3.4.1羧酸的结构与性质 课件 -2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第4节 羧酸、羧酸衍生物 第1课时 羧酸的结构与性质 第三章　烃的衍生物 1 蚂蚁 俗名：蚁酸 (甲酸) H C O OH 越橘 俗名：安息香酸 (苯甲酸) C O OH 菠菜 俗名：草酸 (乙二酸) C OH C OH O O 生活中的有机羧酸 任务一 羧酸 1.概念： 烃基(或氢原子)和羧基相连而构成的化合物叫做羧酸。 2.官能团: 羧基 或—COOH —C—OH O ‖ 3.通式： 一元羧酸可写为R−COOH 饱和一元脂肪酸的分子通式：CnH2nO2 (n≥1) 或 CnH2n＋1COOH ( n≥0) C O OH H 甲酸 C O OH CH3 乙酸 丙酸 C O OH CH3CH2 C O OH R 任务一 羧酸 4.分类 脂肪酸 （链状） 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 硬脂酸 C17H35COOH 软脂酸 C15H31COOH 油酸 C17H33COOH C>10 9-十八碳烯酸 有碳碳双键 CH ─ COOH CH2 ─ COOH CH2 ─ COOH 任务一 羧酸 5.羧酸的命名 选主链： 定编号： 写名称： 选取含羧基的最长碳链为主链，称某酸 从羧基碳原子(端点)开始（—COOH羧基碳为1号碳） 取代基名称写在母体名称前，用“二、三、四”等写出羧基的个数。 系统命名法 CH3-CH-CH2-COOH CH3 3-甲基丁酸 HOOCCH—CHCOOH C2H5 CH3 2-甲基-3-乙基-丁二酸 COOH COOH 对苯二甲酸(习惯) CH3 COOH 对甲基苯甲酸 （4-甲基苯甲酸） 邻羟基苯甲酸 6.物理性质 ①溶解性： a.分子中碳原子数较少的羧酸能够与水互溶。 b.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。 c.高级脂肪酸是不溶于水的蜡状固体。 憎/疏水基团 亲水基团 C O OH R C>10 C＜4 任务一 羧酸 6.物理性质 ②熔沸点： a.分子中碳原子数的增加，沸点逐渐升高。 b.羧酸与相对分子质量相当的有机化合物相比，沸点较高，这与羧酸分子间可以形成氢键有关。 几种羧酸的熔点和沸点 沸点：羧酸＞醇＞醛？ 羧酸分子相比于醇，氢键的强度更大，数目更多。 任务一 羧酸 任务二 羧酸的性质 问题：分析羧酸的结构，从键的饱和程度 和 键的极性预测羧酸的化学性质。 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，羧基结构中两个部位的化学键容易断裂。 元素符号 C H O 电负性 2.5 2.1 3.5 ① ② ③ ①当O—H断裂时，会解离出H＋，使羧酸表现出酸性； ②当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。 1.分子组成与结构 分子式： 结构式： 结构简式： 空间填充模型： 球棍模型： 核磁共振氢谱有2组峰，强度比为3:1。 C2H4O2 或 CH3COOH 乙酸的核磁共振氢谱图 δ 任务二 羧酸的性质 代表物---乙酸 2. 物理性质 熔点 溶解性 挥发性 密度 低于熔点，乙酸凝结成类似于冰一样的晶体，又称冰醋酸 颜色 状态 气味 沸点 无色 液体 有强烈刺激性气味 118℃ 17℃ 易溶于水、乙醇 易挥发 比水小 任务二 羧酸的性质 代表物---乙酸 3.化学性质 （1)弱酸性 一元弱酸 具有酸的通性 CH3COOH CH3COO- +H+ 紫色石蕊溶液变 色 2CH3COOH＋Zn―→ (CH3COO)2Zn＋H2↑ 红 CH3COOH＋NaOH―→ CH3COONa＋H2O 2CH3COOH＋Na2O―→ 2CH3COONa＋H2O 2CH3COOH＋Na2CO3―→ 2CH3COONa＋CO2↑＋H2O ＋指示剂作用 ＋较活泼金属 如Zn： ＋碱性氧化物 如Na2O： ＋碱 如NaOH ＋盐 如Na2CO3 δ- δ+ ① ② 电离出H+，表现酸性 羟基被取代，生成酯 比碳酸酸性强 原理：强酸制弱酸 任务二 羧酸的性质 代表物---乙酸 2.化学性质 弱酸性-探究实验 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。 … … 证明羧酸的弱酸性： 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 … … 探究1：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？ 任务二 羧酸的性质 代表物---乙酸 2.化学性质 弱酸性-探究实验 【探究1】---设计实验证明羧酸具有酸性（甲酸、苯甲酸和乙二酸） 实验内容 实验现象 结论 分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，滴入紫色石蕊溶液 分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，测pH 分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，滴入含有酚酞的NaOH溶液,观察现象 紫色石蕊溶液 变红色 pH大于2 溶液的红色最终褪去 甲酸、苯甲酸和乙二酸都具有弱酸性。 任务二 羧酸的性质 2.化学性质 酸性强弱的比较 探究2：利用如图所示仪器和药品，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。 实验装置: 除去CO2中挥发的乙酸，防止对碳酸酸性大于苯酚的检验产生干扰， ONa ＋CO2＋H2O → ＋NaHCO3 OH ② CH3COOH＋NaHCO3→CH3COONa＋CO2↑＋H2O ① 2CH3COOH＋Na2CO3→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O ③ 实验原理:（强酸制备弱酸） 装置连接顺序:A→D、E→B、C→F、G→H、I→J 实验现象：C中:有气泡产生 D中:溶液变浑浊 酸性:CH3COOH＞H2CO3＞C6H5OH＞HCO3- 课堂练习 某有机物的结构简式如图所示，若等物质的量的该有机物分别与Na、NaOH、NaHCO3恰好反应时，则消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比是 A．4 ∶ 3 ∶ 2 B．6 ∶ 4 ∶ 3 C．1 ∶ 1 ∶ 1 D．3 ∶ 2 ∶ 1 A 有机物类别 羧酸 （乙酸） 酚（苯酚） 醇（乙醇） Na 反应，生成H2 反应，生成H2 反应，生成H2 NaOH 中和反应 中和反应 不反应 Na2CO3 反应，可生成CO2 反应，生成NaHCO3 不反应 NaHCO3 反应，生成CO2 不反应 不反应 有机物羟基上的H原子的活泼性：羧酸＞酚＞水＞醇 检验是否含有羧基：可以用碳酸氢钠溶液 任务二 羧酸的性质 2.化学性质 （2)取代反应(酯化反应) 乙酸乙酯的实验室制法： 实验现象：Na2CO3溶液上层有透明的不溶于水的油状液体，且能闻到香味。 原理： 乙酸乙酯：无色油状液体，难溶于水，易溶于有机溶剂，具有水果香味 乙酸乙酯 任务二 羧酸的性质 2.化学性质 （2)取代反应(酯化反应) 问题：从化学键的角度分析，酯化反应中哪种断键方式是正确的？如何证实？ ① 酸脱羟基，醇脱氢原子 酸脱氢原子，醇脱羟基 + 浓H2SO4 △ + ② + 浓H2SO4 △ + 醇和酸(羧酸和含氧酸)作用生成酯和水的反应叫酯化反应，属于取代反应。 同位素示踪法---18O验证断键位置 任务二 羧酸的性质 2.化学性质 （2)取代反应(酯化反应) 碎瓷片作用： 防暴沸 导管在饱和Na2CO3液面上：防倒吸 长导管作用： 导气兼冷凝 试剂滴加顺序： 乙醇→浓硫酸→乙酸 饱和Na2CO3作用： ①溶解乙醇； ②中和乙酸； ③降低乙酸乙酯的溶解度，利于酯的析出 浓硫酸作用： 催化剂、吸水剂 沸点： 乙酸乙酯（77.1） 乙醇（78.3 ℃ ） 乙酸（118℃） 小心加热的原因： 减少乙酸、乙醇的挥发。 加热的作用： 加快反应速率，蒸出乙酸乙酯，提高乙酸转化率。 分离碳酸钠和乙酸乙酯： 分液 注意事项： 任务二 羧酸的性质 2.化学性质 ②取代反应(酯化反应) 问题：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由于乙酸乙酯的沸点比乙酸、乙醇都低，因此从反应物中不断蒸出乙酸乙酯可提高其产率。 ②使用浓H2SO4作吸水剂，提高反应转化率。 ③使用过量的乙醇，可提高乙酸转化率。 ④冷凝回流，提高产率。 任务二 羧酸的性质 2.化学性质 （2)取代反应(酯化反应) 问题：书写下列酯化反应方程式。 ①HCOOH与乙醇反应： O ＝ H—C—OH + HOC2H5 浓硫酸 Δ O ＝ H—C—O C2H5 ＋H2O ②苯甲酸与甲醇反应： COOH + HOCH3 浓硫酸 Δ ＋H2O COOCH3 补充：酯化反应的类型 1.一元羧酸与一元醇的酯化反应 2.一元羧酸与二元醇(或二元羧酸与一元醇)的酯化反应 二乙酸乙二酯 乙酸乙酯 乙酸 乙醇 乙酸 乙二醇 乙二酸 乙醇 乙二酸二乙酯 2CH3COOH + CH2OH CH2OH CH3COOCH2 CH3COOCH2 + 2H2O + 2CH3CH2OH COOH COOH COOCH2CH3 COOCH2CH3 + 2H2O 补充：酯化反应的类型 3.二元醇与二元羧酸的酯化反应 乙二醇 乙二酸 乙二酸乙二酯 有3种情况 如:乙二酸和乙二醇反应 COOH COOH COOCH2 COOCH2 CH2OH CH2OH + + 2H2O C C CH2 CH2 O O O O + (2n-1) H2O COOH COOH CH2OH CH2OH + n n H−O−CH2−CH2−O−C−C−OH n O O ①生成普通酯(链酯) ②生成环酯 ③生成高聚酯——缩聚反应 补充：酯化反应的类型 4.羟基酸的酯化反应：(含有羧基(—COOH)和羟基(—OH)的有机物) 如2-羟基丙酸(乳酸）： ①两分子间 脱水成链酯： ②两分子间 脱水成环酯： ③单分子内 脱水成环酯： ④生成高聚酯——缩聚反应 5.无机含氧酸和醇的酯化反应 如：硝酸和丙三醇反应 nCH3 CH OH O C OH 催化剂 (n-1)H2O CH3 CH O O C OH H n 1.受—OH的影响，C=O不易断裂，羧基不与H2发生加成反应， 但可以用强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)将羧酸还原为醇。 2.受—COOH影响，α-H的活性增强，能发生α-H取代。 3.羧酸与脱水剂(如五氧化二磷等)共热，2个羧基脱去1分子水形成酸酐。 补充：羧酸的化学性质 还原反应 取代反应 取代反应 + H2O 任务三 几种常见的羧酸 COOH COOH COOH 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 注：① 酸性：HOOC-COOH > HCOOH > C6H5COOH > CH3COOH ② 草酸具有还原性：能酸性KMnO4溶液、溴水褪色 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O 草酸不稳定性：H2C2O4 ═ H2O+CO↑+CO2↑ 加热 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$