第2章 第4节 第2课时 羧酸衍生物(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修3（鲁科版2019）

第2课时　羧酸衍生物 [素养目标]　1.能从酯基和酰胺基的成键方式角度，了解酯和酰胺的结构特点。2.知道酯和酰胺的化学性质。 知识点一　酯 1．羧酸衍生物 (1)概念：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。 (2)酰基：或RCO—。 2．酯 (1)概念：酰基()与烃氧基(R′—O—)相连构成的羧酸衍生物。 (2)官能团：酯基，其结构为。 (3)物理性质：较难溶于水，易溶于有机溶剂，密度一般比水小。低级酯有香味，易挥发。 (4)命名：根据生成酯的酸和醇的名称来命名，称为某酸某酯，如CH3COOC2H5称为乙酸乙酯。 (5)化学性质——水解反应 ①酸性条件下水解反应方程式为 。 ②碱性条件下水解反应方程式为 。 1．向乙酸乙酯中加入NaOH溶液并加热，使其水解，什么现象可以说明酯几乎水解完全？ 提示：乙酸乙酯不溶于水，和NaOH溶液分层，随着水解反应的发生，生成C2H5OH和CH3COONa，二者均易溶于水，当溶液不再有分层现象时，即可说明水解几乎进行完全。 2．写出分子式为C4H8O2属于酯类的同分异构体。 提示：HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3。 1．酯化反应与水解反应的比较 酯化 水解 反应关系 CH3COOH＋C2HOHCH3CO18OC2H5＋H2O 催化剂 浓硫酸 稀硫酸或NaOH 催化剂的 其他作用 吸收水使平衡右移，提高反应物的转化率 NaOH中和酯水解生成的CH3COOH，提高酯的水解率 加热方式 酒精灯加热 水浴加热 反应类型 酯化反应(取代反应) 水解反应(取代反应) 2.属于酯类同分异构体的书写方法(逐一减增碳法)(以C5H10O2为例) 对于形成酯的羧酸的烃基和醇的烃基，其中一个逐一减碳，另一个逐一增碳，然后根据二者同分异构情况进行书写，并判断其数目。 甲酸酯类：(4种) 乙酸酯类：(2种) 丙酸酯类：CH3CH2COOC2H5(1种) 丁酸酯类：(2种) 甲酸丁酯有4种的原因是丁醇有4种，乙酸丙酯有2种是因为丙醇有2种，丙酸乙酯有1种是因为丙酸只有一种，丁酸甲酯有2种是因为丁酸有2种。所以酯类的同分异构体数目的判断方法要结合形成酯的醇或酸来判断。 1．下列性质属于一般酯的共性的是(　　) A．具有香味　　　　　　 B．易溶于水 C．易溶于有机溶剂 D．密度比水大 解析　酯类大多难溶于水，易溶于有机溶剂，密度比水小，低级酯具有一定的芳香气味，故选C。 答案　C 2．某羧酸酯的分子式为C18H26O5,1 mol 该酯完全水解可得到1 mol羧酸和2 mol乙醇，该羧酸的分子式为(　　) A．C14H18O5　　　　　　 B．C14H16O4 C．C16H22O5 D．C16H20O5 解析　1 mol羧酸酯水解生成1 mol羧酸和 2 mol 乙醇，说明1 mol羧酸酯中含有2 mol酯基。该水解过程可表示为C18H26O5＋2H2O→羧酸＋2C2H5OH，由原子守恒知，该羧酸的分子式为C14H18O5，A项正确。 答案　A 3．有多种同分异构体，其中属于酯类且含有苯环的同分异构体有(　　) A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 解析　若苯环上只有一个取代基，则剩余的基团是—C2H3O2，可能是苯酚与乙酸形成的酯，也可能是苯甲酸与甲醇形成的酯，还可能是甲酸与苯甲醇形成的酯。若苯环上有两个取代基，一定是一个为—CH3，另一个为—OOCH，两个取代基在苯环上的位置有邻、间、对3种情况。综合上述两点，同分异构体有6种，分别是、、、、、。 答案　D 4．分子式为C9H18O2的有机物A，在硫酸存在下与水反应生成B、C两种物质，C经一系列氧化最终可转化为B的同类物质，又知等质量的B、C的蒸气在同温同压下所占体积相同，则符合此条件的A的酯类同分异构体共有(包括A)(　　) A．8种 B．12种 C．16种 D．18种 解析　由题中条件知A为酯，B为一元酸，C为一元醇，且B、C的相对分子质量相等，故B应为丁酸，C为戊醇。丁酸有两种，戊醇有八种，可被氧化为羧酸的有四种；故与题意相符的A的酯类同分异构体共有8种。 答案　A 知识点二　油脂 1．油脂 油脂是高级脂肪酸与甘油形成的酯，属于酯类化合物。其中，常见的高级脂肪酸有饱和的硬脂酸(C17H35COOH)和软脂酸(C15H31COOH)，不饱和的有油酸(C17H33COOH)。 2．油脂的结构 其中R1、R2、R3代表高级脂肪酸的烃基，可相同或不同。 3．分类 油脂按状态分 4．化学性质 (1)水解反应——油脂的共性(以硬脂酸甘油酯为例)：1 mol油脂完全水解的产物是1 mol甘油和3 mol高级脂肪酸(或盐)。 ①酸性条件下： ＋3H2O3C17H35COOH＋。 ②碱性条件下： ＋3NaOH3C17H35COONa＋。 油脂在碱性条件下的水解反应又称皂化反应。工业上常用高级脂肪酸盐来生产肥皂。 (2)油脂的氢化——不饱和油脂的特性 ①含义：不饱和程度较高、熔点较低的液态油，通过催化加氢可提高饱和度，转变成半固态的脂肪，这个过程称为油脂的氢化，也叫油脂的硬化。 ②化学方程式：如油酸甘油酯的氢化反应为 。 探究一　油、脂肪、酯、矿物油的异同 1．油脂属于高分子化合物吗？ 提示：油脂的相对分子质量虽然较大，但距高分子化合物的相对分子质量相差很远，故不属于高分子化合物。 2．豆油、花生油等植物油能否使溴水、酸性KMnO4溶液褪色？ 提示：豆油、花生油等植物油中含有碳碳双键官能团，可以使溴水、酸性KMnO4溶液褪色。 3．矿物油是油脂吗？ 提示：矿物油是烃类物质，不是油脂，也不能水解。 物质 油脂 酯 矿物油 油 脂肪 组成 不饱和高级脂肪酸甘油酯 饱和高级脂肪酸甘油酯 羧酸或无机含氧酸与醇类反应的生成物 多种烃(石油及其分馏产物) 状态 液态 固态 液态或固态 液态 性质 具有酯的性质，能水解，兼有烯烃的性质 具有酯的性质，能水解 在酸或碱的作用下能水解 具有烃的性质，不能水解 存在 油料作物 动物脂肪 花草、水果等　 石油 联系 油和脂肪统称油脂，均属于酯类 烃类 鉴别 加氢氧化钠溶液，加热，溶液不分层的是油脂或酯，分层的是矿物油 相互 关系 探究二　乙酸乙酯的制备实验 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)试管内乙酸、乙醇、浓硫酸的加入顺序是怎样的？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：先加入乙醇，然后沿器壁慢慢加入浓硫酸，冷却后再加入CH3COOH。长导管能起到导气和冷凝蒸汽的作用。导气管末端未伸入液面以下的目的是防止倒吸。 (2)为什么实验中用饱和Na2CO3溶液接收生成的乙酸乙酯？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减小乙酸乙酯在水中的溶解度，使液体分层，便于得到酯。 (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为了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温度77 ℃的水浴加热。 酯化反应实验中的注意问题 1．实验装置 (1)长导管的作用：导出和冷凝乙酸乙酯；冷凝回流乙酸和乙醇。 (2)碎瓷片的作用：防止液体暴沸。 (3)浓硫酸的作用：催化剂、吸水剂。 (4)饱和Na2CO3溶液的作用： ①溶解挥发出来的乙醇；②与挥发出来的乙酸反应，除去乙酸；③降低酯的溶解度，使溶液分层，便于分离乙酸乙酯。 (5)导管末端位置：不能插入液面以下，防止液体发生倒吸。 2．实验操作 (1)反应试剂加入顺序：无水乙醇→浓硫酸→冰醋酸。 (2)小火加热的目的：防止乙醇和乙酸的大量挥发，能加快反应速率，并将生成的乙酸乙酯蒸出，有利于乙酸乙酯的生成。 (3)加快反应速率的措施： ①加热；②使用浓硫酸作催化剂；③加入过量的乙醇，以增大反应物的浓度。 (4)增加产率的措施： ①加入过量的乙醇，以增大反应物的浓度；②及时蒸出乙酸乙酯；③用浓硫酸吸收生成物水。 (5)乙酸乙酯的分离：用分液漏斗分液，上层为乙酸乙酯，下层是饱和碳酸钠溶液。 1．油脂在碱性条件下的水解产物是甘油和高级脂肪酸钠(高级脂肪酸为弱酸)。下列可以鉴别矿物油和植物油的正确方法是(　　) A．加足量NaOH溶液并振荡，观察是否有分层现象 B．加乙醇振荡，观察是否有分层现象 C．加新制氢氧化铜悬浊液，加热煮沸，观察是否有红色沉淀产生 D．加入溴水，观察溴水是否褪色 答案　A 2．关于硬脂酸甘油酯()和油酸甘油脂()的说法错误的是(　　) A．两者都能发生水解反应 B．两者都属于酯类化合物 C．两者都可以与氢气发生加成反应 D．两者水解产物中都有丙三醇 解析　硬脂酸甘油酯和油酸甘油酯均属于油脂，油脂都能发生水解反应，油脂都属于酯类，A、B正确；硬脂酸甘油酯结构中无碳碳双键，不能与H2发生加成反应，油酸甘油酯结构中有碳碳双键，能与H2发生加成反应，C错误；硬脂酸甘油酯和油酸甘油酯都属于高级脂肪酸和甘油(丙三醇)形成的酯，则两者水解产物中都有丙三醇，D正确。 答案　C 3．如图为实验室制取少量乙酸乙酯的装置图。下列关于该实验的叙述中，错误的是(　　) A．向a试管中先加入浓硫酸，然后边摇动试管边慢慢加入乙醇，再加冰醋酸 B．试管b中导气管下端管口不能浸入液面下是为了防止发生倒吸 C．实验时加热试管a的目的之一是及时将乙酸乙酯蒸出，使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动 D．试管b中饱和Na2CO3溶液的作用是吸收随乙酸乙酯蒸出的少量乙酸和乙醇 解析　加反应物的顺序为先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，再加冰醋酸，故A项错误。 答案　A 4．“脑黄金(DHA)”可谓是家喻户晓，其实脑黄金就是从深海鱼油中提取出的不饱和程度很高的脂肪酸，它的分子中有6个碳碳双键，称为二十六碳六烯酸，该酸可形成甘油酯。 (1)该甘油酯的分子式为________。 (2)1 mol该甘油酯最多能消耗______mol NaOH。 解析　(1)因为饱和一元羧酸的通式为CnH2nO2，故含26个碳原子的饱和一元羧酸的分子式为C26H52O2，DHA分子中含6个碳碳双键，则减少12个H原子，故其分子式为C26H40O2或C25H39COOH，该酯的分子式为(C25H39COO)3C3H5或C81H122O6。 (2)1 mol该甘油酯最多能消耗3 mol NaOH。 答案　(1)C81H122O6　(2)3 知识点三　酰胺 1．概念：酰基()和氨基(—NH2)相连构成的羧酸衍生物。 2．官能团：酰胺基，其结构为。 3．物理性质：甲酰胺()是液体，其他酰胺多为无色晶体。低级的酰胺可溶于水，高级的酰胺溶解度随相对分子质量的增大逐渐减小。 4．化学性质——水解反应(以为例) (1)酸性条件 ＋H2O＋HClCH3COOH＋NH4Cl_。 (2)碱性条件 ＋NaOHCH3COONa＋NH3↑。 5．其他常见的羧酸衍生物 (1)酰卤：分子由酰基与卤素原子(—X)相连构成的羧酸衍生物，如乙酰氯()。 (2)酸酐：分子由酰基与酰氧基()相连构成的羧酸衍生物，如乙酸酐()。 　N，N－二甲基甲酰胺是多种高聚物(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺等)的良好溶剂，可用于聚丙烯腈纤维等合成纤维的湿纺丝、聚氨酯的合成。N，N－二甲基甲酰胺的结构简式如下： (1)N，N－二甲基甲酰胺和苯胺是不是一类物质？若不是一类物质，可以采用什么试剂鉴别两者？ 提示：二者所含有的官能团不同，不是一类物质。由于N，N－二甲基甲酰胺含有醛基，故可以采用银氨溶液或新制氢氧化铜悬浊液鉴别两者。 (2)写出N，N－二甲基甲酰胺在酸性(盐酸)、碱性(氢氧化钠溶液)条件下水解的化学方程式。 提示：＋H2O＋HClHCOOH＋NH2(CH3)2Cl， ＋NaOHHCOONa＋NH(CH3)2。 酰胺含有酰胺基()，胺含有氨基(—NH2)。二者不是一类物质，酰胺可以水解，胺不能水解。 1．过量的丙烯酰胺可引起食品安全问题。关于丙烯酰胺叙述错误的是(　　) A．能使酸性KMnO4溶液褪色 B．能发生加聚反应 C．能与乙醇发生酯化反应 D．能与氢气发生加成反应 解析　丙烯酰胺的结构式为，含有碳碳双键，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A正确；分子结构有碳碳双键，能发生加聚反应，B正确；分子结构中无羧基，不能与乙醇发生酯化反应，C错误；分子结构中碳碳双键能与氢气发生加成反应，D正确。 答案　C 2．扑热息痛是一种优良的解热镇痛剂，结构为它可能具有的化学性质是(　　) A．不与烧碱溶液反应 B．不能与溴水发生取代反应 C．不能被氧化 D．遇FeCl3溶液发生显色反应 解析　含有酚羟基，可与氢氧化钠反应，故A错误；含有酚羟基，可与溴水发生取代反应，故B错误；酚羟基可被酸性高锰酸钾氧化，故C错误；酚羟基遇FeCl3溶液发生显色反应，故D正确。 答案　D 3．某种天然生物活性物质的结构如图所示，下列说法错误的是(　　) A．分子中有两种含氧官能团 B．苯环上的一氯代物共有6种 C．分子中有两个手性碳原子 D．完全水解可得3种有机产物 解析　根据物质的结构，分子中有酯基和酰胺基两种含氧官能团，A正确；该分子有4个苯环结构，每个苯环所处化学环境都不同，每个苯环上分别有3种不同环境的氢原子，一氯代物共有3×4＝12种，B错误；分子中有两个手性碳原子：(“*”标记的为手性碳原子)，C正确；酯基和酰胺基能发生水解反应，完全水解可得、、3种有机产物，D正确。 答案　B 1．下列物质不属于酰胺的是(　　) 答案　C 2．油脂是一种重要的营养物质。下列关于油脂的说法错误的是(　　) A．油脂是油和脂肪的合称，天然油脂是一种混合物 B．油脂的密度比水小且难溶于水，易溶于有机溶剂 C．常温下，由饱和的高级脂肪酸生成的甘油酯通常呈固态 D．油脂在碱性条件下发生水解得到高级脂肪酸和甘油 解析　油脂在碱性条件下发生水解得到高级脂肪酸盐和甘油，D错误。 答案　D 3．(2023·全国乙卷)下列反应得到相同的产物，相关叙述错误的是(　　) A．①的反应类型为取代反应 B．反应②是合成酯的方法之一 C．产物分子中所有碳原子共平面 D．产物的化学名称是乙酸异丙酯 解析　反应①为乙酸和异丙醇在酸的催化下发生酯化反应生成了乙酸异丙酯和水，因此，①的反应类型为取代反应，A正确；反应②为乙酸和丙烯发生加成反应生成乙酸异丙酯，该反应的原子利用率为100%，因此，该反应是合成酯的方法之一，B正确；乙酸异丙酯分子中含有4个饱和的碳原子，其中异丙基中存在着一个饱和碳原子连接两个饱和碳原子和一个乙酰氧基，类比甲烷的正四面体结构可知，乙酸异丙酯分子中的所有碳原子不可能共平面，C错误；两个反应的产物是相同的，从结构上看，该产物是由乙酸与异丙醇通过酯化反应生成的酯，故其化学名称是乙酸异丙酯，D正确。 答案　C 4．(2023·青岛十九中高二月考)2022年北京冬奥会场馆建设中用的一种耐腐蚀、耐高温的表面涂料是以某双环烯酯为原料制成的，该双环烯酯的结构如图所示，下列说法正确的是(　　) A．该双环烯酯易溶于水 B．该双环烯酯的分子式为C14H20O2 C．1 mol该双环烯酯最多能与3 mol H2发生加成反应 D．该双环烯酯完全加氢后，产物的一氯代物有4种 解析　该双环烯酯不含亲水基团，难溶于水，A错误；该双环烯酯的分子式为C14H20O2，B正确；碳碳双键能与H2发生加成反应，酯基中碳氧双键不能与H2发生加成反应，因此1 mol该双环烯酯最多能与2 mol H2发生加成反应，C错误；该双环烯酯完全加氢后的产物是，其一氯代物有9种： (数字为—Cl取代的位置)，D错误。 答案　B 5．某分子式为C10H20O2的酯，在一定条件下可发生如图所示转化过程： (1)试剂A是________。 (2)符合上述条件的酯的结构有________种，请写出相应的酯的结构简式：___________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析　由C逐级氧化转化为E，可知C应是水解产生的醇，E为羧酸。而E是B与硫酸反应的产物，由此可推知酯是在碱性条件下水解的。由酯分子中的C、H原子组成，可知该酯是由饱和一元羧酸与饱和一元醇所形成的酯。根据酯在一定条件下的转化关系，可进一步得知生成酯的羧酸与醇应含有相同的碳原子数，且其碳链的结构应呈对称关系。由于含有五个碳原子的羧酸的基本结构为C4H9COOH，而丁基有四种同分异构体，根据酯分子结构的对称性，符合上述条件的酯的结构只能有四种。 答案　(1)NaOH溶液 (2)4　CH3(CH2)3COO(CH2)4CH3、 (CH3)2CHCH2COOCH2CH2CH(CH3)2、 (CH3)3CCOOCH2C(CH3)3 学科网（北京）股份有限公司 $$