《醫(yī)用化學(xué)》 三、羧酸的化學(xué)性質(zhì)

羧酸是由羧基和烴基組成的，羧基包括羰基和羥基兩個部分，因而不同程度地反映了羰基和羥基的某些性質(zhì)。但羧基的性質(zhì)并非兩個基團(tuán)的簡單加和，由于羰基和羥基的相互影響表現(xiàn)出許多新的性質(zhì)。

用物理方法測定甲酸中C=O鍵長為0.1245nm，比普通羰基的鍵長（0.122nm）略長一點(diǎn)；C-OH鍵中的碳氧鍵長為0.131nm，比醇中的鍵長（0.143nm）短得多。這表明羧酸中羰基與羥基間發(fā)生了相互影響。

在羧酸分子中，羰基碳原子的三個sp2雜化軌道一個與氧成鍵，一個與羥基氧成鍵，另一個與氫或烴基成鍵，這三個軌道在一個平面上，鍵角約120°；碳原子上的一個未參與雜化的p軌道與氧原子的p軌道構(gòu)成了π鍵。但羧基中-OH氧上有一對未共用的電子，可與π鍵形成p-π共軛體系。

這樣一來，一方面使

原子團(tuán)失去了典型的羰基性質(zhì)，另一方面-OH氧原子的電子云向羰基移動，氧的電子云密度降低，有利于氫的離解，故羧酸的酸性強(qiáng)于醇。

經(jīng)X射對甲酸根離子的測定表明，它的兩個碳氧鍵的鍵長都是0.127 nm 。這說明氫以質(zhì)子形式脫離羧基后，p-π共軛作用更完全，發(fā)生了鍵的平均化。這樣，-COO－上的負(fù)電荷不再集中于一個氧原子,而是平均分配在兩個氧上,所以羧酸根離子更穩(wěn)定.

根據(jù)羧酸的構(gòu)造,它可以發(fā)生如下反應(yīng)。

（一）酸性

羧酸在水中可離解出質(zhì)子而顯酸性，其pKa值一般為4-5，屬于弱酸。

羧酸的酸性雖比鹽酸，硫酸等無機(jī)酸弱得多，但比碳酸（pKa=6.35）和一般的酚類（pKa-10）強(qiáng)。故羧酸能分解碳酸鹽和碳酸氫鹽，放出二氧化碳。

2RCOOH+Na2CO3→2RCOONa+CO2↑+H2o

RCOOH+NaHCO3→RCOONa+CO2↑+H2o

利用羧酸與碳酸氫鈉的反應(yīng)可將羧酸與酚類相區(qū)別。因羧酸可溶于碳酸氫鈉溶液并放出二氧化碳，而一般酚類與碳酸氫鈉不起作用。

低級和中級羧酸的鉀鹽、鈉鹽及銨鹽溶于水，故一些含羧基的的藥物制成羧酸鹽以增加其在水中的溶解度，便于做成水劑或注射劑使用，。

在羧酸（RCOOH）分子中，與羧基直接或間接直連的原子團(tuán)對羧酸的酸性有不同程度的影響（表16-3）。

表16-3 一些羧酸的電離常數(shù)

化合物構(gòu)造式PKa1．甲酸HCOOH3.772．乙酸CH3COOH4.763．氯乙酸ClCH2COOH2.864．二氯乙酸Cl2CHCOOH1.295．三氯乙酸Cl3CCOOH0.656．溴乙酸BrCH2COOH2.907．碘乙酸ICH2COOH3.188．氟乙酸FCH2COOH2.669．三氟乙酸F3CCOOH強(qiáng)酸10．丁酸CH3CH2CH2COOH4.8211．α-氯丁酸2.8412．β-氯丁酸4.0613．γ-氯丁酸CLCH2CH2CH2COOH4.52

和脂肪酸中，與羧基相連的烷基具有供電誘導(dǎo)效應(yīng)（+I），使羧基上的氫較難離解，酸性較甲酸弱（表16-3中的1，2）。當(dāng)鹵素取代羧酸分子中烴基上的氫后，由于鹵原子的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)（-I），酸性增強(qiáng)（表16-3中的3，6，7，8）。烴基某個碳上引入的鹵原子的數(shù)目越多，酸性越強(qiáng)（表16-3中的3，4，5及8，9）當(dāng)鹵原子相同時，鹵原子距羧基越近，酸性越強(qiáng)（表16-3中的11，12，13）。當(dāng)鹵原子的種類不同時，它們對酸性的影響是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）。

（二）羥基被取代的反應(yīng)

羧酸中的羥基可以被其它原子或原子團(tuán)取代，生成羧酸衍生物。例如：

羧酸分子中去掉羧基上的羥 基后，余下的原子團(tuán)

叫做?；?。

1．酯化反應(yīng)

酸與醇脫水生成酯的反應(yīng)叫做酯 化。

羧酸與醇的酯化反應(yīng)是可逆的，而且反應(yīng)速率很慢，需用酸作催化劑。例如：

2．酰鹵的生成

羧酸（除甲酸外）能與三鹵化磷、五鹵化磷或亞硫酰氯（SOCL2）反應(yīng)，羧基中的羥基被鹵素取代生成相應(yīng)的酰鹵。

例如：

應(yīng)用SOCL2制備酰鹵時，副產(chǎn)物都是氣體，便于處理及提純。

3．酸酐的生成

除甲酸外，一元羧酸與脫水劑共熱時，兩分子羧酸可脫去一分子水，生成酸酐。

4．酰胺的生成

在羧酸中通入氨氣或加入碳酸銨，可以得到羧酸的銨鹽。將固體的羧酸銨加熱，分子內(nèi)失去一分子水生成酰胺。

（三）脫羧反應(yīng)和二元羧酸的受熱反應(yīng)

羧酸脫去羧基的反應(yīng)叫做脫羧。這個反應(yīng)的結(jié)果是從羧基脫去CO2。

除甲酸外，一元羧酸較穩(wěn)定，直接加熱時難以脫羧，只有在特殊條件下才可發(fā)生，生成少一個碳的烴。例如：

生物體內(nèi)發(fā)生的許多重要的脫羧反應(yīng)是在脫羧酶的作用下進(jìn)行的。

有些二元酸對熱不穩(wěn)定，在加熱或與脫水劑共熱的條件下，隨兩個羧基間距不同而發(fā)生脫羧反應(yīng)或脫水反應(yīng)，這是二元羧酸的特性。

1．乙二酸和丙二酸

乙二酸或丙二酸加熱脫羧生成一元羧酸。

2．丁二酸、戊二酸及鄰苯二甲酸

這三種酸與脫水劑共熱時失水，生成環(huán)狀酸酐。

3．己二酸，庚二酸

己二酸、庚二酸與氫氧化鋇共熱時，既失水又脫羧 ，生成環(huán)酮。

（四）α-H的鹵代作用

與羰基相似，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被鹵素取代的反應(yīng)較慢，需加入紅磷、硫或碘等作催化劑或在光照下才易進(jìn)行。