＞溴乙酸＞碘乙酸（表16-3中的3，6，7，8）。 [b]（二）羟基被取代的反应[/b] 羧酸中的羟基可以被其它原子或原子团取代，生成羧酸衍生物。例如： [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue629.jpg[alt][/alt][/img] 羧酸分子中去掉羧基上的羟 基后，余下的原子团[img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue630.jpg[alt][/alt][/img] 叫做酰基。 1．酯化反应 酸与醇脱水生成酯的反应叫做酯 化。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue631.jpg[alt][/alt][/img] 羧酸与醇的酯化反应是可逆的，而且反应速率很慢，需用酸作催化剂。例如： [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue632.jpg[alt][/alt][/img] 2．酰卤的生成 羧酸（除甲酸外）能与三卤化磷、五卤化磷或亚硫酰氯（SOCL2）反应，羧基中的羟基被卤素取代生成相应的酰卤。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue633.jpg[alt][/alt][/img] 例如： [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue634.jpg[alt][/alt][/img] 应用SOCL2制备酰卤时，副产物都是气体，便于处理及提纯。 3．酸酐的生成 除甲酸外，一元羧酸与脱水剂共热时，两分子羧酸可脱去一分子水，生成酸酐。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue635.jpg[alt][/alt][/img] 4．酰胺的生成 在羧酸中通入氨气或加入碳酸铵，可以得到羧酸的铵盐。将固体的羧酸铵加热，分子内失去一分子水生成酰胺。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue636.jpg[alt][/alt][/img] [b]（三）脱羧反应和二元羧酸的受热反应[/b] 羧酸脱去羧基的反应叫做脱羧。这个反应的结果是从羧基脱去CO2。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue637.jpg[alt][/alt][/img] 除甲酸外，一元羧酸较稳定，直接加热时难以脱羧，只有在特殊条件下才可发生，生成少一个碳的烃。例如： [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue638.jpg[alt][/alt][/img] 生物体内发生的许多重要的脱羧反应是在脱羧酶的作用下进行的。 有些二元酸对热不稳定，在加热或与脱水剂共热的条件下，随两个羧基间距不同而发生脱羧反应或脱水反应，这是二元羧酸的特性。 1．乙二酸和丙二酸 乙二酸或丙二酸加热脱羧生成一元羧酸。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue639.jpg[alt][/alt][/img] 2．丁二酸、戊二酸及邻苯二甲酸 这三种酸与脱水剂共热时失水，生成环状酸酐。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue640.jpg[alt][/alt][/img] 3．己二酸，庚二酸 己二酸、庚二酸与氢氧化钡共热时，既失水又脱羧 ，生成环酮。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue641.jpg[alt][/alt][/img] [b]（四）α-H的卤代作用[/b] 与羰基相似，羧基也能活化α-H，但其致活作用比羰基小得多。因此，羧酸中的α-H被卤素取代的反应较慢，需加入红磷、硫或碘等作催化剂或在光照下才易进行。 [img]https://baike.zhuayao.net/Uploads/zyzy/lilunshuji/yiyonghuaxue/yiyonghuaxue642.jpg[alt][/alt][/img]