18 第2章 第4节 第2课时 羧酸衍生物(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2课时　羧酸衍生物(基础课) 素养 目标 1．熟知酯、油脂的组成和结构特点，掌握酯的主要化学性质。 2．了解酰胺、酰卤、酸酐等羧酸衍生物。 旧知 回顾 丁醇与乙醇具有相似的化学性质： (1)丁醇、丁酸与Na反应的化学方程式： 丁醇＋钠：2CH3CH2CH2CH2OH＋2Na―→2CH3CH2CH2CH2ONa＋H2↑， 丁酸＋钠：2CH3CH2CH2COOH＋2Na―→2CH3CH2CH2COONa＋H2↑。 (2)丁酸与丁醇发生酯化反应的化学方程式为。 一、羧酸衍生物、酯 1．羧酸衍生物：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。羧酸分子中的羧基去掉羟基后剩余的基团称为酰基。 2．酯 (1)组成与结构：酯分子由酰基和烃氧基相连构成，简写为　　，其官能团结构简式为　　，官能团名称为酯基。 (2)物理性质：酯的密度一般小于水，较难溶于水，易溶于乙醇和乙醚等有机溶剂。低级酯是有香味的液体。酯可以作溶剂，也可作香料。 (3)命名：依据水解后生成的酸和醇的名称来命名的。命名时，羧酸(含氧酸)的名称写在前面，醇的名称写在后面，去掉“醇”换成“酯”。如：HCOOC2H5称为甲酸乙酯。 　写出下列酯的名称。 ：甲酸甲酯、：苯甲酸乙酯、：乙二酸二乙酯、：二乙酸乙二酯。 (4)酯的水解反应 ①酸性条件：在酸性条件下，酯的水解是可逆反应。酯在酸存在下水解的化学方程式为　。 ②碱性条件：在碱性条件下，酯水解生成羧酸盐和醇，水解反应是不可逆反应。酯在NaOH存在下水解的化学方程式为。 二、油脂 1．油脂的组成与结构 (1)油脂的主要成分是高级脂肪酸甘油酯，其结构简式可以表示为。 (2)常见的饱和的高级脂肪酸：如硬脂酸，分子式为C17H35COOH；软脂酸，分子式为C15H31COOH。不饱和的高级脂肪酸：如油酸，分子式为C17H33COOH；亚油酸，分子式为C17H31COOH。 (3)脂肪酸的饱和程度对油脂熔点的影响 植物油组成中不饱和脂肪酸甘油酯含量较高，在常温下一般呈液态；多数动物脂肪组成中饱和脂肪酸甘油酯含量较高，在常温下一般呈固态。 2．油脂的化学性质 (1)水解反应 ①硬脂酸甘油酯在酸性条件下水解反应的化学方程式为 　　。 ②油脂在碱性条件下的水解反应又称为皂化反应，工业上常用来生产肥皂。硬脂酸甘油酯在NaOH溶液中发生水解反应的化学方程式为 。 (2)油脂的氢化 油酸甘油酯通过氢化发生转变的化学方程式为 　，这一过程又称为油脂的氢化，也可称为油脂的硬化。这样制得的油脂叫人造脂肪，通常又称为硬化油。 　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)酯和油脂都含有酯基。 (√) (2)皂化反应指的是油脂的水解反应。 (×) (3)油脂在酸性和碱性条件水解的产物相同。 (×) 三、酰胺和胺、酰卤和酸酐 1．酰胺和胺 (1)酰胺 定义 分子由酰基()和氨基(－NH2)相连构成的羧酸衍生物 官能团 酰胺基： 典型代 表物 乙酰胺： 物理 性质 a．常温下酰胺多为无色晶体[甲酰胺()为液体] b．低级的酰胺可溶于水，随着相对分子质量的增大，酰胺的溶解度逐渐减小 化学性质 酰胺在通常情况下较难水解，在强酸或强碱存在下长时间加热可水解成羧酸(或羧酸盐)和铵盐(或氨) CH3－COOH＋NH4Cl， CH3－COONa＋NH3↑ (2)胺 定义 氨分子中的氢原子被烃基取代后的有机化合物 官能团 及通式 官能团：氨基(－NH2)；通式一般写作R－NH2 典型代 表物 化学性 质及其 应用 胺类具有碱性，能与盐酸、醋酸等反应生成水溶性较强的铵盐。如 胺与盐酸、醋酸等反应生成的铵盐遇强碱重新生成胺，此性质常用于胺的分离 2．酰卤与酸酐 类别 概念 实例 酰卤 分子由酰基与卤素原子(－X)相连构成的羧酸衍生物 乙酰氯 () 酸酐 分子由酰基与酰氧基()相连构成的羧酸衍生物 乙酸酐 () 　酰胺与酯的化学性质有什么相似性？ 提示：两者在酸性或碱性条件下均能水解。 探究乙酸乙酯的制备和性质 实验室中可以利用下面装置制取乙酸乙酯，根据所学知识回答相关问题。 1．装置中长导管的作用是什么？为什么导气管末端没有伸入液面以下？ 提示：长导管能起到导气和冷凝蒸气的作用。导气管末端未伸入液面以下的目的是防止倒吸。 2.制备乙酸乙酯的实验中，饱和Na2CO3溶液有哪些作用？ 提示：①与挥发出来的乙酸发生反应，生成可溶于水的乙酸钠，便于闻乙酸乙酯的香味；②溶解挥发出来的乙醇；③降低乙酸乙酯在水中的溶解度；④提高水溶液的密度以加速乙酸乙酯与水溶液的分层。 3.在酯化反应实验中为什么加热温度不能过高？已知乙酸乙酯的沸点为77 ℃，可以怎样改进实验装置以提高乙酸乙酯的产率？ 提示：加热温度不能过高的原因是减少乙酸和乙醇的挥发，提高乙酸和乙醇的转化率。可以将实验的加热装置改为水浴加热。 酯化反应与酯的水解反应的比较 酯化反应 酯的水解反应 反应关系(以 乙酸和乙醇反 应为例) CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O 催化剂 浓硫酸 稀硫酸或NaOH溶液等 催化剂的 其他作用 吸水、提高CH3COOH 和C2H5OH的转化率 NaOH中和酯水解生成的羧酸、提高酯的水解率 加热方式 酒精灯火焰加热 水浴加热 反应类型 酯化反应、取代反应 水解反应、取代反应 酯化反应实验中的四个注意问题 (1)注意防暴沸：反应试管中常加入几片碎瓷片或沸石防暴沸。 (2)注意浓硫酸的作用：催化剂、吸水剂。 (3)注意试剂的添加顺序：不能先加浓硫酸，以防止液体飞溅。 (4)注意酯的分离方法：对于生成的酯，通常用分液漏斗进行分液，将酯和饱和碳酸钠溶液分离。 1．实验室采用如图所示装置制备乙酸乙酯。实验结束后，取下盛有饱和碳酸钠溶液的试管，再沿该试管内壁缓缓加入石蕊溶液1 mL，发现石蕊溶液存在饱和碳酸钠溶液层与乙酸乙酯层之间(整个过程不振荡试管)。下列有关该实验的描述不正确的是(　　) A．制备的乙酸乙酯中混有乙酸和乙醇杂质 B．该实验中浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂 C．饱和碳酸钠溶液主要作用是降低乙酸乙酯的溶解度及除去乙醇和乙酸　 D．石蕊层为三层，由上而下是蓝、紫、红 D　[因乙酸、乙醇沸点较低，易挥发，则制备的乙酸乙酯中混有乙酸和乙醇杂质，A正确；反应生成水，且为可逆反应，反应中浓硫酸起到催化剂和吸水剂的作用，B正确；饱和碳酸钠溶液的主要作用为降低乙酸乙酯的溶解度，除去乙醇和乙酸，C正确；由上而下，乙酸乙酯中混有乙酸，可使石蕊溶液呈红色，中层为紫色，下层为碳酸钠溶液，水解呈碱性，应呈蓝色，D错误。] 2．某化学兴趣小组的同学对实验室乙酸乙酯的制取和分离进行了实验探究。 [制备]　下列是该小组同学设计的实验装置(图1)。请回答下列问题： 图1 (1)仪器A的名称为________。 (2)装置中长导管除导气外，还有一个作用是_____________________。 [分离]　锥形瓶中得到的酯层是乙酸乙酯、乙酸、乙醇的混合物，为了分离该混合物，设计了如图2流程： 图2 (3)试剂a是________(填序号，下同)，试剂b是________；操作Ⅰ是________，操作Ⅱ是________。 ①稀硫酸　②饱和Na2CO3溶液　③蒸馏　④分液 [解析]　(1)仪器A的名称为分液漏斗。(2)长导管除导气外，还有一个作用是冷凝蒸气。(3)锥形瓶中得到的酯层是乙酸乙酯、乙醇、乙酸的混合物，先加入饱和碳酸钠溶液，分液，得到乙酸乙酯，X为乙酸钠、乙醇的混合溶液，蒸馏可得乙醇，Y为乙酸钠溶液，加入稀硫酸并蒸馏得到乙酸，即试剂a为饱和碳酸钠溶液，试剂b是稀硫酸，操作Ⅰ是分液，操作Ⅱ是蒸馏。 [答案]　(1)分液漏斗　(2)冷凝蒸气　(3)②　①　④　③ 1．下列有机化合物不属于酯的是(　　) B　[酯类有机化合物中含有，而B项有机化合物中含有的是酮羧基，故B项符合题意。] 2．化工原料氨基磺酸(H2NSO3H)是硫酸的羟基被氨基取代而形成的一种无机固体酸，是两性化合物，能与酸、碱反应生成盐，可通过下列流程制备，下列说法正确的是(　　) A．液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂 B．H2NCOONH4既属于酯类物质又属于酰胺类物质 C．CO(NH2)2属于铵盐，含氮量高，可作氮肥 D．H2NSO3H的熔点比H2SO4低 A　[由题给流程可知，氨与二氧化碳反应生成H2NCOONH4，H2NCOONH4脱水得CO(NH2)2，CO(NH2)2与H2SO4·SO3反应生成H2NSO3H。液氨汽化时会吸收大量的热使周围环境的温度降低，常用作制冷剂，A正确；H2NCOONH4的官能团为酰胺基，属于酰胺类物质，不属于酯类物质，B错误；尿素的官能团为酰胺基，属于酰胺类物质，不属于铵盐，C错误；由氨基磺酸是硫酸的羟基被氨基取代而形成的一种无机固体酸可知，氨基磺酸中的氨基和磺酸基反应生成内盐，熔点较高，而固态硫酸为分子晶体，熔点较低，所以氨基磺酸的熔点比硫酸高，D错误。] 3．乙酸乙酯是一种用途广泛的精细化工产品。工业生产乙酸乙酯的方法很多，如图： 下列说法正确的是(　　) A．反应①、④均为取代反应 B．反应②、③的原子利用率均为100% C．乙醇、乙酸、乙酸乙酯三种无色液体可用NaOH溶液鉴别 D．与乙酸乙酯互为同分异构体的酯类化合物有2种 B　[由有机化合物的转化关系可知，反应①为在浓硫酸作用下，乙醇与乙酸共热发生酯化反应生成乙酸乙酯和水，反应②为在催化剂作用下，2分子乙醛转化为乙酸乙酯，反应③为在催化剂作用下，乙烯与乙酸发生加成反应生成乙酸乙酯，反应④为在催化剂作用下，丁烷和氧气发生催化氧化反应生成乙酸乙酯和水。反应④为催化氧化反应，不是取代反应，A错误；反应②、③的产物都只有乙酸乙酯，反应中产物唯一，原子利用率均为100%，B正确；乙醇溶于水，乙酸与氢氧化钠溶液反应，但没有明显的实验现象，则用氢氧化钠溶液不能鉴别乙醇和乙酸，C错误；与乙酸乙酯互为同分异构体的酯类有HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3CH2COOCH3共3种，D错误。] 4．分子式为C5H10O2且分子结构中含有的有机化合物共有(不含立体异构)(　　) A．9种　　B．12种　　C．13种　　D．14种 C　[分子式为C5H10O2且分子结构中含有基团的有机化合物可能为饱和一元羧酸或饱和一元酯，若为饱和一元羧酸，则结构简式可表示为C4H9COOH，而－C4H9有4种结构，则C4H9COOH有4种不同结构；若C5H10O2表示饱和一元酯，则有如下结构：HCOOC4H9(4种)、CH3COOC3H7(2种)、C2H5COOC2H5(1种)、C3H7COOCH3(2种)；共13种。] 5．具有水果香味的中性物质A可以发生下列变化： (1)写出下列变化的化学方程式。 ①C→G：____________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 ②D发生银镜反应：___________________________________________________ ____________________________________________________________________。 ③G的加聚反应：_____________________________________________________ ____________________________________________________________________。 ④实验室制取A的反应：______________________________________________ ____________________________________________________________________。 (2)能与Na2CO3溶液反应放出二氧化碳的有机化合物A的同分异构体的结构简式为________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 [解析]　由1，2-二溴乙烷逆推出G为乙烯，则C为乙醇，D为乙醛，E为乙酸，B为乙酸钠。 [答案]　(1)①CH3CH2OHCH2==CH2↑＋H2O ②CH3CHO＋2[Ag(NH3)2]OHCH3COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O ③ ④CH3COOH＋HOCH2CH3CH3COOCH2CH3＋H2O (2)CH3CH2CH2COOH、 课时分层作业(十六)羧酸衍生物 (选择题只有一个选项符合题目要求) 1．按照有机化合物的命名规则，下列命名错误的是(　　) A　[按照卤代烃的命名原则，CH2Cl－CH2Br的名称为1-氯-2-溴乙烷，A错误；该物质由甲酸和乙醇通过酯化反应得到，即该物质的名称为甲酸乙酯，B正确；该物质由硬脂酸和甘油反应得到，即该物质为硬脂酸甘油酯，C正确；按照醇的命名原则，为3，3-二甲基-2-丁醇，D正确。] 2．下列物质不属于乙酸乙酯的同分异构体的是(　　) B　[A项，CH3－CH2－CH2－COOH的分子式为C4H8O2，与乙酸乙酯的分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体；B项，OHC－CH2－CH2－CHO的分子式为C4H6O2，与乙酸乙酯的分子式不同，二者不互为同分异构体；C项，的分子式为C4H8O2，与乙酸乙酯的分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体；D项，的分子式为C4H8O2，与乙酸乙酯的分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体。] 3．下列各项中实验式相同，但既不互为同系物，又不互为同分异构体的是(　　) A．甲醛与甲酸甲酯 B．1-戊烯与2-甲基-1-丙烯 C．1-丁醇与甲醚 D．丙酸与甲酸乙酯 A　[甲醛的分子式为CH2O，甲酸甲酯的分子式为C2H4O2，两者实验式均为CH2O，分子式不同，不互为同分异构体，前者属于醛，后者属于酯，不互为同系物，A项符合题意；1-戊烯与2-甲基-1-丙烯的分子式分别为C5H10、C4H8，分子组成相差一个CH2，两者都是直链单烯烃，互为同系物，B项不符合题意；1-丁醇的分子式为C4H10O，甲醚的分子式为C2H6O，实验式不相同，C项不符合题意；丙酸和甲酸乙酯的分子式均为C3H6O2，互为同分异构体，D项不符合题意。] 4．某羧酸酯的分子式为C16H14O4，1 mol该酯完全水解可得到2 mol羧酸和1 mol乙二醇(HOCH2－CH2OH)，该羧酸的分子式为(　　) A．C7H6O2　　 B．C8H8O4 C．C14H12O2 D．C6H6O4 A　[某羧酸酯的分子式为C16H14O4，1 mol该酯完全水解可得到2 mol羧酸和1 mol乙二醇，说明1个该酯分子中含有2个酯基，因此根据碳原子守恒可知该羧酸分子中碳原子个数是＝7，氢原子个数是＝6，氧原子个数是＝2，因此该羧酸的分子式为C7H6O2，故选A。] 5．某酯C6H12O2经水解后可得到相同碳原子数的羧酸和醇，再把醇氧化可得到丙酮()，该酯是(　　) A．CH3CH2CH2COOCH2CH3 B．CH3CH2COOCH(CH3)2 C．CH3CH2COOCH2CH2CH3 D．HCOOCH2CH(CH3)CH2CH3 B　[某酯的分子式是C6H12O2，该物质经水解后可得到相同碳原子数的羧酸和醇，说明形成酯的酸与醇分子中都含有3个碳原子。若再把醇氧化得到丙酮，则该醇为2-丙醇，结构简式是，故该酯是丙酸异丙酯，结构简式是CH3CH2COOCH(CH3)2。] 6．某有机化合物X能发生水解反应，水解产物为Y和Z。同温同压下，相同质量的Y和Z的蒸气所占体积相同，化合物X可能是(　　) ①乙酸丙酯　②甲酸乙酯　③乙酸甲酯　④乙酸乙酯 A．①② 　　　B．②③　　　C．③④ 　　　D．①③ A　[同温同压下，相同质量的Y和Z的蒸气所占的体积相同，根据阿伏加德罗定律可得Y和Z的物质的量相等，进一步推得Y和Z的相对分子质量相等。①乙酸丙酯水解生成乙酸与丙醇，其相对分子质量都为60，符合题意；②甲酸乙酯水解生成甲酸和乙醇，相对分子质量都为46，符合题意；③乙酸甲酯水解生成乙酸和甲醇，相对分子质量分别为60和32，与题意不符；④乙酸乙酯水解生成乙酸和乙醇，相对分子质量分别为60和46，与题意不符。] 7．米格列奈可用于治疗糖尿病，其合成路线如下： (1)1 mol A能与2 mol NaHCO3溶液反应生成气体，A中含有的官能团是________。 (2)B→C的化学方程式是___________________________________。 (3)E的结构简式是________。 (4)试剂a为CH2==CH－CH==CH2，其名称是________。 (5)I→J的反应类型是________。 (6)酸性溶液中，可采用电解法由A制B，电解时的阴极反应是____________。 [解析]　1 mol A能与2 mol NaHCO3溶液反应生成气体，则A中含有2个－COOH，结合A的分子式知，A的结构简式为HOOCCH==CHCOOH，A与氢气发生加成反应生成的B为HOOCCH2CH2COOH，由C的分子式知，B与甲醇发生酯化反应生成的C为CH3OOCCH2CH2COOCH3；根据F、J的分子式及米格列奈的结构简式知，F和J发生取代反应生成米格列奈，J的结构简式为、F的结构简式为；I发生还原反应生成J，I的结构简式为，a为CH2==CH－CH==CH2，G与氨发生取代反应生成H，则G的结构简式为，生成G的反应为加成反应；根据F的结构简式及D的分子式知，D的结构简式为，C、D发生信息ⅰ的反应生成的E为。 [答案]　(1)碳碳双键、羧基 (2)HOOCCH2CH2COOH＋2CH3OHCH3OOCCH2CH2COOCH3＋2H2O (3) (4)1，3-丁二烯 (5)还原反应 (6)HOOCCH==CHCOOH＋2H＋＋2e－====HOOCCH2CH2COOH (选择题有一个或两个选项符合题目要求) 8．由丁醇(X)制备戊酸(Z)的合成路线如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．Y的结构有5种 B．X、Z能形成戊酸丁酯，戊酸丁酯最多有16种 C．与X互为同分异构体，且不能与金属钠反应的有机化合物有4种 D．与Z互为同分异构体，且能发生水解反应的有机化合物有9种 AC　[丁基有四种结构，Y是丁基和溴原子结合而成，所以有4种结构，A错误；戊酸丁酯中的戊酸，相当于丁基连接一个－COOH，所以有4种结构，而丁醇是丁基连接一个－OH，所以也有4种结构，因此戊酸丁酯最多有4×4＝16种，B正确；X为丁醇，其同分异构体中不能与金属钠反应的是醚，共3种，C错误；Z是戊酸，其同分异构体能发生水解的属于酯类，其中HCOOC4H9有4种，CH3COOC3H7有2种，还有CH3CH2COOCH2CH3、CH3CH2CH2COOCH3、 (CH3)2CHCOOCH3，所以共4＋2＋3＝9种，D正确。] 9．与苯乙酸(C6H5CH2COOH)互为同分异构体且属于芳香酯类的结构有(　　) A．4种　　　B．5种　　　C．6种　　　D．7种 C　[与苯乙酸(C6H5CH2COOH)互为同分异构体且属于芳香酯类的结构有、、、、、，共6种。] 10．分子式为C5H8O2的脂肪酸与分子式为C4H10O的醇发生反应，最多能够生成的酯有(不考虑立体异构)(　　) A．12种 　　　B．18种　　　C．24种　　　D．32种 D　[分子式为C5H8O2的脂肪酸有8种，分别为CH2==CHCH2CH2COOH、CH3CH==CHCH2COOH、CH3CH2CH==CHCOOH、CH2==C(CH3)CH2COOH、(CH3)2C==CHCOOH、CH2==CHCH(CH3)COOH、CH3CH==C(CH3)COOH、CH2==C(CH2CH3)COOH；分子式为C4H10O的醇有4种，分别为CH3CH2CH2CH2OH、CH3CH2CH(OH)CH3、(CH3)2CHCH2OH、(CH3)3COH；则最多能够生成的酯有8×4＝32种。] 11．安立生坦(G)是一种用于治疗肺动脉高压的药物，其一种合成路线如下： (1)E分子中发生sp2和sp3杂化的碳原子个数之比为_____。 (2)已知常温下甲醇和苯酚的电离平衡常数的数值分别为2.0×10-17和1.28×10-10，则甲醇钠的碱性比苯酚钠________(填“强”或“弱”)。 (3)C的分子式为C13H10O，其结构简式为______________。 (4)E的一种同分异构体同时满足下列条件，写出该同分异构体的结构简式：___________。 ①能与FeCl3溶液发生显色反应。 ②在碱性条件下水解，酸化后所得产物均含有苯环，一种产物只有2种不同化学环境的氢原子，另一种产物分子有4种不同化学环境的氢原子，且个数之比为9∶2∶2∶1。 (5)E→F的反应类型为_______________。 [解析]　有机物A()发生取代反应生成B()，B与发生取代反应生成C()，C与发生反应生成D，D与甲醇反应生成E()，E与发生取代反应得到F()，F发生水解反应后酸化得到G()。 (1)E中双键碳原子和苯环碳原子是sp2杂化，饱和碳原子是sp3杂化，二者个数之比为13∶4。 (2)根据Kh＝，Ka越大Kh越小，因此苯酚钠的Kh更小，因此甲醇钠的碱性比苯酚钠强。 (3)根据以上分析可知B()与发生取代反应生成C()。 (4)根据题干信息可知该同分异构体含有酚羟基同时含有酯基，且水解产物酸化后所得产物均含有苯环，一种产物只有2种不同化学环境的氢原子，另一种产物分子有4种不同化学环境的氢原子，且个数之比为9∶2∶2∶1，故结构简式为。 (5)E到F的反应类型为取代反应。 [答案]　(1)13∶4　(2)强　(3)　(4)　(5)取代反应 1/1 学科网（北京）股份有限公司 $$