第八章有机酸

1、第八章 有机酸 【学习要点】 羧酸的结构、分类，有机酸的命名 有机酸的化学性质 羟基酸和酮酸的结构、分类及命名 常见的羧酸、羟基酸和酮酸 第一节 羧酸 一、羧酸的结构、分类和命名 （一）羧酸的结构 羧酸从结构上可以看作是烃分子中的氢原 子被羧基（-COOH ）取代而成的化合物 （甲酸除外）。羧基及羧酸结构通式如下： COOH C O OH RCOOH（Ar）C O OHR （Ar） 羧基： 简写为： 羧酸结构通式： 简写为： （二）羧酸的分类 羧酸的官能团是羧基，除甲酸外，都是由 烃基和羧基两部分组成。 1根据羧酸分子中烃基的不同，羧酸可分 为脂肪酸和芳香酸。 2根据烃基是否饱和，脂肪酸又可以

2、分为 饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。 3根据羧酸分子中所含羧基的数目分为一 元酸、二元酸和多元酸 （三）羧酸的命名 羧酸常用普通命名法和系统命名法命名。 普通命名法的名称是由其来源而得名，如 干馏蚂蚁得到蚁酸（甲酸），从食用醋中 得到醋酸（乙酸）。如： HCOOH CH3COOHCOOH HOOCCOOH 蚁酸 醋酸 安息香酸 草酸 羧酸的系统命名原则与醛相似，只需将 “醛”字改成“酸”字。脂肪族二元羧酸 命名，取分子中含两个羧基的最长碳链作 为主链，称为“某二酸”；脂环族和芳香 族羧酸命名，把脂环和芳环看做取代基， 以脂肪族羧酸作为母体进行命名。例如： 甲酸 乙酸 2-甲基丙酸 CH 2 COO

3、H 1 CH3 3 CH3 CH3COOHH COOH CH 2 COOH 1 CH3 3 COOH COOH COOH COOH COOHCH2COOH CH2COOH CH2COOH 1 C CH2 4 COOH 5 COOHCH3 乙二酸 丁二酸 3-甲基-3羧基戊二酸 一元酸 二元酸 芳香酸 2 3 苯甲酸 2苯基丙酸邻苯二甲酸 二、羧酸的性质 （一）羧酸的物理性质 甲酸、乙酸、丙酸为有强烈刺激性气味的 无色液体，含49个碳原子的饱和一元脂 肪酸是具有腐败气味的油状液体，癸酸以 上为蜡状固体，二元羧酸和芳香族羧酸都 是结晶性固体。低级羧酸可与水混溶，随 着相对分子质量的增大，溶解度逐渐

4、减小。 羧酸的熔点、沸点都随着相对分子质量的 增大而升高。 （二）羧酸的化学性质 羧基（-COOH ）是羧酸的官能团。从形式上看， 羧基是由羰基和羟基组成。但是，由于羰基与羟 基两者的相互影响，使羧基显示其自身的特性。 1酸性 在羧酸分子中，由于受到羰基的影响使羧基中的 羟基氢原子比较活泼，在水中能部分电离出氢离 子，因此羧酸是一类有机弱酸，具有酸的通性。 羧酸的水溶液可以使酸碱指示剂变色，例如使蓝 色的石蕊试剂变红。 羧酸与碱发生中和反应，生成羧酸盐和水。 羧酸的钾、钠盐易溶解于水，临床上常把 一些难溶解于水的含羧基的药物制成易溶 于水的盐。例如青霉素G钾或青霉素G钠， 供临床注射使用。 羧

5、酸是弱酸，但酸性比碳酸强。它能够与 碳酸盐或碳酸氢盐反应，放出二氧化碳气 体。 RCOOH + NaOH OH2RCOONa + RCOOHOH2RCOONa + NaHCO3CO2 + 苯酚在碳酸氢钠水溶液中不反应，也不溶 解；在碳酸钠水溶液中溶解，但无二氧化 碳气体放出。利用这些性质，可以区别羧 酸和苯酚。 综上所述，羧酸和其它相关物质的酸性强 弱顺序如下： H2SO4、HCl RCOOH H2 CO3 C6H5OH 2脱羧反应 羧酸分子中脱去羧基放出二氧化碳的反应 称为脱羧反应。 RH（Ar）COOHR（Ar）CO2 + 3酯化反应 羧酸与醇作用生成酯和水的反应叫做酯化 反应。即羧基中的

6、羟基被烃氧基取代。 酯化反应是可逆反应，其逆向反应是水解 反应。酯化反应的速率很慢，常需通过酸 催化及加热使反应加速并达到平衡。使用 浓硫酸作催化剂可使平衡向生成酯的方向 移动。 酯通常具有一定的水果香味。 CHOH O +OCH2CH3H+C CH3 O OCH2CH3OH2 浓H2SO4 甲酸 乙醇 甲酸乙酯 三、常见的羧酸 （一）甲酸（ ） 甲酸俗称蚁酸，是有刺激性气味的无色液 体，与水混溶。甲酸的腐蚀性很强，被蚂 蚁或蜂类蛰伤后引起皮肤红肿和疼痛，就 是由甲酸引起的。用稀氨水涂敷可以止痛。 甲酸的结构比较特殊，它的羧基与氢原子 直接相连，从结构上看，分子中既含羧基 又含醛基，表现出它与

7、其它羧酸不同的一 些特性。 HCOH O HCOH O 醛基 羧基 1甲酸的酸性比其他饱和一元羧酸的酸性强。 2甲酸分子中含醛基，具有还原性。甲酸能发 生银镜反应，也能使高锰酸钾溶液褪色。这些反 应，常用于鉴别甲酸。 （二）乙酸（ ） 乙酸俗称醋酸，是食醋中主要的酸性物质，我国 自古就有关于谷物发酵制醋的记载。乙酸是有强 烈的刺激性酸味的无色液体，熔点16.6，与水 混溶，纯乙酸在温度低于16.6时凝成冰状固体， 又称冰醋酸，乙酸是饱和一元羧酸的代表，具有 饱和一元羧酸的性质。 CH3COH O 乙酸的作用 乙酸具有抗细菌和真菌的作用，医药上常用乙酸 稀溶液作为消毒防腐剂，应用“食醋消毒法”预

8、 防流感，使用30%的乙酸溶液搽浴治疗甲癣等。 乙酸中的乙酰基，是生物化学中所有生命的基础。 当它与辅酶A结合后，就成为糖类和脂肪新陈代 谢的中心。然而，乙酸在细胞中的浓度是被严格 控制在一个很小的范围内，避免细胞质的pH发生 破坏性的改变 （三）过氧乙酸（ ） 过氧乙酸又名过乙酸或过醋酸，是乙酐和 过氧化氢在稀硫酸作用下的产物。过氧乙 酸是无色、有强烈刺激气味的液体，不稳 定，加热至110发生强烈爆炸，故常用其 乙酸溶液或水溶液。市售过氧乙酸的含量 为wB=20%40%的溶液。 CH3C O O OH 过氧乙酸的医用价值 过氧乙酸是强氧化剂，有杀菌、漂白作用， 工业上用作氧化剂和漂白剂；过氧

9、乙酸是 高效、广谱、速效、低毒的杀菌剂，医药 上常配制成wB=0.02%过氧乙酸溶液，用 于手消毒，wB=0.2%0.5%的溶液用于 医疗器械、生活用品及餐具的消毒， wB=1%2%的溶液用于室内空气消毒。 （四）乙二酸（ ） 乙二酸是最简单的二元羧酸,常以盐的形式 存在于草本植物中,俗称草酸,通常为含有二 分子结晶水的无色晶体,熔点101.5。加热 失去结晶水而成为无水草酸，无水草酸熔 点189.5。草酸的酸性比其他一元羧酸和 二元羧酸都强。草酸有还原性，容易被高 锰酸钾所氧化。 工业上也常用草酸作漂白剂，用于漂白麦 草，硬脂酸等，草酸还可用于除去铁锈和 蓝墨水污迹。 HOOCCOOH （五

10、）苯甲酸（ ） 苯甲酸是最简单的芳香酸，因存在于安息香树胶 中，俗称安息香酸。难溶于冷水，易溶于热水、 乙醇和乙醚中。苯甲酸及其钠盐常作防腐剂，苯 甲酸可用作治疗癣病的外用药。 （六）丁二酸（ ） 丁二酸俗名瑚珀酸，最初由瑚珀蒸馏得到，加热 易失水生成丁二酸酐。 丁二酸存在于许多植物体内，也存在于动物的脑、 肌肉和尿液中，是人体糖代谢的中间产物。 COOH CH2COOHCH2HOOC 第二节 羟基酸和酮酸 羧酸分子中烃基上的氢原子被其他原子或原子团 取代所生成的化合物称为具有复合官能团的羧酸， 又称取代羧酸。如羟基酸、酮酸等。 一、羟基酸 羧酸分子中烃基上的氢原子被羟基取代而生成的 化合物称

11、为羟基酸。 （一）羟基酸的分类 1根据羟基所连的母体不同，分为醇酸和酚 酸 2根据羟基和羧基的相对位置不同，分为 -羟基酸、 -羟基酸、 -羟基酸等。 （二）羟基酸的命名 羟基酸系统命名法是以羧酸为母体，羟基 为取代基来命名的。取代基的位置可用阿 拉伯数字或希腊字母表示。许多羟基酸存 在于自然界，因此也常根据其来源采用俗 名。 HOOCCH2CHCOOH OH HOOCCH2CCH2COOH OH COOH OH COOH CH3CH OH COOH 2-羟基丙酸 羟基丁二酸 3-羧基-3-羟基戊二酸 2-羟基苯甲酸 二、酮酸 分子中除含羧基外，还含有酮基的化合物 称为酮酸。 根据酮基和羧基的

12、相对位置不同，分为 -酮酸、 -酮酸、 -酮酸等。 医学上多采用俗名或习惯名称，如果用系 统命名法，则按羧酸的命名原则进行，但 必须指明酮基所在的位置。例如 CH3CCH2COOH O O HOOCCCH2COOHCH3CCOOH O 丙酮酸 3-丁酮酸 2-酮基丁二酸 三、羟基酸和酮酸的性质 羟基酸一般是粘稠状液体或晶体，在水中 的溶解度大于相应的脂肪酸、醇或酚。 羟基酸含有两种官能团，兼有酸和醇的性 质。如羟基可酯化，可氧化成羰基；羧基 具有酸性，可成盐、成酯；酚羟基可与三 氯化铁溶液显色等。由于羟基酸分子中两 种官能团的相互影响，也表现出其特有的 性质。 （一）酸性 羟基酸和酮酸分子中都

13、含有羧基，因而在 水中能电离出氢离子，具有酸的性质。 （二）氧化、还原反应 羟基酸中的醇羟基比醇分子中的羟基易氧 化，它容易失去氢原子而转化为相应的酮 酸；相反，酮酸中的羰基也可以得到氢原 子而被还原为羟基酸。 CH3CCOOH O CH3CH OH COOH -2H +2H 乳酸（-羟基丙酸） 丙酮酸 四、医学中的羟基酸和酮酸 （一）乳酸（ ） 乳酸学名-羟基丙酸，存在于酸牛奶中。 人在剧烈活动时，氧气供应不足，肌肉中 糖或糖原分解成乳酸，同时放出能量，以 供生命活动急需，而肌肉内因乳酸积存而 感到酸胀，经休息后，乳酸可以继续分解 成二氧化碳和水，也可以转化为糖原储存。 CH3CH OH C

14、OOH 在医药上，乳酸可作为消毒剂和外用防腐剂，如 1%乳酸溶液用于治疗阴道滴虫，乳酸稀释10倍后 加热蒸发，也可加热蒸发乳酸的水溶液，可进行 空气消毒。乳酸能与碱作用生成乳酸盐，其中， 乳酸钙常用于慢性缺钙的治疗如佝偻病等；乳酸 钠溶液注入人体内后，在有氧条件下经肝脏氧化、 代谢转化为碳酸氢根离子，纠正血中过高的酸度， 可用于纠正代谢性酸中毒。乳酸聚合得到聚乳酸， 聚乳酸可以抽成丝纺成线，这种线是良好的手术 缝线，缝口愈合后不用拆线，能自动降解成乳酸 被人体吸收，无不良后果。尤其是体内手术缝线， 免除二次手术拆线的麻烦。 （二）丙酮酸（ ） 丙酮酸是无色液体，易溶于水、乙醇和乙醚。丙 酮酸是

15、人体三大营养物质代谢的中间产物，在体 内可转变为氨基酸，具有重要的生理作用。丙酮 酸可由乳酸氧化而得，也能还原生成乳酸 （三）苹果酸（ ） 苹果酸学名羟基丁二酸，最初由苹果中分离得到 的，因此而得名。苹果酸为无色针状结晶，易溶 于水和乙醇，微溶于乙醚。苹果酸是体内糖代谢 过程中的中间产物，在酶的催化下脱氢生成草酰 乙酸。苹果酸用于制药和食品工业。 CH3CCOOH O HOOCCH2CHCOOH OH （四）柠檬酸（ ） 柠檬酸化学名称为3-羟基-3-羧基戊二酸，曾名枸 橼酸。存在于柑橘等水果中，尤以柠檬中含量最 多。柠檬酸为透明结晶，无水柠檬酸易溶于水、 乙醇和乙醚，有强的酸味，常用作调味剂

16、，在临 床上，柠檬酸铁铵是常用补血药；柠檬酸钠有防 止血液凝固的作用，常用作抗凝血剂。 柠檬酸是人体内糖、脂肪和蛋白质代谢的中间产 物，它是糖有氧氧化过程中三羧酸循环的起始物。 在酶的催化下，由柠檬酸经顺乌头酸转化成异柠 檬酸，然后进行氧化和脱羧反应，变成-酮戊二 酸。 HOOCCH2CCH2COOH OH COOH （五）水杨酸（ ） 水杨酸化学名称为邻-羟基苯甲酸，又名柳酸。存 在于柳树、水杨树及其它许多植物中。水杨酸是 白色针状结晶，微溶于水，易溶于乙醇。水杨酸 属酚酸，具有酚和羧酸的一般性质。例如，遇三 氯化铁显紫色，在空气中易氧化，水溶液显酸性， 能成盐、成酯等。 水杨酸是一种重要的外用防腐剂和杀虫剂，其酒 精溶液可治疗某些霉菌感染而引起的皮肤病，水 杨酸钠具有退热镇痛作用，对肠胃有刺激作用， 所以不能内服。 水杨酸与乙酐在硫酸催化下生成乙酰水杨酸，俗 名为阿斯匹林,具有解热、镇痛和抗风湿作