高中化学第3章烃的衍生物第4节羧酸羧酸衍生物第1课时羧酸酯课件新人教版选修3

第1课时羧酸酯课前·基础认知课堂·重难突破素养·目标定位随堂训练

素养•目标定位目标素养1.了解羧酸的结构和性质,通过典型代表物乙酸的有关反应,结合实验,认识羧酸的化学性质。2.了解酯的结构及主要性质,通过乙酸乙酯的水解反应实验,掌握酯的化学性质。3.了解油脂的结构特点,认识油脂的水解反应和部分油脂的氢化反应。4.了解胺的结构特点,认识胺的化学性质和应用。5.了解酰胺的结构特点,认识酰胺的典型的化学性质,了解酰胺的应用。知识概览课前·基础认知一、羧酸1.羧酸的组成和结构。微思考1你能写出饱和一元羧酸的通式吗?提示:CnH2n+1COOH或CnH2nO22.羧酸的分类。3.几种典型的羧酸。(1)甲酸——最简单的羧酸。①来源及物理性质。甲酸又名蚁酸,是一种无色、有刺激性气味的

液

体,有腐蚀性,与水、乙醇等互溶。

②分子结构。甲酸分子中既含有羧基结构又含有

醛基

结构。

③化学性质:甲酸既具有羧酸的性质又具有醛的性质,如甲酸既有酸性又能与银氨溶液反应,被氧化为碳酸后分解为二氧化碳和水。④用途:在工业上可用作还原剂,也是合成医药、农药和染料的原料。(2)苯甲酸。其结构简式为,属于芳香酸。苯甲酸是无色晶体,易升华,微溶于水,易溶于乙醇,可用于合成香料、药物等,苯甲酸钠是常见的食品防腐剂。(3)乙二酸——最简单的二元酸。乙二酸俗称草酸,是无色晶体,通常含有两分子结晶水,可溶于水和乙醇,是化学分析中常用的还原剂,也是重要的化工原料。微思考2乙二酸属于羧酸,能与碳酸钠反应生成二氧化碳。1mol乙二酸与适量的碳酸钠反应,最多生成CO2的物质的量为多少?提示:乙二酸中含有两个羧基,所以1

mol乙二酸与适量的碳酸钠反应,最多生成1

mol

CO2。4.羧酸的性质。(1)物理性质。微思考3在室温较低时,无水乙酸就会凝结成像冰一样的晶体。请简单说明在实验中若遇到这种情况时,你将如何从试剂瓶中取出无水乙酸。提示:方法1:把盛无水乙酸的试剂瓶放在温度等于或大于17

℃的水浴中加热,使其熔化后倒出。方法2:用双手焐住盛无水乙酸的试剂瓶,使其升温熔化后倒出。方法3:用热湿毛巾焐住盛无水乙酸的试剂瓶,使其升温熔化后倒出。微判断1(1)水溶液显酸性的有机物都属于羧酸。(

)(2)所有的羧酸都易溶于水。(

)(3)乙酸、乙醇分子间均易形成氢键。(

)(4)乙酸的分子式是C2H4O2,乙酸是四元酸。(

)××√×(2)化学性质。①酸性。羧酸是一类弱酸,具有酸的通性。电离方程式为RCOOHRCOO-+H+。微思考4羧酸分子中因含有羧基而具有酸性。请你以乙酸为例,结合必要的化学方程式,说明酸的通性有哪些。提示:②酯化反应。羧酸与醇在浓硫酸催化下发生酯化反应时,如乙酸与乙醇在浓硫酸催化和加热情况下反应,生成乙酸乙酯。乙酸与乙醇的酯化反应是乙酸分子中羧基的羟基与乙醇分子中羟基的氢原子结合生成水,其余部分相互结合成酯。其反应可用化学方程式表示如下:微思考5某学生做乙酸乙酯的制备实验。在一支试管中加入2mL乙醇,然后边振荡边慢慢加入0.5mL浓硫酸和2mL乙酸,用酒精灯缓慢加热,将产生的蒸气经导管通到盛有饱和碳酸钠溶液的接收试管的液面上。饱和碳酸钠的作用是什么?提示:饱和碳酸钠溶液可以除去乙酸,溶解乙醇,降低乙酸乙酯在溶液中的溶解度。二、酯1.组成与结构。酯是羧酸分子羧基中的

—OH

被—OR'取代后的产物,可简写为RCOOR'。R和R'可以相同,也可以不同。官能团:酯基(),饱和一元醇与饱和一元羧酸形成酯的通式为CnH2nO2。微思考6某酯的名称是丙酸甲酯,则合成该酯的酸和醇分别是什么(写出结构简式和名称)?提示:CH3CH2COOH(丙酸)和CH3OH(甲醇)。2.物理性质。低级酯是具有

芳香

气味的液体,密度一般比水

小

,易溶于有机溶剂。

微思考7苯甲酸乙酯与水混合到一起,如何将两者分离开来?提示:一般采用分液的方法分离。3.酯的存在。酯类广泛存在于自然界中,如苹果里含有戊酸戊酯、菠萝里含有丁酸乙酯、香蕉里含有乙酸异戊酯等。日常生活中的饮料、糖果和糕点等常使用酯类香料。4.化学性质。酯的重要化学性质之一是发生水解反应,生成相应的酸和醇。(1)酯在酸性条件下的水解反应。在酸性条件下,酯的水解是可逆反应。如乙酸乙酯在稀硫酸存在下水解的化学方程式为(2)酯在碱性条件下的水解反应。在碱性条件下,酯水解生成羧酸盐和醇,水解反应是不可逆反应。如乙酸乙酯在氢氧化钠存在下水解的化学方程式为

微思考8乙酸乙酯在碱性条件下的水解程度为什么比酸性条件下的水解程度大?提示:乙酸乙酯水解生成的酸在碱性条件下被碱中和,减小了酸的浓度。平衡向正反应方向移动,从而使酯的水解趋于完全。微判断2(1)“酒是陈的香”其原因是酒中存在乙酸乙酯。(

)(2)饱和一元羧酸与等碳原子数的饱和一元酯互为同分异构体。(

)√√微训练

烹鱼时加入少量食醋和料酒可以使烹制的鱼具有特殊的香味,这种香味来自(

)。A.食盐B.食醋中的乙酸C.料酒中的乙醇D.料酒中的乙醇与食醋中的乙酸反应生成的乙酸乙酯答案:D课堂·重难突破一

典型物质中羟基氢活泼性的比较重难归纳1.羟基氢原子活泼性的比较:含羟基的物质醇水酚低级羧酸酸碱性中性中性很弱的酸性弱酸性与Na反应反应放出H2反应放出H2反应放出H2反应放出H2与NaOH反应不反应不反应反应反应与NaHCO3反应不反应水解不反应反应放出CO2与Na2CO3反应不反应水解反应生成NaHCO3反应放出CO22.羟基中氢原子活泼性比较的探究实验:结论:上述五种物质中羟基上氢原子的活泼性顺序为①>⑤>④>③>②。1.用食醋浸泡有水垢(主要成分CaCO3)的暖瓶,可以清除其中的水垢。清除水垢利用了醋酸的什么性质?通过这个事实你能比较出醋酸与碳酸的酸性强弱吗?写出反应的化学方程式。提示:利用食醋清除水垢是利用了醋酸的酸性,该反应的发生可以说明CH3COOH的酸性比H2CO3的酸性强,化学方程式为2CH3COOH+CaCO3→(CH3COO)2Ca+H2O+CO2↑。典例剖析莽草酸是一种合成治疗禽流感药物达菲的原料;没食子酸存在于掌叶大黄、大叶桉、山茱萸等植物中。下列关于这两种有机化合物的说法正确的是(

)。A.两种酸都能与溴水反应,反应类型相同B.两种酸可用三氯化铁溶液鉴别C.没食子酸分子与莽草酸分子相比多了两个碳碳双键D.等物质的量的两种酸与氢氧化钠溶液反应,消耗NaOH的量相同B解析:莽草酸含有碳碳双键,能和溴发生加成反应;没食子酸中含有酚羟基,能和溴发生取代反应,前者是加成反应、后者是取代反应,所以反应类型不同,故A项错误。莽草酸中不含酚羟基,没有酚的性质,所以不能发生显色反应,故B项正确。没食子酸中不含碳碳双键,故C项错误。莽草酸中只有—COOH与NaOH反应,没食子酸中—OH、—COOH均与NaOH反应,则中和等物质的量的两种酸消耗的氢氧化钠的物质的量之比为1∶4,故D项错误。学以致用1.乌头酸的结构简式如图所示,下列关于乌头酸的说法错误的是(

)。A.分子式为C6H6O6B.乌头酸中含有酯基,能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.乌头酸分子中所有碳原子可能共平面D.含1mol乌头酸的溶液最多可消耗3molNaOH答案:B解析:由乌头酸的结构简式可知,该化合物的分子式为C6H6O6,故A项正确。乌头酸分子中含有碳碳双键,所以能使酸性高锰酸钾溶液褪色,但是没有酯基,故B项错误。乌头酸分子中含碳碳双键和碳氧双键,单键可以旋转,所有碳原子可能共平面,故C项正确。一个乌头酸分子中含有三个羧基,所以含1

mol乌头酸的溶液最多可消耗3

mol

NaOH,故D项正确。2.一定质量的某有机化合物与足量金属钠反应得到VA气体。相同质量的该有机化合物与足量的饱和NaHCO3溶液反应,可得VB气体。已知在同温同压下VA和VB相同,该有机化合物可能是(

)。A.CH3CH(OH)COOHB.HOOC—COOHC.CH3CH2CH2OHA解析:该物质能与钠反应生成氢气,说明存在羟基、羧基中的一种或两种,能与碳酸氢钠反应生成气体,说明含有羧基,化学反应中,羟基、羧基与氢气的个数比为2∶1,羧基与二氧化碳个数之比为1∶1,生成的氢气和二氧化碳相同条件下体积相同,即生成的氢气和二氧化碳物质的量相等,则分子中羟基和羧基个数相等。二

酯化反应与酯的水解反应重难归纳1.酯化反应(以乙酸与乙醇的酯化反应为例):(1)反应原理:(2)酯化反应的机理:酸脱羟基,醇脱氢。(3)酯化反应属于取代反应。(4)可以用示踪法跟踪反应机理。乙醇中的氧原子为18O,通过跟踪18O的去向,从而判断反应的脱水方式。方式一:方式二:若18O在乙酸乙酯中,则按方式一脱水;若18O在水中,则按方式二脱水。经实验跟踪判断酯化反应是按方式一脱水的。(5)提高乙酸乙酯产率的措施。①由于乙酸乙酯沸点比乙酸、乙醇低,因此通过加热从反应物中不断蒸出乙酸乙酯,可提高其产率。②使用过量的乙醇,可提高乙酸转化为乙酸乙酯的转化率。③使用浓硫酸作吸水剂,可提高乙醇、乙酸的转化率,从而提高了乙酸乙酯的产率。(6)酯化反应的基本类型。①生成链状酯。a.一元羧酸与一元醇的反应b.一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇的反应

c.无机含氧酸与醇形成无机酸酯

②生成环酯。a.多元醇与多元羧酸进行分子间脱水形成环酯b.羟基酸分子间脱水形成环酯

c.羟基酸分子内脱水形成环酯

2.酯的水解反应:(1)反应原理:(3)水解反应属于取代反应。(4)乙酸乙酯酸性条件下的水解反应是可逆反应,反应在一定条件下达到化学平衡状态。碱性条件下的水解生成羧酸盐和醇,不是可逆反应。3.酯化反应与水解反应的比较。

1.向乙酸乙酯中加入NaOH溶液并加热,使其水解,什么现象可以说明酯水解程度较高?提示:随着水解反应的发生,乙酸乙酯水解生成C2H5OH和CH3COONa,两者均易溶于水,当酯层消失时,即可说明水解程度较高。2.在浓硫酸作催化剂的条件下,二元羧酸与二元醇也能发生发生酯化反应生成六元环状酯和2mol水,请你写出该反应的化学方程式。典例剖析以乙烯为原料制备琥珀酸二乙酯的合成路线如下:请回答下列问题:(1)琥珀酸二乙酯的结构简式为

。写出琥珀酸二乙酯在NaOH溶液中水解的化学方程式:

。

(2)乙烯生成A的反应类型为

,1molA物质在加热条件下与足量的NaOH溶液反应生成D,需要消耗

molNaOH。

(3)D与C在浓硫酸催化条件下生成八元环状化合物E,E中含有的官能团名称为

。

(4)能发生银镜反应,且能与碳酸钠反应生成CO2的C的同分异构体有

种。

答案:(1)CH3CH2OOCCH2CH2COOCH2CH3CH3CH2OOCCH2CH2COOCH2CH3+2NaOH→NaOOCCH2CH2COONa+2CH3CH2OH(2)加成反应2(3)酯基(4)8解析:根据题中各物质转化关系,乙烯与溴发生加成反应生成A为BrCH2CH2Br,A在氢氧化钠水溶液、加热条件下发生水解反应生成D为HOCH2CH2OH,A与NaCN发生取代反应生成B(NCCH2CH2CN),B在酸性条件下水解得C(HOOCCH2CH2COOH),C在酸、加热条件下与乙醇发生酯化反应生成琥珀酸二乙酯为CH3CH2OOCCH2CH2COOCH2CH3,C(HOOCCH2CH2COOH)与D(HOCH2CH2OH)发生酯化反应生成E,E为环状化合物。(1)琥珀酸二乙酯的结构简式为CH3CH2OOCCH2CH2COOCH2CH3。该有机化合物在碱性条件下水解,反应的化学方程式为CH3CH2OOCCH2CH2COOCH2CH3+2NaOH→NaOOCCH2CH2COONa+2CH3CH2OH。(2)乙烯与溴发生加成反应生成A,A为BrCH2CH2Br,A在氢氧化钠水溶液、加热条件下发生水解反应生成D,D为HOCH2CH2OH,反应的化学方程式为BrCH2CH2Br+2NaOHHOCH2CH2OH+2NaBr,所以消耗2

mol

NaOH。(3)HOOCCH2CH2COOH与HOCH2CH2OH发生酯化反应生成E,E为八元环状化合物,则可由C与D脱去两分子水制得E,所以E的分子式为C6H8O4,其中含有的官能团为酯基。(4)C为HOOCCH2CH2COOH,能发生银镜反应,则含有醛基,能与碳酸钠反应生成CO2,则含有羧基,同分异构体有HCOOCH2CH2COOH、

、HOOC—CH(OH)CH2CHO、HOOCCH2CH(OH)CHO、HCOOCH(CH3)COOH、HOOCCH2OCH2CHO、HOOCCH(CHO)CH2OH、HOOCCH(CHO)OCH3,共8种。学以致用1.阿司匹林的结构简式为,则1mol阿司匹林与足量的NaOH溶液充分反应,消耗NaOH的物质的量为(

)。A.1mol B.2molC.3mol D.4mol答案:C解析:阿司匹林水解及水解后的产物与氢氧化钠反应的过程如下:规律方法计算酯的碱性水解消耗碱的量的一般步骤。第一步:写出酯与水反应的化学方程式。第二步:分析水解产物的结构,产物中除含醇羟基及羧基外,可能还含有能与碱反应的酚羟基等。第三步:计算产物中所有的羧基和酚羟基,从而得出消耗碱的总量。2.香豆素-4由C、H、O三种元素组成,分子球棍模型如下图所示。下列有关叙述错误的是(

)。A.分子式为C10H9O3B.能发生水解反应C.能使酸性高锰酸钾溶液褪色D.1mol香豆素-4最多消耗3molNaOH答案:A解析:分子式应为C10H8O3,A项错误;分子中有酯基,可以发生水解反应,B项正确;含碳碳双键、酚羟基,均能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C项正确;酯基水解后共有两个酚羟基和一个羧基,共消耗3

mol

NaOH,D项正确。随堂训练1.下列物质中,能显示酸性,还能发生酯化反应和消去反应的是(

)。答案:B解析:A中物质含有羧基显酸性,连有羟基的碳原子的邻位碳原子上没有氢原子,故不能发生消去反应,错误;B中物质含有羧基显酸性,连有羟基的碳原子的邻位碳原子上有氢原子,能发生消去反应,正确;C、D中物质含有羧基显酸性,不能发生消去反应,错误。2.抗癌药物“6-Azulenol”的结构简式如图所示,下列有关它的叙述不正确的是(

)。A.分子式为C13H18O3B.能发生酯化反应、取代反应、还原反应、中和反应、消去反应C.能使酸性高锰酸钾溶液褪色D.1mol该物质最多可以与3molH2发生加成反应答案:D解析:分子式为C13H18O3,A项正确;含有羧基能发生酯化反应、取代反应、中和反应,含有羟基能发生酯化反应、取代反应、消去反应,含有碳碳双键可与氢气发生加成反应也为还原反应,B项正确;含有碳碳双键能使酸性高锰酸钾溶液褪色,C项正确;分子中含有2个碳碳双键,1

mol该物质最多可以与2

mol

H2发生加成反应,D项错误。3.将1mol乙醇(其中的氧用18O标记)在浓硫酸存在条件下与足量乙酸充分反应。下列叙述不正确的是(

)。A.生成的乙酸乙酯中含有18OB.生成的水分子中含有18OC.可能生成44g乙酸乙酯D.不可能生成90g乙酸乙酯答案:B解析:将1

mol乙醇(其中的氧用18O标记)在浓硫酸存在条件下与足量乙酸充分反应,乙酸脱羟基,乙醇脱氢,化学方程式为CH3COOH+H18OCH2CH3CH3CO18OCH2CH3+H2O。生成的乙酸乙酯中含有18O,A项正确;生成的水分子中不含有18O,B项不正确;产物乙酸乙酯中存在用18O标记的氧,所以乙酸乙酯的摩尔质量为90

g·mol-1,反应为可逆反应,不能完全转化,若转化率为50%,则生成44

g乙酸乙酯,C、D项正确。4.七叶亭是一种植物抗菌素,适用于细菌性痢疾,其结构如图,下列说法正确的是(

)。A.分子中存在2种官能团B.分子中所有碳原子共平面C.1mol该物质与足量溴水反应,最多可消耗2molBr2D.1mol该物质与足量NaOH溶液反应,最多可消耗3molNaOH答案:B解析:根据结构简式可知,分子中含有酚羟基、酯基和碳碳双键,共3种官能团,A项错误;分子中苯环确定一个平面,碳碳双键确定一个平