羧酸的制备方法
羰基是含有碳-氧双键(>C=O)的有机化合物,是有机化学中最重要的官能团之一。羰基与醛中的一个碳和一个氢原子键合,而在酮中它与两个碳原子键合。羧酸及其衍生物是羰基与氧键合的羰基化合物。
羧酸
Carboxylic acids are carbon compounds with a carboxyl functional group, –COOH. The carboxyl group is made up of a carbonyl group that is joined to a hydroxyl group, hence the name carboxyl.
存在脂肪族 (RCOOH) 或芳香族 (ArCOOH) 羧酸,它们取决于连接到羧基碳上的基团,即烷基或芳基。自然界中含有大量的羧酸。一些高级脂肪族羧酸 (C12 – C18) 甘油酯以脂肪酸的形式存在于天然脂肪中。羧酸是多种重要有机化合物的前体,例如酸酐、酯、酰氯、酰胺等。
羧酸的例子是——
- HCOOH——甲酸
- CH 3 COOH – 乙酸
- CH 3 CH 2 COOH – 丙酸
- CH 3 CH 2 CH 2 COOH – 丁酸
- HOOC-COOH – 草酸
- HOOC -CH 2 -COOH – 丙二酸
- HOOC -(CH 2 ) 4 -COOH – 己二酸
- C 6 H 5 -COOH – 苯甲酸
- C 6 H5-CH 2 -COOH – 苯乙酸
羧酸的制备方法
以下是一些重要的羧酸制备方法。
- 来自伯醇和醛:
伯醇很容易在中性、酸性或碱性介质中被高锰酸钾 (KMnO 4 ) 或重铬酸钾 (K 2 Cr 2 O 7 ) 和琼斯试剂三氧化铬 (CrO 3 ) 等常用氧化剂氧化成羧酸。 ) 在酸性介质中。
使用温和的氧化剂,也可以从醛中生产羧酸。当暴露于常见的氧化剂如硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾等时,醛很容易转化为羧酸。
- 来自烷基苯:
芳族羧酸可以通过用铬酸或酸性或碱性高锰酸钾氧化烷基苯来制备。无论侧链长度如何,整个侧链都被氧化成羧基。该方法氧化伯烷基和仲烷基,而仅保留叔基。这些氧化剂还将适当取代的烯烃氧化成羧酸。
- 来自腈和酰胺:
在作为催化剂的 H +或 OH -存在下,腈水解成酰胺,然后水解成酸。在该反应中,优选温和的反应条件以使反应可以在酰胺阶段停止。
- 来自格氏试剂:
格氏试剂在干醚存在下与二氧化碳(干冰)反应生成羧酸盐,然后用无机酸酸化生成相应的羧酸。
- 来自酰卤和酸酐:
当酰氯用水水解时,它们会产生羧酸。当酰氯用碱水溶液水解时,它们会产生羧酸根离子,酸化后会产生相应的羧酸。另一方面,酸酐用水水解产生相应的酸。
- 来自酯类:
酯的酸性水解直接产生羧酸,而碱性水解产生羧酸盐,当酸化时产生相应的羧酸。
- 烷基苯的氧化:
在酸性介质中烷基苯用 K 2 Cr 2 O 7或 KMnO 4氧化烷基苯转化为苯甲酸。发生氧化直到烷基的所有氢原子都被氧化。
- 烯烃的氧化:
烯烃在用 KMnO 4 (高锰酸钾)或 K 2 Cr 2 O 7 (重铬酸钾)溶液处理时,在羧酸中很容易被氧化。
- 三卤衍生物的水解:
三卤衍生物是指三个卤原子连接到同一个碳原子上。当三卤衍生物发生水解时,它会产生以下羧酸:
- 加热宝石二羧酸:
当偕二羧酸加热时,会释放出二氧化碳并形成羧酸。
- 甲基酮的氧化:
羧酸可以由甲基酮制成-
- 科赫反应:
当烯烃在 300-400°C 的压力下用 CO(一氧化碳)在蒸汽中处理时,会形成羧酸。该反应也称为科赫反应。
示例问题
问题 1:写出下列羧酸的 IUPAC 名称——
- 碳酸氢钠
- CH 3 COOH
- C 6 H 5 -COOH
- HOOC -CH 2 -COOH
回答:
- HCOOH – Methanoic acid
- CH3COOH – Ethanoic acid
- C6H5-COOH – Benzenecarboxylic acid
- HOOC -CH2-COOH – Propanedioic acid
问题2:苯乙酮如何转化为苯甲酸?
回答:
Acetophenone can be converted in benzoic acid by oxidation of acetophenone in the presence of acidic or alkaline potassium permanganate.
问题3:下列化合物中哪个酸性更强:
- 甲酸(HCOOH)或苯甲酸(C 6 H 5 -COOH),
- CH 3 COOH 或 CH 2 FCOOH。
回答:
- Formic acid is more acidic as compared to benzoic acid because negative charge on O is more delocalized in HCOOH than benzoic acid.
- CH2FCOOH is more acidic than CH3COOH because electronegative F atom is causing electron withdrawal from COOH and helps in release of H+.
问题4:如何将丁醇转化为丁酸?
回答:
By oxidation of Butanol in presence of ammoniacal AgNO3 (Tollens reagent) produces butanoic acid.
问题5:什么是格氏试剂,格氏试剂是如何生产羧酸的?
回答:
A Grignard reagent is an organomagnesium halide with the formula RMgX, where X is a halogen (-Cl, -Br, or -I) and R is an alkyl or aryl group. Grignard reagents react with carbon dioxide (dry ice) in presence of dry ether to produce carboxylic acid salts, which are then acidified with mineral acid to produce the corresponding carboxylic acids.