PAGE18-第1課時羧酸必備學問·素養奠基一、羧酸的概述1.羧酸的含義分子由烴基(或氫原子)和羧基相連而組成的有機化合物。羧酸的官能團是或—COOH。飽和一元脂肪酸的通式為CnO2(n≥1)或CnH2n+1COOH(n≥0)。2.羧酸的分類依據類別舉例烴基種類脂肪酸乙酸:CH3COOH芳香酸苯甲酸:羧基數目一元羧酸甲酸:HCOOH二元羧酸乙二酸:HOOC—COOH多元羧酸——烴基是否飽和飽和羧酸丙酸:CH3CH2COOH不飽和羧酸丙烯酸:CH2CHCOOH3.羧酸的命名——系統命名法(1)選取含有羧基的最長碳鏈作為主鏈,按主鏈碳原子數稱為“某酸”。(2)從羧基起先給主鏈碳原子編號。(3)在“某酸”名稱之前加上取代基的位次號和名稱。如:名稱為4-甲基-3-乙基戊酸。4.羧酸的物理性質(1)水溶性:分子中碳原子數在4以下的羧酸能與水互溶;隨著分子中碳鏈的增長,羧酸在水中的溶解度快速減小,直至與相對分子質量相近的烷烴的溶解度相近。(2)沸點:比相對分子質量相近的醇的沸點高。5.三種常見的羧酸羧酸結構簡式俗名性質甲酸HCOOH蟻酸最簡潔的羧酸,有刺激性氣味、無色液體,與水、乙醇等溶劑互溶,有腐蝕性。有羧酸和醛的化學性質苯甲酸安眠香酸最簡潔的芳香酸,白色針狀晶體,易升華;微溶于水,易溶于乙醇、乙醚等有機溶劑,有羧酸的性質乙二酸HOOC—COOH草酸最簡潔的二元羧酸,無色透亮晶體,能溶于水或乙醇,有羧酸的性質【巧推斷】(1)乙酸分子中有4個氫原子,所以乙酸是4元酸。 ()提示:×。乙酸中只有羧基中的一個氫原子能電離,所以乙酸是一元酸。(2)羧酸常溫常壓下均為液體。 ()提示:×。常溫常壓下碳原子數比較多的羧酸為固態。(3)全部的羧酸都易溶于水。 ()提示:×。常溫常壓下碳原子數比較多的羧酸不易溶于水。二、羧酸的化學性質1.取代反應(1)酯化反應(2)生成酰胺(3)α-H的取代RCH2COOH+Cl2+HCl2.具有酸的通性(強于碳酸)RCOOH+NaHCO3RCOONa+CO2↑+H2O3.還原反應RCOOHRCH2OH【情境·思索】醋是誰獨創的,又為什么叫“醋”呢?傳聞在古代的中興國,即今山西省運城有個叫杜康的人獨創了酒。他兒子黑塔也跟杜康學會了釀酒技術。后來,黑塔率族移居現江蘇省鎮江的地方。在那里,他們釀酒后覺得酒糟扔掉惋惜,就存放起來,在缸里浸泡。到了二十一日的酉時,一開缸,一股從來沒有聞過的香氣撲鼻而來。在濃郁的香味誘惑下,黑塔嘗了一口,酸甜兼備,味道很美,便貯存著作為“調味漿”。這種調味漿叫什么名字呢?黑塔就把二十一日加“酉”字來命名這種酸水叫“醋”。乙醇是如何變為乙酸的?發生的反應屬于什么類型?提示:乙醇被氧氣氧化為乙酸,發生了氧化反應。三、羧酸的衍生物1.羧酸衍生物:羧酸分子中羧基上的羥基被其他原子或原子團取代后的產物。羧酸分子中的羧基去掉羥基后剩余的基團稱為酰基,常見的羧酸衍生物有酰鹵、酸酐、酯、酰胺等。2.酯(1)概念:酰基(RCO—)和烴氧基(RO—)相連后的產物。(2)官能團的名稱:酯基,結構簡式:。(3)命名:依據水解生成的酸和醇的名稱命名,稱為“某酸某酯”,如HCOOC2H5命名為:甲酸乙酯。【微思索】分子式符合CnO2的物質肯定是酯嗎?提示:不肯定。如羧酸等。(4)物理性質酯類密度一般比水小,難溶于水,易溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。低級酯是有香味的液體,易揮發。(5)化學性質——水解反應①酸性條件:RCOOR′+H2ORCOOH+R′OH;②堿性條件:RCOOR′+NaOHRCOONa+R′OH;(6)皂化反應:油脂在堿性條件下的水解反應。+3NaOH3RCOONa+3.乙酸乙酯的制備試驗試驗裝置試驗步驟在試管中加入3mL乙醇和2mL乙酸的混合物,然后邊振蕩試管邊漸漸加入2mL濃硫酸,加入2～3塊碎瓷片,連接試驗裝置;用酒精燈當心勻稱地加熱試管3～5min。將產生的氣體經導管通到飽和Na2CO3溶液的液面上試驗現象飽和Na2CO3溶液的液面上有透亮的不溶于水的油狀液體產生,并可聞到香味試驗結論在濃硫酸存在的條件下加熱,乙醇和乙酸發生反應,生成無色、透亮、不溶于水、有香味的油狀液體——乙酸乙酯化學方程式CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O【微思索】(1)乙酸與乙醇的酯化反應的化學方程式為何用可逆號連接?提示:酯化反應是可逆反應,不能進行究竟,故用可逆號。(2)乙酸與乙醇的酯化反應試驗裝置中,導管末端為何不伸入飽和Na2CO3溶液液面以下?提示:防止倒吸而炸裂試管。4.乙酸乙酯水解試驗試驗操作現象及結論反應方程式現象:幾乎無改變結論:中性條件下乙酸乙酯幾乎不水解現象:有一點酯的氣味結論:酸性條件下乙酸乙酯發生部分水解反應CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+CH3CH2OH現象:酯的氣味消逝結論:堿性條件下乙酸乙酯發生水解且趨于完全CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+CH3CH2OH【巧推斷】(1)在酯化反應和酯的水解反應中所用硫酸的濃度相同。 ()提示:×。酯化反應中運用的是濃硫酸,酯的水解中運用的是稀硫酸。(2)NaOH在酯的水解反應中只起催化劑的作用。 ()提示:×。NaOH在酯的水解反應中除了作催化劑之外,還可以與酸反應,使平衡正向移動。(3)酯和油脂含有相同的官能團。 ()提示:√。酯和油脂中均存在相同的官能團酯基。(4)油脂的水解反應叫做皂化反應。 ()提示:×。油脂在堿性條件下的水解反應被稱為皂化反應。(5)酯水解原理為→RCO18OH+R′OH。 ()提示:√。酯的水解與酯化反應的原理相反。5.酰胺(1)概念:分子中由酰基(RCO—)和氨基(—NH2)相連構成的羧酸衍生物。(2)官能團:酰胺基(—CONH—)。(3)物理性質:①除甲酰胺(HCONH2)是液體外,其他多為無色晶體。②低級的酰胺可溶于水,隨著相對分子質量的增大,酰胺的溶解度漸漸減小。(4)化學性質——水解反應(以乙酰胺為例)①強酸性條件下:CH3CONH2+H2OCH3COOH+N②強堿性條件下:CH3CONH2+H2OCH3COONa+NH3【微思索】酯的性質和酰胺的性質為什么相像?二者都有什么化學性質?提示:因為二者均為羧酸的衍生物,二者均可以發生水解反應。關鍵實力·素養形成學問點一含羥基物質性質的比較含羥基物質性質的比較含羥基的物質比較項目醇水酚羧酸羥基上氫原子活潑性在水溶液中電離程度極難電離難電離微弱電離部分電離酸堿性中性中性很弱的酸性弱酸性與Na反應反應放出H2與NaOH反應不反應不反應反應反應與NaHCO3反應不反應不反應不反應反應放出CO2能否由酯水解生成能不能能能【易錯提示】羥基與酸性強弱的關系(1)醇、酚、羧酸的結構中均有—OH,可分別稱之為“醇羥基”“酚羥基”和“羧羥基”。由于這些—OH相連的基團不同,—OH受相連基團的影響就不同。故羥基上的氫原子活性也就不同,表現在性質上也相差較大,一般來說,羥基上的氫原子活性“羧羥基”>“酚羥基”>“醇羥基”。(2)羧酸都是弱酸,不同的羧酸酸性不同,但低級羧酸都比碳酸的酸性強。幾種簡潔的羧酸的酸性關系為甲酸>苯甲酸>乙酸>丙酸。乙酸與H2SO3、H2CO3、HF等幾種弱酸的酸性關系為H2SO3>HF>CH3COOH>H2CO3。(3)低級羧酸才會使紫色石蕊試液變紅,醇、酚、高級脂肪酸不會使紫色石蕊試液變紅。【思索·探討】1.如何通過試驗證明乙酸、碳酸、苯酚的酸性強弱?提示:試驗裝置如圖所示。乙酸與Na2CO3反應,放出CO2氣體,說明乙酸的酸性比碳酸強;將產生的CO2氣體通入苯酚鈉溶液中,生成苯酚,溶液變渾濁,說明碳酸的酸性比苯酚強。反應的化學方程式如下:2CH3COOH+Na2CO32CH3COONa+CO2↑+H2OCO2+H2O+C6H5ONaC6H5OH+NaHCO32.某有機物的結構簡式如圖:(1)此有機物與哪種物質反應時,可轉化為?提示:NaHCO3。由于酸性—COOH>H2CO3>>HC,所以向該有機物中應加入NaHCO3,只與—COOH反應。(2)此有機物與哪種物質反應時,可轉化為。提示:NaOH或Na2CO3。加入NaOH或Na2CO3,與酚羥基和—COOH反應。(3)此有機物與哪種物質反應時,可轉化為。提示:Na。加入Na,與三種官能團都反應。【典例】分枝酸可用于生化探討,其結構簡式如圖。下列關于分枝酸的敘述不正確的是 ()分枝酸A.分子中含有3種含氧官能團B.可發生取代、加成、消去、加聚等反應C.該物質的分子式為C10H10O6D.1mol分枝酸最多可與3molNaOH發生中和反應【解題指南】解答本題留意以下兩點:(1)留意分析分枝酸中含有的官能團類型;(2)留意駕馭分枝酸中各種官能團的性質。【解析】選D。A項,該物質中含氧官能團是羧基、醇羥基、醚鍵三種,正確;B項,該物質中含有碳碳雙鍵、羧基、醇羥基、醚鍵,能發生取代反應、加成反應、加聚反應、氧化反應、中和反應、消去反應、酯化反應等,正確;C項,依據結構簡式可確定分子式為C10H10O6,正確;D項,因為分子中只有2個羧基,所以1mol分枝酸最多可與2molNaOH發生中和反應,錯誤。【母題追問】(1)分枝酸中與環相連的羥基是酚羥基嗎?為什么?提示:不是。因為分枝酸中的六元環不是苯環。(2)1mol分枝酸若與1mol碳酸鈉反應會生成多少mol二氧化碳?提示:依據分枝酸中的官能團類別可知,1mol分枝酸中含有2mol羧基,會與1mol碳酸鈉反應生成1mol二氧化碳。【遷移·應用】1.(雙選)咖啡酸具有止血、鎮咳、祛痰等療效,其結構簡式為,下列有關咖啡酸的說法中,不正確的是 ()A.咖啡酸可以發生還原、取代、加聚等反應B.咖啡酸與FeCl3溶液可以發生顯色反應C.1mol咖啡酸可以與3molH2發生加成反應D.1mol咖啡酸與足量NaHCO3溶液反應,最多能消耗3molNaHCO3【解析】選C、D。咖啡酸含有碳碳雙鍵,可發生還原、加聚反應,含有羧基和苯環,可發生取代反應;咖啡酸中含有酚羥基,可與FeCl3溶液發生顯色反應;咖啡酸含1個苯環和1個碳碳雙鍵,1mol咖啡酸最多可與4molH2發生加成反應;官能團中能與NaHCO3反應的只有羧基,故1mol咖啡酸最多可與1molNaHCO3發生反應。2.(2024·郴州高二檢測)莽草酸可用于合成藥物達菲,其結構簡式如圖,下列關于莽草酸的說法正確的是 ()A.分子式為C7H6O5B.分子中含有2種官能團C.可發生加成和取代反應D.在水溶液中羧基和羥基均能電離出H+【解析】選C。A項,依據莽草酸的分子結構及C、H、O原子的成鍵特點可知,其分子式為C7H10O5。B項,分子中含有羧基、羥基和碳碳雙鍵三種官能團。C項,分子中含有碳碳雙鍵,可發生加成反應;含有羥基和羧基,可發生酯化反應(即取代反應)。D項,在水溶液中,羧基可電離出H+,但羥基不能發生電離。【補償訓練】(2024·南寧高二檢測)某有機物的結構簡式如圖,若等物質的量的該有機物分別與Na、NaOH、NaHCO3恰好反應時,則消耗Na、NaOH、NaHCO3的物質的量之比是 ()A.3∶3∶2 B.6∶4∶3C.1∶1∶1 D.3∶2∶1【解析】選D。分析該有機物的結構,可以發覺分子中含有1個醛基、1個醇羥基、1個酚羥基、1個羧基,醇羥基、酚羥基和羧基均能與鈉反應生成氫氣,所以1mol該有機物可以與3molNa反應;能與NaOH溶液發生反應的是酚羥基和羧基,所以1mol該有機物可以與2molNaOH反應;只有羧基可以與NaHCO3反應,1mol羧基可與1molNaHCO3反應;所以等物質的量的該有機物消耗Na、NaOH、NaHCO3的物質的量之比是3∶2∶1。醫藥阿司匹林常用于消炎、清熱和解毒,對于治療心腦血管疾病也有肯定的療效。已知阿司匹林的結構簡式如下圖所示。(1)試分析1mol阿司匹林能和多少摩爾氫氧化鈉反應?提示:3mol。羧基須要1mol,酯基水解后須要2mol。(2)1mol阿司匹林和足量的碳酸鈉反應能生成多少摩爾二氧化碳?提示:0mol。若Na2CO3足量則阿司匹林中只有羧基和碳酸鈉反應生成NaHCO3。(3)如何檢驗阿司匹林酸性水解后含有苯環的有機物是酚類?提示:向水解后的溶液中滴加三氯化鐵溶液,假如溶液變紫則證明是酚類。學問點二酯化反應與酯的水解的對比及酯化反應的機理和類型1.酯的水解反應與酸和醇的酯化反應比較酯化反應水解反應反應關系CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O催化劑濃硫酸稀硫酸或NaOH溶液斷鍵機理酸中醇中酯中催化劑的其他作用吸水,提高乙酸和乙醇的轉化率氫氧化鈉中和酯水解產生的乙酸,提高酯的水解率最佳加熱方式加熱熱水浴加熱反應類型酯化反應,取代反應水解反應,取代反應2.酯化反應的原理酯化反應的原理是“酸脫羥基醇脫氫”,機理如下:+H—O—R′+H—O—H3.酯化反應的類型(1)一元羧酸和一元醇的酯化反應。R—COOH+R′—CH2OH。(2)一元羧酸與二元醇的酯化反應。(3)二元酸與二元醇的酯化反應。①反應生成一般酯:+HOOC—COOCH2—CH2OH+H2O。②反應生成環酯:++2H2O。③反應生成聚酯:n+n+2nH2O。(4)無機含氧酸的酯化反應。+3HO—NO2+3H2O。(5)高級脂肪酸與甘油的酯化反應。3C17H35COOH++3H2O。【規律總結】酯化反應的特點(1)全部的酯化反應,條件均為濃硫酸、加熱。酯化反應為可逆反應,書寫方程式時用“”。(2)利用自身酯化或相互酯化生成環酯的結構特點以確定有機物中羥基位置。(3)在形成環酯時,酯基()中只有一個O參加成環。(4)酸與醇發生反應時,產物不肯定生成酯。若是羧酸或者無機含氧酸與醇反應,產物是酯;若是無氧酸如氫鹵酸與醇反應則生成鹵代烴。【思索·探討】(1)乙酸乙酯在酸性條件下和在堿性條件下的水解產物相同嗎?提示:不相同。在酸性條件下生成乙酸和乙醇,而在堿性條件下生成乙酸鹽和乙醇。(2)用什么方法證明乙酸發生酯化反應時斷裂C—O鍵?提示:運用同位素示蹤法探究乙酸酯化反應中可能的脫水方式。乙酸(CH3—COOH)乙醇(CH3—CH2—18OH)方式a酸脫羥基,醇脫氫,產物:CH3CO18OC2H5,H2O方式b酸脫H,醇脫—OH,產物:CH3COOC2H5、H218O在乙酸乙酯中檢測到了同位素18O,證明乙酸與乙醇在濃硫酸作用下發生酯化反應的機理是“酸脫羥基,醇脫氫”。(3)羥基酸的酯化反應:由于分子中既有羥基,也有羧基,因此在不同條件下可以通過酯化反應生成多種酯,如環酯、內酯、聚酯等。已知乳酸的結構簡式為,試寫出其通過酯化反應生成鏈狀酯、環酯、聚酯的化學方程式。提示:;(乳酸) (鏈狀酯);(環酯)+nH2O。(聚酯)【典例】乳酸A最早發覺于酸牛奶中,它是人體內糖代謝的中間體,可由馬鈴薯、玉米淀粉等發酵制得,A的鈣鹽是人們寵愛的補鈣劑之一。A在某種催化劑的存在下進行氧化,其產物不能發生銀鏡反應。在濃硫酸存在下,A可發生如下所示的反應:(1)試推斷出化合物A、B、C的結構簡式。提示:。A與CH3COOH、C2H5OH均發生酯化反應,分別生成C、B,故A中含有—COOH和—OH。結合A的分子式為C3H6O3,可知A中只含一個—COOH和一個—OH,則A有兩種可能的結構簡式:、。再依據兩分子A形成的F為六原子環狀化合物,知A的結構簡式為,其他物質即可依次推出。(2)試寫出反應A→E、A→C的反應類型。提示:消去反應、取代反應。(3)試寫出A→E、A→F反應的化學方程式。提示:CH3CHOHCOOHCH2CHCOOH+H2O2CH3CHOHCOOH【遷移·應用】1.某分子式為C10H20O2的酯,在肯定條件下可發生如圖的轉化過程:則符合上述條件的酯的結構有 ()A.2種B.4種C.6種D.8種【解析】選B。因C在肯定條件下可氧化成E,則C為C4H9—CH2OH,B為C4H9—COOH,而—C4H9有四種結構,所以有機物共有同分異構體4種。2.(2024·三明高二檢測)中國女科學家屠呦呦獲諾貝爾醫學獎。屠呦呦從中醫古籍里得到啟發,用乙醚從青蒿中提取出可以高效抑制瘧原蟲的成分——青蒿素(結構簡式如圖),這一發覺在全球范圍內挽救了數以百萬人的生命。下列說法中不正確的是 ()A.青蒿素的分子式為C15H22O5B.青蒿素能與NaOH溶液反應C.青蒿素易溶于水、乙醇、苯等溶劑D.用乙醚從青蒿中提取青蒿素,用到了萃取的原理【解析】選C。A項,依據有機物的結構簡式可知分子式為C15H22O5,正確;B項,含有酯基,可與氫氧化鈉溶液反應,主要發生水解反應,正確;C項,該有機物含有較多疏水基,難溶于水,錯誤;D項,青蒿素易溶于乙醚,符合萃取的分別操作,正確。【補償訓練】某吸水性高分子化合物(Z)的一種合成路途如下:X YZ下列說法正確的是 ()A.Y可發生酯化反應而X不能B.過量酸性KMnO4溶液可將X氧化為YC.Y轉化為Z的反應類型是加聚反應D.Z與足量H2發生加成反應,消耗Z與H2的分子數之比為1∶3n【解析】選D。X分子中有兩個醇羥基,Y分子中有兩個醇羥基和一個羧基,均可以發生酯化反應,故A錯誤;羥基和醛基均能被酸性高錳酸鉀溶液氧化,過量酸性KMnO4溶液可將X氧化為,故B錯誤;加聚反應的過程沒有小分子化合物產生,故Y轉化為Z的反應類型不是加聚反應,故C錯誤;Z中含有n個苯環,與足量H2發生加成反應,消耗Z與H2的分子數之比為1∶3n,故D正確。【課堂回眸】課堂檢測·素養達標1.下列說法中正確的是 ()A.分子中含有苯環的羧酸叫做芳香酸B.分子中羧基的數目確定了羧酸的元數C.羧酸分子中都含有極性官能團—COOH,因此都易溶于水D.乙酸的沸點比乙醇的沸點高,主要是因為乙酸的相對分子質量更大一些【解析】選B。芳香酸是指羧基干脆連在苯環上的羧酸,分子中含有苯環的羧酸不肯定是芳香酸,A項錯;羧酸的元數是依據分子中含有羧基的數目來確定的,B項正確;羧酸分子中雖含有親水基團羧基,但也含有疏水基團烴基,烴基越大,該羧酸在水中的溶解度就越小,高級脂肪酸都難溶于水的緣由就在于此,C項錯;乙酸的沸點比乙醇的沸點高的主要緣由是乙酸分子間更易形成氫鍵,D項錯。2.(2024·棗莊高二檢測)分子式為C4H8O2的有機物與硫酸溶液共熱可得有機物A和B。將A氧化最終可得C,且B和C互為同系物。若C可發生銀鏡反應,則原有機物的結構簡式為 ()A.HCOOCH2CH2CH3 B.CH3COOCH2CH3C.CH3CH2COOCH3 D.HCOOCH(CH3)2【解析】選C。分子式為C4H8O2的有機物與硫酸溶液共熱可得有機物A和B,將A氧化最終可得C,且B和C互為同系物,說明C4H8O2為酯,酯水解生成羧酸和醇,A為醇,B和C為羧酸,C可發生銀鏡反應,則C為HCOOH,則A應為CH3OH,B為CH3CH2COOH,對應的酯的結構簡式為CH3CH2COOCH3,故C正確。3.(2024·忻州高二檢測)下列有關常見羧酸的說法中正確的是 ()A.甲酸是一種無色有刺激性氣味的氣體,易溶于水B.乙酸的沸點低于丙醇,高于乙醇C.苯甲酸的酸性比碳酸弱,不能和碳酸氫鈉反應制取CO2D.乙二酸具有還原性,可以使酸性KMnO4溶液褪色【解析】選D。常溫下甲酸是液體,A不正確;乙酸的沸點高于丙醇的沸點,B不正確;苯甲酸的酸性比碳酸強,可以和NaHCO3反應制取CO2,C不正確。4.1mol與足量的NaOH溶液充分反應,消耗的NaOH的物質的量為 ()A.5molB.4molC.3m