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羧酸及其衍生物和取代酸

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有机化学 第九章 羧酸及其衍生物取代酸

有机化学 第九章 羧酸及其衍生物取代酸

RCOOH..第九章 羧酸及其衍生物和取代酸（一COOH ）官能团的化合物，一元饱和脂肪羧酸的通式为C n H 2n O 2 。

羧基中的羟基被其它原子或基团取代的产物称为羧酸衍生物（如酰卤、酸酐、酯、酰胺等），羧酸烃基上的氢原子被其他原子或基团取代的产物称为取代酸（如卤代酸、羟基酸、羰基酸、氨基酸等）。

羧酸是许多有机化合物氧化的最终产物，常以盐和酯的形式广泛存在于自然界，许多羧酸在生物体的代谢过程中起着重要作用。

羧酸对于人们的日常生活非常重要，也是重要的化工原料和有机合成中间体。

§9-1 羧酸一、羧酸的结构、分类和命名 1、羧酸的结构在羧酸分子中，羧基碳原子是sp 2杂化的，其未参与杂化的p 轨道与一个氧原子的p 轨道形成C=O 中的π键，而羧基中羟基氧原子上的未共用电子对与羧基中的C=O 形成p -π共轭体系，从而使羟基氧原子上的电子向C=O 转移，结果使C=O 和C —O 的键长趋于平均化。

X 光衍射测定结果表明：甲酸分子中C=O 的键长（0.123 nm ）比醛、酮分子中C=O 的键长（0.120nm ）略长，而C —O 的键长（0.136nm ）比醇分子中C —O 的键长（0.143nm ）稍短。

RCOOH羧基上的p -π共轭示意图2、羧酸的分类和命名 2.1．羧酸的分类根据分子中烃基的结构，可把羧酸分为脂肪羧酸（饱和脂肪羧酸和不饱和脂肪羧酸）、脂环羧酸（饱和脂环羧酸和不饱和脂环羧酸）、芳香羧酸等；根据分子中羧基的数目，又可把羧酸分为一元羧酸、二元羧酸、多元羧酸等。

例如：或OOCOOcCOOHHOOC HOOC CH 2COOHCH 2COOHCH 2HOOC CH 3CH C H C OOHCOOH HOOC脂肪羧酸 一元羧酸 脂环羧酸 芳香羧酸二元羧酸多元羧酸2.2．羧酸的命名羧酸的命名方法有俗名和系统命名两种。

俗名是根据羧酸的最初来源的命名。

在下面的举例中，括号中的名称即为该羧酸的俗名。

羧酸及其衍生物和取代酸

羧酸及其衍生物和取代酸

O R1 C NH2 NH3
3.氨解：产物为酰胺。
O R1 C Cl NH4Cl
O R1 C O
O C R2 R4 R3 N H O R1 C R4 N R3 ＋
O R2 C ONH4
O R1 C O R2 R 2 OH
O R1 C NH2 NH3
4.克莱森（Claisen）缩合反应：得到β-羰基酯 例如：
⑷ 酰胺的生成：
O R 1 C OH O O
＋
NH3
R 1 C O NH4
△ －H2O
O
R 1 C O─NH2
△ －H2O
R1 C
＋H2O N
R 1 C NH2
二元酸也有上述反应。 3.还原：用催化氢化法（H2/Pt）难以还原，LiAlH4可以还原羧基为羟基。
O R C OH LiAlH4 R CH2 OH
O CH2 CH2 C O Cl
PCl5 H3C （ CH 2） 6 COOH H3C （ CH 2） 6 C Cl
⑶ 酯的生成：
O R1 COOH
＋
R2 OH
浓 H2SO4
△
R1 C
O
R2
＋H2O
上述反应为可逆反应。提高反应速度的措施有两个: a 加入酸作为催化剂； b 升高温度。 提高反应的产率的措施有两个：a 增加反应物醇（一方面是因为副反应主要 来自于醇另一方面是因为醇相对于酸来说较为便宜）；b 移去产物，使平衡向 右移动。
名称（俗名） 熔点 沸点 溶解度（克/100克水） PKa
甲酸（蚁酸） 乙酸(醋酸) 苯甲酸(安息香酸) 乙二酸(草酸) 丙二酸(缩苹果酸) 丁二酸(琥珀酸) 顺丁烯二酸(马来酸) 反丁烯二酸(延胡索酸) 邻苯二甲酸(酞酸)

羧酸、羧酸衍生物和取代羧酸

羧酸、羧酸衍生物和取代羧酸

O RCHX C X + HX
O RCHX C X + RCH2COOH
O RCHXCOOH + RCH2C X
生成的一卤代物还可以被进一步卤代，直至所有-H的
全部被取代
43
羧酸的化学性质
应用
生成的α-卤代酸可以转化成各种取代酸：
BrCH2-COOH NaOH
BrCH2COONa NaCN NCCH2COONa
酸性
成-消除
(表现为羟基的
取代)
O
RC COH
H
还原成 CH2
α–H 反应
脱羧反应
14
羧酸的化学性质
酸性
在水溶液中
一般羧酸属弱酸，但比碳酸强，所以可以分解碳酸盐， 这个性质可用来区别或分离酚和酸。上述性质可用 来使羧酸与不溶解于水的或易挥发的物质分离
15
羧酸的化学性质
羧酸和醇在结构上只差一个C=O，但其酸性却相差 很大。
诱导效应的特点：
A. 具有加和性
Cl3CCOOH ＞ Cl2CHCOOH ＞ ClCH2COOH
pKa
0.64
1.26
2.86
B. 诱导效应强度与距离成反比，距离↑，诱导效应强度↓
α
CH3CH2CHCOOH
Cl
pKa
2.82
＞
βα
CH3CHCH 2COOH
Cl
4.41
＞
γ βα
CH2CH2CH2COOH
（3）芳香族羧酸命名，若羧基直接连在苯环上的以苯甲酸 为母体，若羧基连在侧链，则把芳环作为取代基来命名， 编号从羧基所连的碳原子开始
CH CHCOOH
CH3CHCOOH
3苯基丙烯酸（肉桂酸）

第十章羧酸及其衍生物和取代酸详解演示文稿

第十章羧酸及其衍生物和取代酸详解演示文稿
保留双键
第十七页，共53页。
4、 羧酸的受热分解-脱羧反应
羧酸分子脱去CO2的反应叫脱羧反应,根据羧酸结构不同可以得 到不同产物
(1) 一元羧酸
R – COONa NaOH-CaO
共熔
R - H + Na2CO3
羧酸的α位上有强吸电子基团时,容易脱羧
CCl3 – COOH
△
CHCl3 + CO2↑
R'
浓H2SO4
R
O C
O
△
R' + H2O
CH2COOH 浓H2SO4
OH
CH2
CO O
H3O+
CH2COOH OH
第十六页，共53页。
3、 还原
用LiAlH4可以将羧酸还原为醇，该还原剂不影响化合物中的
不饱和键.
O R C OH
LiAlH4
R CH2 OH 伯伯醇醇
H2C CH CH2 COOH LiAlH4 H2C CH CH2 CH2 OH
⑴ 酰氯、酰胺：将相应的“酸”改为酰氯、酰胺即可。例如：
第二十七页，共53页。
⑵ 酸酐
由相应的酸来命名
两分子酸相同：
O CH3 C
O CH3 C
O
乙酸酐
O CH3 CH2 C
O CH3 CH2 C
O
丙酸酐
O C
O
C O
苯甲酸酐
两分子酸不同：
O CH3 C
O
CH3 CH2 C O
乙（酸）丙（酸）酐
第二十八页，共53页。
3、苯甲酸 安息香酸,苯甲酸钠作为防腐剂. 4、乙二酸 草酸,酸性最强的二元酸.具有很强的配位能力.在定量分析中

羧酸及衍生物

羧酸及衍生物
O COOH O COOH prostaglandin A2 OH juvenile hormone
H HOOC
H
chrysanthemic acid (pyrethrin)
二、物理性质（physical properities）
沸 点：
CH3CH2CH2OH CH 3CO OH
2OH
HCOO H
+ H2O
COOH 230℃ COOH
丁二 酸 酐 二 丁 CO 酸 酐 O
KMnO4 H2SO4
O
COOH COOH
P2O5

O
O + H2OFra bibliotek⑷ 酰卤 (acyl halide)的生成：
O R C O OH + Cl S Cl 亚硫酰氯 氯化亚砜 O
R
C
Cl + HCl + SO2
卤化试剂：PCl3, PCl5, SOCl2, PBr3
COOH
A-CH2-COOH
加热 ，碱
CH
ACH3 + CO2
在结构上，两个吸电子基连在同一个碳上的 化合物，热力学上是不稳定的，受热易脱羧。
HOOCCH2COOH
CH3COOH + CO2
当-碳上连有吸电子基团时，羧酸受热易发生脱 羧反应。
O O CH3 C C O H
-CO2
O CH3 C H
合成题：
COOH CH2Br
解：
COOH 1).LiAlH4 2).H3O+
HBr CH2Br
CH2OH
4. 脱羧反应（decarboxylation）
—羧酸失去羧基的反应，即脱去一分子CO2。

有机化学(第二版)答案__赵建庄

有机化学(第二版)答案__赵建庄

另一组答案为： A.
B. H3C CH2 CH2 CH2Br
C. H3C CH 2 CH CH2
10.
氧化后得到的
对称二酮为：
11.
反应式如下：
12. 透视式
纽曼式
第五章 卤代烃习题参考答案
1. (1) 2-甲基-4-氯戊烷 (3) 4-溴-1-环己烯 (5) 2-氯-4-溴甲苯
(2) 2-氯-2-己烯-4-炔 (4) 苄溴(溴化苄，苯溴甲烷) (6) 3,6-二氯-2-甲萘
H+ -H2O
H3C C CH CH 2 CH3 CH3
+ (1) O3
(2) Zn, H2O H3C CH 2 CHO
O H3C C CH3
丙醛可发生银镜反应，丙酮可发生碘仿反应。
第十章 羧酸、羧酸衍生物和取代酸 参考答案
1. (1) 3-甲基丁酸
(2) 3-乙基-3-丁烯酸
(3) 2,3-环氧丁酸
(4) 1,3-（间）苯二甲酸
(5) 2,4-二氯苯氧乙酸
(6) 反-1,2-环丙二甲酸
(7) 4-甲基-2,4-戊二烯酸
(8) 2-甲基丁酸
(9) 3-（间）甲基苯甲酰溴 (10) 乙酸对甲基苯酯
(11) N-甲基-N-乙基甲酰胺 (12) 乙丙酐
(13) 二乙酸乙二酯
(14) γ –丁内酯
(15) 2-甲基-3-丁酮酸
2.
3. (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
4. (1)
(2)
5. (1)
+ CH3I
(2)
O
(3)
(4) 2 H3C C CH3
(5)
(6)
，

有机化学08-羧酸、羧酸衍生物及取代酸

CH 3 CH CH CH 3 CH 3 COOH
C H 3C H C H C O O H
2-丁烯酸（琥珀酸） 丁烯酸（ 丁烯酸 琥珀酸）
2,3-二甲基丁酸 二甲基丁酸
③芳香酸和脂环酸，可把芳环和脂环作为取代基来命名。 芳香酸和脂环酸，可把芳环和脂环作为取代基来命名。
CH CHCOOH
COOH OH
(1) 诱导效应是影响羧酸酸性的主要因素： 诱导效应是影响羧酸酸性的主要因素： 吸电子取代基使O—H键极性增强，较易解离出 +，且 键极性增强， 吸电子取代基使 键极性增强 较易解离出H 吸电子效应使-COO-负离子的电荷更加分散，酸性增强； 负离子的电荷更加分散，酸性增强； 吸电子效应使 供电子取代基使酸性减弱。 供电子取代基使酸性减弱。 -I使酸性增强 X-CH2COOH 使酸性增强 X= F Cl Br I H pKa 2.66 2.86 2.90 3.18 4.76 +I使酸性减弱 使酸性减弱 HCOOH CH3COOH pKa 3.75 4.76 NO2 1.68 N+(CH3)3 1.83
COOH COOH
顺-丁烯二酸
邻苯二甲酸
二元酸
HOOCCOOH HOOCCH2COOH HOOC(CH2)2COOH (Z)-HOOCCH=CHCOOH (E)-HOOCCH=CHCOOH
系统命名
乙二酸 丙二酸 丁二酸 顺-丁烯二酸 丁烯二酸 反-丁烯二酸 丁烯二酸
普通命名
草酸 缩苹果酸 琥珀酸 马来酸 富马酸
二、羧酸的结构
O R C O-H
p-π共轭 共轭
C=O碳原子为sp2杂化; C=O碳的p轨道与C=O氧的p轨道平行,相互重叠形成π键; -OH氧p轨道上的孤对电子与C=O的π键形成π34大π键， -OH中氧上电子云密度降低， C=O中碳原子正电性下降。 氧上电子云密度降低， 碳原子正电性下降。

有机化学10第10章 羧酸及其衍生物


• 取代基的供电子(+I效应)强弱次序:
•注意: 与苯环、1,3-丁二烯和烯烃的-，p-共轭效应比较: 共轭效应是指在共轭体系中原子间的一种相互影响，这种 影响造成分子更加稳定，内能更小，键长趋于平均化。 共 轭效应常与诱导效应同时存在，共同起作用。(苯的定位)
有机化合物酸性的强弱主要受其结构的电子效应、杂 化、氢键、空间效应和溶剂的影响。 1. 羧酸的酸性 (1) 脂肪族羧酸
CH3
KMnO 4 / NaOH
COOH
KMnO 4 / NaOH
C2 H5
CH3
K2Cr2O 7 / H2SO 4
COOH
NO2
NO2
CH(CH3)2
Na2Cr2O 7 / H2SO 4
COOH
COOH (CH2)6CH3
CH3
KMnO 4 / NaOH
COOH
侧链是叔烷 基，很难氧 化，强氧化 剂时环发生 破裂。
• 羧酸的沸点高于质量相近的醇——双分子缔合
O H O CH3 C O H O C CH3
R O H O R H O H O R R H
10.4 羧酸的化学性质
-H取 代反应
H C

O C O
C=O 基亲核加成 O H 键断裂而
呈酸性
R
H
脱羧反应
H
OH被取代反应
羧酸的化学反应包括： (1) O—H键的酸性; (2) —H取代反应 (3) —OH基取代反应; (4) C=O亲核加成 (5) 脱羧反应
第十章 羧酸及其衍生物、取代羧酸
（一）羧酸
10.1 羧酸的结构、分类和命名
——羧酸的分子中都含有羧基官能团
10.1.1 羧酸的结构

有机化学第九章(2024版)


NH3 (过 量) NH4B r
H2NC H2C O O H
= CH2 CHBrCOOH KOH / CH3OH CH2 CHCOOH
CH2 CHBrCOOH
CH2 =CHCOOH
26
甲酸
❖ 俗名蚁酸，其结构特殊，它的羧基与一氢原子相连， 表现出某些醛的性质，具有较强的还原性，能被托
伦试剂、斐林试剂氧化，也容易被一般的氧化剂氧 化生成二氧化碳和水：
F
OH
pKa
2.66
3.83
3)与碳原子相连的基团不饱和性↑，吸电子能力↑。 = C CH ＞ CH CH2 ＞ CH2CH3
= C H CC H2C O O H ＞ C H2 C HC H2C O O H ＞ C H3C H2C H2C O O H
pKa
2.85
4.35
4.82
(C H3)3N+C H2C O O H
CH2NH2
H
反-4-（氨甲基环己烷）甲酸
止血环酸
6
❖ 芳香羧酸的命名，把芳基作为取代基：
COOH
COOH
CH2COOH
苯甲酸 安息香酸
OH 邻羟基苯甲酸 水杨酸
COOH
α-萘乙酸 COOH
COOH 1，2-苯二甲酸
HO
OH
OH 33，，44，，5-5三-三 羟羟 基苯基甲甲酸酸
没食子酸
7
第一节 羧酸
COOH
2
命名
❖ 脂肪族一元羧酸的命名与醛类相似，即选择含羧基 的最长的碳链为主链，按主链的碳原子数称为某酸：
HCOOH 甲酸
CH3COOH
乙酸 醋酸
γ βα
4 3 21
H

第九章 羧酸


(6)芳香族羧酸 酸性次序同酚。 例：对位取代的芳香族羧酸酸性次序
COOH
COOH
COOH

NO2
Br

COOH
COOH

CH3

OCH3
在芳香酸中，取代基的位置、电子效应 对它的酸性都有影响。当连有间位定位基时， 间位定位基都使酸性增强。而当连有致活基 时，情况则比较复杂，一般来说，如果致活 基连在羧基的对位，则给电子的共轭效应使 羧酸酸性减弱；如果处于邻位或间位则表现 为吸电子的诱导效应使酸性增强。
Ⅰ
CCl3COOH
COOH
CHCl3 + CO2
Ⅱ
HCOOH + CO2 COOH
Ⅲ HOOC
CH2
COOH
CH3COOH + CO2
O CH3
Ⅳ
O CH3 COOH CH3 C C CH3 H + CO2
CH3
C
C CH3
练 习
O
O
COOH CH3
H CH3
COOH CH3
CH3
③ 丁二酸和戊二酸加热时不脱羧。而是发生 分子内脱水，生成环状酸酐。
H HOOC
COOH C C H
(E)-丁烯二酸 (延胡索酸或富马酸)
COOH H
2 1
HOOC
HOOC H C
H
(1R,2R)-1,2-环己基二甲酸
COOH C H
(Z)-丁烯二酸 (失水苹果酸或马来酸)
H HOOC
COOH C C H
(E)-丁烯二酸 (延胡索酸或富马酸)
CH2COOH
CH3CHCOOH
4、脱羧反应 羧酸分子中脱去CO2的反应称~。其特点 是不同的羧酸在不同的条件下脱羧后的产物 不同。
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RCO
+H
酸性
p ~π共轭→RCOO-稳定性↑→[H+]↑
酸性
C2H5OH H2O PhOH H2CO3 CH3COOH
pKa 15.9 15.7
10
6.5
4.7
编辑课件
17
(2)成盐 RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O RCOOH + Na2CO3 → RCOONa + H2CO3 RCOOH + NaHCO3 → RCOONa + H2CO3
羧酸在自然界中的分布很广
酒石酸
乙酸
柠檬酸
甲酸
苹果酸
丁酸
编辑课件
1
内容提要
§9-1 分类和命名
一、分类
二、羧酸衍生物
二、命名
(一)结构与性质
§9-2 理化性质
(二)物理性质
一、羧酸 (一)结构与性质 (二)物理性质
(三)化学性质 (四)重要个别化合物
(三)化学性质
(四)重要个别化合物
编辑课件
2
三、取代酸 (一)羟基酸的性质 (二)羰基酸的性质 (三)乙酰乙酸乙酯及互变异构现象 (四)重要个别化合物
O
0.126nm
H CO
0.126nm
羧酸显酸性并且酸性较水和醇强
编辑课件
13
从表面上看，羧基是由羰基和羟基直接相 连而成，但实质上羧酸的性质决不是这两个基 团性质的简单加合，二者之间相互影响的结果， 使羧酸具有独特的化学性质。 p ~π共轭的结 果，使氧原子上的电子密度向羰基偏移，增大 了O—H键的极性，使氧氢键的断裂比醇容易， 酸性增强；C—OH键极性减弱，羟基的取代比 醇困难；羰基碳原子电子密度增强，不利于亲 核加成反应，并使-H比醛酮难取代，且不被 高锰酸钾等强氧化剂氧化。其化学反应示意如 下：
例2. 利用机层
OH
OH COOH
OH
OH
通入稀HCl 溶液
分离 水层
有机层 分离
水层
COONa ONa
通入CO2气体
COOH
COONa
编辑课件
19
沉淀
(3)一元羧酸 HCOOH﹥ArCOOH﹥RCOOH
(4)多元羧酸 羧基个数↑→ 酸性↑ (5)烃基上有吸电子基的脂肪族羧酸
3-甲基丁酸;异戊酸; β-甲基丁酸;异缬草酸
3-环己基丙酸
COOH COOH
1,2-苯二甲酸
CH2 COOH
CH2 COOH
丁二酸 琥珀酸
§9-2 理化性质
(一)结构与性质
O HO
RC
CR
OH O
羧酸的二聚体
1. 沸点（b.p.）高于相应的醇 —COOH数目↑→ b.p. ↑ 碳原子数目↑→ b.p. ↑
10.2.2 羧酸的主要化学反应
羟基被取代
O
α
R CH C O H
脱羧和还原 酸性
H
-H的取代
编辑课件
15
羧酸的酸性
O
1. CH3 C OH 乙酸
F
O
3. F
F OH
三氟乙酸
O
O
2.
OH
OH
草酸
1. 羧酸为什么显酸性？
2.酸性强弱受什么因 素影响？
编辑课件
16
羧基是一个
O
有机整体
O
R C OH
（3）脂环酸和芳香酸 把碳环作为取代基。若碳环上 有几个羧基时，应标明羧基的相对位置。
（4）多元酸 选择含羧基碳最多的最长碳链为主链， 称为“某几酸”。与多元醛的命名相似。
H
COOH
CC
(E)-2-丁烯酸(巴豆酸)
CH3
H
C3 H (C2)H 5CH2C CH H OH
C 2)7C HO (COH
二、化学性质 (Chemical properties)
O RC
OH
p-π共轭体系
O H C OH
Question: 羧酸的性质是不是酮和醇性 质的简单加和？
编辑课件
12
O H C OH
O H+ +H C O-
醇 醛/酮 羧酸
C OH 0.143nm
0.131nm
CO
0.122nm 0.125nm
O R C OH + H+
+
OH
OH
R C OH （= R C OH ） +
吸电子基吸电子能力↑ 吸电子基个数↑ 吸电子基与羧基之间的距离↓
→ 酸性↑
HCOOH ﹥ CH3COOH ﹥ (CH3)3CCOOH
pKa 3.77
4.76
5.05
Cl3CCOOH﹥Cl2CHCOOH﹥ClCH2COOH
pKa 0.65
1.29
2.86
﹥ CH3COOH
4.76
CH3CH2CHClCOOH﹥CH3CHClCH2COOH
pKa
2.86
4.00
﹥ Cl(CH2)3COOH﹥CH3(CH2)2COOH
4.52
4.82
(6)芳香族羧酸 酸性次序同酚。 例：对位取代的芳香族羧酸酸性次序
COOH
COOH
COOH
NO 2
Br
COOH
COOH
CH 3
OCH 3
2.取代反应（羧酸衍生物的生成） (1)酰氯的生成
RCOOH (2)酸酐的生成
2. 熔点（m.p.） 碳原子数目↑→ m.p. ↑
O RC
O
H
O
HH
O
羧酸与水形成的氢键
HH
H O
H 3. S/H2O 大于相应的醇； —COOH数目↑→ S↑； 碳原子数目↑→ S↓
羧基是极性基团，羧酸是极性分子，羧酸 分子间能形成两个氢键，缔合成稳定的二聚体， 能与水分子形成氢键。
羧基中的碳原子呈sp2杂化态，碳氧双键的 成键方式与醛酮分子中的羰基相同，即一个 键和一个键。除此以外， 键还与羟基氧原子 的孤电子对形成p ~π共轭体系。以甲酸为例：
12-羟基-9-十八碳烯酸(蓖麻醇酸)
COOH
CH2COOH
苯甲酸(安息香酸) 1-萘乙酸(α-萘乙酸)
HOOC C
H
CHCOOH(失水(Z苹)-丁果烯酸二或酸马来酸)
H C
HOOC
CHCOOH(延胡(E羧)-丁酸烯或二富酸马酸)
CH3 4
CH 3
CH2 2
COOH 1
CH3
CH2CH2COOH
PCl3 PCl5 RCOCl SOC2l
O
O
R C OH+ H OC R P2O5
O
O
RCO CR
(3)酯的生成 1°,2°ROH：氧氢键断
O
O
H2SO4
R C OH+ H OR'
R C OR'
3°ROH：碳氧键断
O
O
H + R C OH+H OR '
R CO R ' +H 2O
叔 醇
酯化反应的机理属于加成— 消除机理：
编辑课件
3
第十章 羧酸及其衍生物和取代酸
§10-1 羧酸(Carboxylic acid) 的分类和命名
一、分类
脂肪酸 脂环酸 芳香酸
一元酸 二元酸 多元酸
二、命名（系统命名法和俗名）
（1）饱和脂肪酸 选择含羧基碳的最长碳链为主链。 与醛基相似羧基总在第一位。
（2）不饱和脂肪酸 择含羧基碳和不饱和碳在内的 最长碳链为主链。称为“某” 烯酸。与不饱和醛的 命名相似。