3.4.1 第四节羧酸 羧酸衍生物 第1课时 课件-2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修3

第三章 第四节 羧酸 羧酸衍生物 0 第1课时 自然界和日常生活中的有机酸 蚁酸(甲酸) HCOOH 未成熟的梅子、李子、杏子等水果中,含有草酸、安息香酸等 草酸 安息香酸 菠菜 苯甲酸 乙二酸 苹果酸 自然界和日常生活中的有机酸 柠檬酸 酒石酸 乳酸 C O OH 或[ ] 概念 由烃基(或氢原子)与羧基相连而构成的有机化合物 饱和一元羧酸：______________ 羧酸的概念和结构特点 一元羧酸：___________ 通式 官能团 —COOH CnH2n＋1COOH 或[CnH2nO2] R—COOH 注意：羧基由羰基和羟基组合而成，羧基是一个整体，其性质并不是羰基和羟基性质的简单加和，如羰基可以与氢气发生加成反应，而羧基不能与氢气加成 决定羧酸的化学性质 羧酸分类 烃基饱和否 烃基碳原子数目 羧基数目 烃基含苯环否 5 1.烃基含苯环否 CH3COOH CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)7COOH CH3(CH2)16COOH 2.烃基是否饱和 羧酸分类 脂肪酸 芳香酸 饱和酸 不饱和酸 CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)7COOH CH3(CH2)16COOH CH3COOH CH3(CH2)14COOH CH3CH2COOH 碳原子数少 碳原子数较多 3.烃基中碳个数 1.烃基含苯环否 CH3COOH 脂肪酸 芳香酸 CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)7COOH CH3(CH2)16COOH 2.烃基是否饱和 饱和酸 不饱和酸 低级脂肪酸 高级脂肪酸 硬脂酸 软脂酸 油酸 C3H7COOH (丁酸) 羧酸分类 蚁酸(甲酸) HCOOH 苯甲酸 乙二酸 酒石酸 柠檬酸 4.羧基个数 CH3COOH 3.烃基中碳个数 1.烃基含苯环否 脂肪酸 芳香酸 2.烃基是否饱和 饱和酸 不饱和酸 低级脂肪酸 高级脂肪酸 羧酸分类 一元酸 二元酸 多元酸 物理 性质 俗名 结构 化学性质 蚁酸 无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶 酸性、酯化反应、氧化反应 HCOOH 常见的羧酸 甲酸 醛基 羧基 在工业上可用作还原剂，也是合成医药、农药和染料等的原料 用途 (因最早从蚂蚁中获得) 写出甲酸发生银镜反应、新制Cu(OH)2反应的化学方程式。 HCOOH＋2Ag(NH3)2OH 　　 (NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3＋H2O HCOOH＋2Cu(OH)2＋2NaOH 　　Na2CO3＋Cu2O↓＋4H2O 练一练 结论：可利用银氨溶液或新制氢氧化铜鉴别甲酸和其他酸 已知在浓硫酸下，甲酸可发生脱水反应，请写出反应的化学方程式 HCOOH CO↑＋H2O 练一练 未成熟的梅子、李子、杏子等水果中,含有安息香酸、草酸 苯甲酸是法国人在1618年首先发现的。 因最早从安息香树脂制得，故俗称安息香酸。 “安息”是古代西域的一个古国的名字，那里有一种植物，从中可以提取出一种香料（安息香），主要成分为苯甲酸，故又名安息香酸。 资料在线 性质 俗名 结构 应用 安息香酸 无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇 C6H5OH 用于合成香料、药物等，它的钠盐(苯甲酸钠)是常用的食品防腐剂 常见的羧酸 苯甲酸   研究发现百多种植物富含草酸，尤以菠菜、苋菜、甜菜、马齿苋、芋头、甘薯和大黄等植物中含量最高 资料在线 性质 俗名 结构 草酸 无色晶体，通常含两个结晶水(H2C2O4•2H2O)，溶于水和乙醇 H2C2O4 应用 化学分析中常用的还原剂，也是重要的化工原料 草酸钙(CaC2O4)难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分 常见的羧酸 乙二酸 最简单的饱和二元羧酸 【酸性】HOOC-COOH > HCOOH > C6H5COOH > CH3COOH 1.已知草酸在加热条件下可发生脱水反应，请写出反应的化学方程式 练一练 H2C2O4 CO↑＋CO2↑＋H2O ∆ 2.已知草酸是化学分析中常用的还原剂，请写出草酸与酸性高锰酸钾 反应的化学方程式 5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4＝K2SO4+ 2MnSO4 +10CO2↑+8H2O 有些有机酸分子中既含有羟基，又含有羧基，因此叫做羟基酸。它们既具有羟基的性质，又具有羧基的性质 乳酸(2-羟基丙酸) CH3 CH OH O C OH 柠檬酸 CH2 COOH C HO COOH CH2 COOH 苹果酸 CH CH2 O C OH O C OH HO 常见的羧酸 羟基酸 (1)乙酸的分子式为C2H4O2，所以乙酸属于四元酸(　　) (2)乙酸可看作乙烷中的一个氢原子被羧基取代后的产物(　　) (3)软脂酸C15H31COOH属于饱和高级脂肪酸(　　) (4)羧基官能团可以简写成—COOH或者HOOC—(　　) (5)乙酸、草酸、硬脂酸和石炭酸均属于羧酸类有机物(　　) 根据所学内容，判断正误 × × √ √ × 牛刀小试 表3-4 几种羧酸的熔点和沸点 名称 结构简式 熔点/℃ 沸点/℃ 甲酸 HCOOH 8 101 乙酸 CH3COOH 17 118 丙酸 CH3CH2COOH －21 141 正丁酸 CH3CH2CH2COOH －5 166 十八酸（硬脂酸） CH3(CH2)16COOH 70 383 苯甲酸 —COOH 122 249 熔沸点 ① 随着分子中碳原子数的增加， 沸点逐渐升高，而熔点变化规律随碳原子数的变化不是很明显。 ② 羧酸与相对分子质量相当的其他有机化合物相比，沸点较高。这与羧酸分子间可以形成分子间氢键有关。 羧酸的物理性质 C O O H H C O O H H 水溶性 ③高级脂肪酸是不溶于水的蜡状固体。 ①甲酸、乙酸等分子中碳原子数较少的羧酸能够与水互溶。 ②随着分子中碳原子数的增加，一元羧酸在水中的溶解度迅速 减小，甚至不溶于水 羧酸的物理性质 憎水基团 亲水基团 C O OH R 羧基是亲水基团，与水可以形成氢键。低级羧酸(甲酸、乙酸、丙酸)能与水混溶。随着相对分子质量的增加，憎水的烃基愈来愈大，羧酸在水中的溶解度迅速减小，最后与烷烃的溶解度相近。 羧酸的化学性质主要取决于羧基。由于受氧原子电负性较大等因素的影响，当羧酸发生化学反应时： α-氢的反应 O—H 断裂时，表现出酸性 C—O 断裂时，—OH 可以被其他基团取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物 脱羧反应 δ- δ+ C O O H C R H H 思考：结构决定性质，请从键的极性角度分析羧酸可能的断键位置以及所 具有的的性质？ 由于—COOH能电离出H＋，使羧酸具有弱酸性 RCOOH RCOO－＋H＋ 羧酸的化学性质 1.酸性 R—C—O—H O 具有酸的通性 （1）跟指示剂反应 （2）跟活泼金属起置换反应（与氢前金属反应） （3）跟碱性氧化物反应 （4）跟碱起中和反应 （5）跟某些盐反应 （1）使酸碱指示剂变色：能使紫色石蕊试液变红 （2）与活泼金属反应 （4）与碱反应： （5）与盐反应： （3）与碱性氧化物反应： 2CH3COOH + CaCO3 = (CH3COO)2Ca +H2O+CO2↑ 2CH3COOH + Zn = (CH3COO)2Zn+H2↑ 2CH3COOH + NaOH= CH3COONa+ 2H2O 2 CH3COOH + CuO =(CH3COO)2Cu + H2O 羧酸的化学性质 1.酸性 具有酸的通性 HCOOH＋NH3·H2O＝ HCOONH4 ＋H2O HCOOH＋NaHCO3 ＝ HCOONa＋H2O＋CO2↑ (1) 蜂、蝎子都会分泌蚁酸，被蜂、蝎子蛰咬可涂抹稀氨水、小苏打水缓解疼痛 羧酸的化学性质 1.酸性 (2) 苯甲酸与烧碱反应可制取防腐剂的苯甲酸钠 ＋OH－→ ＋H2O C O OH C O O- 应用： [问题] 羧酸的化学性质与乙酸的相似，如何通过实验证明其他羧酸也具有酸性？如何通过实验比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱？ [设计与实验] （1）设计实验证明羧酸具有酸性(提供的羧酸有甲酸、苯甲酸和乙二酸)。 实验内容 实验现象 结论 用紫色石蕊溶液检验羧酸的酸性；利用强酸制弱酸的原理证明酸性强弱 分别取少量甲酸、苯甲酸、乙二酸于试管中，加水溶解，再分别滴入几滴石蕊溶液 溶液变红色 甲酸、苯甲酸、乙二酸显酸性 探究 P75 羧酸的酸性 pH大于2 甲酸、苯甲酸和乙二酸具有弱酸性 分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，测pH (2) 利用下图所示仪器和药品，设计一个简单的一次性完成的实验装置，比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱。请写出各装置中发生反应的化学方程式。 探究 P75 羧酸的酸性 [设计与实验] 设计实验如下 2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+H2O+CO2↑ CH3COOH+NaHCO3→CH3COONa+H2O+CO2↑ CO2+H2O+C6H5ONa→C6H5OH+NaHCO3 接口的顺序：A→D→E→B→C→F→G→H→I→J 结论 酸性：乙酸 > 碳酸 > 苯酚 有气泡生成 溶液变浑浊 以上比较乙酸、碳酸和苯酚溶液酸性强弱的装置中，饱和NaHCO3溶液的作用是什么？可否将其撤去? 饱和NaHCO3溶液的作用是除去CO2中的乙酸蒸气,防止对碳酸酸性大于苯酚的检验产生干扰,故不能撤去。 有气泡生成 溶液变浑浊 思考与讨论 代表物 结构简式 羟基氢 的活泼性 酸性 与钠的反应 与NaOH的反应 与Na2CO3的反应 与NaHCO3的反应 乙醇 C2H5OH 苯酚 C6H5OH 乙酸 CH3COOH 增强 能 不产生CO2 醇、酚、羧酸中羟基的比较 中性 很弱 较弱 能 能 能 不能 能 能 不能 能 不能 不能 能 对比思考 判断下列各步转化反应中所需的试剂。 ① ② ③ ⑤ ④ ① NaHCO3 ② NaOH（或Na2CO3）③ Na ④ CO2 ⑤ HCl（较强酸） 小试身手 乙酸与乙醇在浓硫酸催化和加热的条件下反应，生成乙酸乙酯 思考与讨论 乙酸与乙醇的酯化反应，从形式上掉进 羧基与羟基之间脱去一个水分子。脱水时有以下两种可能的方式，你能设计一个实验方案来证明是哪一种吗？ 乙酸的酯化反应： 酸和醇在酸催化下可以发生酯化反应 酯化反应： 羧酸的化学性质 2.酯化反应 CH3—C—OH+H—O—C2H5 CH3—C—O—C2H5 + H2O 浓H2SO4 = = O O O O CH3—C—O—H+HO—C2H5 CH3—C—O—C2H5 + H2O 浓H2SO4 18 18 O O CH3—C—OH+H—O—C2H5 CH3—C—O—C2H5 + H2O 浓H2SO4 实质：酸去羟基、醇去氢(羟基上的) 以乙酸为例 羧酸的化学性质 2.酯化反应 同位素示踪法 ——研究有机反应机理常用的方法 据本质 据产物 取代反应 酯化反应 特别提醒 羧酸的化学性质 2.酯化反应 乙酸和乙醇酯化反应实验 [思考与讨论] (1) 反应后饱和Na2CO3溶液上层有什么现象? 饱和碳酸钠溶液的液面上有透明的油状液体，并可闻到香味。 催化剂，吸水剂 (2) 浓硫酸的作用是什么？ 不纯净；乙酸、乙醇 (3) 得到的反应产物是否纯净？主要杂质有哪些？ ① 中和乙酸 ② 溶解乙醇 ③ 降低酯在水中的溶解度 防止发生倒吸 (4) 饱和Na2CO3溶液有什么作用？ (5)为什么导管不插入饱和Na2CO3溶液中？有无其它防倒吸的方法？ 乙醇3mL，浓硫酸2mL ，乙酸2mL，碎瓷片(防止暴沸)， 饱和的Na2CO3溶液 实验试剂： 羧酸的化学性质 2.酯化反应 乙酸和乙醇酯化反应实验 [思考与讨论] 实验试剂： (6) 在制取乙酸乙酯的实验中，如果要提高乙酸乙酯的产率，你认为应当采取哪些措施？请结合化学反应原理的有关知识进行说明。 ① 乙酸乙酯的沸点比乙酸和乙醇的低，加热从反应物中不断蒸出乙酸乙酯，降低生 成物浓度，平衡右移，提高乙酸乙酯产率。 ② 用浓硫酸将生成的水及时吸走，促使平衡右移，提高乙酸乙酯产率。 ③ 使用过量的乙醇，促使平衡右移，提高乙酸乙酯产率。 乙醇3mL，浓硫酸2mL ，乙酸2mL，碎瓷片(防止暴沸)， 饱和的Na2CO3溶液 “形形色色”的酯化反应 一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇的酯化反应 CH3 C O OH 浓硫酸 加热 2H2O CH2 O H CH2 O H CH3 C O CH3 C O CH2 O CH2 O CH3 C OH O 羧酸的化学性质 2.酯化反应 二元羧酸与二元醇的酯化反应 浓硫酸 加热 CH2 O H CH2 O H C O OH C OH O 形成环状酯 2H2O CH2 O CH2 O C O C O 羧酸的化学性质 2.酯化反应 “形形色色”的酯化反应 含有羧基(—COOH)和羟基(—OH)有机物的酯化反应 乳酸 (2-羟基丙酸) 浓硫酸 加热 H3C OH O OH CH3 OH O OH 2H2O H3C O O CH3 O O ① 两分子酯化 羧酸的化学性质 2.酯化反应 “形形色色”的酯化反应 含有羧基(—COOH)和羟基(—OH)有机物的酯化反应 ② 羟基酸分子内脱水生成酯 CH3 CH OH O C OH 浓硫酸 加热 CH3 CH O O C H2O 羧酸的化学性质 2.酯化反应 “形形色色”的酯化反应 含有羧基(—COOH)和羟基(—OH)有机物的酯化反应 ③ 形成高分子化合物——聚酯 CH2 O H CH2 O H C O OH C OH n n O 催化剂 ＋(2n－1)H2O n OCH2CH2 O H C O HO C O 羧酸的化学性质 2.酯化反应 “形形色色”的酯化反应 含有羧基(—COOH)和羟基(—OH)有机物的酯化反应 ④羟基酸自身聚合形成高分子化合物——聚酯 nCH3 CH OH O C OH 催化剂 羧酸的化学性质 2.酯化反应 “形形色色”的酯化反应 (n-1)H2O CH3 CH O OH H n C O 应用：在有机合成中可以用该类反应使羧酸转变为醇。 注意：羧酸不能通过催化加氢的方法被还原，但可用强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)将羧酸还原为醇。 RCOOH RCH2OH LiAlH4 羧酸的化学性质 3.还原反应 不能与H2发生加成反应 受—OH的影响 C＝O不易断 不同的羧酸失去羧基的难易并不相同，除甲酸外，乙酸的同系物直接加热都不容易脱去羧基(通过失去 CO2)，但在特殊条件下也可以发生脱羧反应。 如果羧酸羧基的α-碳原子上有强吸电子基团时，使得羧酸变得不稳定，当加热到100~200℃时，容易发生脱羧反应。 CH3COONa＋NaOH 强热 CH4↑＋Na2CO3 加热 CH3COCH3＋CO2↑ CH3 C CH2COOH O HOOCCH2COOH 加热 CH3COOH＋CO2↑ Cl3CCOOH 加热 CHCl3＋CO2↑ 羧酸的化学性质 4.脱羧反应 羧酸的化学性质 5.α-碳原子上的取代反应 碳酸 ＋ H2O ＋ ＋ H2O 乙酸生成乙酸酐的反应，是键__________断裂，反应类型是____________ ② ① 取代反应 探究﹒ 拓展 注意：多个羟基连在同一个碳上的结构不稳定 乙酸酐 R－CN R－COOH “醇、醛、酸、酯”的相互转化模型 思考：酒越陈越香的原因？ 醇 醛 酯 羧酸 氧化（O2） 氧化 还原(H2） （O2、酸性KMnO4溶液、溴水、 新制Cu(OH)2、Ag(NH3)2OH ） 酯化反应 乙醇 乙醛 乙酸 乙酸乙酯 酸性 O —C—O—R = R—O—H 模型建构 —C—H = O —C—O—H = O —C—O- = O 羧酸 代表物质：乙酸 概念与官能团 结构特点 分子结构 物理性质 化学性质 通式 分类 第四节 羧酸 羧酸衍生物 第1课时 课堂小结 1.对羟基肉桂酸结构简式如下图，下列说法不正确的是 A．对羟基肉桂酸的分子式为C9H8O3 B．对羟基肉桂酸可以发生氧化、取代、酯化、加聚反应 C．对羟基肉桂酸既可以与FeCl3溶液发生显色反应，又可使酸性KMnO4溶液褪色 D．对羟基肉桂酸分子中最少有4个碳原子共线，最多所有原子都可能共面 课堂练习 D __________________＋_______________ _____________ 课堂练习 2.思考并填空 3.丙酸乙酯具有菠萝香味，用作配制朗姆酒，可通过下图进行合成（部分反应条件略去）。 （1）CH3CH2OH中官能团的名称是______，反应②的反应类型是_________。 课堂练习 羟基 取代反应 （2）反应①是加成反应，物质X的分子式是______，有机物A的分子式是C3H5N，其结构简式是___________，反应③的化学反应方程式______ CH3CH2CN （3）除去丙酸乙酯中CH3CH2COOH和CH3CH2OH的方法是：加适量的________________（填适宜的试剂）充分振荡、静置、分液。 饱和Na2CO3溶液 HBr $$