羧酸及其衍生物

羧酸及其衍生物是有机化学中一类重要的官能团。这些化合物以其特定的结构基团和功能特性为特点，使它们在生物学和工业领域都具有重要作用。

羧酸的结构和命名法

羧酸官能团由一个碳原子与一个氧原子形成双键，并与一个羟基形成单键组成。这一原子组合形成一个-COOH官能团。

R−C(=O)OH

在IUPAC命名法中，羧酸通过将母体烷烃名称中的结尾-e替换为-oic acid而命名。例如，甲烷衍生的羧酸称为甲酸。

羧酸的例子：

蚁酸（HCOOH），也称为甲酸
乙酸（CH3COOH），也称为乙酸
丙酸（CH3CH2COOH）
丁酸（CH3(CH2)2COOH）
苯甲酸（C6H5COOH）

羧酸的可视化

羧酸的结构可以从一个简单的公式理解：

这个结构表示一个羧基连接到一个通用有机基团，表示为R

羧酸的性质

羧酸以其酸性性质而闻名，这是由于它们能够提供氢离子 (H+)。酸性产生是因为羧酸在提供氢离子后形成的羧酸盐离子可以通过共振稳定。

由于能够形成氢键，它们的沸点通常比相同分子量的醛、酮和醇高。
它们通常是弱酸，pKa值范围从约4到5。
它们可以通过形成氢键影响其在水中的溶解度。

羧酸的衍生物

羧酸可以通过将-COOH基团的羟基部分替换为其他基团形成许多衍生物。这些衍生物包括：

酯类

酯是通过将羧酸中羟基中的氢替换为烷基基团获得的。这将-COOH更改为-COOR'，其中R'是烷基基团。

R−C(=O)OR'

酯的命名基于生成它们的醇和酸。例如，乙酸乙酯是从乙酸和乙醇中获得的。

酰胺

当羧酸中的羟基被氨基替换时，形成酰胺。酰胺的一般结构为-CONHR'，其中R'可以是氢或烷基基团。

R−C(=O)NHR'

酰胺通过用-amide替换羧酸名称中的-ic acid或-oic acid后缀来命名。

酸酐

酸酐是通过两个羧酸分子的缩合形成的，释放一个水分子。它们的一般结构是(RCO)₂O。

R−C(=O)O−C(=O)R'

酸酐的命名基于生成它们的羧酸，例如乙酸酐，由乙酸生成。