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www.第4节羧酸氨基酸和蛋白质第1课时羧酸1.了解羧酸的结构特点。2.了解羧酸的主要化学性质及从羧酸到醇、酯的转化。3.了解羧基与羰基、羟基性质的差别,体会官能团之间的相互作用对有机化合物性质的影响。4.了解酯的性质。1.学习本课时内容,要充分运用前面所学的有机化合物结构与性质的关系、有机化学反应类型等知识。2.羧基性质学习要采用比较法学习,通过与羰基、羟基的对比,加深对官能团相互影响的理解。一、羧酸1.定义与分类分子由烃基(或氢原子)和羧基相连而组成的有机化合物叫作羧酸。羧酸的官能团是COOH。根据分子中烃基种类不同,可以将羧酸分为脂肪酸和芳香酸;根据分子中羧基数目不同,羧酸可以分为一元羧酸、二元羧酸等。2.羧酸的系统命名法选择含有羧基的最长碳链作主链,从羧基中的碳原子开始给主链上的碳原子编号,根据主链上的碳原子数目称“某酸”。如:的名称为2, 3-二甲基丁酸。3.羧酸的物理性质分子中碳原子数在4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迅速减小,直至与相对分子质量相近的烷烃溶解度相近。羧酸的沸点较高,这与羧酸分子间可以形成氢键有关,羧基中的两个氧原子既可以通过羟基氧和羟基氢形成氢键,又可以羰基氧和羟基氢形成氢键。由于羧酸分子形成氢键的机会比相对分子质量相近的醇多,所以羧酸的沸点比相应的醇高。4.几种常见的羧酸(1)甲酸甲酸是组成最简单的羧酸,结构简式为HCOOH,它最早从蚂蚁体内提取出来,又称蚁酸。甲酸是一种有刺激性气味的无色液体,有腐蚀性,与水、乙醇、乙醚、甘油等互溶,甲酸在工业上用作还原剂,在医疗上用作消毒剂。(2)苯甲酸苯甲酸俗称安息香酸,是组成最简单的芳香酸。苯甲酸是一种白色针状晶体,易升华,微溶于水,易溶于乙醇、乙醚等,苯甲酸及其钠盐或钾盐常用作食品防腐剂。(3)乙二酸乙二酸俗称草酸,是组成最简单的二元羧酸,其结构简式为HOOCCOOH,是一种无色透明晶体,通常含有结晶水,能溶于水和乙醇,以钠盐形式或钙盐形式广泛存在于植物中,草酸钙微溶于水,是人体肾结石和膀胱结石的主要成分。二、羧酸的化学性质羧基由羰基和羟基组成,由于官能团的相互影响,使羧酸的性质不是羰基具有的化学性质和羟基具有的化学性质的简单加和。与醇羟基相比,羧基中羟基中的氢原子更容易以离子形式电离出来,所以羧酸具有酸性。与醛、酮的羰基相比,羧基中的羰基较难发生加成反应,羧酸很难通过催化加氢的方法被还原,用强还原剂如氢化铝锂才能将羧酸还原为相应的醇。另外羧酸分子中的-H较活泼,易被取代。三、羧酸衍生物酯1.羧酸分子中羧基上的羟基被其他原子或原子团取代得到的产物称为羧酸衍生物,羧酸分子中的羧基去掉羟基后剩余的基团称为酰基。酯是一种羧酸衍生物,其分子由酰基和烃氧基相连构成。2.酯广泛存在于自然界中,密度一般比水小,难溶于水,易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂,低级酯是有香味的液体,油脂的化学成分为高级脂肪酸甘油酯。酯有很多用途,很多香精、药物本身就是酯。3.酯的水解是酯的重要化学性质,酯就是依据水解后生成的羧酸和醇命名的,在酸的催化条件下,酯可以发生水解反应生成相应的羧酸和醇,酯的水解是酯化反应的逆过程。通式为+HOH。4.酯在碱性条件下的水解程度大于在酸性条件下的水解程度,其主要原因是碱性条件下,酯水解产生的羧酸能与碱发生反应,使羧酸的浓度减小,即减小了生成物的浓度,化学平衡向正反应方向移动,使酯的水解程度增大,此时,酯水解的化学方程式为。同理,以羧酸和醇制备酯时,往往通过增加一种反应物的用量来提高酯的产率,究竟使用过量的羧酸还是使用过量的醇,要根据哪种反应物容易得到、成本较低又容易回收来确定,另一种提高酯的产率的方法是不断从反应体系中移走生成的酯和水,使化学平衡向酯化反应方向移动。5.肥皂的主要成分是高级脂肪酸盐,可以通过油脂在碱性条件下水解制得,该反应又称为皂化反应。反应的化学方程式为。1.用什么方法验证酯化反应的机理?【答案】用同位素示踪法,将乙醇中的氧加以标识(如CH3CH2 18OH),观察反应后18O处于酯中还是水中。2.二乙酸乙二酯和乙二酸二乙酯相同吗?为什么?【答案】不同;二乙酸乙二酯是2个乙酸与1个乙二醇酯化生成的酯,乙二酸二乙酯是1个乙二酸与2个乙醇酯化生成的酯。3.酸与醇的反应一定是酯化反应吗?酯水解产物一定是醇和酸吗?【答案】酸与醇的反应不一定是酯化反应,比如乙醇和氢溴酸发生反应,产物是溴乙烷;酯的水解产物也不一定是醇和酸,比如酚酯水解后的产物是酚和酸。探究1:羧酸的化学性质乙酸与乙醇生成乙酸乙酯的脱水方式,可通过同位素标记的方法得以证实:CH3COOH+H18OCH2CH3CH3CO18OCH2CH3(M=90)+H2O(1)请思考:若将18O原子标记在羧酸分子的羟基上(CH3CO18OH),所得到的乙酸乙酯的结构将如何?(2)实验测知:CH3CO18OH和CH3CH2OH反应以后,在水溶液和乙酸乙酯中均测出含有18O,进一步实验表明所得到的乙酸乙酯的平均相对分子质量为89。据此推测在此得到的乙酸乙酯的结构可能是和,它们的物质的量之比为。【解析】(1)从静态的分子结构的角度进行分析,用同位素示踪的方法证明在酯化反应的过程中,脱水反应的实质是酸脱羟基、醇脱氢,那么当将18O标记在羧酸羟基上时,18O就应随羧酸中的羟基进入水中。生成的酯的结构为。(2)18O出现在水和酯化产物中,可以推论含有18O的酯的结构一定不能是。因为它已被18O标记在醇分子中的实验方法所证实,这样18O在酯中的位置就只能是羰基上的氧原子。据上分析在此条件下可能得到的两种酯结构应为和。 根据这两种产物的相对分子质量和产物的相对分子质量,可知这两种产物的物质的量之比为11。【答案】(1)(2)和111.乙酸发生的取代反应只能是取代乙酸羧基中的羟基吗?【答案】不是;在一定条件下,羧基上的氢原子、烃基上的氢原子都可能被其他原子所取代。2.乙酸的官能团是什么?官能团中含有哪些化学键?【答案】乙酸的官能团是COOH,含有CO键、CO键和OH键等共价键。3.醇、酚、羧酸的结构中均含有“OH”,它们的活泼性有何差异?【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:比较项目羟基类型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能发生能酯化反应的原理及基本类型1.反应机理酸脱羧基、醇脱氢OH+H18OR+H2O2.基本类型(1)一元醇与一元羧酸CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O(2)二元羧酸与一元醇+2C2H5OH+2H2O(3)一元羧酸与二元醇2CH3COOH+2H2O(4)二元羧酸与二元醇+HOOCCOOCH2CH2OH+H2O+2H2O(5)羟基酸的自身酯化反应以乳酸()为例:+H2O+H2O注:在形成环酯时,酯基中只有一个O参与成环。探究2:酯的性质及用途化学式为C8H16O2的酯水解得到A、B两种物质, A被氧化最终可转化为B,符合上述性质的酯的结构共有()。A.5种B.4种C.3种D.2种【解析】酯水解得到醇、酸, A可被氧化成B,则A是含4个碳原子的醇且羟基连接CH2, B为含4个碳原子的酸,则A是C3H7CH2OH、B是C3H7COOH,C3H7有2种异构体,且A、B烃基完全相同。【答案】D1.乙酸乙酯分别在酸性、碱性条件下水解,哪个更彻底?【答案】碱性条件下的水解更彻底。2.相同物质的量的醇酯(如乙酸乙酯)和酚酯(如)在碱性条件下水解所消耗碱的量相同吗?【答案】不同,后者是前者的2倍。肥皂的制取肥皂的制取是利用高级脂肪酸酯在碱作催化剂的作用下发生水解反应,产物高级脂肪酸钠就是肥皂的主要成分。制备方法如下:在一干燥的蒸发皿中加入8 mL植物油、8 mL 乙醇和 4 mL 30%的氢氧化钠溶液。如图所示,不断搅拌下,给蒸发皿中的液体微微加热,直到混合物变稠。继续加热,直到把一滴混合物加到水中时,在液体表面不再形成油滴(或直到油脂全部消失)为止。把盛有混合物的蒸发皿放在冷水浴中冷却。稍等片刻,向混合物中加入20 mL热蒸馏水,再放在冷水浴中冷却。然后加入25 mL氯化钠饱和溶液,充分搅拌,观察现象。用纱布滤出固态物质,弃去含有甘油的滤液。把固体物质挤干(可向其中加入12滴香料),并把它压制呈条状,晾干。1.下列关于羧酸的说法中不正确的是()。A.有的羧酸可能既属于脂肪酸,又属于二元酸B.苯甲酸的盐可以用作食品防腐剂C.羧酸的沸点比含碳原子数相同的烷烃高D.羧酸不能被还原为醇【答案】D2.下列有机化合物中沸点最高的是()。A.乙烷B.乙烯C.乙醇D.乙酸【解析】四项中,C、D两项为液态,沸点明显要高,若只注意乙醇的氢键,易失误。【答案】D3.若丙醇中的氧原子为18O,则它和乙酸反应生成酯的相对分子质量为()。A.100B.104C.120D.122【解析】根据“酸脱羟基醇脱氢”的原理,可知18O留在酯中,则酯的相对分子质量为62+60-18=104。【答案】B4. 苹果酸是一种常见的有机酸,其结构简式为。(1)苹果酸分子所含官能团的名称是、。(2)苹果酸不可能发生的反应有(填序号)。加成反应酯化反应加聚反应氧化反应消去反应取代反应(3)物质A(C4H5O4Br)在一定条件下可发生水解反应,得到苹果酸和溴化氢。由A制取苹果酸的化学方程式是。【解析】根据苹果酸的结构简式可知,苹果酸即-羟基丁二酸,分子中含有羟基和羧基;羧基能发生酯化反应,醇羟基能发生酯化反应、氧化反应、消去反应和取代反应;由苹果酸的结构简式可反推出C4H5O4Br的结构简式为,即可写出其水解反应的化学方程式。【答案】(1)羟基羧基(2)(3)+H2O+HBr
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