第2章官能團與有機化學反應烴的衍生物第4節

羧酸

氨基酸和蛋白質第1課時羧酸酯和油脂素養目標學習要點1.了解常見羧酸、酯和油脂的結構特點及主要物理性質,培養宏觀辨識與微觀探析的化學學科核心素養。2.會用系統命名法命名簡單的羧酸,掌握羧酸、酯和油脂的主要化學性質,培養宏觀辨識與微觀探析的化學學科核心素養。酯化反應斷鍵方式:酸脫羥基醇脫氫。酯在堿性條件下水解:1mol醇酯基→1molNaOH,1mol酚酯基→2molNaOH。油脂為高級脂肪酸甘油酯。知識點一羧酸基礎落實?必備知識全過關1.羧酸概述(1)羧酸的定義:分子由烴基(或氫原子)和

相連構成的有機化合物。羧酸官能團名稱為

,結構簡式是

。

羧基

羧基

(2)羧酸的分類

CH3COOHHCOOHCH3CH2COOHCH2=CH—COOH

(3)羧酸的命名

羧基

羧基

位次號和名稱4-甲基-3-乙基戊酸(4)幾種常見的羧酸

不能用乙二醇與酸性KMnO4溶液制備乙二酸,乙二酸被酸性KMnO4溶液氧化生成CO2名稱甲酸苯甲酸乙二酸俗名

___________

___________

___________結構簡式

___________

_______________

__________色、態、味無色液體、

氣味

晶體、易升華

晶體

溶解性

溶于水、有機溶劑

微溶于水、

溶于有機溶劑

能溶于水、乙醇用途工業還原劑、醫療消毒劑食品防腐劑化工原料蟻酸安息香酸草酸HCOOH有刺激性

白色針狀無色透明易易2.羧酸的性質(1)物理性質①水溶性:分子中碳原子數在

以下的羧酸能與水互溶。隨碳鏈增長,羧酸在水中的溶解度

。

②熔、沸點:比相同碳原子數的醇的沸點

,原因是羧酸分子之間更容易形成

。

4減小高氫鍵(2)化學性質①取代反應酯化反應:

;

生成酰胺:

;

α-H的取代:

。

②具有酸的通性(酸性通常強于碳酸)

羧酸很難與H2發生加成反應

名師點撥1.甲酸分子的結構和性質甲酸的結構式為

,不但有羧基結構,也有醛基結構,是一個具有雙重官能團的化合物。含有羧基,具有酸的通性,可與NaHCO3、NaOH等反應;可與醇發生酯化反應。含有醛基,可發生銀鏡反應,可被酸性KMnO4溶液氧化,氧化產物為CO2或碳酸鹽。與新制Cu(OH)2懸濁液反應:常溫下,Cu(OH)2可溶于甲酸形成甲酸銅藍色溶液;加入過量NaOH中和甲酸,加熱可生成磚紅色沉淀。2.取代羧酸的命名常見的取代羧酸有鹵代酸、羥基酸、氨基酸等,命名時羧基為母體,鹵素原子、羥基、氨基為取代基,如ClCH2COOH為氯乙酸,

為α-氨基丙酸(或2-氨基丙酸、丙氨酸),HOCH2CH2COOH為3-羥基丙酸。3.二元羧酸的命名脂肪酸中的二元羧酸,兩個羧基位于分子鏈的兩端,因此不需要注明羧基的位次號,如

為2-甲基丁二酸。簡單的芳香酸可用鄰、間、對或對苯環碳原子編號命名,如

為對苯二甲酸或1,4-苯二甲酸。深度思考乳酸的結構簡式為

,1

mol乳酸分別與Na、NaHCO3反應產生氣體的物質的量是多少?提示

均為1

mol。Na可以與—OH和—COOH反應,NaHCO3只能與—COOH反應。正誤判斷(1)乙酸的結構簡式為CH3COOH,分子中含有4個氫原子,為四元弱酸。(

)(2)分子式為C4H8O2的羧酸有3種。(

)(3)甲醛和甲酸均可發生銀鏡反應。(

)(4)檸檬酸的結構簡式為

,檸檬酸既能與乙酸發生酯化反應,又能與乙醇發生酯化反應。(

)×提示

乙酸中只有羧基氫可發生電離,為一元酸。

×提示

分子式為C4H8O2的羧酸可表示為C3H7—COOH,C3H7—有2種,因此滿足題意的羧酸有2種。√√重難突破?能力素養全提升探究角度1

醇羥基、酚羥基、羧基的酸性例1某種藥物合成中間體的結構簡式如圖所示。下列有關該物質的說法不正確的是(

)A.屬于芳香族化合物B.能發生消去反應和酯化反應C.能分別與金屬Na、NaHCO3溶液反應D.1mol該有機物與足量NaOH溶液反應,消耗5molNaOHD解析

題述分子中含有苯環,為芳香族化合物,A項正確;題述分子中含有醇羥基,且與醇羥基相連碳原子的鄰位碳原子上有氫原子,可發生消去反應,含有醇羥基和羧基,可發生酯化反應,B項正確;題述分子中含有羧基、羥基,可與金屬鈉反應,含有羧基可與碳酸氫鈉反應,C項正確;題述分子中含有2個酚羥基和1個羧基,則1

mol該有機物與足量NaOH溶液反應,消耗3

mol

NaOH,D項錯誤。圖解要點

【變式設問】(1)1mol該有機物與足量金屬鈉反應產生H2的物質的量是多少?(2)寫出該有機物與足量Na2CO3溶液反應生成的有機物的結構簡式。1mol該有機物與足量NaHCO3溶液反應產生氣體的物質的量是多少?提示

2.5

mol。

[對點訓練1](人教版教材改編題)下列物質中,與NaOH溶液、NaHCO3溶液、酸性KMnO4溶液、苯酚鈉溶液和乙醇都能反應的是(

)C規律方法

醇羥基、酚羥基、羧基的酸性比較名稱醇羥基酚羥基羧基在水溶液中電離程度極難電離微弱電離部分電離酸、堿性中性很弱的酸性弱酸性與Na反應反應(1∶1)放出H2反應(1∶1)放出H2反應(1∶1)放出H2與NaOH反應不反應反應(1∶1)反應(1∶1)與Na2CO3反應不反應反應(1∶1),只能生成NaHCO3反應,酸與Na2CO3(2∶1)反應放出CO2與NaHCO3反應不反應不反應反應,酸與NaHCO3(1∶1)反應放出CO2結論羥基的活潑性:羧酸>酚>醇探究角度2

酯化反應例2蘋果醋具有解毒、降脂、減肥和止瀉等功效。蘋果酸是這種飲料中的主要酸性物質。在下列有關蘋果酸的轉化關系中,A能使溴的四氯化碳溶液褪色。請回答下列問題:(1)根據題給信息,可推出A的名稱為

;B的結構簡式為

。

(2)蘋果酸能發生的反應有

(填序號)。

①取代反應②加成反應③酯化反應

④消去反應⑤加聚反應(3)D分子中所含官能團的名稱為

、

;E的分子式為

。

丁烯二酸

①③④

酯基羧基C8H8O8(4)蘋果酸→C反應的化學方程式為

。

解析

由有機物的轉化關系可知,蘋果酸在濃硫酸作用下共熱發生消去反應生成A為HOOCCH=CHCOOH;蘋果酸發生催化氧化反應生成的B為

;蘋果酸在濃硫酸作用下共熱發生酯化反應可以生成六元環酯C,也可以生成七元環酯D,還可以生成八元環酯E。(1)A的結構簡式為HOOCCH=CHCOOH,名稱為丁烯二酸。(2)由結構簡式可知,蘋果酸分子中含有的羥基且與羥基相連碳原子的鄰位碳原子上有氫原子,能發生消去反應,含有的羥基、羧基能發生取代反應和酯化反應,不能發生加成反應和加聚反應,故選①③④。(3)D為七元環酯,結構簡式為

,分子中含有的官能團為酯基、羧基;E為兩分子蘋果酸酯化形成的八元環酯,蘋果酸分子式為C4H6O5,則E的分子式為2C4H6O5-2H2O=C8H8O8。【變式設問】(1)寫出蘋果酸與足量乙醇發生酯化反應的化學方程式。(2)蘋果酸有多種同分異構體,與蘋果酸具有相同種類、相同數目官能團的同分異構體有

種(不包括蘋果酸,不考慮立體異構)。

提示

HOOCCH(OH)CH2COOH+2C2H5OHC2H5OOCCH(OH)CH2COOC2H5+2H2O。[對點訓練2]用下列操作或裝置在實驗室中制取和提純乙酸乙酯。下列選項敘述錯誤的是(

)A.向甲試管中按照乙醇、濃硫酸、乙酸的順序加入反應物B.用裝置乙制備乙酸乙酯C.用裝置丙由分液漏斗從下口分離出水層后,需換一個燒杯從下口放出乙酸乙酯D.用裝置丁通過蒸餾法收集純凈的乙酸乙酯答案

C

解析

制取乙酸乙酯時,先向試管中加入乙醇,然后邊振蕩試管邊慢慢加入濃硫酸、乙酸,A正確;乙醇與乙酸在濃硫酸催化、加熱的條件下可以反應生成乙酸乙酯,飽和碳酸鈉溶液可以吸收揮發出來的乙醇和乙酸,同時降低乙酸乙酯的溶解度,用裝置乙可以制備乙酸乙酯,B正確;分液時上層液體要從上口倒出,C錯誤;得到的乙酸乙酯中可能混有乙醚等雜質,可以利用沸點差異通過蒸餾得到純凈的乙酸乙酯,D正確。規律方法

1.酯化反應的反應原理(1)羧酸與醇發生酯化反應時,一般是“酸脫羥基醇脫氫”,用示蹤原子法可以證明:(2)試劑混合方法:先加入無水乙醇,然后邊搖動試管邊慢慢加入濃硫酸,最后加冰醋酸。(3)幾種物質的作用濃硫酸:作為催化劑、吸水劑。碎瓷片:防止暴沸。飽和Na2CO3溶液:除去乙酸,溶解乙醇,降低乙酸乙酯的溶解度,便于分層。(4)從化學反應速率和化學平衡的角度,分析有利于乙酸乙酯制取的措施:①加入濃硫酸:使用濃硫酸作為催化劑,可加快反應速率;同時濃硫酸具有吸水性,可吸收反應生成的水,促使平衡正向移動,有利于乙酸乙酯的生成。②加熱:加熱可加快反應速率,并及時將產物乙酸乙酯蒸出,有利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移動。③加入過量無水乙醇:增大一種反應物的濃度,促使平衡正向移動,有利于乙酸乙酯的生成。2.酯化反應的基本類型(1)一元羧酸和一元醇的酯化反應。(2)一元羧酸與二元醇的酯化反應。

(3)二元羧酸與二元醇的酯化反應。①反應生成普通酯:②反應生成環酯:③反應生成高分子酯:(4)羥基酸也可通過酯化反應生成普通酯、環狀酯或高分子酯,以乳酸

①生成普通酯:②兩分子反應生成環酯:③生成高分子酯:知識點二酯和油脂基礎落實?必備知識全過關1.酯(1)定義:

(RCO—)和烴氧基(RO—)相連后的產物。

(2)官能團的名稱:

,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

。

(4)物理性質酯類密度一般比水

,

溶于水,

溶于乙醇和乙醚等有機溶劑。低級酯是有香味的

體,

揮發。

酰基

酯基甲酸乙酯小較難易液易(5)乙酸乙酯的制備反應的化學方程式:

。(6)酯的化學性質——水解反應①酸性條件在酸性條件下,酯的水解是

反應。乙酸乙酯在稀硫酸存在下水解的化學方程式為

。②堿性條件在堿性條件下,酯水解生成

和

,水解反應是

反應。乙酸乙酯在NaOH存在下水解的化學方程式為

。

CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O

可逆

CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH羧酸鹽

醇不可逆CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OH2.油脂(1)油脂的組成、結構與分類高級脂肪酸

甘油高級脂肪酸

油脂肪(2)常見的高級脂肪酸

C17H35COOHC17H33COOH(3)油脂的物理性質

密度比水的

溶解性難溶于

,易溶于

熔、沸點天然油脂都是

物,沒有固定的熔、沸點

小水有機溶劑混合(4)油脂的化學性質①水解反應(以硬脂酸甘油酯為例)酸性條件下水解的化學方程式:

;

堿性條件下水解的化學方程式:

。

皂化反應:

在堿性條件下的水解反應又稱為皂化反應,可用于生產

。

②油脂的氫化——不飽和油脂的特性含義:液態油由于含有

,可以發生催化加氫反應生成飽和程度較高的半固態的脂肪,稱為油脂的氫化或

。由此可獲得人造脂肪,也稱硬化油。

反應:油酸甘油酯催化加氫反應的化學方程式為

。

油脂肥皂碳碳雙鍵硬化名師點撥酯在堿性條件下的水解酯在堿性條件下水解通式為RCOOR'+NaOHRCOONa+R'OH,因此在堿性條件下水解,1

mol醇酯基消耗1

mol

NaOH。若為酚酯,水解生成的酚還可與NaOH溶液中和,因此1

mol酚酯基消耗2

mol

NaOH,如乙酰水楊酸與NaOH溶液的反應為名師點撥油脂的化學性質理解油脂屬于酯,為高級脂肪酸甘油酯,可發生水解反應,在酸性條件下水解生成高級脂肪酸和甘油;在堿性條件下水解生成高級脂肪酸鹽和甘油。形成油脂的高級脂肪酸烴基中若含有碳碳雙鍵,則碳碳雙鍵可與H2加成,即油脂的氫化、油脂的硬化;碳碳雙鍵也可與Br2加成,可被酸性KMnO4溶液氧化,因此不能用植物油萃取溴水中的Br2,植物油可使溴水或酸性KMnO4溶液褪色。深度思考(1)乙酸乙酯在酸性條件下的水解反應與制備乙酸乙酯的酯化反應加熱方式是否相同?(2)酯化反應用濃硫酸,酯的水解反應用稀硫酸,兩類反應中硫酸的作用有什么不同?提示

不同。制備乙酸乙酯的酯化反應用酒精燈火焰加熱;乙酸乙酯在酸性條件下的水解反應用熱水浴加熱。提示

酯化反應用濃硫酸,濃硫酸起到催化劑和吸水劑作用,吸水促使酯化反應向右移動,提高產率;而酯水解用稀硫酸,硫酸只起催化劑作用。若用濃硫酸,酯的水解反應程度變小。概念辨析糖類、油脂、蛋白質比較(1)糖類、油脂只含有C、H、O三種元素,蛋白質含有C、H、O、N、S等元素。(2)油脂和蛋白質均可發生水解反應,糖類中的單糖不能水解,低聚糖、多糖可以水解。(3)多糖(淀粉、纖維素)、蛋白質為天然高分子化合物,油脂不是高分子化合物。正誤判斷(1)分子式為C4H8O2的酯有3種。(

)(2)分離乙酸乙酯和水的混合物可用分液的方法。(

)(3)酯化反應和酯的水解反應都是取代反應。(

)×提示

分子式為C4H8O2的酯有4種,分別為HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3。√√(4)水楊酸甲酯()俗稱冬青油,與NaOH溶液反應時1

mol水楊酸甲酯最多消耗2

mol

NaOH。(

)(5)植物油的沸點高于動物脂肪的沸點。(

)√×提示

動物脂肪的沸點一般高于植物油的沸點。

重難突破?能力素養全提升探究角度1

羧酸和酯的同分異構體例1分子式為C8H16O2的有機化合物A能在酸性條件下水解生成有機化合物C和D,且C最終氧化成D,則A的可能結構有(

)A.2種

B.3種C.4種

D.5種A解析

由于A在酸性條件下水解能生成兩種有機化合物C和D,結合A的分子式可知A為酯。A水解得到的兩種產物中,C最終能氧化成D,說明C是RCH2—OH型的醇,D是羧酸,且二者的分子中所含有的碳原子數相同均為4,碳骨架也相同。符合條件的醇可表示為C3H7—CH2OH,只有兩種,即圖解要點

【變式設問】(1)若A水解生成的C和D碳原子數相等,C可發生催化氧化但不能氧化生成羧酸,則A可能的結構有幾種?(2)若A的分子式改為C7H14O2,水解生成的C和D相對分子質量相等,則A可能的結構有幾種?提示

4種。A水解生成的C和D相對分子質量相等,則醇的分子式為C4H10O,羧酸的分子式為C3H6O2。醇可表示為C4H9—OH,則醇有4種;羧酸結構可表示為C2H5—COOH,只有1種,因此A的結構有4種。[對點訓練1]芳香族化合物C8H8O2屬于酯和羧酸的同分異構體的數目分別是(

)A.4和5 B.5和4 C.4和6 D.6和4D解析

若為酯,因是芳香族化合物,分子中含有苯環和酯基,可能含有1個側鏈:—CH2OOCH或—OOCCH3或—COOCH3,有3種結構;可能含有2個側鏈:—CH3和—OOCH,有鄰、間、對3種結構,因此共有6種同分異構體。若為羧酸,則含有苯環和羧基,可能含有1個側鏈:—CH2COOH,有1種結構;可能含有2個側鏈:—CH3和—COOH,有鄰、間、對3種結構,因此共有4種同分異構體。思維建模

羧酸和酯的同分異構體的推導方法(1)分子式相同的羧酸、酯和羥基醛互為同分異構體(2)“分碳法”書寫酯的同分異構體方法思路:在“”中間的碳氧單鍵處一分為二,將酯的總含碳原子數一分為二。例如,寫出分子式為C4H8O2且屬于羧酸或酯的同分異構體:總碳原子數羧酸碳原子數醇碳原子數具體物質440丁酸C3H7—COOH(2種)431丙酸甲酯CH3CH2COOCH3(1種)422乙酸乙酯CH3COOCH2CH3(1種)413甲酸丙酯HCOO—C3H7(2種)404不符合要求因此滿足C4H8O2的羧酸類的同分異構體有2種,酯類的同分異構體有4種。探究角度2

油脂的組成、結構和性質例2油酸甘油酯和硬脂酸甘油酯均是天然油脂的成分,它們的結構簡式如圖所示:下列說法錯誤的是(

)A.油酸的分子式為C18H34O2B.硬脂酸甘油酯的一氯代物共有54種C.天然油脂都能在NaOH溶液中發生取代反應D.將油酸甘油酯氫化為硬脂酸甘油酯可延長保存時間B解析

油酸的結構簡式為CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH,分子式為C18H34O2,A項正確;硬脂酸甘油酯的結構簡式可以表示為

,兩端的酯基互為對稱結構,因此硬脂酸甘油酯的一氯代物共有36種,B項錯誤;天然油脂的主要成分為高級脂肪酸甘油酯,都能在NaOH溶液中發生水解反應(或取代反應),C項正確;油酸甘油酯中含有碳碳雙鍵,能夠氧化變質,將油酸甘油酯氫化轉化為硬脂酸甘油酯可延長保存時間,D項正確。【變式設問】(1)將1mol油酸甘油酯氫化轉化為硬脂酸甘油酯消耗H2的物質的量是多少?(2)油酸甘油酯和硬脂酸甘油酯在一定條件下水解均可得到一種結構相同的有機物,寫出該有機物的結構簡式。提示

3

mol。

[對點訓練2]某物質的結構簡式為

。下列關于該物質的敘述正確的是(

)A.一定條件下與氫氣反應可以生成硬脂酸甘油酯B.1mol該油脂一定條件下可與3molH2發生加成反應C.與氫氧化鈉溶液混合加熱能得到肥皂的主要成分D.與其互為同分異構體且完全水解后產物相同的油脂有3種C1

mol該油脂一定條件下只能與1

mol

H2發生加成反應,B錯誤;油脂在NaOH溶液中水解,得到肥皂的主要成分——高級脂肪酸鈉,C正確;與該物質互為同分異構體且完全水解后產物相同的油脂均為高級脂肪酸在甘油上的取代位置不同而形成的異構體,有2種:隨堂檢測

全達標12345題組1羧酸1.根據甲酸的結構(

)對甲酸的化學性質進行了下列推斷,其中不正確的是(

)A.能與碳酸鈉溶液反應B.能發生銀鏡反應C.不能使酸性KMnO4溶液褪色D.能與單質鎂反應C12345解析

甲酸分子中含有醛基和羧基兩種官能團,具有醛與羧酸的雙重性質,羧基可與Na2CO3、Mg反應,醛基可發生銀鏡反應,可被酸性KMnO4溶液氧化。123452.實驗室制備乙酸乙酯和提純乙酸乙酯的裝置和操作流程圖如下。下列敘述不正確的是(

)A.無水硫酸鈉在流程中作為吸水劑B.操作①為分液C.向試管中先加入濃硫酸,然后邊振蕩試管邊慢慢加入乙醇,再加入冰醋酸D.試管b中飽和Na