羧酸的性質特點
實驗室k / 2019-05-13
乙酸在生物體中分布很廣,它是生物體內代謝過程中的一個重要中間體。此外,在自然界中還廣泛存在其他羧酸,如甲酸(又叫蟻酸)、丁酸(又叫酪酸)、己酸(又叫羊油酸)、十六酸(軟脂酸)、十八酸(硬脂酸)……等。特別是高級羧酸常以甘油酯——油脂的形式聚集于果實和種籽的細胞中。如將油脂水解,就會得到很多飽和一元羧酸,故這些飽和一元羧酸又叫做脂肪酸。這為棉籽、米糠以及其他多種野生油料作物的綜合利用提供了一條途徑。
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恩格斯在《反杜林論》中指出:“由于元素的單純的數(shù)量增加——而且總是按同一比例——而形成的一系列在質上不同的物體。”這種由于量變引起質變的規(guī)律在烷烴系列中是這樣,在醇、醛、酮和羧酸系列中也是這樣。例如:甲酸、乙酸、丙酸在室溫下是有刺激氣味和酸味的液體,易溶于水,而丁酸至壬酸則為難溶于水的油狀液體,到了十個碳原子(癸酸)以上的直鏈羧酸乃是不溶于水的固體。
另外,羧酸的沸點是隨著碳原子數(shù)的增加而增加,而且比同數(shù)碳原子的醇更高(見表2-2)。其主要原因也是氫鍵的影響,在羧酸分子中,由于極化了的羰基的存在,致使羧酸分子中的氫鍵比醇還要強,甚至在蒸氣及烴類溶劑的稀溶液中,也還有某些二聚體存在,這就是羧酸具有較高沸點和熔點的內因。
表2-2 含同數(shù)碳原子的烷、醇、酸的沸點和溶點
|
甲烷 |
甲醇 |
甲酸 |
乙烷 |
乙醇 |
乙酸 |
丙烷 |
丙醇 |
丙酸 |
丁烷 |
丁醇 |
丁酸 |
| 沸點(℃) |
-161.6 |
64.7 |
110.8 |
-88.6 |
78.4 |
118.1 |
-42.2 |
97.8 |
141.1 |
-0.5 |
117 |
163.5 |
| 溶點(℃) |
-182.6 |
-93.9 |
8.6 |
-182 |
-112 |
16.67 |
-187.1 |
-127 |
-22 |
-138 |
-89.5 |
-4.7 |
在酸性方面,不同羧酸的強弱也各不相同。甲酸的酸性就比乙酸強,因為乙酸比甲酸増加了亞甲基(—CH2)后,形成的甲基(—CH3)比且具有更大的斥電子能力,甲基的這種影響不僅使甲基與羧基碳原子的σ電子云偏向于羧基碳原子,而且這種性能可以沿著單鍵傳遞下去,這種傳遞作用就稱為透導效應。這樣就使乙酸羧基中的H原子比甲酸中的H原子難以電離為質子,所以乙酸的酸性要比甲酸弱。同樣,乙基的
斥電子能力更比—CH3強,所以丙酸的酸性要更弱些。但是,隨著距離的增加,誘導效應在碳鏈中的傳遞也會很快削弱下去,所以到了高級脂肪酸時,其酸性差別就不大了。
相反,若在乙酸分子中引入一個吸電子的基團,如—Cl原子,組成α-氯乙酸,則同樣由于誘導效應的作用,使其H原子具有更大的電離為質子的可能性,故α-氯乙酸的酸性要比
乙酸強,二氯乙酸更強,三氯乙酸的酸性幾乎近于硫酸。同樣,鹵素對羥基的影響,也隨著它們之間距離而有所不同:α-C原子上的鹵素影響最大,β次之,到γ位影響就很小了。
由此可見,“一切運動都存在于吸引和排斥的相互作用中。”“只有從這個普遍的相互作用出發(fā),我們才能了解現(xiàn)實的因果關系。”(《自然辯證法》)既然取代基吸引或排斥電子能力的強弱會影響酸的酸性,反過來,從各種取代酸的電離常數(shù)的測定,就可以比較各種取代基吸引或排斥電子能力的強弱,其規(guī)律如下:
事物的運動就是這樣。人們對這些不同的運動形式的探計,也就是我們自然科學的主要研究對象。
以上,我們討論的都是飽和的一元羧酸。但就羧酸而言,它還有不飽和的一元酸(例如廣泛存在于植物中的油酸、桐油酸、蓖麻酸等),還有飽和及不飽和的二元酸(如草酸即乙二酸、己二酸、對苯二甲酸、丁烯二酸等),也還有芳香酸(如安息香酸即苯甲酸、水楊酸)等等。在這里,就不一一討論了。