羧酸及其衍生物和取代酸廣泛存在于自然界，是動(dòng)、植物體內(nèi)重要的生理物質(zhì)，在動(dòng)、植物的代謝過(guò)程中起著重要作用。
羧酸是指分子中含有羧基（-COOH）的化合物，羧基是羧酸的官能團(tuán)。
一、分類和命名
1．分類
根據(jù)與羧基相連的烴基的不同，羧酸可分為脂肪羧酸（又可分為飽和和不飽和兩類）、脂環(huán)羧酸和芳香羧酸；根據(jù)分子中所含淡基的數(shù)目，可分為一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸等。飽和一元脂肪羧酸的通式為CnH2n+lCOOH。
2．命名
(1)俗名許多羧酸都有俗名，即根據(jù)來(lái)源或性質(zhì)進(jìn)行命名，見(jiàn)括號(hào)內(nèi)的名稱。
(2)系統(tǒng)命名法脂肪羧酸的系統(tǒng)命名原則與醛類似，是選擇含有羧基的最長(zhǎng)的碳鏈作主鏈，編號(hào)從梭基碳原子開(kāi)始。命名一些簡(jiǎn)單的脂肪羧酸時(shí)，常習(xí)慣用α、β、γ等希臘字母表示取代基的位置。對(duì)不飽和羧酸（常見(jiàn)的是烯酸），應(yīng)選擇含羧基及雙鍵的最長(zhǎng)的碳鏈作主鏈，同時(shí)必須指明雙鍵的位置，并稱為某烯酸。
芳香羧酸和脂環(huán)羧酸的命名，通常把芳環(huán)或脂環(huán)當(dāng)作取代基。
二、化學(xué)性質(zhì)
1．酸性
羧酸在水中可電離出部分氫離子而顯酸性。
RCOOH?RCOO-＋H+
羧酸的電離常數(shù)一般都很小，大多數(shù)是弱酸，但比碳酸和苯酚的酸性要強(qiáng)。羧酸具有酸的通性，能使石蕊變紅，能與堿性氧化物、堿和某些鹽發(fā)生反應(yīng)。
2RCOOH+MgO→(RCOO)2 Mg+H2O
RCOOH+NaOH→→RCOONa+H2O
2RCOOH+Na2CO3→2RCOONa十H2O+CO2↑
大多數(shù)羧酸的pKa在4~5之間，而生物細(xì)胞中的pH一般在5~9之間，所以在有機(jī)體中，羧酸往往以鹽的形式（多為與有機(jī)堿形成的鹽）存在。同時(shí)，由于羧基的極性而使羧酸在水中有一定的溶解度，羧酸鹽在水中的溶解度更大。因此在許多天然有機(jī)物中，由于羧基的存在而增加了分子的水溶性。
土壤腐殖質(zhì)的主要成分是腐殖酸，在土壤肥料學(xué)中常用R(COOH)2簡(jiǎn)單表示。腐殖質(zhì)對(duì)土壤肥力有重要影響。
羧酸的酸性受烴基結(jié)構(gòu)的影響。烷基是供電子基團(tuán)。由于烷基的供電子誘導(dǎo)效應(yīng)，使得除甲酸以外其他脂肪酸的O-H間電子密度有所增高，從而使得氫以H+形式的電離度降低，所以兩個(gè)碳以上的飽和一元羧酸的酸性有所減弱。不同烷基供電子性的差異不大，所以在飽和一元羧酸中，除甲酸的酸性最強(qiáng)外，其他同系物的電離常數(shù)都屬同一數(shù)量級(jí)。如果烴基上連有吸電子基團(tuán)，由于吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，羧基中O-H鍵的極性增強(qiáng)，更易電離出H+，酸性就會(huì)增強(qiáng)。
一氯乙酸的酸性比乙酸強(qiáng)。α-鹵代酸的酸性隨鹵原子數(shù)目的增加而增強(qiáng)，三氯乙酸的酸性幾乎與無(wú)機(jī)酸相當(dāng)。
誘導(dǎo)效應(yīng)隨距離的增長(zhǎng)而迅速減弱，如果鹵素取代在β-碳原子上，則對(duì)酸性的影響就小得多。
2．羧酸衍生物的生成
(1)酯的生成在強(qiáng)酸（如濃硫酸）的催化下，羧酸與醇作用生成酯。有機(jī)酸和醇的酯化反應(yīng)是可逆的。
RCOOH+HOR'←(濃H2SO4/△)→RCOOR'+H2O
(2)酰胺的生成羧酸與氨作用，得到羧酸的銨鹽，銨鹽受熱脫水生成酰胺。
RCOOH+NH3→RCOONH4←(△)→RCONH2+H2O
3．脫羧反應(yīng)
從羧酸分子中脫去一分子二氧化碳而生成少一個(gè)碳原子的化合物的反應(yīng)，叫做脫羧反應(yīng)。飽和一元脂肪梭酸鹽與堿石灰共熱，可脫羧生成比原來(lái)羧酸少一個(gè)碳原子的烴。
R-COONa+NaOH—(CaO/△)→R-H+Na2CO3
α-碳原子上連有強(qiáng)吸電子基團(tuán)的一元羧酸，更容易發(fā)生脫羧反應(yīng)。
CH3COCH2COOH—(△)→CH3COCH3+CO2↑
Cl3CCOOH—(△)→CHCl3+CO2↑
低級(jí)的二元羧酸受熱比較容易脫羧。
HOOC-COOH—(△)→HCOOH+CO2↑
HOOC-CH2-COOH—(△)→CH3COOH+CO2↑
脫羧反應(yīng)也可在酶的催化下進(jìn)行，這類反應(yīng)在動(dòng)植物的生理生化過(guò)程中是常見(jiàn)的。
4.α-氫的取代反應(yīng)
脂肪羧酸中的α-氫可被鹵素取代生成鹵代酸，但較醛、酮的鹵代反應(yīng)困難，如乙酸在日光或紅磷的催化下，α-氫可逐漸被氯取代，生成一氯乙酸、二氯乙酸或三氯乙酸。
CH3COOH+Cl2—(日光)→ClCH2COOH—(Cl2/日光)→Cl2CHCOOH—(Cl2/日光)→Cl3CCOOH
用氯乙酸和2,4-二氯苯酚做原料，可制得2,4-D(2,4一二氯苯氧乙酸鈉）。
2,4-D——一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑
2,4-D隨使用濃度和用量不同，對(duì)植物可產(chǎn)生多種不同的效應(yīng)：在較低濃度（(0.5~1.0mg?L-1）下是植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基成分之一；在中等濃度（(1~25mg?L-1）下可防止落花落果、誘導(dǎo)無(wú)籽果實(shí)和果實(shí)保鮮等作用；更高濃度（(1000mg?L-1）下作為除草劑可殺死多種闊葉雜草。
三、羧酸代表物的應(yīng)用
1．甲酸
甲酸俗稱蟻酸，存在于蜂類的螫針、某些蟻類以及毛蟲(chóng)的分泌物中，同時(shí)也廣泛存在于植物界，如蕁麻、松葉及某些果實(shí)中。它是無(wú)色有刺激臭的液體，沸點(diǎn)100.7℃,溶于水，有很強(qiáng)的腐蝕性，能刺激皮膚起泡。
甲酸具有酸的通性，酸性比乙酸強(qiáng)。同時(shí)分子內(nèi)還含有醛基，所以具有還原性，能使KMnO4退色，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。
甲酸有殺菌力，可作消毒或防腐劑，還可作橡漿的凝結(jié)劑。
2．乙酸
乙酸是食醋的主要成分，因此叫做醋酸。乙酸在自然界分布很廣，常以鹽.、酯或游離態(tài)存在于動(dòng)植物體內(nèi)。
純乙酸是無(wú)色有刺激性氣味的液體，沸點(diǎn)117.9℃，熔點(diǎn)16.6℃。由子純乙酸在16℃以下能結(jié)成似冰狀的固體，所以常把無(wú)水乙酸叫做冰醋酸。乙酸易溶于水及其他許多有機(jī)物，是重要的化工原料。
3．乙二酸
乙二酸俗稱草酸，常以鹽的形式存在于許多植物的細(xì)胞壁中，如菠菜、草莓、大黃、酸模草中含量很多。
草酸通常含兩分子結(jié)晶水，是無(wú)色晶體，易溶于水，而不溶于乙醚等有機(jī)溶劑。草酸容易精制，在空氣中穩(wěn)定，在分析化學(xué)中，常用作基準(zhǔn)物質(zhì)。
草酸的酸性比乙酸強(qiáng)。在草酸或草酸鹽溶液中，加入可溶性鈣鹽，則生成白色的草酸鈣沉淀。這個(gè)反應(yīng)很靈敏，分析上常用來(lái)相互檢驗(yàn)鈣離子和草酸根離子。
C2O42- +Ca2+ →CaC2O4↓
草酸還具有以下特性：
①草酸具有還原性，易被氧化。在酸性溶液中，草酸能還原高錳酸鉀并使之退色。
5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4?K2SO4+2MnSO4+IOCO2↑＋8H2O
因此在分析化學(xué)上常用它來(lái)標(biāo)定高錳酸鉀溶液的濃度。
②草酸可以與許多金屬離子形成溶于水的配合物，例如K3[Fe(C2O4)3·6H2O]。因此可用草酸來(lái)除去鐵銹或藍(lán)墨水的污跡。
4．丁烯二酸
丁烯二酸有順式及反式兩種異構(gòu)體。
順-丁烯二酸俗稱馬來(lái)酸或失水蘋(píng)果酸，是無(wú)色晶體，易溶于水，熔點(diǎn)低，受熱易脫水形成酸酐。反-丁烯二酸俗稱延胡索酸或富馬酸，是無(wú)色晶體，難溶于水，難脫水形成酸酐。反-丁烯二酸廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi)，是生物體內(nèi)物質(zhì)代謝的重要中間產(chǎn)物之一。
5．苯甲酸
苯甲酸常以醋的形式存在于一些樹(shù)脂和安息香膠中，所以俗名叫做安息香酸。
苯甲酸是無(wú)色晶體，熔點(diǎn)122℃，微溶于水，易升華。苯甲酸具有抑菌防腐能力，它的鈉鹽常用作食品和藥物中的防腐劑。
6.α-萘乙酸
α-萘乙酸簡(jiǎn)稱NAA，是白色晶狀固體，熔點(diǎn)133℃，難溶于水，但其鈉鹽和鉀鹽易溶于水。α-萘乙酸是一種常用的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，低濃度時(shí)可以刺激植物生長(zhǎng)，防止落花落果，高濃度時(shí)能抑制植物生長(zhǎng)，可做除草劑，并能防止馬鈴薯在貯存時(shí)發(fā)芽。
