17 第2章 第4节 第1课时 羧酸(基础课)-【名师导航】2024-2025学年高中化学选择性必修3同步讲义(鲁科版)

第4节　羧酸　氨基酸和蛋白质 第1课时　羧酸(基础课) 素养目标 1．掌握羧酸的分类、结构特点及主要化学性质。 2．通过比较羧基、酮羰基与羟基的性质差异，体会基团间的相互影响。 旧知回顾 有下列五种有机化合物 A．葡萄糖　B．麦芽糖　C．蔗糖　D．淀粉　E．纤维素 (1)互为同分异构体的是BC。 (2)血糖较低时，可及时补充的是A。 (3)能发生水解反应的是BCDE。 一、羧酸概述 1．羧酸的概念与结构 (1)分子由烃基(或氢原子)和羧基相连构成的有机化合物。 (2)官能团是或－COOH。 (3)饱和一元脂肪酸的通式为CnH2nO2(n≥1)或CnH2n＋1COOH(n≥0)。 2．羧酸的分类 3．羧酸的命名 如：名称为4-甲基-3-乙基戊酸。 4．羧酸的物理性质 (1)水溶性：分子中碳原子数在4以下的羧酸能与水互溶。随着分子中碳链的增长，羧酸在水中的溶解度减小，直至与相对分子质量相近的烷烃的溶解度相近。 (2)熔、沸点：比相同碳原子数的醇的沸点高，原因是羧酸分子间更容易形成氢键。 5．常见的羧酸 甲酸 苯甲酸 乙二酸 俗名 蚁酸 安息香酸 草酸 结构简式 HCOOH 　　 　　 色、态或 味 无色液体、刺激性气味 白色针状晶体 无色透明晶体 溶解性 易溶于水、有机溶剂 微溶于水、易溶于乙醇、乙醚 能溶于水或乙醇 用途 工业还原剂、医疗消毒剂 食品防腐剂 化工原料 　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)乙酸分子中有4个氢原子，所以乙酸是四元酸。 (×) (2)羧酸常温常压下均为液体。 (×) (3)所有的羧酸都易溶于水。 (×) 二、羧酸的化学性质 1．预测丙酸的化学性质 2．羧酸的化学性质 (1)羧基中的羟基发生取代反应(C－O键断裂) ①与醇的酯化反应：RCOOH＋R′OHRCOOR′＋H2O。 ②与NH3反应(加热条件下生成酰胺，羟基被－NH2取代)：RCOOH＋NH3　　 。 (2)羧基中羟基受羰基的影响，其中的氢原子更容易以离子形式电离出来，所以羧酸有酸性，其酸性通常强于碳酸。 ①与NaHCO3反应：RCOOH＋NaHCO3―→RCOONa＋H2O＋CO2↑。 ②与NH3反应：RCOOH＋NH3―→RCOONH4。 (3)α-H(与官能团相邻的C－H键)的取代反应(在催化剂存在下与Cl2反应α-H被取代)： RCH2COOH＋Cl2　　。 (4)羧基的还原反应 一般情况下，羧基很难被还原，但强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)可将羧酸还原为相应的醇。转化关系为RCOOHRCH2OH。 　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)乙醇、乙酸均能与Na反应放出H2，二者分子中官能团相同。 (×) (2)能与碳酸盐、碳酸氢盐反应产生二氧化碳的有机化合物通常含有羧基。 (√) (3)苯酚、乙酸与Na2CO3反应都能生成CO2气体。 (×) 比较羧酸、水、醇、酚中羟基氢原子的活泼性 绿原酸是金银花抗菌、抗病毒的有效药理成分之一。 1．1 mol绿原酸与足量金属钠反应时，可以消耗多少 mol Na？产生的H2在标准状况下的体积为多少升？ 提示：6；67.2。能与Na反应的官能团是羧基、醇羟基和酚羟基，1 mol绿原酸最多消耗Na的物质的量为6 mol，产生3 mol H2，标准状况下体积为3 mol×22.4 L·mol-1＝67.2 L。 2．1 mol 绿原酸与足量 NaOH 溶液反应时，可以消耗多少 mol NaOH？写出反应的化学方程式。 提示：能与NaOH溶液反应的官能团是羧基、酯基、酚羟基，因此1 mol绿原酸最多消耗NaOH的物质的量为4 mol，反应的化学方程式为 3．等物质的量的绿原酸分别与足量的 NaHCO3溶液、溴水反应时，消耗 NaHCO3和 Br2的物质的量之比为_______。 提示：1∶4　1 mol绿原酸中含有1 mol羧基，故可以与1 mol NaHCO3完全反应；1 mol绿原酸含有1 mol碳碳双键，可以与1 mol Br2发生加成反应，酚羟基邻、对位有3个空位，可以和3 mol Br2发生取代反应，所以1 mol绿原酸与溴水反应，最多消耗4 mol Br2。 物质类别 羧酸 水 醇 酚 遇石蕊溶液 变红 不变红 不变红 不变红 与Na 反应 反应 反应 反应 与NaOH 反应 不反应 不反应 反应 与Na2CO3 反应 水解 不反应 反应 与NaHCO3 反应 水解 不反应 不反应 羟基氢原子的 活泼性强弱 羧酸>酚>水>醇 1．已知在水溶液中存在平衡：，当与CH3CH2CH2OH发生酯化反应时，不可能生成的是(　　) A　[在浓硫酸作催化剂条件下加热正丙醇和乙酸发生酯化反应生成乙酸正丙酯，由于存在平衡，所以发生的化学方程式有CH3C18OOH＋CH3CH2CH2OH⥫⥬CH3C18OOCH2CH2CH3＋H2O或CH3CO18OH＋CH3CH2CH2OH⥫⥬CH3COOCH2CH2CH3＋H218O，故反应后生成的物质有CH3C18OOCH2CH2CH3、H2O、CH3COOCH2CH2CH3、H218O。] 2．已知某有机化合物的结构简式为。请回答下列问题： (1)当和_________反应时，可转化为。 (2)当和_________反应时，可转化为。 (3)当和_________反应时，可转化为。 [解析]　首先判断出该有机化合物所含官能团为羧基(－COOH)、酚羟基(－OH)和醇羟基(－OH)，然后判断各官能团活泼性：羧基>酚羟基>醇羟基，最后利用官能团的性质解答。由于酸性：－，所以(1)中应加入NaHCO3溶液，只与－COOH反应；(2)中加入NaOH或Na2CO3溶液，与酚羟基和－COOH反应；(3)中加入Na，与三种官能团都反应。 [答案]　(1)NaHCO3溶液　(2)NaOH(或Na2CO3)溶液　(3)Na 探究酯化反应的原理及类型 1．用什么方法证明乙酸发生酯化反应时断裂C－O键？ 提示：使用同位素示踪法探究乙酸发生酯化反应时可能的脱水方式。 乙酸(CH3－COOH) 乙醇(CH3－CH2－18OH) 方式a 酸脱羟基，醇脱羟基氢，产物：CH3CO18OC2H5，H2O 方式b 酸脱羧基氢，醇脱羟基，产物：CH3COOC2H5、H218O 在乙酸乙酯中检测到了同位素18O，证明乙酸与乙醇在浓硫酸及加热作用下发生酯化反应的机理是“酸脱羟基，醇脱羟基氢”。 2．羟基酸的酯化反应：由于分子中既有羟基，也有羧基，因此在不同条件下可以通过酯化反应生成多种酯，如环酯、内酯、聚酯等。 已知乳酸的结构简式为，试写出其通过酯化反应生成链状酯、环酯、聚酯的化学方程式。 提示： 1．反应机理 羧酸与醇发生酯化反应时，一般是羧酸分子中的羟基与醇分子中羟基上的氢原子结合生成水，其余部分结合生成酯，用同位素示踪法可以证明。 2．基本类型 (1)一元醇与一元羧酸之间的酯化反应。 (2)二元羧酸与一元醇之间的酯化反应。 (3)一元羧酸与二元醇之间的酯化反应。 (4)二元羧酸与二元醇之间的酯化反应。此时反应有两种情况： (5)羟基酸的自身酯化反应。 此时反应有两种情况[以乳酸()为例]： 1．C2H518OH和CH3COOH发生反应CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O，则达到平衡后含有18O的物质有(　　) A．1种　　　B．2种　　　C．3种　　　D．4种 B　[根据酯化反应中酸脱羟基，醇脱羟基氢的原则，乙酸乙酯和乙醇中均含有18O，水中不含有18O；根据酯基的水解原则，乙酸中也不含18O，故只有2种物质含有18O。] 2．化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖代谢的中间体，可由马铃薯、玉米淀粉等发酵制得，A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某种催化剂的存在下进行氧化，其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸存在下，A可发生如图所示的反应。 请回答下列问题： (1)化合物A、B、D的结构简式： A_______________________________________________________、 B_______________________________________________________、 D_______________________________________________________。 (2)化学方程式： A―→E__________________________________________________， A―→F__________________________________________________。 (3)反应类型：A―→E__________，A―→F____________________。 [解析]　A在浓硫酸存在和加热条件下既能和乙醇反应，又能和乙酸反应，说明A中既有羧基又有羟基，A催化氧化的产物不能产生银镜反应，说明羟基不在碳链的端点，根据A的分子式，可推知A的结构简式为，根据反应条件可知B为、D为、E为CH2==CHCOOH、F为。 [答案]　(1)　　 (2) (3)消去反应　取代反应(或酯化反应) 1．有机化合物M是合成某药物的中间体，下列有关M的说法正确的是(　　) A．属于烃类化合物 B．可发生取代反应和水解反应 C．有三种不同的官能团 D．1 mol M最多可与4 mol H2发生加成反应 D　[该物质含有O，不属于烃，A错误；该物质只含羧基、碳碳双键两种官能团，不能发生水解反应，B、C错误；1 mol苯环可与3 mol氢气加成，1 mol碳碳双键可与1 mol氢气加成，则1 mol该物质可与4 mol氢气加成，D正确。] 2．最新研究表明，咖啡中含有的咖啡酸能使人的心脑血管更年轻。咖啡酸的球棍模型如图所示，下列有关咖啡酸的叙述中错误的是(　　) A．咖啡酸属于芳香族化合物 B．咖啡酸中的含氧官能团只有羧基、羟基 C．咖啡酸可以发生氧化反应、加成反应、酯化反应、加聚反应 D．1 mol咖啡酸最多能与5 mol H2发生加成反应 D　[根据球棍模型可知咖啡酸的结构简式为，含有苯环，属于芳香族化合物，A正确；咖啡酸中的含氧官能团有羧基和羟基，B正确；根据结构简式可知咖啡酸中含有酚羟基可发生氧化反应，碳碳双键可发生加成及加聚反应，羧基可发生酯化反应，C正确；1 mol苯环可与3 mol H2发生加成反应，1 mol碳碳双键可与1 mol H2发生加成反应，羧基中的双键无法发生加成反应，D错误。 ] 3．由溴乙烷制备，有下列反应类型： ①加成反应　②水解反应　③消去反应　④氧化反应　⑤还原反应　⑥酯化反应 下列流程合理的是(　　) A．③①②④④⑥　 B．③①②⑤⑥ C．②③①⑤⑥ D．②③①④⑥ A　[可由HOOCCOOH和HOCH2CH2OH发生酯化反应得到，HOOCCOOH可由OHCCHO发生氧化反应得到，OHCCHO可由HOCH2CH2OH发生催化氧化得到，HOCH2CH2OH可由BrCH2CH2Br发生水解反应得到，BrCH2CH2Br可由CH2==CH2发生加成反应得到，所以反应类型依次是消去反应、加成反应、水解反应、氧化反应、氧化反应、酯化反应。] 4．天然药物活性成分X能发生如下反应。下列说法正确的是(　　) A．X苯环上有一种化学环境的氢原子 B．X、Z都能发生酯化反应 C．Z和HOCH2CHO互为同系物 D．用钠可以区分X和Z B　[X苯环上有两种不同化学环境的氢原子，A错误；X、Z都含有醇羟基，都可以发生酯化反应，B正确；Z和HOCH2CHO的结构不相似，二者不互为同系物，C错误；X、Z都含有羟基，都可以和钠反应，故不能用钠区分X和Z，D错误。] 5．丙酸苯甲酯()是一种重要的日用化妆香精，工业上以丙烯为原料合成丙酸苯甲酯的路线如图： (1)A的系统命名为_____________，丙烯→A过程产生的产物的同分异构体的结构简式为_____________。 (2)C中所含官能团的名称是_____________，C→D的反应类型是_____________。 (3)有机物F的结构简式为_____________。 (4)B→C的化学方程式为____________________________________。 C7H7Cl→F的化学方程式为__________________________________。 [解析]　丙烯经一系列反应转化生成D，C7H7Cl在碱性条件下水解生成F，而D与F生成，则D为CH3CH2COOH、F为，则C7H7Cl为，结合反应条件，逆推可知E为、C为CH3CH2CHO、B为CH3CH2CH2OH、A为CH3CH2CH2Br。 [答案]　(1)1-溴丙烷　CH3CHBrCH3 (2)醛基　氧化反应 (3) (4) 课时分层作业(十五)羧酸 (选择题只有一个选项符合题目要求) 1．下列关于丙酸(CH3CH2COOH)的化学性质，说法不正确的是(　　) A．丙酸可与NaHCO3溶液反应生成CO2 B．丙酸可在催化剂作用下与氢气发生还原反应制备CH3CH2CH2OH C．丙酸可与NH3发生取代反应 D．丙酸中与羧基相连碳原子上的氢原子较活泼，易被取代 B　[CH3CH2COOH的羧基中羟基受羰基影响，其中的氢原子更容易以离子形式电离出来而具有弱酸性，其酸性强于碳酸，因此可与NaHCO3溶液反应生成CO2，A正确；羧酸很难通过催化加氢的方法被还原，用氢化铝锂可将羧酸还原为相应的醇，B错误；丙酸羧基中的羟基可与NH3发生取代反应，C正确；丙酸中与羧基相连碳原子上的氢原子即α-H较活泼，易被取代，D正确。] 2．丙烯酸可与水反应生成乳酸，化学方程式如下。下列说法正确的是(　　) A．该反应为加成反应，没有副产物生成 B．可用Br2的CCl4溶液鉴别丙烯酸和乳酸 C．丙烯酸与乳酸都属于有机酸，两者不能发生反应 D．1 mol乳酸分别与足量Na、NaOH、NaHCO3反应，消耗三者物质的量之比为2∶2∶1 B　[CH2==CH－COOH的碳碳双键两边不对称，加成时会生成，也会生成副产物HOCH2CH2COOH，A错误；丙烯酸的碳碳双键能与溴单质发生加成反应使Br2的CCl4溶液褪色，乳酸不能和Br2的CCl4溶液反应，Br2的CCl4溶液可以鉴别丙烯酸和乳酸，B正确；丙烯酸含有羧基，乳酸含有羟基，两者可发生酯化反应，C错误；乳酸含－OH、－COOH，均与Na按1∶1反应，只有－COOH与NaOH、NaHCO3按1∶1反应，则1 mol 乳酸分别与足量Na、NaOH、NaHCO3反应，消耗三者物质的量之比为2∶1∶1，D错误。] 3．下列试剂可以鉴别乙醇、乙醛、乙酸、甲酸四种无色溶液的是(　　) A．银氨溶液　　 B．浓溴水 C．FeCl3溶液 D．新制氢氧化铜悬浊液 D　[银氨溶液与乙醇不反应，和乙酸发生没有明显现象的中和反应，不能鉴别乙醇和乙酸，A错误；浓溴水与乙醇和乙酸均不反应，不能鉴别乙醇和乙酸，与乙醛和甲酸反应溶液褪色，不能鉴别乙醛和甲酸，B错误；四种溶液均不与氯化铁溶液反应，现象相同，不能鉴别，C错误；新制氢氧化铜悬浊液与乙醇不反应，与乙醛在一定条件下发生反应生成砖红色沉淀，与乙酸发生中和反应生成蓝色溶液，与甲酸发生中和反应生成蓝色溶液，在一定条件下发生反应有砖红色沉淀生成，则四种物质与新制氢氧化铜悬浊液反应现象不同，新制氢氧化铜悬浊液可鉴别题中四种物质，D正确。] 4．柠檬酸的结构简式如图所示，下列关于柠檬酸的说法正确的是(　　) A．与乙酸互为同系物 B．分子中含有的官能团为羟基、羧基 C．可以发生氧化反应、取代反应、加成反应 D．1 mol柠檬酸与足量NaOH溶液反应，最多可消耗4 mol NaOH B　[1个柠檬酸分子有3个羧基和1个羟基，与乙酸结构不相似，不互为同系物，A错误；根据结构简式可知分子中含有的官能团为羟基、羧基，B正确；有机化合物一般可以燃烧，属于氧化反应，含有羧基、羟基可以发生酯化反应(取代反应)，羧基上的C==O键不能发生加成反应，C错误；羧基可以与NaOH溶液反应，故1 mol柠檬酸与足量NaOH溶液反应，最多可消耗3 mol NaOH，D错误。] 5．能与NaHCO3溶液反应产生气体，分子式为C5H10O2的同分异构体有(不考虑立体异构)(　　) A．2种　　　B．3种 C．4种　　　D．5种 C　[能与NaHCO3溶液反应产生气体，说明含有羧基，分子式为C5H10O2的含有羧基的有机化合物可以写作是C4H9－COOH。由于丁基有4种同分异构体，则C4H9－COOH的同分异构体也有4种。] 6．一种活性物质的结构简式为，下列有关该物质的叙述正确的是(　　) A．能发生取代反应，不能发生加成反应 B．既是乙醇的同系物也是乙酸的同系物 C．与互为同分异构体 D．1 mol该物质与碳酸钠反应得44 g CO2 C　[该有机化合物分子中含有碳碳双键，可以发生加成反应，A错误；该有机化合物分子中含有三种官能团：碳碳双键、羧基、羟基，与乙醇和乙酸的结构都不相似，既不是乙醇的同系物，也不是乙酸的同系物，B错误；该有机化合物分子与的分子式相同、结构不同，故二者互为同分异构体，C正确；1 mol该有机化合物分子中含有1 mol羧基，与碳酸钠反应产生0．5 mol CO2，即22 g CO2，D错误。] 7．布洛芬的结构简式如图所示，下列有关说法不正确的是(　　) A．1 mol布洛芬能与足量NaHCO3溶液反应最多生成1 mol CO2 B．布洛芬的分子式为C13H18O2 C．布洛芬在苯环上的一溴代物有2种 D．布洛芬与苯甲酸甲酯互为同系物 D　[1个布洛芬分子中只含有一个羧基，则1 mol布洛芬与足量NaHCO3溶液反应最多生成1 mol CO2，故A正确；根据结构简式可知，布洛芬的分子式为C13H18O2，故B正确；布洛芬在苯环上的一溴代物有2种，故C正确；布洛芬属于羧酸，苯甲酸甲酯属于酯，二者结构不同，不互为同系物，故D不正确。] (选择题有一个或两个选项符合题目要求) 8．某有机化合物的结构简式如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．1 mol该有机化合物和过量的金属钠反应最多可以生成1．5 mol H2 B．可以用酸性KMnO4溶液检验其中的碳碳双键 C．该物质能发生加成反应、取代反应、氧化反应 D．该物质最多消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为3∶3∶2 BD　[1 mol－OH和钠反应生成0．5 mol H2，2 mol－COOH和钠反应生成1 mol H2，1 mol该有机化合物和过量的金属钠反应最多可以生成1．5 mol H2，A项正确；题中有机化合物结构中的醇羟基等能和酸性KMnO4溶液反应，所以不能用酸性KMnO4溶液检验其中的碳碳双键，B项错误；题中有机化合物含有苯环可以和H2在一定条件下发生加成反应，含有醇羟基能与羧酸发生取代反应，含有碳碳双键可以发生氧化反应，C项正确；1 mol羟基和2 mol羧基共消耗3 mol Na，2 mol羧基共消耗2 mol NaOH，2 mol羧基共消耗2 mol NaHCO3，所以该有机化合物最多消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为3∶2∶2，D项错误。] 9．利用有机物X、Y合成广谱抗菌药物M的反应如图。下列说法错误的是(　　) A．Y分子可以与乙二醇发生反应 B．X分子可与强碱溶液发生中和反应，但是不可以与强酸溶液发生中和反应 C．X和Y均能与酸性高锰酸钾溶液反应 D．X、Y合成M的反应类型为取代反应 B　[Y分子含2个羧基，可与乙二醇发生反应，A正确；X分子含有酚羟基、酯基、氨基等，与强酸、强碱溶液均能发生反应，B错误；X和Y均含有碳碳双键，能与酸性高锰酸钾溶液反应，C正确；X、Y合成M的反应是取代反应，D正确。] 10．某研究小组以对甲基苯乙酮为原料制备解热镇痛消炎药洛索洛芬钠的中间体H，其合成路线如图所示： 回答下列问题： (1)化合物F所含官能团的名称为_____________。 (2)下列说法错误的是________ (填字母)。 A．E→F发生的是取代反应 B．H的分子式为C18H22O5 C．1 mol化合物D最多能与5 mol H2反应 D．MeOH与化合物B互为同系物 (3)E的结构简式为_____________。 (4)写出G→H的化学方程式：_____________________________。 (5)请写出满足下列条件的D的3种同分异构体的结构简式：_______________(不考虑立体异构)。 ①苯环上只有一个取代基； ②核磁共振氢谱显示分子中有4种不同化学环境的氢原子； ③分子中无“==C==”结构。 [解析]　A的分子式为C9H10O，B比A多两个氢原子，则B为，对比B和C的分子式知，C为，对比C和D的分子式知，D为，D在碱性条件下水解得到有机钠盐，有机钠盐经盐酸酸化后得到E，E为，E与溴单质发生取代反应生成F，结合G的分子式及G→H过程结构上的变化，可推出G与发生取代反应生成H和HBr，则G为，F与MeOH发生反应生成G，则MeOH为甲醇。 (5)D为，其同分异构体中符合①苯环上只有一个取代基、②核磁共振氢谱显示分子中有4种不同化学环境的氢原子、③分子中无“==C==”结构这三个条件的D的同分异构体的结构简式为、、等。 [答案]　(1)羧基、溴原子　(2)BD　(3) (4)＋＋HBr (5)、、 (其他合理答案也可) 1/1 学科网（北京）股份有限公司 $$