羧酸的用途

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引言

羧酸的製備方法是將酸的氯化物用鹼性水溶液水解。這種氯化物與鹼反應時會生成羧酸，然後可以透過實驗室方法再次酸化。酸酐的羥基化人工合成R-COOH。羧酸通常由兩個電負性氧原子組成，使酸分子極性。

什麼是羧酸？

具有羧基官能團的有機化合物被稱為羧酸。這些化合物在環境中廣泛存在，也可以人工合成。羧酸會逐漸去質子化，形成羧酸根陰離子。羧酸根陰離子的通式可以寫成R-COOH。己二酸是R-COOH的組分之一，也可用於製造尼龍-6,6。羧酸常被廣泛用於生產多種有用的鹽，包括肥皂中的鹽。

圖1：羧酸的結構

羧酸可以透過以下幾種人工方法制備。

利用伯醇製備羧酸

在多種氧化劑（包括高錳酸鉀（$\mathrm{KMnO_4}$，用於中性、酸性或鹼性介質）的幫助下，伯醇通常會發生氧化反應以生成羧酸。這種酸也可以透過其他一些試劑的氧化反應生成，包括三氧化鉻（$\mathrm{CrO_3,\:H_2SO_4}$和Jones試劑）和重鉻酸鉀（$\mathrm{K_2Cr_2O_7}$ – 酸性介質）。

圖2：伯醇氧化成羧酸

由腈製備

腈在實驗室方法中水解會形成醯胺。然後，在催化劑的存在下，醯胺參與反應，從而幫助製備羧酸。在這個反應中，H+或OH-通常充當催化劑。當使用溫和的反應條件時，醯胺階段的反應就會終止。

由醯氯製備

醯氯用水解會生成R-COOH。醯氯用鹼性水溶液水解通常會生成羧酸根離子，這些離子可以被酸化以形成所需的R-COOH。另一方面，酸酐用鹼性水溶液水解也會生成羧酸。

羧酸的性質

下面列出了一些R-COOH的物理和化學性質。

• R-COOH的沸點隨著分子大小的增加而增加。與醇和烯烴相比，R-COOH具有更高的沸點。

• R-COOH通常被認為是弱酸，可以與所涉及的分子形成氫鍵、範德華色散力和偶極-偶極相互作用。

• R-COOH在水中的溶解度中等，因為它們是極性化合物，並且由於羧基中的羥基，它們會在H2O中形成氫鍵。

• R-COOH具有揮發性，具有強烈的氣味，如醋中的氣味。醋通常含有乙酸、丁酸和酸敗的黃油。

• 除此之外，R-COOH酯具有令人愉悅的甜味，用於製作香水。酸通常與醇反應生成酯。

羧酸的用途

下面提到了一些羧酸（R-COOH）的主要用途。

• 羧酸（R-COOH）含有幾種對人體健康非常有益的脂肪酸，包括Omega-6和omega-3脂肪酸。脂肪酸有助於細胞膜的發育和生長，控制其他營養素的利用，並維持體內的代謝。

• R-COOH通常含有脂肪酸，廣泛用於生產肥皂和洗滌劑。肥皂是硬脂酸的鉀鹽或鈉鹽，其中含有較高比例的脂肪酸。

圖3：由氫氧化銅催化的醯肼合成羧酸

• R-COOH用於食品工業，用於生產軟飲料、醋等。這些有機酸也含有用作食品防腐劑的鈉鹽。

• 在製藥工業中，羧酸常用於生產藥物，包括阿司匹林和非那西丁。

• 羧酸的組分，如乙酸，被廣泛用作凝結劑，以製造橡膠、汽車輪胎等等。

• 有機酸也可用於製備染料、香水和人造絲。

結論

羧酸含有大量的脂肪酸，包括Omega-6和omega-3脂肪酸，有時人體無法很好地吸收。R-COOH有助於減緩消化過程以及從食物中吸收營養和能量。R-COOH也可在全球食品和製藥工業中用作氨基酸和乙酸。R-COOH的酯通常被稱為羧酸鹽，當質子化時，其共軛鹼會產生羧酸根離子。

常見問題

Q1. 羧酸的重要性是什麼？

A1. 羧酸的組分，如乙酸，用作凝結劑，用於橡膠的生產。這種羧酸與醇反應生成具有甜味的酯，用於生產香水和香精化妝油。

Q2. 羧酸的化學性質是什麼？

A2. 羧酸用氫處理並經過氫化反應後可以還原成醇。R-COOH的α-碳可以透過Hell-Volhard-Zelinsky反應進行鹵化。R-COOH的化合物可以透過Schmidt反應轉化為胺。

Q3. 羧酸的主要應用是什麼？

A3. 羧酸用於製備汽車輪胎、橡膠材料、化妝油、香水和紡織品。己二酸是R-COOH的組分之一，也可用於製造尼龍-6,6。乙二胺四乙酸可用作多個實驗室中的螯合劑。