羧酸
羧酸（carboxylic acid）是分子中含有羧基，并且具有酸性的一类有机化合物，其官能团是羧基（-COOH，carboxyl group）。羧酸根据分子中含羧基的个数，可分为一元和多元羧酸；根据羧基所连烃基的种类，分为脂肪酸、芳香酸；根据烃基是否饱和，可分为饱和羧酸和不饱和羧酸。羧酸在有机合成、生物代谢、临床应用和食品加工中起着重要作用。
羧酸中低级脂肪酸是液体，可溶于水，有刺鼻气味。中级脂肪酸是液体，部分溶于水，有难闻气味。高级脂肪酸是蜡状固体、无味、不溶于水。芳香酸是结晶固体，在水中溶解度不大。羧酸的沸点比分子量相当的烷烃、卤代烃的沸点要高，甚至比相近分子量醇的沸点还高。羧酸的化学性质活泼，具有酸的通性，可发生取代反应，羧酸分子中的羟基可被卤原子、羧酸根、氧基及氨基等取代；在强还原剂作用下，可被还原成醇。
羧酸在自然界中普遍存在，许多羧酸是动植物代谢的中间体，有些还参与动植物的生命活动，有明显的生物活性和药理学活性。如醋的运用的主要成分是冰醋，常用作酸度调节剂；苯甲酸的钠盐可作为食品防腐剂；高级脂肪酸钠是肥皂的主要成分，用于去污去油；而DL-乳酸、丙酮酸、柠檬酸等则是人体代谢的中间产物。
羧酸毒性较小，特别是高级脂肪酸在生物体的组织中也存在，几乎无毒，但低级及中级脂肪酸有刺激性、腐蚀性。且低级脂肪酸还是典型的恶臭物质，易污染环境。
结构
羧酸的官能团是羧基，羧基可以看作是由羰基和羟基组成的，但不是两者的简单加和。羧基中的碳为sp2杂化，3个sp2杂化轨道分别与基氧原子、羟基氧原子及羰基碳原子（或氢原子）形成3个σ键。而羰基碳上未参与杂化的p轨道与羰基上的p轨道“肩并肩”重叠形成π键，羟基氧上的孤对电子与π键发生p-π共轭，使得电子发生离域，稳定性增强。
羧基中p-π共轭的结果：碳氧双键与碳氧单键的键长趋向平均化；如X射线衍射证明在甲酸分子中，C=O双键键长为123 pm，较醛、中羰基键长（120 pm）有所增长，C-O单键键长为136 pm，较醇中的碳氧单键（143 pm）要短。羰基碳的正电性降低，亲核加成难度增加；羟基极性增大，羟基氢的酸性增强。
分类
根据羧酸中与羧基相连的烃基的种类不同，可分为脂肪酸和芳香酸。
根据烃基是否含有不饱和键，可分为饱和羧酸和不饱和羧酸。
根据羧酸分子中羧基的数目不同，可分为一元羧酸和多元羧酸。
命名
俗名
许多羧酸根据来源有其俗名，如甲酸俗称蚁酸，因其存在于蚂蚁等昆虫的毒汁中；冰醋又称食用醋酸，因为它最初是从食用醋中获得的；苯甲酸又称安息香酸，因其最初是从安息香树皮中分离得到的；草酸又称草酸，广泛存在于绿色植物中。许多高级一元羧酸因最初是从水解脂肪得到的，又称为脂肪酸，如软脂酸称为软脂酸，硬脂酸称为硬脂酸。
系统命名法
命名饱和脂肪酸时，选择含羧基的最长碳链作为主链，根据主链碳数目称为“某酸”。以羧基碳原子为起点，用阿拉伯数字标明主链碳原子的位次。
简单的羧酸习惯上也常用希腊字母来表示取代基的位置，即与羧基直接相连的碳原子位置为α，其他碳原子依次为β、γ、δ等，最末端碳原子位置为ω。
命名不饱和脂肪酸时，应选择包含羧基和不饱和键在内的最长碳链为主链，称为“某烯酸”或“某炔酸”。主链碳原子的编号仍从羧基开始，将双键、三键的位次写在“某烯酸”或“某炔酸”名称前面。
命名二元脂肪酸时，可选取包含两个羧基在内的最长碳链为主链，根据主链上碳原子的数目称为“某二酸”。例如：
含有碳环的羧酸命名时，将碳环（脂环和芳环）看作取代基，以脂肪酸作为母体加以命名。例如：
性质
物理性质
物态
低级脂肪酸（C1~C3）为液体，溶于水，有刺鼻气味。中级脂肪酸（C4~C9）为有酸腐臭味的油状液体（丁酸为脚臭味），难溶于水。脂肪族二元酸和芳香羧酸都是固体。高级脂肪酸为蜡状固体，挥发性低，无气味。固态羧酸基本上没有气味。
溶解性
羧酸与水形成氢键的能力比相同碳数的醇要强，因此羧酸比同数碳原子的醇在水中的溶解度要大一些。在饱和一元酸中，甲酸至丁酸可与水混溶，从戊酸开始，随碳链的增长，由于憎水的烃基愈来愈大，水溶性迅速降低，C10以上的酸不溶于水，而溶于乙醇、乙醚、三氯甲烷等有机溶剂。多元酸的水溶性大于同碳原子的一元羧酸，而芳香羧酸水溶性小。
润滑性
高级脂肪酸具有润滑性。通过对长链脂肪酸的X射线研究，证明了这些分子中碳链按锯齿形排列，两个分子间羧基以氢键缔合，缔合的双分子有规则地一层一层排列，每一层中间是相互缔合的羧基，吸引力很强，而层与层之间是以引力微弱的烃基相毗邻，相互之间容易滑动。
熔沸点
直链饱和脂肪酸的沸点随相对分子质量增大而升高，熔点则随碳数增加而呈锯齿形上升，含偶数碳原子的酸的熔点比前、后两个相邻的奇数碳原子酸的熔点都高。在羧酸分子中，羧基的羰基氧是氢键中的质子接受体，羟基氢则是质子给予体。因此，羧酸分子间可以通过分子间氢键而缔合。由于羧酸分子能通过分子间氢键缔合成二聚体，而一元醇分子之间只能形成一个氢键，因此羧酸的沸点比相对分子质量相当的烷烃、卤代烃的沸点高，甚至比相对分子质量相当的醇的沸点高。如甲酸和乙醇的相对分子质量相同，甲酸的沸点为101℃，而乙醇的沸点则为78℃。
化学性质
酸性和成盐反应
羧酸在水溶液中能电离出H+，形成羧酸根离子，所以其水溶液显酸性，能与碱或金属氧化物生成盐和水。
与无机酸相比，羧酸一般都是弱酸，其主要原因是羧酸在水中只能部分电离。除甲酸外，大多数饱和一元酸的pKa为4~5，但羧酸的酸性比碳酸强，可以和碳酸盐（或碳酸氢盐）反应生成羧酸盐并放出二氧化碳气体。例如：
二元羧酸与无机二元酸相同，分两步电离，第二步电离比第一步要难，因此，二元酸的pKa2总是大于 pKa1。羧酸的酸性强弱与其结构有关，影响羧酸酸性的因素很复杂，但最重要的是羧基所连基团的诱导效应。具有供电子效应的原子或基团使羧酸的酸性减弱；具有吸电子效应的原子或基团能使羧酸的酸性增强。此外，吸电子诱导效应越强，酸性越强。
在对位取代的苯甲酸中，能使苯环活化的取代基使羧基上的电子云密度加大，H-O键的电离更加困难，酸性减弱；反之，酸性增强。而对于两个羧基相距较近的二元酸来说，其酸性比相同碳的一元酸强，但当两个羧基相距较远时，酸性显著减少。
取代反应
在一定条件下，羧基中羟基被卤族元素、氧基、烷氧基、氨基取代，分别生成酰卤、酸酐、、酰胺等羧酸衍生物。
生成酰卤
最常见的反应是羧酸与三氯化磷、五氯化磷或氯化亚砜等试剂作用制得：
生成酸酐
一元酸在脱水剂（如五氧化二磷、乙酸酐）作用下两分子羧酸加热失水，生成酸酐：
生成酯
在无机酸的催化下，羧酸与醇作用生成酯，这种反应叫做酯化反应：
酯化反应是一个可逆反应，其逆反应叫水解反应。酯化反应速率非常缓慢，必须在催化剂和加热条件下进行。酯化反应当中常用的催化剂有硫酸、氯化氢、三氟化硼等，该反应也可使用有机酸催化，如对甲苯磺酸、氨基磺酸等。由于酯化反应是可逆的，所以为了提高产量，一般采用增加反应物的浓度或不断除去生成的酯或水，使得平衡向右移动。
羧酸与一级醇、二级醇反应形成酯时，是按照酰氧键断裂的反应机理进行的；羧酸与叔醇反应形成酯时，则是按照烷氧键断裂的反应机理进行的。
生成酰胺
羧酸与氨或碳酸作用得到羧酸铵盐，铵盐受热失水生成酰胺，如果将酰胺继续继续加强热或与五氧化二磷作用，可以进一步失水生成：
脱羧反应
羧酸分子中脱去羧基，放出二氧化碳的反应称为脱羧反应。羧酸的羧基通常比较稳定，只有在特殊的条件下才能发生脱羧反应，而且不同的羧酸脱羧生成不同的产物。饱和一元羧酸通常是将其转成钠盐再与碱石灰共融，发生脱羧反应，生成少一个碳的烷烃。
当一元羧酸上的α-C上连有强吸电子基时，羧酸变得不稳定，受热后容易脱羧。同理由于羧基是强吸电子基，所以二元羧酸如草酸和丙二酸受热后都容易脱羧，生成比原来少个碳原子的一元羧酸。脱羧反应在动植物体内普遍存在，且是在酶的催化下进行的。
还原反应
由于羧基中存在p-π共轭效应，使得羧基很难催化氢化，只有在特殊的强还原剂如氢化铝锂（LiAlH4）作用下，能将其还原成为伯醇。
α-H的卤代反应
羧酸的α-H原子于受到羧基的吸电子效应的影响，比较活泼，在光照或红磷催化下，它们能被氯或溴（和碘除外）逐个被取代，生成α-卤代酸。
应用
食品领域
羧酸在食品领域中有广泛的应用，如：天然甲酸可作为香料增效剂用于香料的配制；冰醋俗名食用醋酸，是醋的运用的主要成分，一般食醋中约含6% ~8%的乙酸，它还常以盐的形式存在于植物果实和液汁中，是人类使用的一种酸度调节剂，还可作为食品增香剂、防腐剂、色素稀释剂；苯甲酸是重要的酸型食品防腐剂，在酸性条件下，对霉菌和细菌均有抑制作用；各种植物油与动物油脂都含有脂肪酸（如花生油、葵花籽油、猪油等），是人们日常生活离不开的烹原料。
化工领域
脂肪酸在化工领域的应用十分广泛，可用作混合脱模剂和添加剂，可作为反应中间原料，应用于制皂、表面活性剂、合成树脂、涂料、纤维、润滑脂膏、医药和化妆品等行业。
低级脂肪酸常见于石油化工、油脂加工、皮革制造、肥皂、合成洗洁精、酿造、制药、香料等行业中。如甲酸广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业生产中；乙酸主要作为合成有机化合物的原料，也可用作农药、医药和染料等工业的溶剂和原料，在照相、药品制造、织物印染和橡胶工业中都有广泛用途。
天然脂肪酸可作为原料制备新型的氧化胺表面活性剂，具有增溶、乳化、稳泡、洗涤、保湿和抗静电等多种性能，在高档洗涤剂、化妆品、医药、纺织等领域得到广泛应用。脂肪酸还可作为活化剂和乳化剂应用于橡胶工业；作为热稳定剂和润滑剂应用于塑料工业；作为抗静电剂和柔软剂应用于纺织工业；其衍生物或者二聚体可应用于制作油墨、涂料和颜料、油漆等。
不饱和脂肪酸常被用作为美容护肤的功能因子添加到护肤品及美容美发产品中，如黄花月见草、玫瑰油、可可脂、乳母果油等，这主要利用的是其中的花生四烯酸单细胞油和C-亚麻酸的营养保护功能。
医药领域
芳香族羧酸可用于解热镇痛药物中，如水杨酸类是常用药物阿司匹林的成分之一，是一种历史悠久的解热镇痛药，还有抑制血小板聚集功能，可用于预防和治疗心血管疾病；痛炎宁的主要成分为水杨酸胆碱与水杨酸镁的复合物，功能与阿司匹林类似，且无明显的胃黏膜损伤等不良反应；克湿灵即水杨酸镁，用于治疗各种关节炎，因不含钠离子，尤其适用于伴有高血压或心力衰竭的患者。
另外，芳基乙酸类，如消炎痛（吲美辛）成分为2-甲基1-(4-氯苯甲酰基)-5-甲氧基1H-咧噪-3-乙酸；舒林酸（奇诺力）、双氯芬酸、托美丁等皆为芳基乙酸类化合物。
芳香族有机酸还是一些中草药的主要有效成分，如土槿皮中的土槿皮酸有很好的抗真菌作用；青木香中的马兜铃酸能增强吞噬细胞吞噬功能，调节机体免疫力；咖啡酸、水杨酸、马兜铃酸、阿魏酸、苯甲酸等已作为消毒消炎、抑菌、驱虫、增多白细胞、利胆、抗心肌缺氧、缺血、心绞痛、动脉硬化药物，广泛应用于医药临床。代表化合物有莽草酸、丁香酸、白果酸等。
此外，苯甲酸和邻苯二甲酸等芳香族羧酸，还可用于染料、香料工业，塑料制品的塑化剂，食品、饮料和药物中的防腐剂等。
来源与制备
羧酸广泛存在于自然界中，脂肪族羧酸很重要的来源是动物和植物的脂肪。从脂肪中能得到纯度达90%以上的直链偶数碳羧酸。其中许多高级脂肪酸主要仍由天然的油、脂、蜡水解获得，如月桂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等。
食用醋酸是羧酸中较重要的一种，最早是从发酵法制取的醋的运用中获得的。此外，还有不少酸仍用发酵法生产，如柠檬酸、DL-乳酸、酒石酸、DL-苹果酸、衣康酸等。
苯甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸等是重要的芳香族酸。工业上通过十二烷基苯的氧化来制备，所需的甲苯和二甲苯很容易从煤焦油精或从石油的脂肪烃催化重整中得到。工业上制备酸，大多以容易得到的原料为起点，采取氧化的方法合成。
氧化法
利用其他化合物的氧化反应是制备羧酸的常用方法。例如烃类、醇类、醛、酮类等等。工业上常以石蜡等高级烷烃为原料，在催化剂高锰酸钾、二氧化锰的存在下，用空气或氧气进行氧化，发生碳链断裂，可制得高级脂肪酸的混合物，再分离提纯。烯烃也可以用来制备羧酸，但是一般采用对称的烯烃和环状的烯烃、或末端烯烃，氧化时产物较为单一。
在过氧苯甲酰凝胶剂如高锰酸钾、重铬酸钾、硝酸的氧化下，具有烷基支链的芳香烃也能被氧化生成羧酸。
伯醇或醛氧化可得同碳数的羧酸，这是制备羧酸的最普通的方法。当采用不饱和伯醇或醛氧化生成相应的羧酸时，需选用适当的弱氧化剂，以免影响不饱和键。
脂环己酮的常被用来制取二元羧酸，甲基酮常被用来制比甲基酮少一个碳原子的羧酸。
腈水解
腈类化合物一般由卤代烃与氰化钠（钾）反应制备，在酸性或碱性水溶液中加热即水解生成羧酸。芳香族腈也可以水解制备芳香酸，但是芳香腈必须由重氮盐制备而得。
格氏试剂与CO2作用
格氏试剂和二氧化碳作用，经水解生成羧酸。用此法合成的羧酸比原来格氏试剂中的烃基增加一个碳原子。在制备烃基卤化镁时，应注意烃基上不能含有能与格氏试剂发生反应的其他基团。
危害
羧酸毒性较小，特别是高级脂肪酸在生物体的组织中也存在，几乎是无毒的，但低级及中级脂肪酸则有刺激性、腐蚀性，特别是分子中含有卤素、双键的脂肪酸，对皮肤、粘膜的刺激性较强。
羧酸具有酸性，如浓的甲酸溶液对组织的腐蚀性与无机强酸一样，纯冰醋同样具有强烈的腐蚀性。丙烯酸和甲基丙烯酸无论口服还是皮肤接触，均被认为有相当的毒性。一般说来，羧酸每个分子有两个以上羧基，碳骨架上有不饱和键，α-碳位置有羟基都会增加其腐蚀性和毒性。
低级脂肪酸是典型的恶臭物质之一，常见于石油化工、油脂加工、皮革制造、肥皂、合成洗涤剂、酿造、制药、香料、食物腐烂、粪便处理等。低级脂肪酸主要包括乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸等，这些物质都含有强烈的刺激性气味，且随着分子量的增加，嗅觉阈值不断降低，污染环境。
常见羧酸
甲酸
甲酸俗称蚁酸，存在于蚁类等昆虫体内，也广泛存在于线麻、松叶等植物体内。甲酸为无色透明液体，有刺激性气味，能与水、乙醇、乙醚和甘油任意混溶。熔点8.4℃，沸点100.8℃，易燃，有腐蚀性。甲酸是羧酸中唯一在羧基上连有氢原子的酸，所以甲酸既有羧酸的结构，又有醛基的结构。能被高锰酸钾、托伦试剂、费林试剂氧化，甲酸的类醛基结构使其具有还原性，能还原苄醇等有机化合物，与酮和氨（或仲胺） 经还原反应生成氨基化合物，能将二氧化硫还原为硫代硫酸根离子。
甲酸蒸气与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与强氧化剂可发生反应，具有较强的腐蚀性。对于人体，甲酸主要引起皮肤、黏膜的刺激症状。接触后可引起结膜炎、眼睑水肿、鼻炎、支气管炎，重者可引起急性化学性肺炎。浓甲酸口服后可腐蚀口腔及消化道黏膜，引起呕吐、腹泻及胃肠出血，甚至因急性肾功能衰竭或急性呼吸衰竭而致死。皮肤接触可引起炎症和溃疡。
甲酸是基本有机化工原料之一，广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。甲酸可直接用于织物加工、革、纺织品印染和青饲料的储存，也可用作金属表面处理剂、橡胶助剂和工业溶剂。在有机合成中用于合成各种甲酸酯、吖啶类染料和甲酰胺系列医药中间体。
乙酸
乙酸因是食醋的主要成分，又称食用醋酸。在自然界中分布广泛，在水果或植物油中主要以其化合物酷酯的形式存在；在动物的组织内、排泄物和血液中以游离酸的形式存在。乙酸是无色液体，有强烈刺激性气味。熔点16.6℃，沸点117.9℃，纯乙酸在16.6℃以下时能结成冰状的固体，所以常称为乙酸。易溶于水、乙醇、乙醚和四氯化碳。纯的冰醋酸是无色的吸湿性液体，凝固点为16.6℃，凝固后为无色晶体。
乙酸具有腐蚀性，其蒸气对眼和鼻有刺激性作用。冰醋是一种简单的羧酸，是一个重要的化学试剂。乙酸常被用来制造电影胶片所需要的醋酸纤维素和木材用胶黏剂中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纤维和织物。冰醋酸是最重要的有机酸之一，主要用于生产乙酸乙烯、乙酸酐、醋酸纤维、醋酸酯和金属醋酸盐等，也用作农药、医药和染料等工业的溶剂和原料，在照相、药品制造、织物印染和橡胶工业中都有广泛用途。
乙二酸
草酸即草酸，是最简单的有机二元酸之一。草酸遍布于自然界，常以草酸盐形式存在于植物如伏牛花、羊蹄草、炸酱草和酸模草的细胞膜中，几乎所有的植物都含有草酸盐。乙二酸是人体中维生素c的一种代谢物。甘氨酸氧化脱氨而生成的乙醛酸，如进一步代谢障碍也可氧化成草酸，甚至可与钙离子结合沉淀而致尿路结石。对人体有害，会使人体内的酸碱度失去平衡，影响儿童的发育。
草酸在工业中有重要作用，草酸可以除锈，可以作为络合剂、掩蔽剂、沉淀剂、还原剂。分析中用以检定和测定金属离子；沉淀金属离子和稀土元素；校准标准溶液。可用作漂白剂、助染剂，也可用来除去衣服上的铁锈。建筑行业在涂刷外墙涂料前、由于墙面碱性较强应先涂刷草酸除碱。医药工业用于制造金霉素、土霉素、四环素、链霉素、冰片、维生素B12、苯巴比妥等药物。印染工业用作显色助染剂、漂白剂。塑料工业用于生产聚氯乙烯、氨基塑料、脲醛塑料等。
苯甲酸
苯甲酸又称安息香酸，具有苯或甲醛的臭味。熔点122.13℃，沸点249℃，相对密度1.2659。在100℃时迅速升华，它的蒸气有很强的刺激性，吸入后易引起咳嗽。微溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。苯甲酸是弱酸，比脂肪酸强。化学性质相似，都能形成盐、酯、酰卤、酰胺、酸酐等，不易被氧化。苯甲酸的苯环上可发生亲电取代反应，主要得到间位取代产物。
苯甲酸以游离酸、酯或其衍生物的形式广泛存在于自然界中，例如，在安息香胶内以游离酸和酯的形式存在；在一些植物的叶和茎皮中以游离的形式存在等。工业上苯甲酸是在催化剂存在下用空气氧化甲苯制得；或由邻苯二甲酸酐水解脱羧制得。苯甲酸及其钠盐可用作乳胶、牙膏、果酱或其他食品的抑菌剂，也可作染色和印色的媒染剂。