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结构生物化学/有机化学/有机官能团/羰基/羧酸

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羧酸的结构


IUPAC 命名法

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在所有官能团中,羧酸的优先级最高。像其他官能团一样,羧酸也有 IUPAC 命名法,一些简单的羧酸也有俗名。

1. 用于命名羧酸的后缀是–oic
2. 含有羰基的碳被指定为碳 #1。
3. 包含羰基碳的最长碳链根据烷烃/烯烃/炔烃规则进行编号和命名。
4. 最长链上的取代基相应地进行标记。

结构和物理性质

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羧酸的共振稳定
羧酸二聚体

像其他羰基一样,羰基碳带有一个强烈的正电荷。然而,由于这个碳连接到两个氧原子上,而酮和醛中的羰基碳只连接到一个氧原子上,因此羧酸中的羰基碳带有一个更大的正电荷。由于电荷分布很大,羧酸与酮、醇、醛等其他极性分子以及其他羧酸形成氢键。

羰基是 sp2 杂化的,且为三角平面形,其周围的所有键角约为 120°。羰基的 C-O 键长比典型的醛或酮更长,而 C-O 单键略短。这可以用共振来解释。在含氢氧原子和羰基碳原子之间存在大量的双键特征。并且在羰基碳原子和羰基氧原子之间存在大量的单键特征。

由于羧酸是一个极性很强的官能团,因此与相应的醛和酮相比,羧酸具有相对较高的熔点和沸点。此外,羧酸在固态和稀的非水溶液中形成氢键二聚体。

羧酸中的氢非常酸性。
1. 羧酸根离子的共振结构增加了末端氢的酸性,因为去质子化氢产生的负电荷分布在整个分子上。
2. 吸电子取代基增加了羧酸的酸性。吸电子基团具有诱导效应。它们从 -OH 键中吸取电子密度,从而使该键的极性更大,更容易使氢原子去质子化。

制备羧酸

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1. 氧化:伯醇可以被氧化成醛,然后进一步氧化成羧酸。一些常见的氧化剂是 MnO4、CrO3 和 HNO3
2. 有机金属试剂与二氧化碳反应生成羧酸。
3. 腈水解成羧酸。
4. 酰胺、酯和酸酐也可以转化为羧酸。

1. 加成-消除是羧酸的反应路径。羧酸可以通过加成-消除路径转化为酰卤、酸酐、酯、酰胺。
2. 羧酸可以用氢化铝锂还原成伯醇。

通过 Hell-Volhard-Zelinsky 反应进行 α-溴化

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此反应可用于制备 α-溴代羧酸。它们是 α-氨基酸的前体。

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