2024年高中化学新教材同步选择性必修第三册 第3章　第4节　第2课时　羧酸衍生物

第2课时羧酸衍生物[核心素养发展目标]1.能从酯基和酰胺基成键方式的角度了解酯和酰胺的结构特点和分类，理解酯和酰胺的化学性质。2.结合乙酸乙酯和酰胺水解反应的原理，能推理出酯类物质和酰胺水解反应后的产物。一、酯1．酯的结构特点(1)概念酯是羧酸分子羧基中的—OH被—OR′取代后的产物，可简写为RCOOR′。(2)官能团：酯基()。(3)通式①酯的通式一般为RCOOR′或，其中R代表任意的烃基或氢原子，R′是任意的烃基，R和R′都是烃基时，可以相同，也可以不同。②饱和一元羧酸和饱和一元醇形成的酯的通式是CnH2nO2(n≥2)。2．酯的物理性质、存在及命名(1)物理性质低级酯是具有芳香气味的液体，密度一般比水小，难溶于水，易溶于有机溶剂，许多酯也是常用的有机溶剂。(2)存在酯类广泛存在于自然界，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。(3)命名酯的命名是根据生成酯的酸和醇命名为某酸某酯，如HCOOCH2CH3命名为甲酸乙酯。命名为苯甲酸乙酯，命名为二乙酸乙二酯，命名为乙二酸二乙酯。3．酯的化学性质酯可以发生水解反应，生成相应的羧酸和醇。(1)酯的水解原理酯化反应形成的键，即酯水解反应断裂的键。酯的水解反应是酯化反应的逆反应。请用化学方程式表示水解反应的原理：。(2)实验探究①酸碱性对酯的水解的影响实验操作试管中均先加入1mL乙酸乙酯实验现象a试管内酯层厚度基本不变；b试管内酯层厚度减小；c试管内酯层基本消失实验结论乙酸乙酯在中性条件下基本不水解，在酸性条件下的水解速率比碱性条件下的慢②温度对酯的水解的影响实验操作实验现象a试管内酯层消失的时间比b试管的长实验结论温度越高，乙酸乙酯的水解速率越快思考(1)根据化学平衡移动原理，解释乙酸乙酯在碱性条件下发生的水解反应是不可逆的。(2)控制实验条件是科学研究中的重要方法，通过乙酸乙酯水解条件的探究，你对这一方法有何体会？提示(1)在碱性条件下乙酸乙酯水解生成的乙酸与碱反应生成了乙酸盐，消除了乙酸乙酯水解平衡中的生成物，使乙酸乙酯水解的平衡一直向正反应方向移动，即反应是不可逆的。(2)一是要设计对照实验；二是要使变量单一化，即在影响化学反应的多个因素中，只使其中的某一个因素在实验项和对照项中不同。(3)酯在酸性或碱性条件下的水解反应在酸性条件下，酯的水解是可逆反应。乙酸乙酯在稀硫酸存在下水解的化学方程式为CH3COOC2H5＋H2Oeq\o(,\s\up7(稀硫酸),\s\do5(△))CH3COOH＋C2H5OH。在碱性条件下，酯的水解是不可逆反应。乙酸乙酯在氢氧化钠存在下水解的化学方程式为CH3COOC2H5＋NaOHeq\o(→,\s\up7(△))CH3COONa＋C2H5OH。(1)分子式相同的羧酸和酯类互为同分异构体()(2)既有酯类的性质也有醛类的性质()(3)所有的酯类物质均有果香味，均可作为香料()(4)乙醛、乙酸和乙酸乙酯中都有碳氧双键，因此都能与H2发生加成反应()(5)在酸性条件下，CH3CO18OC2H5的水解产物是CH3CO18OH和C2H5OH()答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×1．在阿司匹林的结构简式中，①②③④⑤⑥分别表示其分子中不同的键。将阿司匹林与足量NaOH溶液共热时，发生反应时断键的位置是()A．①④ B．②⑥C．③④ D．②⑤答案B2．某有机物的结构简式如图所示，下列关于该有机物的说法错误的是()A．该有机物的分子式为C19H12O8B．1mol该有机物最多可与8molH2发生加成反应C．该有机物与稀硫酸混合加热可生成2种有机物D．1mol该有机物与NaOH溶液反应，最多消耗7molNaOH答案A解析该有机物的分子式应为C19H14O8，A项错误；1mol该有机物含有2mol苯环、2mol碳碳双键，故最多可与8molH2发生加成反应，B项正确；该有机物在酸性条件下水解生成和HCOOH，C项正确；1mol该有机物含有2mol酚酯基，可与4molNaOH反应，含有2mol酚羟基，可与2molNaOH反应，含有1mol羧基，可与1molNaOH反应，故1mol该有机物最多消耗7molNaOH，D项正确。3．某有机化合物的结构简式为，则1mol该有机化合物消耗NaOH的物质的量最多为多少？试写出反应的化学方程式。提示4mol。该反应的化学方程式：＋4NaOH→＋＋CH3OH＋2H2O。易错警示含苯环的酯水解后，一定要注意得到的有机物中的羟基是否直接连在苯环上，若羟基直接连在苯环上，则水解后得到的有机物含有酚羟基，能继续和NaOH溶液反应。酯化反应与酯的水解反应的比较酯化反应酯的水解反应反应关系CH3COOH＋C2H5OHeq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CH3COOC2H5＋H2O催化剂浓硫酸稀硫酸或NaOH溶液催化剂的其他作用吸水、提高CH3COOH和C2H5OH的转化率NaOH中和酯水解生成的羧酸、提高酯的水解效率加热方式酒精灯火焰加热水浴加热反应类型酯化反应、取代反应水解反应、取代反应二、油脂1．油脂的组成(1)油脂的成分主要是高级脂肪酸与甘油形成的酯，结构可表示为R、R′、R″代表高级脂肪酸的烃基高级脂肪酸的种类较多，如饱和的硬脂酸(C17H35COOH)、不饱和的油酸(C17H33COOH)等。(2)状态常温下呈液态的油脂称为油，如花生油、芝麻油、大豆油等植物油，是含较多不饱和高级脂肪酸的甘油酯；常温下呈固态的油脂称为脂肪，如牛油、羊油等动物油脂，是含较多饱和高级脂肪酸的甘油酯。特别提醒酯和油脂的区别酯是由酸(有机羧酸或无机含氧酸)与醇相互作用失去水分子形成的一类化合物的总称。而油脂仅指高级脂肪酸与甘油形成的酯，因而它是酯中特殊的一类物质。2．油脂的性质(1)水解反应①硬脂酸甘油酯在酸性条件下发生水解反应的化学方程式为＋3H2Oeq\o(,\s\up7(H＋),\s\do5(△))3C17H35COOH＋。②硬脂酸甘油酯在NaOH溶液中水解的化学方程式为＋3NaOHeq\o(→,\s\up7(△))3C17H35COONa＋。油脂在碱性溶液中的水解反应又称为皂化反应，工业上常用来制取肥皂。高级脂肪酸盐是肥皂的主要成分。(2)油脂的氢化油酸甘油酯与氢气发生加成反应的化学方程式为＋3H2eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))，这一过程称为油脂的氢化，也称为油脂的硬化。由此制得的油脂叫人造脂肪，通常又称为硬化油。硬化油不易被空气氧化变质。(1)油脂属于酯类，但酯类物质不一定是油脂()(2)所有的油脂在酸性条件下或碱性条件下都能发生水解反应()(3)能发生氢化反应的油脂都能使酸性高锰酸钾溶液褪色()(4)植物油不能使溴的四氯化碳溶液褪色()(5)豆油、汽油、牛油均属于油脂()(6)可以用NaOH溶液区别植物油和矿物油()答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)√区别油脂(酯)与矿物油(烃)的一般方法是加含酚酞的NaOH溶液，加热，红色变浅，最后不分层的为油脂(酯)，否则为矿物油(烃)。1．生活中常用烧碱来清洗抽油烟机上的油渍(主要成分是油脂)，下列说法不正确的是()A．油脂属于天然高分子B．热的烧碱溶液去油渍效果更好C．花生油、大豆油等植物油容易被空气氧化D．油脂在碱性条件下的水解反应，又称为皂化反应答案A解析油脂在碱性条件下水解，水解吸热，所以热的烧碱溶液可以促进油脂水解，去油渍效果更好，B正确；植物油中含较多的不饱和烃基，容易被空气氧化，C正确。2．某物质的结构为，回答下列问题：(1)该油脂能否使溴水褪色？__________(填“能”或“不能”)。(2)为了促进该油脂的水解，可以采取的最有效的措施是__________(填字母)。A．加浓硫酸并加热B．加稀硫酸并加热C．加热D．加入NaOH溶液并加热(3)写出该油脂与H2反应的化学方程式：_________________________________。(4)1mol该油脂要完全水解，需要消耗NaOH的物质的量为__________mol，写出该油脂在NaOH溶液中水解的产物：____________、_____________、__________、__________。(5)与该油脂互为同分异构体且完全水解后产物相同的油脂有两种，写出其同分异构体的结构简式：________________________________________________________________________。答案(1)能(2)D(3)＋H2eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))(4)3C17H35COONaC17H33COONaC15H31COONa(5)解析(1)根据该油脂的结构简式可知，形成该油脂的三种高级脂肪酸中存在不饱和高级脂肪酸，能使溴水褪色。(2)加入NaOH溶液能中和油脂水解生成的酸，从而促进油脂水解。(3)根据该油脂的分子结构可知一个该油脂分子中含1个,1mol该油脂一定条件下只能与1molH2发生加成反应。(4)该油脂在NaOH溶液中水解生成甘油和高级脂肪酸钠，由于每个油脂分子中含有3个，所以1mol该油脂要完全水解，需要消耗3molNaOH。(5)与该物质互为同分异构体，完全水解后产物相同的油脂均为高级脂肪酸在甘油上的取代位置不同而形成的同分异构体，共有两种：。三、酰胺1．胺(1)定义：烃基取代氨分子中的氢原子而形成的化合物叫做胺，一般可写作R—NH2；胺也可以看作是烃分子中的氢原子被氨基取代得到的化合物。(2)官能团：氨基(—NH2)。(3)代表物：CH3—NH2(甲胺)、(苯胺)。(4)化学性质：胺类化合物与NH3类似，具有碱性，能与盐酸、醋酸反应。如苯胺能与盐酸反应，生成可溶于水的苯胺盐酸盐。＋HCl→苯胺苯胺盐酸盐2．酰胺(1)酰胺的结构酰胺是羧酸分子中羟基被氨基取代得到的化合物，其结构一般表示为，其中的叫做酰基，叫做酰胺基。常见的酰胺：乙酰胺()、苯甲酰胺()、N，N-二甲基甲酰胺等。(2)酰胺的性质酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应。水解原理：在酸性条件下，生成的氨气转化为铵盐，如：RCONH2＋H2O＋HCleq\o(→,\s\up7(△))RCOOH＋NH4Cl；在碱性条件下，生成的酸转化为盐，如：RCONH2＋NaOHeq\o(→,\s\up7(△))RCOONa＋NH3↑。(3)酰胺的用途酰胺常被用作溶剂和化工原料。例如，N，N-二甲基甲酰胺是良好的溶剂，也用于合成农药、医药等。请举例说明氨、胺、酰胺和铵盐这4类物质在组成、结构、性质和用途上的不同，并设计表格进行比较。提示组成结构性质用途氨N、H溶于水显碱性，能和酸或酸性物质发生反应制冷剂、制造化肥和炸药胺C、N、HR—NH2具有碱性合成医药、农药和染料等的化工原料酰胺C、N、O、H在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应作溶剂和化工原料铵盐N、H等NHeq\o\al(＋,4)和酸根阴离子受热易分解，可与碱反应产生氨气工业、农业及日常生活中都有用途1．(2022·南京高二月考)丙烯酰胺是一种重要的有机合成中间体，其结构简式为。下列有关丙烯酰胺的说法错误的是()A．丙烯酰胺分子中所有原子不可能共平面B．丙烯酰胺属于羧酸衍生物C．丙烯酰胺在任何条件下都不能水解D．丙烯酰胺能够使溴的四氯化碳溶液褪色答案C解析丙烯酰胺分子中存在氨基，则所有原子不可能共平面，A项正确；丙烯酰胺在强酸(或强碱)存在并加热的条件下可水解成对应的羧酸(或羧酸盐)和铵盐(或氨气)，C项错误；丙烯酰胺分子中含碳碳双键，能够使溴的四氯化碳溶液褪色，D项正确。2．烟酰胺是最近几年比较火的护肤品，具有美白、提亮肤色的功效。烟酰胺的结构简式如图：。请回答下列问题：(1)甲胺(CH3NH2)与烟酰胺分子中均含—NH2，二者互为同系物吗？为什么？提示不互为同系物。因为二者不是同类物质，结构不相似，且不相差若干个CH2原子团。(2)请写出烟酰胺分别在酸性条件(盐酸)和碱性条件(NaOH溶液)下水解的化学方程式。提示酸性水解：；碱性水解：。题组一酯1．下列性质属于一般酯的共性的是()A．具有香味B．易溶于水C．易溶于有机溶剂D．密度比水大答案C解析酯类大多难溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水小，低级酯具有一定的芳香气味，故选C。2．下列说法正确的是()A．RCO18OH与R′OH发生酯化反应时生成R—CO18OR′B．能与NaOH溶液反应，分子式为C2H4O2的有机物一定是酸C．甲酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸互为同分异构体D．甲醛与乙酸乙酯的最简式相同答案C3．水果糖深受小朋友的喜爱，其实水果糖里并未加入水果，比如菠萝水果糖中并未加入菠萝，而是加入了具有菠萝香味的丁酸乙酯。下列有关丁酸乙酯的说法不正确的是()A．丁酸乙酯的结构简式为B．它是由乙酸和丁醇发生酯化反应得到的C．它在碱性条件下比在酸性条件下水解更彻底D．它与乙酸乙酯互为同系物答案B解析丁酸乙酯是由丁酸与乙醇发生酯化反应生成的，其结构简式为CH3CH2CH2COOCH2CH3，与乙酸乙酯互为同系物，A、D项正确，B项错误。4．分子式为C3H8O的醇与C4H8O2的羧酸在浓H2SO4存在时共热生成的酯有()A．3种B．4种C．5种D．6种答案B解析分子式为C3H8O的醇有两种，即1-丙醇和2-丙醇；分子式为C4H8O2的羧酸可以是丁酸，也可以是2-甲基丙酸，共2种，所以在浓硫酸的作用下共热发生酯化反应可以生成4种不同的酯。题组二油脂5．从化学成分上讲，油脂属于酯类化合物，对于油脂和酯类化合物认识正确的是()A．油和脂肪都属于酯类化合物，所以油和脂肪的官能团相同B．自然界中的油脂是混合物，以甘油三酯为主要成分C．酯类是高分子，自然界中的油脂是纯净物，以甘油三酯形式存在D．油脂属于酯类化合物，天然油脂是纯净物，没有固定的熔、沸点答案B解析酯类不是高分子，自然界中的油脂都是混合物，以甘油三酯形式存在，B正确、C错误；油脂属于酯类，天然油脂都是混合物，没有固定的熔、沸点，D错误。6．能区别地沟油与矿物油的方法是()A．点燃，能燃烧的是矿物油B．测定沸点，有固定沸点的是矿物油C．加入水中，浮在水面上的是地沟油D．加入足量氢氧化钠溶液共热，最后液体不分层的是地沟油答案D解析地沟油和矿物油均可燃烧，A项错误；地沟油和矿物油均为混合物，均没有固定沸点，B项错误；地沟油和矿物油的密度均小于水且均难溶于水，C项错误；地沟油的主要成分为油脂，可在碱性条件下水解，因此地沟油与NaOH溶液共热后不再分层，矿物油为烃的混合物，不能与NaOH溶液反应，因此溶液分层，D项正确。7．(2022·广州高二月考)某化学兴趣小组用预处理后的废弃油脂进行皂化反应，制备高级脂肪酸钠并回收甘油的简单流程如图所示。下列说法错误的是()A．皂化反应完成的标志是液体不分层B．过程①属于物理变化C．过程②可用装置M完成(夹持装置已略去)D．实现过程③的操作是蒸馏答案C解析油脂难溶于水，故反应前液体分层，皂化反应生成的产物为高级脂肪酸钠和甘油，二者均易溶于水，故皂化反应完成时分层现象消失，A项正确；向混合物中加入氯化钠，高级脂肪酸钠溶解度降低便会析出，该过程中没有新物质生成，属于物理变化，B项正确；过程②为过滤，用到的仪器没有分液漏斗，C项错误；混合液中含有水，甘油和水互溶，但二者沸点不同，可通过蒸馏分离，D项正确。题组三酰胺8．某些高温油炸食品中含有一定量的CH2=CH—CO—NH2(丙烯酰胺)。食品中过量的丙烯酰胺可能引起食品安全问题。关于丙烯酰胺有下列叙述：①能使酸性KMnO4溶液褪色；②能发生加聚反应生成高分子；③只有4种同分异构体；④能与氢气发生加成反应；⑤能与盐酸反应；⑥能与NaOH溶液反应。其中正确的是()A．①②③⑤ B．②③④⑥C．①③④⑤⑥ D．①②④⑤⑥答案D9.我国科学家合成了一种高能量密度材料，所需主要原料为草酰二肼(结构如图所示)。下列有关草酰二肼的说法错误的是()A．分子中含有两种官能团B．具有碱性C．分子式为C2H6N4O2D．与联二脲()互为同系物答案D解析分子中含有氨基、酰胺基两种官能团，A项正确；分子中含有氨基，具有碱性，B项正确；由草酰二肼的结构简式可知，其分子式为C2H6N4O2，C项正确；草酰二肼与联二脲()分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体，D项错误。10．(2023·浙江衢州高二质检)化合物“E7974”具有抗肿瘤活性，结构简式如图，下列有关该化合物的说法不正确的是()A．分子中含有4个手性碳原子B．分子中C原子有sp2、sp3两种杂化方式C．该物质可以发生加成反应、水解反应、酯化反应D．1mol该物质最多可以和3molNaOH反应答案A解析化合物“E7974”含有的手性碳原子如图，共3个，选项A不正确；该物质中含有碳碳双键，可以发生加成反应，含有酰胺基可以发生水解反应，含有羧基可以发生酯化反应，选项C正确；分子中含有2个酰胺基、1个羧基，均能与NaOH溶液反应，故1mol该物质最多可以和3molNaOH反应，选项D正确。11．(2023·西安高二检测)如图是天冬氨酰苯丙氨酸甲酯(aspartame)的结构简式。下列关于aspartame的说法不正确的是()A．是芳香族化合物B．分子中含有的官能团有氨基、羧基、酯基、酰胺基C．既能与NaOH反应，也能与HCl反应D．1molaspartame最多能与2molNaOH反应答案D解析由于分子中含有苯环，所以属于芳香族化合物，A正确；分子中含有氨基、羧基、酯基和酰胺基4种官能团，B正确；羧基能与NaOH反应，氨基能与HCl反应，C正确；羧基、酯基和酰胺基都能与NaOH反应，1molaspartame最多能与3molNaOH反应，D错误。12．药物贝诺酯可由乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚在一定条件下反应制得：下列有关叙述正确的是()A．贝诺酯分子中有三种含氧官能团B．可用FeCl3溶液区别乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚C．乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚都能与NaHCO3溶液反应D．贝诺酯与足量NaOH溶液共热，最终生成乙酰水杨酸钠和对乙酰氨基酚钠答案B解析贝诺酯分子中只有酯基和酰胺基两种含氧官能团，A项不正确；乙酰水杨酸不含酚羟基，对乙酰氨基酚中含酚羟基，可用FeCl3溶液鉴别，B项正确；对乙酰氨基酚不能与NaHCO3溶液反应，C项不正确；贝诺酯与足量NaOH溶液共热，最终生成、和CH3COONa三种物质，D项不正确。13．某农民偶然发现他的一头小母牛食用腐败草料后，血液不会凝固。科学家由此得到启发，从腐败草料中提取出结构简式如图所示的双香豆素。下列关于双香豆素的推论错误的是()A．分子式为C19H12O6，有望将它发展制得一种抗凝血药B．双香豆素可用来制备致命性出血型的杀鼠药C．可发生水解、加成、氧化反应D．1mol双香豆素在碱性条件下水解，消耗6molNaOH答案D解析根据有机物的结构简式，确定其分子式为C19H12O6，A正确；含有酯基可以发生水解反应，存在碳碳双键可以发生加成、氧化反应，C正确；该分子中含有两个酯基，酯基水解生成2个酚羟基和2个羧基，酚羟基和羧基都能与NaOH反应，所以1mol双香豆素在碱性条件下水解可消耗4molNaOH，D错误。14．2,5-二羟基苯甲酸甲酯俗称龙胆酸甲酯，可由龙胆酸与甲醇发生酯化反应得到，是合成制药中的常见中间体。其结构简式如图所示：回答以下问题：(1)龙胆酸甲酯所含官能团的名称为___________________________________________。(2)龙胆酸甲酯的分子式为________。(3)下列有关龙胆酸甲酯的描述正确的是________(填字母)。a．能发生消去反应b．能与氢气发生加成反应c．能与浓溴水反应(4)写出龙胆酸甲酯与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：___________。(5)写出满足下列条件的龙胆酸的两种同分异构体的结构简式：________________、____________。①能发生银镜反应；②能遇FeCl3溶液显色；③酯类；④苯环上的一氯代物只有2种。答案(1)(酚)羟基、酯基(2)C8H8O4(3)bc(4)＋3NaOH→CH3OH＋2H2O＋(5)解析(3)酚羟基、酯基均不能发生消去反应，故a错误；龙胆酸甲酯中有苯环，能与氢气发生加成反应，故b正确；龙胆酸甲酯中有酚羟基，且酚羟基所连碳原子的邻位碳上有H原子，能与浓溴水反应，故c正确。(5)龙胆酸的同分异构体满足：①能发生银镜反应，说明含—CHO；②能遇FeCl3溶液显色，说明含酚羟基；③酯类，含—COO—；④苯环上的一氯代物只有2种，说明苯环上有2种不同化学环境的氢原子，则符合条件的同分异构体的结构简式为。15．(2022·上海浦东新区高二月考)有机物间的相互转化是制备各种物质的基本方法，正是因为不同类别间可实现相互转化，化学工作者创造出了无数自然界中没有的物质。部分过度油炸的食品中会产生丙烯酰胺()，研究表明丙烯酰胺对人体存在致癌的风险。有机物H是丙烯酰胺的相邻同系物，存在下列转化过程；其中A为气态烃，标准状况下密度为2.5g·L－1，其分子中有2个甲基，不存在顺反异构；E的分子式是C4H8O3，F为六元环状化合物。回答下列问题：(1)下列关于丙烯酰胺的说法错误的是__________________________(填字母)。A．丙烯酰胺所有碳、氮原子可能在一个平面内B．人们