第三章烴的衍生物第四節羧酸羧酸衍生物一、羧酸根據與羧基相連的烴基的不同，羧酸可以分為脂肪酸（如甲酸、乙酸）和芳香酸（如苯甲酸，）等；根據羧酸分子中羧基的數目，羧酸又可以分為一元羧酸（如丙酸，CH3CH2COOH）、二元羧酸（如乙二酸，HOOC—COOH）和多元羧酸等。甲酸是最簡單的羧酸，因最早從螞蟻中獲得，故又稱蟻酸。它是一種無色、有刺激性氣味的液體，有腐蝕性，能與水、乙醇等互溶。甲酸分子中既有羧基的結構（圖3-20中圓圈內為羧基），又有醛基的結構（圖3-20中方框內為醛基），這使得甲酸既表現出羧酸的性質，又表現出醛的性質。例如，甲酸既有酸性，又能與銀氨溶液反應，被氧化為碳酸后分解生成二氧化碳和水。甲酸在工業上可用作還原劑，也是合成醫藥、農藥和染料等的原料。

苯甲酸屬于芳香酸，是一種無色晶體，易升華，微溶于水，易溶于乙醇。苯甲酸可以用于合成香料、藥物等，它的鈉鹽是常用的食品防腐劑。

乙二酸（俗稱草酸）是最簡單的二元羧酸。乙二酸是無色晶體，通常含有兩分子結晶水，可溶于水和乙醇。乙二酸是化學分析中常用的還原劑，也是重要的化工原料。甲酸、乙酸等分子中碳原子數較少的羧酸能夠與水互溶。隨著分子中碳原子數的增加，一元羧酸在水中的溶解度迅速減小，甚至不溶于水，其沸點也逐漸升高。高級脂肪酸是不溶于水的蠟狀固體。羧酸與相對分子質量相當的其他有機化合物相比，沸點較高，這與羧酸分子間可以形成氫鍵有關。羧酸的化學性質主要取決于羧基官能團。由于受氧原子電負性較大等因素的影響，當羧酸發生化學反應時，羧基結構中下面兩個部位的化學鍵容易斷裂：當O—H斷裂時，會解離出H+，使羧酸表現出酸性；當C—O斷裂時，—OH可以被其他基團取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物。1.酸性羧酸是一類弱酸，具有酸類的共同性質。實驗內容實驗現象結論向滴有酚酞的NaOH溶液中分別滴加甲酸、苯甲酸和乙二酸溶液，觀察溶液顏色的變化溶液的紅色最終均褪去甲酸、苯甲酸、乙二酸均顯酸性實驗設計原理分析實驗現象實驗結論根據強酸制弱酸的原理，乙酸與碳酸鈉反應，若放出CO2，則說明乙酸的酸性比碳酸的強；然后將生成的CO2通入苯酚鈉溶液中，若溶液變渾濁，生成苯酚，則說明碳酸的酸性比苯酚的強。為了防止乙酸氣體產生干擾，可用飽和碳酸氫鈉溶液除去CO2氣體中混有的乙酸氣體向盛裝碳酸鈉固體的試劑瓶中滴加乙酸時，有無色氣泡產生；該氣體通入苯酚鈉溶液中，溶液變渾濁酸性CH3COOH>H2CO3>C6H5OH【討論】（1）甲酸除了具有酸性，還可能有哪些化學性質？請從分子結構的角度進行分析。

（2）以上比較乙酸、碳酸和苯酚酸性強弱的裝置中，飽和NaHCO3

溶液的作用是什么？請寫出各裝置中發生反應的化學方程式。2.酯化反應羧酸和醇在酸催化下可以發生酯化反應，如乙酸與乙醇在濃硫酸催化和加熱的條件下反應，生成乙酸乙酯。我們可以使用同位素示蹤法，證實乙酸與乙醇的酯化反應是乙酸分子中羧基的羥基與乙醇分子中羥基的氫原子結合成水，其余部分相互結合成酯，其反應可用化學方程式表示如下：在制取乙酸乙酯的實驗中，如果要提高乙酸乙酯的產率，你認為應當采取哪些措施？請結合化學反應原理的有關知識進行說明。二、羧酸衍生物1.酯酯是羧酸分子羧基中的—OH被—OR'取代后的產物，可簡寫為RCOOR'，其中R和R'可以相同，也可以不同。低級酯是具有芳香氣味的液體，密度一般比水的小，易溶于有機溶劑，許多酯也是常用的有機溶劑。酯類廣泛存在于自然界，如蘋果里含有戊酸戊酯，菠蘿里含有丁酸乙酯，香蕉里含有乙酸異戊酯等。日常生活中的飲料、糖果和糕點等常使用酯類香料。酯的重要化學性質之一是可以發生水解反應，生成相應的羧酸和醇。在酸或堿存在的條件下，酯可以發生水解反應生成相應的羧酸和醇，酯的水解反應是酯化反應的逆反應。例如，在酸存在的條件下，乙酸乙酯的水解是可逆反應。但在堿性條件下，由于生成了乙酸鈉，水解反應是不可逆的。以上反應的化學方程式如下：2.油脂油脂是重要的營養物質。我們日常生活中食用的油脂，其成分主要是高級脂肪酸與甘油形成的酯，結構可表示如下：油脂結構中R、R'和R''代表高級脂肪酸的烴基。組成油脂的高級脂肪酸的種類較多，如飽和的硬脂酸（C17H35COOH）、不飽和的油酸（C17H33COOH）等。通常將常溫下呈液態的油脂稱為油，如花生油、芝麻油、大豆油等植物油；呈固態的油脂稱為脂肪，如牛油、羊油等動物油脂。油脂不但是人類重要的營養物質和食物之一，也是一種重要的工業原料。由于油脂是高級脂肪酸的甘油酯，其化學性質與乙酸乙酯的相似，能夠發生水解反應。而高級脂肪酸中又有不飽和的，因此許多油脂又兼有烯烴的化學性質，可以發生加成反應。（1）水解反應

在酸、堿等催化劑的作用下，油脂可以發生水解反應。例如，油脂在堿性溶液（如氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液）中水解，生成甘油和高級脂肪酸鹽。高級脂肪酸鹽常用于生產肥皂，所以油脂在堿性溶液中的水解反應又稱為皂化反應。（2）油脂的氫化

不飽和程度較高、熔點較低的液態油，通過催化加氫可提高飽和度，轉變成半固態的脂肪，這個過程稱為油脂的氫化，也稱油脂的硬化。由此制得的油脂叫人造脂肪，通常又稱為硬化油。硬化油不易被空氣氧化變質，便于儲存和運輸，可作為制造肥皂和人造奶油的原料。油酸甘油酯通過氫化反應轉變為硬脂酸甘油酯的化學方程式如下：3.酰胺除了酯是羧酸衍生物，酰胺也是羧酸衍生物。在學習酰胺前，下面先簡單介紹一下胺。胺類化合物具有堿性，如苯胺能與鹽酸反應，生成可溶于水的苯胺鹽酸鹽。胺的用途很廣，是重要的化工原料。例如，甲胺和苯胺都是合成醫藥、農藥和染料等的重要原料。酰胺在酸或堿存在并加熱的條件下可以發生水解反應。如果在堿性條件下水解，可生成羧酸鹽和氨。酰胺常被用作溶劑和化工原料。例如，N,N-二甲基甲酰胺是良好的溶劑，可以溶解多種有機化合物和無機化合物，是生產多種化學纖維的溶劑，也用于合成農藥、醫藥等。請舉例說明氨、胺、酰胺和銨鹽這4類物質在組成、結構、性質和用途上的不同，并設計表格進行比較。當堂練習1、某課外興趣小組欲在實驗室里制備少量乙酸乙酯，設計了如圖所示裝置，其中不正確的是(

)A．該裝置中冷凝水的流向為b進a出B．加入過量乙醇可提高乙酸的轉化率C．該反應可能生成副產物乙醚D．收集到的餾分需用飽和NaOH溶液分離雜質D2、蘋果醋是一種由蘋果發酵而形成的具有解毒、降脂、減肥等明顯藥效的健康食品。蘋果酸(2-羥基丁二酸)是這種飲料的主要酸性物質，蘋果酸的結構簡式為

下列相關說法不正確的是(

)A．蘋果酸在一定條件下能發生酯化反應B．蘋果酸能發生催化氧化反應C．1mol蘋果酸與足量Na反應生成33.6LH2(標準狀況下)D．1mol蘋果酸與Na2CO3溶液反應一定消耗2molNa2CO3D3、下列說法中正確的是(

)A．RCOOH與R′OH發生酯化反應時生成ROOCR′B．分子式為C2H4O2，能與NaOH溶液反應的有機化合物一定是羧酸C．甲酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸互為同分異構體D．甲醛與乙酸乙酯的實驗式相同C4．下列關于油脂的敘述中，不正確的是(

)A．天然油脂沒有固定的熔點和沸點，所以天然油脂是混合物B．油脂屬于酯類D．可以用酸性高錳酸鉀溶液區分植物油與裂化汽油DC