内容正文:
第2章 官能团与有机化学反应 烃的衍生物
第4节 羧酸 氨基酸和蛋白质
第1课时 羧酸
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第2章 官能团与有机化学反应 烃的衍生物
化学•选择性必修3 有机化学基础(配LK版)
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新知学习探究
01
CONTENTS
03
知能达标训练
02
随堂巩固演练
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羧基
—COOH
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互溶
减小
较高
蚁酸
安息香酸
草酸
HCOOH
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RCOOH+NaHCO3―→RCOONa+CO2↑+H2O
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+HCl
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[素养目标] 1.知道羧酸的概念和分类,了解常见的羧酸。2.了解羧酸的结构特点,理解羧酸的化学性质及其与官能团之间的关系。
知识点一 羧酸概述
1.概念:分子由烃基(或氢原子)和_____相连而构成的有机化合物。
2.官能团:羧基,其结构为_________或_____________。
3.分类
4.物理性质
(1)分子中碳原子数在4以下的羧酸能与水_____,随着碳链的增长,羧酸在水中的溶解度逐渐_____。
(2)由于羧酸分子间可以形成氢键,其熔、沸点_____。
5.常见的羧酸
名称
甲酸
苯甲酸
乙二酸
俗名
_____
__________
_____
结构简式
_____________
_________
__________
色、态、味
无色液体,刺激性气味
白色针状晶体,易升华
无色透明晶体
溶解性
溶于水、有机溶剂
微溶于水、易溶于有机溶剂
溶于水、乙醇
用途
工业还原剂、医疗消毒剂
食品防腐剂
化工原料
6.饱和一元羧酸
(1)结构特点:烷烃基(或氢原子)与羧基相连的有机物。
(2)通式:CnH2n+1COOH或CnH2nO2,与相同碳原子数的饱和一元酯互为同分异构体。
1.苹果醋(ACV)是一种由苹果发酵而成的酸性饮品。其主要成分为苹果酸()。
(1)苹果酸中含有的官能团的名称是__________、 ____________。
(2)苹果酸的分子式是____________。
(3)下列关于苹果酸的叙述正确的是________(填序号)。
①苹果酸属于烃的衍生物 ②苹果酸属于取代羧酸 ③苹果酸的系统命名为2羟基丁二酸 ④苹果酸分子中有一个不对称碳原子 ⑤苹果酸易溶于水,熔点比丁二醇的高
提示:(1)羟基 羧基 (2)C4H6O5 (3)①②③④⑤
2.写出下列酸的名称:
①:________________;
④CH2===CH—COOH:________________;
⑤HOOC—COOH:________________。
提示:①3,4-二甲基戊酸 ②对甲基苯甲酸 ③邻羟基苯甲酸 ④丙烯酸 ⑤乙二酸
羧酸的系统命名法
(1)选主链:选择含有羧基的最长碳链作为主链,按主链碳原子数称为某酸。
(2)编号位:在选取的主链中,从羧基碳原子开始给主链上的碳原子编号。
(3)定名称:在“某酸”名称之前加上取代基的位次号和名称。
1.下列说法正确的是( )
A.只有链烃基与羧基直接相连的化合物才叫羧酸
B.饱和一元脂肪酸的组成符合CnH2n-2O2
C.羧酸是一类酸,在常温下都呈液态
D.羧酸在水中的溶解度随碳原子数增加而减小
解析 苯环直接与—COOH相连的化合物也是羧酸,不是只有链烃基与羧基直接相连的化合物才叫羧酸,A错误;饱和一元脂肪酸的通式应为CnH2nO2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(n≥1)),B错误;羧酸是一类酸,常温下,有的呈液态,有的呈固态,C错误;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迅速减小,D正确。
答案 D
2.分子式为C6H12O2的有机化合物可与NaHCO3反应生成CO2,其分子中有两个“—CH3”、一个“”、两个“—CH2—”,它可能的结构有( )
A.1种
B.2种
C.3种
D.4种
解析 分子式为C6H12O2的有机化合物可与NaHCO3反应生成CO2,说明该有机化合物为饱和一元羧酸,其分子中有两个“—CH3”、一个“”、两个“—CH2—”它可能的结构有
,共4种不同结构,故选D。
答案 D
知识点二 羧酸的化学性质
1.酸性
羧基中羟基受羰基的影响,可以发生电离显酸性,其酸性通常强于碳酸。
与NaHCO3反应:_________________________________________________。
2.羧基的取代反应
(1)与醇(R′OH)的酯化反应:_______________________________________。
(2)与氨生成酰胺:_____________________________________。
RCOOH+R′OHeq \o(,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(△))RCOOR′+H2O
RCOOH+NH3eq \o(――→,\s\up17(△))RCONH2+H2O
3.α-H的取代反应
在催化剂的作用下,与Cl2反应的化学方程式为RCH2COOH+Cl2eq \o(――→,\s\up17(催化剂))
___________________。
4.还原反应
羧酸很难通过催化加氢的方法被还原,用强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)时才能将羧酸还原为相应的醇:RCOOHeq \o(――→,\s\up17(LiAlH4))RCH2OH。
探究一 羟基氢原子活泼性比较
写出分别与Na、NaOH、NaHCO3反应的化学方程式。
提示:+6Na―→+3H2↑
+2NaOH―→+2H2O
+NaHCO3―→+CO2↑+H2O
典型物质中羟基氢活泼性比较
比较项目
物质
醇
水
酚
低级羧酸
羟基上氢原
子活泼性
eq \o(――→,\s\up17(逐渐增强))
在水溶液中
电离程度
极难电离
难电离
微弱电离
部分电离
酸碱性
中性
中性
很弱的酸性
弱酸性
与Na反应
反应放出H2
反应放出H2
反应放出H2
反应放出H2
与NaOH反应
不反应
不反应
反应
反应
与NaHCO3
反应
不反应
水解
不反应
反应放出CO2
与Na2CO3反应
不反应
水解
反应生成NaHCO3
反应放出CO2
由上表可知,常见分子(离子)中羟基氢原子的活泼性顺序为R—COOH>H2CO3>>HCOeq \o\al(-,3)>H2O>R—OH。
探究二 酯化反应
讨论交流并写出下列反应可能的有机产物。
(1)HOOC—COOH+C2H5OH→____________________________________。
(2)CH3COOH+→_______________________________________。
(3)→________________________________________。
提示:(1)HOOC—COOCH2CH3、CH3CH2OOC—COOCH2CH3
(2)CH3COOCH2—CH2OH、CH3COOCH2CH2OOCCH3
(3)HOOC—COOCH2CH2OH、
1.酯化反应原理
2.生成链状酯
(1)一元羧酸与一元醇的酯化反应
RCOOH+HOR′eq \o(,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(△))RCOOR′+H2O。
(2)一元羧酸与二元醇(或二元羧酸与一元醇)的酯化反应
2CH3COOH+HOCH2CH2OHeq \o(,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(△))CH3COOCH2CH2OOCCH3+2H2O,
HOOC—COOH+2CH3CH2OHeq \o(,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(△))CH3CH2OOC—COOCH2CH3+2H2O。
3.生成环状酯
(1)二元羧酸与二元醇的酯化反应
(2)羟基酸分子间发生酯化反应
(3)羟基酸分子内脱水生成酯
HOCH2CH2CH2COOHeq \o(,\s\up17(浓硫酸),\s\do15(△))+H2O。
1.某有机化合物的结构简式为,Na、NaOH、NaHCO3分别与等物质的量的该有机物反应时,消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为( )
A.3∶3∶3
B.3∶2∶1
C.1∶1∶1
D.3∶2∶2
解析 与1 mol该有机物反应时需Na、NaOH、NaHCO3的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol。
答案 B
2.已知 在水溶液中存在下列平衡:
。当与CH3CH2OH发生酯化反应时,不可能生成的是( )
解析 酯化反应的断键方式是羧酸脱羟基、醇脱氢原子生成水,其余部分结合成酯。因此,乙酸与乙醇(C2H5OH)酯化时发生如下反应:
答案 A
3.乙酸分子的结构式为,下列反应及断键位置正确的是( )
(1)乙酸的电离,是①键断裂;
(2)乙酸与乙醇发生酯化反应,是②键断裂;
(3)在红磷存在时,Br2与CH3COOH的反应生成:CH2BrCOOH,是③键断裂;
(4)乙酸变成乙酸酐(),是①②键断裂
A.(1)(2)(3)
B.(1)(3)(4)
C.(2)(3)(4)
D.(1)(2)(3)(4)
解析 (1)乙酸属于一元弱酸,部分电离,其电离方程式为CH3COOHCH3COO-+H+,即①键断裂;(2)酯化反应遵循“酸脱羟基醇脱氢”的规律,故乙酸与乙醇发生酯化反应时②键断裂;(3)由题给化学方程式可知溴原子取代了甲基上的H原子,③键断裂;(4)生成乙酸酐时,也生成H2O,应为一个乙酸分子脱去H原子,另一个乙酸分子脱去—OH,故①②键断裂。综上所述,D项正确。
答案 D
4.A、B、C、D、E是常见的有机物,其相互转化关系如图所示。
(1)写出下列物质的结构简式:
A.__________,B.__________,C.__________,D.__________。
(2)写出B+D→E的化学方程式:_____________________________________
____________________________________________________________________。
解析 由环酯E可推知B为HOCH2-CH2OH,D为HOOC—COOH,乙烯和Br2加成后再碱性水解可得到B。
答案 (1)
HOOC—COOH
(2)+2H2O
1.下列物质中,属于饱和一元羧酸的是( )
A.乙二酸
B.苯甲酸
C.硬脂酸
D.石炭酸
解析 乙二酸分子中含有两个羧基,为二元羧酸,A项错误;苯甲酸中含苯环,属于芳香酸,B项错误;硬脂酸(C17H35COOH)由烷基和一个羧基直接相连构成,属于饱和一元羧酸,C项正确;石炭酸为苯酚,属于酚类,不属于羧酸,D项错误。
答案 C
2.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
解析 与NaHCO3溶液反应产生气体说明该有机物含有—COOH,C5H10O2可写为C4H9—COOH,丁基有4种结构,故符合条件的有机物有4种,C项正确。
答案 C
3.要使有机化合物转化为,可选用的试剂是( )
A.Na
B.NaHCO3
C.NaCl
D.NaOH
解析 酸性强弱顺序为—COOH>H2CO3>>HCOeq \o\al(-,3),所以NaHCO3能与—COOH反应生成—COONa,而不能和酚羟基反应。
答案 B
4.分枝酸可用于生化研究,其结构简式如图。下列关于分枝酸的叙述错误的是( )
A.分子中含有3种含氧官能团
B.可发生取代、加成、消去、加聚等反应
C.该物质的分子式为C10H10O6
D.1 mol分枝酸最多可与3 mol NaOH发生中和反应
解析 A项,该物质中含氧官能团是羧基、醇羟基、醚键三种,正确;B项,该物质中含有碳碳双键、羧基、醇羟基、醚键,能发生取代反应、加成反应、加聚反应、氧化反应、中和反应、消去反应、酯化反应等,正确;C项,根据结构简式可确定分子式为C10H10O6,正确;D项,因为分子中只有2个羧基,所以1 mol分枝酸最多可与2 mol NaOH发生反应,错误。
答案 D
5.已知乳酸的结构简式为。试回答:
(1)乳酸分子中含有________和________两种官能团。
(2)乳酸跟氢氧化钠溶液反应的化学方程式:___________________________
____________________________________________________________________。
(3)乳酸跟足量的金属钠反应的化学方程式:__________________________
____________________________________________________________________。
(4)乳酸跟乙醇发生酯化反应生成酯的结构简式为____________________。
(5)等物质的量的乳酸分别和足量的钠、碳酸氢钠反应生成气体的物质的量之比为________。
解析 (1)根据乳酸的结构简式可知其含有羧基和羟基两种官能团。
(2)乳酸与氢氧化钠反应是结构中的羧基与氢氧化钠反应:CH3CH(OH)COOH+NaOH―→CH3CH(OH)COONa+H2O。
(3)乳酸与钠反应是结构中的羧基、羟基与钠反应:CH3CH(OH)COOH+2Na―→CH3CH(ONa)COONa+H2↑。
(4)乳酸跟乙醇发生酯化反应是结构中的羧基与乙醇结构中的羟基反应:CH3CH(OH)COOH+CH3CH2OHeq \o(――→,\s\up17(浓硫酸))CH3CH(OH)COOCH2CH3+H2O。
(5)1 mol乳酸与钠反应生成1 mol氢气,1 mol乳酸与碳酸氢钠反应生成1 mol二氧化碳,故气体的物质的量之比为1∶1。
答案 (1)羧基 羟基
(2)CH3CH(OH)COOH+NaOH―→CH3CH(OH)COONa+H2O
(3)CH3CH(OH)COOH+2Na―→CH3CH(ONa)COONa+H2↑
(4)CH3CH(OH)COOCH2CH3
(5)1∶1
$