3.4.1羧酸的结构与性质 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修3

第四节 羧酸 羧酸的衍生物 第一课时 羧酸 第三章 烃的衍生物 学习 目标 PART 01 PART 02 宏观辨识与微观探析：认识羧酸的官能团与组成，结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念。能对简单羧酸进行分类 证据推理与模型认知：能基于证据对羧酸的组成、结构及其变化提出可能的假设。能运用相关模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。 甲酸(蚁酸)HCOOH 草酸（乙二酸） 被蚂蚁咬后会出现红肿，蚂蚁分泌一种称为“蚁酸”的物质，会残留在伤口中。需用肥皂水或苏打水清洗，可以缓解疼痛。 菠菜中含草酸，不仅使菠菜带有一股涩味，还能与食物中的钙相结合，影响人体对钙质的吸收，草酸钙(CaC2O4)难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。 乙酸（醋酸） CH3COOH 氨甲环酸（Tranexamic acid），又名传明酸、凝血酸、止血环酸，化学名称为反-4-氨甲基环己烷甲酸，是一种有机化合物，化学式为C8H15NO2，主要用作止血药。 是一种蛋白酶抑制剂，能抑制蛋白酶对肽键水解的催化作用，从而阻止了如发炎性蛋白酶的活性，抑制了黑斑部位的表皮细胞机能的混乱，并且抑制黑色素增强因子群，再彻底断绝因为紫外线照射而形成的黑色素发生的途径，让黑斑不在变浓，扩大和增强，有效的防止和改善肤色的色素沉积。因此，氨甲环酸精华液对于皮肤具有抗氧化的功效，能够阻止黑色素聚集，改善皮肤色素沉积，淡化皮肤斑点，从而起到美白皮肤的效果。若是在使用过程中，发生任何不良反应，患者应及时咨询医生。 苯甲酸 （安息香酸） 柠檬酸 苹果酸 乳酸 这些分子中既含有羧基也含有羟基，又叫羟基酸，它们既具有羟基的性质也具有羧基的性质 一、羧酸的定义及分类 1、定义：由烃基(或氢原子)与羧基相连构成的有机化合物称为羧酸。 2、官能团：羧基 饱和一元羧酸通式：CnH2n＋1COOH(n≥0) 或CnH2nO2 (n≥1) 3、饱和一元羧酸：烷烃基(或氢原子)和一个羧基(—COOH)相连的羧酸。 4、分类： 脂肪酸 芳香酸 低级脂肪酸：如乙酸(CH3COOH) 高级脂肪酸：如油酸(C17H33COOH) 如苯甲酸 ( ) 一元羧酸：如甲酸(HCOOH) 二元羧酸：如乙二酸(HOOC−COOH) 多元羧酸 饱和羧酸：如丙酸(CH3CH2COOH) 不饱和羧酸：如丙烯酸(CH2＝CHCOOH) 根据羧基 的数目 根据烃基 的种类 根据烃基 是否饱和 羧 酸 名称 甲酸 苯甲酸 乙二酸 俗称 结构 简式   物理 性质 化学 性质 用途 5、认识几种常见的羧酸 蚁酸 HCOOH 无色、有刺激性气味的液体,有腐蚀性,能与水、乙醇等互溶 既表现羧酸的性质,又表现醛的性质 工业上可用作还原剂,也是合成医药、农药和染料等的原料 安息香酸 无色晶体,易升华,微溶于水,易溶于乙醇 表现羧酸的性质 用于合成香料、药物等,它的钠盐是常用的食品防腐剂 草酸 无色晶体,通常含有两分子结晶水,可溶于水和乙醇 表现羧酸的性质 化学分析中常用的还原剂,也是重要化工原料 6、命名： 选择含有羧基的最长碳链作为主链，称“某酸”。 从羧基碳原子开始给主链上碳原子编号。 (1)选主链： (2)编号位： (3)写名称：在酸名称之前加上取代基位次号和名称，不用表明羧基碳原子序号。 3-甲基丁酸 2-甲基-3-乙基丁二酸 3−乙基−3−丁烯酸 3-苯基丙烯酸 对甲基苯甲酸 对苯二甲酸(习惯) 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 122 249 【思考】分析表格中的数据，你能得出什么结论？为什么？ 相对分子质量相当的不同有机物的沸点数据 名称 甲酸 乙醛 乙醇 乙酸 丙醛 正丙醇 丙酸 丁醛 正丁醇 结构简式 HCOOH CH3CHO CH3CH2OH CH3COOH CH3CH2 CHO CH3CH2 CH2OH CH3CH2COOH CH3(CH2)2 CHO CH3(CH2)2 CH2OH 相对分子质量 46 44 46 60 58 60 74 72 74 沸点/℃ 101 21 78.4 118 49 97.2 141 76 117.8 由于羧酸分子形成氢键的机会比相对分子质量相近的醇的多，羧酸的沸点比相应的醇的高。 氢键 氢键 1、溶解性 分子中碳原子数目小于4的羧酸与水互溶；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。高级脂肪酸是不溶于水的蜡状固体。 2、熔、沸点 羧酸的熔、沸点随碳原子数的增多而升高，且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氢键有关。 二、羧酸的物理性质 3、状态、气味：非气体；强烈刺激性气味 乙酸的化学性质主要取决于官能团羧基： 问题：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化学性质？ 羧基是由羰基和羟基相连构成的，基团间的相互影响使得羧酸的化学性质发生了变化，并不是羟基和羰基具有的化学性质的简单加和。 使氧氢键极性增强,更易断裂,电离出H+，表现酸性。 碳氧单键易断裂发生取代反应，−OH可以被其他基团取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物。 羰基对羟基的影响： 使羰基较难发生加成反应， 通过催化加氢的方法很难被还原。 羟基羰对基的影响： 1、羧酸是一类弱酸，具有酸的通性。 三、羧酸的化学性质： 知识回顾：你知道乙酸有哪些化学性质？写出化学方程式。 RCOOH RCOO−＋H＋ 与酸碱指示剂作用： 与活泼金属反应 与碱发生中和反应 与碱性氧化物反应 与弱酸（其对应酸的酸性弱于羧酸）盐反应 2CH3COOH+2Na→2CH3COONa+H2↑ CH3COOH+NaOH→CH3COONa+H2O 2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+CO2↑+H2O 能使紫色石蕊试液变红 2CH3COOH + CuO =(CH3COO)2Cu + H2O 2、酯化反应： R−C−OH ＋ H−O−R' O R−C−O−R' ＋ H2O O 浓硫酸 Δ CH3−C−OH＋H−18O−C2H5 O CH3−C−18O−C2H5＋H2O O 浓硫酸 Δ 酸脱羟基、醇脱羟基氢 羧酸和醇在酸催化和加热条件下生成酯和水的反应叫酯化反应，属于取代反应。利用同位素示踪法可探究酯化反应中的脱水方式。 加物顺序：乙醇→浓硫酸→乙酸 浓硫酸作用催化剂、吸水剂 碎瓷片作用防暴沸 长导管作用冷凝回流 导管末端在饱和Na2CO3溶液上方防倒吸 ①溶解乙醇 ②反应乙酸 ③降低乙酸乙酯的溶解度；利于酯的分层 沸点 乙酸乙酯(77.1) 乙醇(78.3 ℃) 乙酸(118℃) 乙酸乙酯的制备及注意事项 现象：①饱和Na2CO3溶液的液面上有透明的油状液体生成 ②能闻到香味 思考与讨论：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)增加乙醇的用量（乙醇的沸点比乙酸低，更容易挥发而损失），促使平衡右移，提高乙酸的转化率进而提高乙酸乙酯产率。 (4)温度： 控制温度在60~70℃，既有利于反应正向进行，又能减少反应物的挥发。温度过高，反应速率增大，但易使有机物发生炭化。 (5)冷凝回流，提高产率。 课堂练习：书写下列化学方程式： ① HCOOH与NaHCO3反应： HCOOH＋NaHCO3=HCOONa＋CO2↑＋H2O ②苯甲酸与NaOH反应： ③乙二酸与NaOH反应： ④HCOOH与乙醇反应： 浓H2SO4 △ ⑤苯甲酸与甲醇反应： 浓H2SO4 △ (1)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 COOH COOH ＋ C2H5OH 浓硫酸 Δ CH2OH CH2OH ＋ CH3COOH 浓硫酸 Δ 2 COOC2H5 COOC2H5 ＋ 2H2O 2 CH2OOCCH3 CH2OOCCH3 ＋ 2H2O 乙二酸二乙酯 二乙酸乙二酯 c、无机含氧酸与醇形成无机酯 CH3CH2OH＋HO−NO2 CH3CH2O−NO2＋H2O 浓硫酸 Δ d、羟基酸分子间形成链状酯 2CH3−CH−COOH OH 浓硫酸 Δ CH3−CH−COO−CH−CH3 ＋ H2O OH COOH ②生成环状酯 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 COOH COOH 浓硫酸 Δ CH2OH CH2OH ＋ COOCH2 COOCH2 ＋ 2H2O 环乙二酸乙二酯 思考：乙二酸乙二酯是______元环 C C CH2 CH2 O O O O 浓硫酸 Δ c.羟基酸分子内脱水形成环酯 浓硫酸 Δ 浓硫酸 Δ H−O−CH2−CH2−O−C−C−OH n O O ＋ (2n−1) H2O n HO−CH2−CH2−OH ＋ n HOOC−COOH 浓硫酸 Δ ③生成聚酯：二元羧酸与二元醇、分子内同时含醇羟基和羧基的有机物都可以通过酯化反应生成聚酯。 浓硫酸 Δ 3、还原反应：实现羧酸向醇的转化 R−COOH R−CH2OH LiAlH4 4、α−H的取代反应：合成卤代酸，进而制得氨基酸、羟基酸等 R−CH2COOH＋Cl2 R−CH−COOH＋HCl Cl 催化剂 探究：羧酸的酸性 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？如何通过比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱？ 证明羧酸的酸性： ①与指示剂作用或使用pH传感器测定溶液的pH; ②与活泼金属反应产生H2 ③与碱、碱性氧化物发生反应 ④与碳酸盐或酸式碳酸盐 反应产生CO2 ⑤强碱盐水溶液显碱性等。 … … 证明酸性强弱： ①同浓度：测pH、与活泼金属、碳酸钠等反应比较速率快慢 ②利用强酸制弱酸原理 ③同浓度强碱盐水溶液显碱性相对强弱 … … 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 ①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 甲酸、苯甲酸、乙二酸显酸性 ②分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，测pH pH大于7 ③分别取0.01 mol·L-1三种酸的钠盐溶液，测pH pH大于2 甲酸、苯甲酸、乙二酸都显弱酸性 (2)比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱 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。 B中:有气泡产生 C中:溶液变浑浊 酸性:乙酸>碳酸>苯酚 讨论: 以上比较乙酸、碳酸和苯酚酸性强弱的装置中，饱和NaHCO3 溶液的作用是什么？请写出各装置中发生反应的化学方程式。 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。 NaHCO3＋CH3COOH=CH3COONa＋CO2↑＋H2O Na2CO3＋2CH3COOH→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O + CO2 + H2O + NaHCO3 a、弱酸性： b、还原性： c、不稳定性： 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O H2C2O4 ⇌ H++HC2O4- ；HC2O4- ⇌ H++C2O42- H2C2O4 ═ H2O+CO↑+CO2↑ HOOC-COOH > HCOOH > C6H5COOH > CH3COOH 讨论: 如何证明甲酸、苯甲酸是一元酸，乙二酸是二元酸? 酸碱中和定量关系 讨论: 乙二酸的特性 小结：羟基(−OH)中氢原子活泼性的比较 结构简式 乙醇 苯酚 乙酸 羟基氢原子 的活泼性 酸碱性 与Na反应 与NaOH反应 与Na2CO3反应 与NaHCO3反应 C2H5OH CH3COOH 不能电离 能电离 能电离 活泼性逐渐增强 中性 极弱的酸性 弱酸性 反应放出H2 反应放出H2 反应放出H2 不反应 反应 反应 不反应 反应 反应 不反应 不反应 反应 $$