3-4-羧酸-羧酸衍生物(原卷版)(人教版2019选择性必修3)

第三章第四节羧酸羧酸衍生物榆次一中李金虎【学习目标】1．掌握羧酸的组成、结构、性质及其应用。2．了解酯、油脂、酰铵的结构及主要性质。3．掌握重要的有机物之间的相互转化，学会在有机合成与推断中的应用。【素养目标】1．通过官能团、化学键的特点分析和推断羧酸、酯类、酰铵的化学性质，培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。2．通过结合生产、生活实际了解羧酸、酯类、酰铵的应用，培养学生“科学态度与社会责任”的学科素养。必备知识与关键能力知识点一：羧酸1．概念：由烃基或氢原子与羧基相连构成的有机化合物。官能团为羧基(—COOH)，饱和一元羧酸的分子通式为CnH2nO2(n≥1)。2．分类3．几种重要的羧酸物质及名称结构类别性质特点或用途甲酸(蚁酸)饱和一元脂肪酸酸性，还原性(醛基)乙酸饱和一元脂肪酸酸性乙二酸(草酸)二元羧酸酸性，还原性(＋3价碳)苯甲酸(安息香酸)芳香酸它的钠盐常作防腐剂高级脂肪酸RCOOH(R为碳原子数较多的烃基)eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(硬脂酸：C17H35COOH,软脂酸：C15H31COOH))饱和高级脂肪酸常温呈固态；油酸：C17H33COOH不饱和高级脂肪酸常温呈液态乙酸分子的结构模型和核磁共振氢谱4．羧酸的化学性质羧酸的性质取决于羧基，反应时的主要断键位置如图：①酸的通性乙酸是一种弱酸，其酸性比碳酸强，在水溶液里的电离方程式为CH3COOHCH3COO－＋H＋。乙酸分别与Na2CO3和NaHCO3反应的化学方程式：2CH3COOH＋Na2CO32CH3COONa＋H2O＋CO2↑，CH3COOH＋NaHCO3CH3COONa＋H2O＋CO2↑。【归纳比较】醇、酚、羧酸分子中羟基氢原子的活泼性名称乙醇苯酚乙酸结构简式CH3CH2OHCH3COOH羟基氢原子的活泼性不能电离能电离能电离eq\o(→,\s\up7(活泼性逐渐增强))酸性中性极弱酸性弱酸性与Na反应反应放出H2反应放出H2反应放出H2与NaOH反应不反应反应反应与Na2CO3反应不反应反应反应与NaHCO3反应不反应不反应反应由上表可知，常见分子(离子)中羟基氢原子的活泼性顺序为RCOOH>H2CO3>>HCOeq\o\al(－,3)>H2O>ROH。运用上述实验现象的不同，可判断有机物分子结构中含有的羟基类型。②酯化反应酯化反应是醇和羧酸反应生成酯和水的一类反应，属于取代反应。发生酯化反应时醇羟基中的氢原子与羧酸分子中的—OH结合生成水，其余部分连接成酯。酯化反应的脱水方式是“酸脱羟基醇脱氢”。CH3COOH和CH3CHeq\o\al(18,2)OH发生酯化反应的化学方程式为CH3COOH＋CH3CHeq\o\al(18,2)OHCH3CO18OCH2CH3＋H2O。【实验探究】乙酸乙酯的制取【点拨】①能与NaHCO3反应产生CO2气体的有机物中一定含有羧基，且1mol—COOH与NaHCO3反应产生1molCO2。②甲酸的结构为，分子中既含—COOH，又含—CHO，因此，甲酸既有羧酸的性质，又有醛的性质。③草酸(乙二酸)：草酸(HOOC—COOH)的酸性强于甲酸，具有强的还原性，可使酸性KMnO4溶液褪色；草酸在浓H2SO4作用下分解可用于制取CO：H2C2O44eq\o(→,\s\up11(浓H2SO4),\s\do4(△))CO2↑＋CO↑＋H2O。【知识拓展】酯化反应的五大类型(1)一元羧酸与一元醇之间的酯化反应，如CH3COOH＋HOC2H5CH3COOC2H5＋H2O(2)一元羧酸与多元醇之间的酯化反应，如2CH3COOH＋CH2CH3COOCH2CH3COO＋2H2O(3)多元羧酸与一元醇之间的酯化反应，如＋2CH3CH2OH＋2H2O(4)多元羧酸与多元醇之间的酯化反应此时反应有三种情形，可得普通酯、环酯和高聚酯。如普通酯HOOCCOOH＋HOCH2CH2OHHOOCCOOCH2CH2OH＋H2O环酯＋＋2H2O高聚酯(5)羟基酸自身的酯化反应此时反应有三种情形，可得到普通酯、环酯和高聚酯。如普通酯环酯高聚酯典例1．某同学在学习了乙酸的性质后，根据甲酸的结构()对甲酸的化学性质进行了下列推断，其中不正确的是()A．能与碳酸钠溶液反应B．能发生银镜反应C．不能使酸性KMnO4溶液褪色D．能与单质镁反应【答案】C【解析】甲酸分子中含有醛基和羧基两种官能团，具有醛与羧酸的双重性质。典例2．有机化合物A的结构简式为，下列有关A的说法中正确的是()A．常温下，1molA能消耗2molNaOHB．1molA与足量的金属钠反应能生成22.4L氢气C．1molA完全燃烧能消耗6molO2D．A在一定条件下发生酯化反应能生成六元环酯【答案】C【解析】含有1个羧基，常温下，1molA能消耗1molNaOH，A错误；含有一个羟基和一个羧基，1molA与足量的金属钠反应能生成1mol氢气，但体积不一定是22.4L，B错误；根据结构简式可判断1molA完全燃烧能消耗6molO2，C正确；羟基和羧基直接相隔2个碳原子，A在一定条件下发生酯化反应，但不能生成六元环酯，D错误。典例3．一种制备乙酸乙酯的实验装置如图所示(夹持装置已略去)。下列说法正确的是()A．浓硫酸起到催化剂、吸水剂、脱水剂的作用B．仪器a的作用是冷凝回流，以充分利用无水乙醇、冰醋酸，仪器b中碎瓷片的作用是防止暴沸C．仪器b中加入试剂的顺序是：浓硫酸、无水乙醇、冰醋酸D．反应完全后，可用仪器a、b蒸馏得到产品【答案】B【解析】酯化反应为可逆反应，有水生成，则加入浓硫酸起到催化剂和吸水剂的作用，没有用到浓硫酸的脱水性，故A错误；球形冷凝管可冷凝回流反应物，即仪器a的作用是冷凝回流，以提高无水乙醇、冰醋酸的利用率；碎瓷片的加入可引入汽化中心，防止液体暴沸，故B正确；反应物混合时先加乙醇，后加浓硫酸，待冷却至室温后，最后加冰醋酸，故C错误；反应完全后，加入饱和碳酸钠溶液洗涤除去乙醇、乙酸，待分层后用分液漏斗分液得到乙酸乙酯，不需要蒸馏操作，故D错误。知识点二：羧酸衍生物1．酯(1)概念：羧酸分子羧基中的—OH被—OR′取代后的产物。可简写为RCOOR′，官能团为。乙酸乙酯的分子结构模型和核磁共振氢谱(2)物理性质(低级酯)气味状态密度溶解性芳香气味液体一般比水小难溶于水，易溶于有机溶剂(3)化学性质(水解反应)【点拨】酯的水解反应为取代反应；在酸性条件下为可逆反应；在碱性条件下，能中和产生的羧酸，使反应能完全进行。典例4．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．它与乙酸乙酯是同系物【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;酯在碱性条件下比在酸性条件下水解更彻底,C项正确。典例5．琥珀酸乙酯的键线式结构如图所示。下列关于它的说法不正确的是()A．该物质的化学式为C8H14O4B．该物质不溶于水C．琥珀酸是丁二酸D．琥珀酸乙酯与NaOH溶液反应，1mol该物质可以得到2mol乙醇和1mol琥珀酸【答案】D【解析】根据琥珀酸乙酯的键线式结构可知该物质的化学式为C8H14O4，A项正确；该物质属于酯类，不溶于水，B项正确；琥珀酸乙酯与NaOH溶液反应，1mol该物质可以得到2mol乙醇和1mol琥珀酸钠，D项错误。2．油脂(1)定义：高级脂肪酸与甘油（丙三醇，）形成的酯。(2)结构：（甘油三酯）(3)分类①按常温下油脂的状态分类：油：常温下呈液态，含有较多不饱和脂肪酸成分的甘油酯，如花生油、芝麻油、大豆油。脂肪：常温下呈固态，含较多饱和脂肪酸成分的甘油酯，如牛油、羊油。②按油脂分子中烃基（R、R＇、R″）是否相同分类：简单甘油酯：R、R＇、R″相同混合甘油酯：R、R＇、R″不同(4)常见的高级脂肪酸名称饱和脂肪酸不饱和脂肪酸软脂酸硬脂酸油酸亚油酸结构简式C15H31COOHC17H35COOHC17H33COOHC17H31COOH(5)油脂的化学性质油脂是高级脂肪酸的甘油酯，其化学性质与乙酸乙酯的相似，能够发生水解反应。而高级脂肪酸中又有不饱和的，因此许多油脂又兼有烯烃的化学性质，可以发生加成反应。①水解反应a．.酸性水解：油脂在酸性条件下或酶的催化作用下水解生成高级脂肪酸和甘油。如：b．碱性水解：油脂在碱性条件下（KOH或NaOH溶液）水解生成高级脂肪酸盐和甘油，又称皂化反应。②油脂的氢化/硬化（加成反应）不饱和程度较高、熔点较低的液态油，通过催化加氢可提高饱和程度，转化为半固态脂肪，这个过程称为油脂的氢化，也称油脂的硬化。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，便于储存和运输，可以制造肥皂和人造奶油的原料。(6)存在与用途①存在：油脂主要存在于动物的脂肪和某些植物的种子、果实中，如花生油、芝麻油、大豆油、牛油、羊油等。②用途：油脂不但是人类重要的营养物质和食物之一，也是一种重要的工业原料。典例6．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．清洗时，油脂在碱性条件下发生水解反应D．油脂在碱性条件下发生的水解反应又称为皂化反应【答案】A【解析】油脂是高级脂肪酸甘油酯，相对分子质量较小，不属于高分子，A项错误。典例7．某物质的结构为，下列关于该物质的叙述正确的是()A．一定条件下与氢气反应可以生成硬脂酸甘油酯B．一定条件下与氢气反应可以生成软脂酸甘油酯C．与氢氧化钠溶液混合加热能得到肥皂的主要成分D．与其互为同分异构体且完全水解后产物相同的油脂有三种【答案】C【解析】硬脂酸的结构简式为C17H35COOH，软脂酸的结构简式为C15H31COOH，由于—C17H35和—C15H31是饱和烃基，而—C17H33与—C17H35相比少两个氢原子，因此含1个。所以题给分子中含1个和3个(酯基)。其中，能发生加成反应，但该油脂分子中的高级脂肪酸是混酸，和H2加成时得不到硬脂酸甘油酯和软脂酸甘油酯，A、B项错误；酯基在NaOH溶液中水解，得到肥皂的主要成分——高级脂肪酸钠，C项正确；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异构体，有两种：。3．酰胺(1)概念：酰胺是羧酸分子中羟基被氨基所替代得到的化合物，也可看作氨或胺分子中的氮原子上的氢原子被酰基取代后的化合物。(2)通式胺有三种结构通式：、、，R1、R2可以相同，也可以不同。其中叫做酰基，是酰胺的官能团，叫做酰胺基。(3)常见的酰胺(4)化学性质(胺的碱性)酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可以发生水解反应。如果水解时加入碱，生成的酸就会变成盐，同时有氨气逸出。RCONH2＋H2O＋HClRCOOH＋NH4Cl；RCONH2＋NaOHRCOONa＋NH3↑。(5)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，可以溶解很多有机化合物和无机化合物，是生产多种化学纤维的溶剂，也用于合成农药、医药等。典例8．丙烯酰胺是一种重要的有机合成的中间体，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在同一平面内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，氨基中N原子杂化类型为sp3，则所有原子不可能在同一平面内，故A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)，故C错误；丙烯酰胺中含碳碳双键，则能够使溴的四氯化碳溶液褪色，故D正确。典例9．N-苯基苯甲酰胺()广泛应用于药物，可由苯甲酸()与苯胺()反应制得，由于原料活性低，可采用硅胶催化、微波加热的方式，微波直接作用于分子，促进活性部位断裂，可降低反应温度。取得粗产品后经过洗涤、重结晶等，最终得到精制的成品。已知：水乙醇乙醚苯甲酸微溶易溶易溶苯胺易溶易溶易溶N-苯基苯甲酰胺不溶易溶于热乙醇，冷却后易于结晶析出微溶下列说法不正确的是()A．反应时断键位置为C—O和N—HB．洗涤粗产品用水比用乙醚效果更好C．产物可选用乙醇作为溶剂进行重结晶提纯D．硅胶吸水，能使反应进行更完全【答案】B【解析】反应时羧基提供羟基，氨基提供氢原子，因此断键位置为C—O和N—H，A正确；根据物质的溶解性可知反应物易溶在乙醚中，而生成物微溶于乙醚，所以洗涤粗产品用乙醚效果更好，B错误；由于反应中有水生成，硅胶吸水，所以能使反应进行更完全，D正确。典例10．常言道：“一白遮百丑”，几乎所有女士都希望自己的肌肤能够更白一点。最近几年烟酰胺火遍了全网，作为美白爱好者护肤宝库里必备的一款护肤品，它的美白功效一直以来都广受好评。烟酰胺的结构简式为，下列有关叙述不正确的是()A．烟酰胺不属于胺B．烟酰胺在酸性条件下水解生成和铵盐C．烟酰胺在碱性条件下水解生成和氨气D．烟酰胺分子中含有酰基()和酰胺基【答案】C【解析】酰胺和胺属于两种不同的有机物，A正确；酰胺在酸性条件下水解生成羧酸和铵盐，B正确；酰胺在碱性条件下水解生成羧酸盐和氨气，C错误；烟酰胺分子中含有酰基和酰胺基，D正确。核心价值与学科素养【生活应用】动植物中的有机酸水果中的酯类典例11．山梨酸(CH3—CHCH—CHCH—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【答案】C【解析】羧基的典型化学性质是：能与活泼金属发生置换反应、能与碱发生中和反应、能与醇发生酯化反应。而羧基不能与溴水发生反应，山梨酸中含有碳碳双键可与溴水发生加成反应，苯甲酸不与溴水反应。典例12．白桦脂酸对白血病等恶性肿瘤细胞有抑制作用，其结构简式如图所示，在白桦脂酸中加入合适的试剂检验其官能团(必要时可加热)，下列试剂、现象、结论都正确的一项是()选项试剂现象结论A氯化铁溶液溶液变色含有羟基B银氨溶液有银镜产生含有醛基C碳酸氢钠溶液有气泡产生含有羧基D酸性KMnO4溶液溶液褪色含有碳碳双键【答案】C【解析】该有机物分子中不含酚羟基，加入氯化铁溶液后不会变色，A错误；该有机物中无醛基，不能发生银镜反应，B错误；该有机物含有羧基，可与碳酸氢钠溶液反应生成气体，C正确；该有机物分子中含有羟基，羟基也能够使酸性高锰酸钾溶液褪色，D错误。典例13．EPA、DPA、DHA(结构式见下图)是三种ω­3不饱和脂肪酸，是人体大脑发育、成长的重要物质。下列说法不正确的是()A．EPA与DPA互为同系物B．DPA与DHA互为同分异构体C．EPA的分子式为C20H30O2D．EPA、DPA、DHA均能使溴的四氯化碳溶液褪色【答案】B【解析】EPA与DPA中均含有5个、1个—COOH，官能团种类和个数相同，结构上相差2个—CH2—，互为同系物，A正确；DPA与DHA的不饱和度不同，不可能互为同分异构体，B不正确；EPA中含有20个碳原子，不饱和度为6，分子式为C20H30O2，C正确；三者分子中均含有，D正确。典例14．中国女科学家屠呦呦因发现青蒿素而获得诺贝尔生理学或医学奖。如图是青蒿素的结构，则有关青蒿素的说法中正确的是()A．青蒿素的分子式为C15H20O5B．可用蒸馏水提取植物中的青蒿素C．青蒿素在碱性条件下易发生水解反应D．青蒿素遇湿润的淀粉碘化钾试纸立刻显蓝色，是因为分子结构中含有酯基【答案】C【解析】青蒿素分子式为C15H22O5，A项错误；青蒿素属于酯类难溶于水，易溶于有机溶剂，应用有机溶剂提取，B项错误；青蒿素是酯类物质，在碱性条件下易发生水解反应，C项正确；青蒿素遇湿润的淀粉碘化钾试纸显蓝色，是因为分子结构中含有具有氧化性的“—O—O—”，D项错误。【跟踪练习】基础过关1．下列有关酯类的说法不正确的是()A．陈年老酒中含有部分酯类B．乙酸和甲醇发生酯化反应生成甲酸乙酯C．酯化反应的逆反应是酯的水解反应D．果类和花草中存在着芳香气味的低级酯2．以下结构简式表示一种有机物的结构，关于其性质的叙述不正确的是()A．它有酸性，能与纯碱溶液反应B．可以水解，其水解产物只有一种C．1mol该有机物最多能与7molNaOH反应D．该有机物能发生取代反应借助下表提供的信息，实验室制备乙酸丁酯所采取的措施不正确的是()物质乙酸1­丁醇乙酸丁酯沸点/℃117.9117.2126.3 A．用饱和Na2CO3溶液洗涤产物后分液 B．使用浓硫酸作催化剂 C．采用水浴加热 D．可使用冷凝回流加分水器的方式提高产率4．脱落酸是一种抑制生长的植物激素，因能促使叶子脱落而得名，其结构简式如图所示。下列有关脱落酸的说法中正确的是()A．脱落酸的分子式为C15H18O4B．脱落酸只能和醇类发生酯化反应C．1mol脱落酸最多可以和2mol金属钠发生反应D．1mol脱落酸最多可以和2mol氢气发生加成反应5．水杨酸、冬青油、阿司匹林都是常用西药，它们的结构简式如下表：有机物水杨酸冬青油阿司匹林结构简式 以下说法不正确的是()A．可以用FeCl3溶液鉴别冬青油和阿司匹林B．由水杨酸制冬青油的反应是取代反应 C．1mol阿司匹林最多能与3molNaOH反应 D．可以用碳酸钠溶液除去冬青油中少量的水杨酸能力达成6．如图所示，在试管甲中先加入2mL95%的乙醇，在摇动情况下缓缓加入5mL浓硫酸，并充分摇匀。冷却后再加入2g无水醋酸钠，用玻璃棒充分搅拌后将试管固定在铁架台上，在试管乙中加入7mL饱和碳酸钠溶液。按图所示连接好装置。用酒精灯对试管甲加热，当观察到试管乙中有明显现象时停止实验。(1)写出甲试管中发生的主要反应的化学方程式：。(2)加入浓硫酸的目的是___________________________________。(3)试管乙中观察到的现象是