高中化学鲁科版有机化学基础本册总复习总复习 第4节羧酸,氨基酸和蛋白质

第4节羧酸、氨基酸和蛋白1.了解羧酸的结构特点、主要化学性质及以羧酸到醇、酯的转化，能举例说明羧基和羰基、羟基性质的差异，并进一步体会官能团之间的相互作用对有机化合物性质的影响。2.能举例说明什么是羧酸衍生物，认识酯的结构特点和主要性质，并能结合肥皂的制备说明酯在碱性条件下水解的应用。3.知道什么是氨基酸、多肽和蛋白质，了解它们之间的关系。4.结合《化学2(必修)》的内容进一步了解蛋白质的性质、蛋白质一级结构的含义，知道酶是一类蛋白质，了解酶的催化作用特点。5.认识人工合成多肽、蛋白质和核酸的意义，体会化学科学在生命科学发展中的重要意义。一、羧酸1.羧酸概述。(1)定义。分子由________(或氢原子)和________相连而组成的有机化合物叫做羧酸，官能团是—COOH。(2)羧酸的分类。羧基与脂肪烃基相连的羧酸称为________________，如乙酸、硬脂酸等；羧基直接连在苯环上的酸为芳香酸，如。分子中含有一个羧基的羧酸叫做________，如CH3COOH；含有两个羧基的叫做________。(3)羧酸的物理性质。分子中碳原子数目为在________以下的羧酸与水互溶；随着分子中碳链的增长，羧酸在水中的溶解度__________。由于羧酸分子间可以形成________，因此它的熔、沸点比相应的醇要高。(4)羧酸的命名。①选取含有________的最长碳链为主链，按________的碳原子数称为“某酸”。②从________开始给主链碳原子编号。③在“某酸”名称前加取代基的________和名称。例如，命名为__________。(5)通式(饱和一元脂肪酸)：________________或CnH2n＋1COOH(n≥0)。(6)取代羧酸。羧酸分子中烃基上的________被其他官能团所取代的羧酸称为取代羧酸，常见的取代羧酸有________、______、________。(7)几种常见的羧酸。①甲酸。甲酸是组成最简单的羧酸，结构简式是________，也称________。甲酸是有________气味的________液体，有腐蚀性，能与________、________、________、________等互溶。甲酸分子中含有两种官能团，即________和________，因此既具有酸的性质，又具有醛的性质。②苯甲酸。俗称________，是组成最简单的________。苯甲酸是________晶体，易________，________于水，易溶于____________，酸性比乙酸________。苯甲酸及其钠盐或钾盐常被用作____________。③乙二酸。俗称________，是最简单的______________，结构简式为________。乙二酸是________的晶体，分子中通常含有两分子结晶水，能溶于水或乙醇。草酸钙________于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。2.羧酸的化学性质。羧基由________和________组成，由于官能团之间的相互影响，使得羧酸的化学性质并不是羟基具有的化学性质和羰基具有的化学性质的简单加和。与醇羟基相比，羧基中羟基上的氢原子________以离子形式电离出来，所以羧酸有酸性。与醛、酮的羰基相比，羧基中的羰基较________发生加成反应。羧酸________通过催化加氢的方法被还原，用强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)时才可以将羧酸还原为相应的醇。与羧基相连的α­H较活泼，易被取代。(1)酸性。答案：1．(1)烃基羧基(2)脂肪酸一元羧酸二元羧酸(3)4迅速减小氢键(4)①羧基主链②羧基③位次号2，3­二甲基丁酸(5)CnH2nO2(n≥l)(6)氢原子卤代酸氨基酸羟基酸(7)①HCOOH蚁酸刺激性无色水乙醇乙醚甘油羧基醛基②安息香酸芳香酸白色针状升华微溶乙醇、乙醚强食品防腐剂③草酸二元羧酸HOOC—COOH无色透明难溶2．羟基羰基更易难很难(1)2RCOONa＋H2↑2RCOONa＋CO2＋H2OCORNH2思考：醇、酚、羧酸的结构中均有“—OH”，它们的活泼性有差异吗？答案：醇、酚、羧酸的结构中均有—OH，可分别称之为“醇羟基”“酚羟基”和“羧羟基”。由于这些—OH相连的基团不同，—OH受相连基团的影响就不同。故羟基上的氢原子活性也就不同，表现在性质上也相差较大，可比较如下：羟基类型比较项目氢原子活泼性电离酸碱性与Na反应与NaOH反应与NaHCO3反应酯化反应能否由酯水解生成醇羟基逐渐增强极难电离中性反应放出H2不反应不反应能发生能酚羟基微弱电离很弱的酸性反应放出H2反应不反应不能发生能羧羟基部分电离弱酸性反应放出H2反应反应放出CO2能发生能(2)羟基被取代的反应。(3)α­H被取代的反应。RCH2COOH＋Cl2eq\o(→,\s\up7(催化剂))________________________________________________________________________。(4)还原反应。RCOOHeq\o(→,\s\up7(LiAlH4))RCH2OH。3．羧酸衍生物—酯。(1)概念。由________与烃氧基________相连组成的羧酸衍生物。(2)官能团：________。(3)命名：由酯化反应生成酯的羧酸和醇的名称命名，称某酸某酯。如称苯甲酸苯甲酯。(4)物理性质：酯类都________溶于水，________溶于有机溶剂，密度一般比水________。低级酯有________味，________挥发。(5)化学性质。①水解。在________或________催化条件下，酯的水解通式可表示为：__________________________________________________________，如CH3COOC2H5发生水解反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________。在碱性条件下水解程度比酸性条件下水解程度__________________________________________________________。如CH3COOCH3与C2H5OH发生醇解反应的化学方程式为__________________________________________________________。(6)应用：香料、药物、杀虫剂、油脂食物等制取。(7)皂化反应。油脂在________条件下的水解反应。反应的化学方程式可表示为__________________________________________________________________________________________________________________。(2)＋H2O(3)3．(1)酰基(RO—)(2)酯基(4)难易小香易(5)①酸碱(7)碱性二、氨基酸和蛋白质1．氨基酸。(1)氨基酸是________(—NH2)取代了羧酸分子中烃基上的氢原子形成的________。天然蛋白质水解后均可得到________，其通式可表示为________。缬氨酸和苯丙氨酸的结构简式分别为____________、____________。(2)天然氨基酸均为__________色________体，能溶于________或________溶液中，除少数外一般都________溶于水，________溶于乙醇、乙醚。(3)氨基酸的解离形式。(OH－可以与—COOH反应，可以与—NHeq\o\al(＋,3)反应；H＋可以与—NH2反应，可以与—COO－反应)(4)氨基酸的等电点是氨基酸水溶液中阴、阳离子浓度相等时的pH；达到等电点时，氨基酸在水中的溶解度最小。(5)可发生缩合反应。2．多肽。(1)酰胺键的结构式为，可简写为______。它又称为________，它是由一个 α­氨基酸分子的________和另一个α­氨基酸分子的________脱去一分子水形成的。(2)由________个氨基酸分子脱去3个水分子形成的是四肽，它含有________个肽键。三肽以上均可称为________。3．蛋白质。(1)________是构成蛋白质的物质基础。(2)核心官能团是________，相对分子质量在________以上。(3)形成原理：不同的α­氨基酸通过分子间脱水缩合形成肽键连接而成的高分子化合物；因此每种蛋白质都有唯一而确切的α­氨基酸的序列。(4)性质：水解、盐析、变性、颜色反应等。(5)生理功能：每种蛋白质都有一定的生理活性，且结构与生理功能是高度统一的。答案：1．(1)氨基取代羧酸α­氨基酸(2)无晶强酸强碱能难2．(1)—CONH—肽键羧基氨基(2)四三多肽3．(1)α­氨基酸(2)—CONH—(肽键)10000思考：如何分离提纯蛋白质？答案：常用盐析来分离提纯蛋白质。因为盐析是可逆的，在蛋白质溶液中加入浓的轻金属盐溶液，蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，析出的蛋白质又能溶于水中，并不影响它原来的性质。4．酶。(1)含义：酶是具有________活性，对许多________化学和生物体内进行的复杂化学反应具有很强催化作用的________。(2)催化的特点：①需要比较温和的条件；在接近体温和________环境中，酶才能够发挥较好的催化作用。②具有高度的专一性：某一种酶仅对某种物质的____反应起________作用。③效率非常高：酶的催化效率是普通催化剂的__________倍。答案：4．(1)生物有机蛋白质(2)①中性②给定催化③107～l0131．邻羟基苯甲酸俗名叫水杨酸，其结构简式为，它可与下列物质中的一种反应生成化学式为C7H5O3Na的钠盐，则这种物质是()A．NaOHB．Na2SO4C．NaClD．NaHCO解析：本题中需要理解的知识是酚羟基和羧基的性质。酚羟基和羧基都有酸性，都能与NaOH溶液反应，但酚羟基不与NaHCO3反应，而羧基能与NaHCO3反应，题给条件是水杨酸与某物质反应得到C7H5O3Na，这种物质只能是NaHCO3，所发生的反应为＋NaHCO3→＋H2O＋CO2↑，若是NaOH，则发生的反应为＋2NaOH→＋2H2O，与题设不符。答案：D2．将—CH3、—OH、—COOH、—C6H5四种基团两两组合形成化合物，该化合物水溶液pH小于7的有()A．2种B．3种C．4种D．5种解析：本题考查的是组合成的物质是酸性物质，这四种基团组合成的化合物有：①CH3OH、②CH3COOH、③CH3C6H5、④HOCOOH(H2CO3)、⑤C6H5OH、⑥C6H5COOH，这些物质的水溶液显酸性的有②④⑤⑥四种，答案：C3．下列关于蛋白质的说法正确的是()A．蛋白质是多种α­氨基酸加聚而生成的天然高分子化合物B．通常用酒精消毒，其原理是酒精使细菌中的蛋白质变性而失去生理活性C．浓的Na2SO4溶液能使溶液中的蛋白质析出，加水后析出的蛋白质又溶解，但已失去生理活性D．蚕丝和“人造丝”灼烧时都能闻到烧焦的羽毛气味解析：蛋白质有天然的，也有人工合成的，且由氨基酸合成蛋白质时发生的是缩聚反应而不是加聚反应，A项错误；无论何种形式的消毒，其原理都是使细菌中的蛋白质变性而达到杀菌的目的，B项正确；盐析不能使蛋白质变性而失去生理活性，C项错误；“人造丝”的成分是纤维素，灼烧时没有烧焦羽毛的气味，D项错误。答案：B4．某有机物的结构简式是，关于它的性质描述正确的是()①能发生加成反应②能溶解于NaOH溶液中③能水解生成两种酸④不能使溴水退色⑤能发生酯化反应⑥有酸性A．①②③B．②③⑤C．⑥D．全部正确解析：题中给的有机物含有酯基、苯环、羧基，因而能发生加成反应、中和反应、水解反应、酯化反应，且具有酸性，但不能使溴水退色。答案：D5．物质的性质是由物质的组成和结构决定的。乙二酸(HOOC—COOH)的主要物理常数如下表所示(表中“—”表示尚未有具体数据)。名称乙二酸二水合乙二酸化学式H2C2OH2C2O4·2H2颜色、状态—无色晶体溶解度/g(20℃—熔点/℃密度/g·cm－3回答下列问题：(1)向盛有Na2CO3粉末的试管里加入约3mL乙二酸溶液，观察到的现象为____________________，说明乙二酸的酸性比碳酸____。(2)向盛有5mL乙二酸饱和溶液的试管中滴入3滴用硫酸酸化的%(质量分数)的KMnO4溶液，振荡，观察到的现象为__________，说明乙二酸有____________________________________________性。(3)向试管A中加入3mL乙醇，然后边振荡试管边加入2mL浓硫酸和2mL乙二酸，按下图甲连接好装置，加热3～5分钟，在试管B中有油状香味液体产生，该现象说明发生了________反应(填有机反应类型)。在试管B中加入饱和碳酸钠溶液的目的是_______________________________，导管在液面上的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。(4)上图乙是中学化学实验常用的装置，用此装置可制备的气体是________(填序号)。A．O2B．H2C．Cl2D．NH3E．C2H(5)已知草酸分解的化学方程式为H2C2O4eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋CO↑＋CO2↑；草酸钙(CaC2O4)不溶于水。用上图丙装置加热草酸晶体，验证草酸受热分解及其全部产物，但有人认为该装置不合理。请你根据草酸晶体的某些物理常数和实验目的，指出不合理的原因。①在未洗气的情况下通入石灰水，可能因草酸蒸气与石灰水反应生成草酸钙沉淀，对实验有干扰；②________________________；③________________________________________________________。该装置也不符合绿色化学的要求，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)乙二酸有两个羧基，其酸性比乙酸酸性强。，乙二酸和Na2CO3粉末反应，应看到粉末溶解，有气泡产生的现象。(2)KMnO4是中学常见的一种氧化剂，通常用其酸性水溶液紫红色褪去来说明使其退色的物质具有还原性，因此乙二酸具有还原性。(3)乙二酸作为常见的有机羧酸可以与醇在浓H2SO4存在的条件下发生酯化反应。(4)装置乙可以制备O2与NH3。(5)分子中两个羧基相互影响，乙二酸不稳定发生分解。H2C2O4eq\o(→,\s\up7(△))H2O↑＋CO↑＋CO2↑，要检验其分解产物。检验H2O分子，通常用白色CuSO4粉末变蓝的现象来说明；检验CO，通常用其还原性，如还原黑色CuO固体来说明；检验CO2气体，通常是用澄清石灰水变浑浊来说明。答案：(1)粉末溶解，有气泡产生强(2)溶液紫红色褪去还原(3)酯化吸收溶解在其中的羧酸和醇，降低酯的溶解度，有利于分层防止倒吸(4)AD(5)②该装置无法证明生成物中有CO气体③该装置没有验证有H2O生成，有可能引起倒吸有毒气体CO直接排到空气中，应设计尾气处理(或点燃处理掉)6．已知α­氨基酸在一定条件下与亚硝酸HNO2反应得到α­羟基酸。如：试根据如图所示的转化关系回答有关问题。(1)写出A、B的结构简式：A．________________，。(2)写出有关反应的化学方程式：C→E：________________________________________________；C→D：________________________________________________。解析：由B的分子式判断B是由2分子丙氨酸脱2个H2O形成的环状肽；由E和D的摩尔质量相差18可知E为环酯，D为链状的酯。答案：eq\x(基)eq\x(础)eq\x(达)eq\x(标)1．下列说法错误的是()A．乙醇和乙酸都是常用调味品的主要成分B．乙醇和乙酸的沸点和熔点都比C2H6、C2H4的沸点和熔点高C．乙醇和乙酸都能发生氧化反应D．乙醇和乙酸之间能发生酯化反应，酯化反应和皂化反应互为可逆反应解析：生活常用调味品白酒和食醋的主要成分分别为乙醇和乙酸，故A项正确；乙酸和乙醇常温下为液体，而乙烷和乙烯为气态，故B项正确；乙醇被氧化为乙酸，乙酸燃烧生成二氧化碳和水均属于氧化反应，故C项正确；酯化反应和皂化反应的反应条件分别是酸性和碱性，二者不是互为可逆反应，故D项错误。答案：D2．下列关于蛋白质的叙述正确的是()A．天然蛋白质组成元素只有碳、氢、氧、氮4种B．加热会使蛋白质变性，因此食用生鸡蛋所获得的营养价值更高C．向鸡蛋清中加入食盐，会使蛋白质凝固变性D．用一束光线照射蛋白质溶液，可以产生丁达尔现象解析：本题考查蛋白质的组成和基本性质。天然蛋白质主要由碳、氢、氧、氮4种元素组成，除此之外，还含有少量硫、磷等。蛋白质受热后变性，失去原有的可溶性和生理作用，但熟鸡蛋更易被消化吸收，其水解最终产物仍为α氨基酸。向鸡蛋清中加入食盐，蛋白质析出的过程为盐析，而不是变性。蛋白质溶液具有胶体的性质。答案：D3．下列说法正确的是()A．酯类均无还原性，不会与新制Cu(OH)2悬浊液发生氧化还原反应B．油脂为高级脂肪酸的甘油酯，属于酯类C．从溴水中提取Br2可用植物油作萃取剂D．乙酸乙酯和乙酸互为同分异构体解析：A项中，(甲酸酯)含—CHO，可与新制Cu(OH)2悬浊液反应；C项中，植物油中含不饱和键，可与Br2发生加成反应，故不可萃取Br2；D项中，乙酸乙酯分子式为C4H8O2，而乙酸为C2H4O2，故不互为同分异构体。答案：B4．山梨酸(CH3—CH=CH—CH=CH—COOH)和苯甲酸(C6H5COOH)都是常用的食品防腐剂。下列物质中只能与其中一种酸发生反应的是()A．金属钠B．氢氧化钠C．溴水D．乙醇解析：本题的目的是从官能团的不同来认识有机物的不同性质，考查了官能团的性质。苯甲酸(C6H5COOH)和山梨酸(CH3—CH=CH—CH=CH—COOH)都含有羧基，因此都能与钠、NaOH、乙醇反应，但山梨酸(CH3—CH=CH—CH=CH—COOH)还含有碳碳双键，可与溴水发生加成反应。苯环与溴水不发生加成反应。答案：C5．甲型H1N1流感在全世界传染。该病毒中有80%～85%的化学成分为蛋白质，在70℃A．盐析B．水解C．变性D．颜色反应解析：加热或用阳光直射均是使蛋白质变性而使病毒死亡。答案：C6．下列化合物中，既显酸性又能发生酯化反应和消去反应的是()解析：本题的有机物中呈酸性的官能团是酚羟基和羧基；能发生酯化反应的是羧酸或醇；能发生消去反应的是醇。答案：C7．在CH3COOH＋C2H5OHeq\o(,\s\up7(浓H2SO4),\s\do5(△))CH3COOC2H5＋H2O的平衡体系中，加入一定量的C2Heq\o\al(18,5)OH，当重新达到平衡时，18O原子还应存在于()A．乙酸乙酯中B．乙酸中C．水中D．乙酸、乙酸乙酯和水中解析：酯化反应是酸去羟基醇去氢，故18O存在于酯中。答案：A8．(湖北省2023·百所重点学校联考)英国天文学家在人马座附近发现了一片酒精云，这片酒精云的质量达100万亿亿吨。现有如图转化关系，下列说故不正确的是()A．N为乙酸B．过程①中可加入LiAlH4等还原剂将乙醇转化为NC．过程②如果加热一段时间后发现忘记加瓷片，应停止反应，待冷却后补加D．可用饱和碳酸钠溶液除去乙酸乙酯中混有的N解析：通过分析可以得到在此过程中应该是乙醇被氧化生成N乙酸，故过程①应加入氧化剂将乙醇氧化，错误。答案：B9．下列物质中既能与NaOH溶液反应，又能与盐酸反应的一组是()A．①②③B．①②③④C．①②③④⑥D．①②③④⑤⑥解析：能与强酸强碱反应的物质有：①单质Zn、Al；②氧化物Al2O3、ZnO；③氢氧化物Al(OH)3、Zn(OH)2；④多元弱酸酸式盐，如NaHCO3；⑤弱酸弱碱盐如(NH4)2CO3；⑥氨基酸、蛋白质。答案：D10．阿司匹林的结构如下图所示，把1mol阿司匹林放在足量的NaOH溶液中煮沸，消耗NaOH的物质的量是()A．1molB．2molC．3molD．4mol解析：由阿司匹林的结构可看出，1mol阿司匹林水解会生成1mol和1molCH3COOH，因此在NaOH溶液中水解消耗3molNaOH。答案：Ceq\x(能)eq\x(力)eq\x(提)eq\x(升)11．某儿童偏食，喜欢吃一些豆类作物制成的食品，不喜欢吃动物性食品。该豆类作物中含有的天然蛋白质在酶的作用下，水解生成物中有A、B两种有机物。其中，A的分子式是C4H7O4N，B的分子式是C6H14O2N2。已知A、B的分子结构中均不含甲基，且链端都有官能团。(1)试判断A、B的水溶液的酸碱性：A____________，B________；写出A、B的结构简式：A______________，B____________。(2)题中的酶的作用是____________；影响其作用的主要因素有____________。解析：本题应用了一定的生物学知识并联系生活实际。天然蛋白质的水解产物都是α­氨基酸，故A、B的分子结构中均有结构。除此结构之外，A分子中剩下C2H3O2—。根据已知条件“不含甲基，链端均有官能团”可知C2H3O2—只能为—CH2—COOH，则A的结构简式为：。B分子中剩下部分为C4H10N—，同理可得该部分官能团只能为—NH2，即H2NCH2CH2CH2CH2。则B的结构简式为：。另外，在氨基酸中，一般来说若羧基数目大于氨基数目，则其溶液显酸性，若氨基数目大于羧基数目则显碱性。答案：(1)酸性碱性(2)催化作用温度、酸碱性12．(1)1mol丙酮酸在镍催化剂作用下加1mol氢气转变成乳酸，乳酸的结构简式是________。(2)与乳酸具有相同官能团的乳酸的同分异构体A在酸性条件下，加热失水生成B，由A生成B的化学反应方程式是________________________________________________________________________。(3)B的甲酯可以聚合，聚合物的结构简式是________________________________________________________________________。答案：13．达菲是治疗甲型H1N1流感的特效药，它是由我国中药材“八角”(大茴香)的提取物——莽草酸为原料合成的。已知莽草酸和达菲的结构式如下：(1)写出莽草酸中含氧官能团的名称__________________