羧酸和酯
厨房里的食醋散发出刺鼻的酸味，水果的香气让人垂涎，肥皂能去除油污——这些看似毫不相关的现象，背后都涉及同一类官能团：羧基 。食醋的酸味来自乙酸，水果的香气来自各种酯，肥皂则是油脂在碱性条件下水解的产物。羧酸和酯，一个以酸为标签，一个以香为名片，两者通过酯化反应紧密相连，构成有机化学中最重要的一对搭档。
羧酸含有官能团羧基 ，它由羰基 和羟基 共同组成，两者相连后产生了全新的化学性质。酯是羧酸与醇反应脱水后的产物，官能团为酯基 。
羧酸的结构与分类
羧酸分子中含有一个或多个羧基 ，羧基是羰基与羟基直接相连形成的特殊官能团。由于两个基团的相互影响，羧基中的 键极性比醇中的 键更强，氢原子更容易以 的形式解离出来——这正是羧酸显示酸性的结构根源。
按照分子中羧基的数量，羧酸可以分为一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸；按照碳链是否含有苯环，又可以分为脂肪酸和芳香酸：
羧基 不是羰基和羟基的简单叠加，两者结合后，羟基氢的活性大幅增强，因此羧酸的酸性远比醇强得多。写结构时注意羧基写成 整体，不要拆开来写。
例题：判断羧酸类型
下列化合物中，哪个是二元羧酸？
观察每个分子中羧基 出现的次数。A 中只有一个羧基，是一元羧酸；B 中两端各有一个羧基，共两个，是二元羧酸；C 是苯甲酸，一个羧基连在苯环上，属于芳香酸（一元）。
因此答案是 B，丙二酸，属于二元羧酸。
羧酸的命名
羧酸的系统命名选含羧基在内的最长碳链为主链，碳原子数决定主链名称，在词尾加“酸”字。羧基所在的碳编号为第 1 位，不需要另外标注位置。
常见羧酸的名称对照：
甲酸（蚁酸）是最简单的羧酸，结构简式为 ，它除了含有羧基外，还含有一个 结构（醛基），因此甲酸既能发生羧酸的典型反应，又能发生醛的银镜反应，性质比其他羧酸更特殊。
羧酸的物理性质
低碳羧酸（碳数1到4）在常温下是有刺激性气味的液体，能与水任意混溶；随着碳链增长，沸点升高，水溶性下降，高碳脂肪酸（如硬脂酸）为固体，几乎不溶于水。
羧酸的沸点比相同碳数的醇还要高，原因在于羧酸分子间能形成双氢键“二聚体”结构，两个羧酸分子通过两个氢键头尾相连，需要更多能量才能分离。乙酸在液态和气态下都大量以二聚体形式存在。
纯净的乙酸在温度低于 时会凝固成冰状晶体，因此纯乙酸又叫“冰醋酸”。冬天放在冷处的食醋有时会析出白色晶体，就是这个原因——那不是杂质，是纯度较高的乙酸结晶。
羧酸的化学性质
羧基集中体现了羧酸的化学性质。与无机酸相比，羧酸属于弱酸，但其酸性远强于醇和酚（苯酚），足以与活泼金属、碱、碳酸盐等发生反应。
酸性：与碱和盐反应
羧酸在水溶液中部分电离，释放出 ：
乙酸与氢氧化钠溶液发生中和反应：
乙酸的酸性强于碳酸，能与碳酸钠（或碳酸氢钠）溶液反应并放出 ：
这是区分羧酸与苯酚的关键实验：羧酸能与 溶液反应冒气泡，而苯酚不能。
与活泼金属反应
羧酸中羧基的 键能与活泼金属（如钠）反应放出氢气，与醇类似，但反应更剧烈：
酯化反应
羧酸与醇在浓硫酸催化下加热，发生酯化反应，生成酯和水。以乙酸与乙醇反应为例：
酯化反应为可逆反应，正向是酯化，逆向是酯的水解。浓硫酸在反应中既作催化剂，又因能吸水而使平衡向生成酯的方向移动。
酯化反应的断键规律是“酸脱羟基，醇脱氢”：羧酸中 离去，醇中 离去，两者结合成水；剩余部分结合成酯。用 同位素标记实验可以验证：生成水中的氧来自羧酸的羧基，而不是醇的羟基。
例题：乙酸的化学性质
乙酸分别与以下物质反应，写出化学方程式并判断反应类型：（甲）与 溶液；（乙）与 溶液；（丙）与乙醇（浓硫酸催化，加热）。
乙酸与 溶液发生中和反应（酸碱中和）：
酯的结构与命名
酯是羧酸与醇脱去一分子水后生成的化合物，含有酯基 （也写作 ）。酯的命名规则直接对应生成它的酸和醇：某酸某酯。
读酯的名称时，先读酸后读醇： 读作“乙酸乙酯”， 读作“甲酸乙酯”。写结构简式时，酯基 左边连接来自酸的部分，右边连接来自醇的部分，顺序不能写反。
酯的物理性质
低碳酯在常温下是有水果香气的无色液体，密度通常比水小，难溶于水，但易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。水果的香气在很大程度上来自其中含有的各种酯类化合物：
酯的沸点比相同碳数的羧酸低得多，因为酯分子之间不能形成氢键（酯基中没有活泼氢）。以乙酸（沸点 ）和乙酸乙酯（沸点 ）对比，两者碳数不同，但也能看出酯的较低沸点与无氢键有关。
工业上利用酯类化合物的香气，将其用作食品香精（如人工香蕉精、苹果精）和化妆品香料。这些香精的主要成分都是低分子量的酯，它们安全无毒，广泛存在于天然食物中。
酯化反应与水解反应
酯化反应与酯的水解反应是一对互逆反应，两者共同决定了酸、醇、酯、水之间的平衡关系。
酯化反应的条件与特点
酯化反应需要浓硫酸作催化剂并加热，同时反应是可逆的，平衡时酯的产率不高。实验室制备乙酸乙酯的装置流程如下：
酯的水解反应
酯在酸性或碱性条件下均能发生水解，生成羧酸和醇。
酸性条件（可逆）：
碱性条件（不可逆，皂化反应）：
碱性水解（皂化）是不可逆的，因为生成的羧酸立即与碱反应生成盐，无法再与醇重新酯化，所以碱性水解比酸性水解更彻底。肥皂的制造正是利用这一原理：油脂（属于多元酯）在 溶液中水解，生成高碳脂肪酸钠盐（肥皂）和甘油。
酸性水解和碱性水解都能断裂酯基 中连接醇端的那根 键，水分子中的 插入进去，恢复出羧酸和醇。碱性水解中， 直接参与进攻，产物羧酸又立刻被碱中和，反应进行得彻底，这是碱性水解不可逆的根本原因。
例题：酯化与水解的综合应用
乙酸乙酯 加入足量 溶液后加热，充分反应。写出反应方程式，并指出产物。
乙酸乙酯在 溶液中发生碱性水解（皂化反应），酯基断裂，生成乙酸钠和乙醇：
羧酸与酯的综合对比
练习题
练习一（选择题） 下列物质中，能与 溶液反应并产生气泡的是（ ）
A. 乙醇
B. 苯酚
C. 乙酸
D. 乙酸乙酯
答案：C。
能与 反应放出 的必须是酸性强于碳酸的酸。乙酸是羧酸，酸性强于碳酸，能与 反应：。乙醇为醇，不显酸性，不反应；苯酚酸性弱于碳酸，不与 反应；乙酸乙酯是酯，中性，不反应。
练习二（选择题） 实验室制备乙酸乙酯时，将反应产生的气体通入饱和碳酸钠溶液中，该操作的目的是（ ）
A. 防止乙酸乙酯挥发
B. 除去混入的乙酸和乙醇，收集纯化乙酸乙酯
C. 将乙酸乙酯转化为乙酸
D. 加快酯化反应的速率
答案：B。
饱和碳酸钠溶液能吸收挥发出的乙酸（与 反应）和乙醇（溶于水），而乙酸乙酯在饱和碳酸钠溶液中溶解度很小，会浮在液面上，便于分液收集。A 说法目的相反；C 中碳酸钠不会将酯水解；D 与收集装置无关。
练习三（选择题） 酯在碱性条件下水解与在酸性条件下水解的主要区别是（ ）
A. 碱性水解产生的是羧酸，酸性水解产生的是羧酸盐
B. 碱性水解不可逆，酸性水解为可逆反应
C. 碱性水解需要加热，酸性水解不需要加热
D. 两者产物完全相同，条件不同
答案：B。
碱性水解（皂化）生成的羧酸立刻被 中和成盐，无法再与醇重新酯化，因此反应不可逆，进行得更彻底；酸性水解是可逆反应，平衡时酯不能完全转化。A 说反了，碱性水解产生的是羧酸盐，酸性水解产生羧酸；C 两者通常都需要加热；D 产物不同。
练习四（选择题） 下列关于乙酸乙酯 的说法，正确的是（ ）
A. 乙酸乙酯是由乙酸中的乙基与乙醇中的羟基结合而成的
B. 乙酸乙酯能与 溶液加热后发生水解反应，产物之一是乙醇
C. 乙酸乙酯与水完全互溶，可以与水形成均匀溶液
D. 乙酸乙酯沸点高于乙酸，因为它分子量更大
答案：B。
乙酸乙酯在 溶液中碱性水解，生成乙酸钠和乙醇，产物之一确实是乙醇，B 正确。A 错，酯化时是酸脱去 、醇脱去 ，结合后生成酯，乙酸乙酯由乙酰基与乙氧基结合；C 错，乙酸乙酯难溶于水；D 错，乙酸乙酯沸点（）低于乙酸（），因为羧酸能形成分子间氢键二聚体，沸点更高。
练习五（计算题） 将 乙酸与足量乙醇在浓硫酸催化下充分反应，理论上最多生成乙酸乙酯的质量是多少？（乙酸摩尔质量 ，乙酸乙酯摩尔质量 ，假设转化率为 ）
答案：生成乙酸乙酯 。
酯化反应方程式：
练习六（计算题） 将 乙酸乙酯加入足量 溶液中充分水解，求生成乙酸钠的质量。（乙酸乙酯摩尔质量 ，乙酸钠摩尔质量 ）
答案：生成乙酸钠 。
碱性水解方程式：