第三章第三节《羧酸 酯》.docx

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第三章第三节《羧酸酯》

第三节　羧酸　酯

一．羧　酸

1．羧酸的结构和分类

（1）概念：

分子中由烃基（或氢原子）与羧基直接相连构成的化合物。

（2）官能团：

或—COOH。

（3）通式：

R—COOH（R为烃基或氢原子），饱和一元脂肪酸的分子通式：

CnH2n＋1COOH或CmH2mO2。

（4）分类

①按分子中烃基的结构分

②按分子中羧基的数目分

③按烃基饱和度：

分为饱和羧酸、不饱和羧酸

注意：

a、乙酸、硬脂酸、软脂酸互为同系物，但乙酸与油酸、亚油酸不是同系物。

b、硬脂酸、软脂酸、油酸等一元脂肪酸，由于烃基碳原子数较多，又叫高级脂肪酸；硬脂酸、软脂酸是饱和酸，常为固体，不溶于水；油酸、亚油酸是不饱和酸，常为液体，不溶于水。

这些脂肪酸通常由油脂水解得到。

例1.1.将甲基、羟基、羧基和苯基四种不同原子团,两两结合后形成的化合物的水溶液呈酸性的有机物有（）B

A. 2种B. 3种C. 4种D. 5种

练习1.1.下列各组物质中,既不是同系物,又不是同分异构体的是（    ）A

A.苯甲酸和 B.乙酸和硬脂酸

C.硝基乙烷和氨基乙酸D.和

2．乙酸的性质

（1）物理性质

颜色

状态

气味

溶解性

熔点

无色

液体

有强烈刺激性气味

易溶于水和乙醇

16.6℃，温度低于熔点凝结成冰样晶体，又称冰醋酸

（2）化学性质

①酸性：

CH3COOH⇌CH3COO－＋H＋，乙酸是一种弱酸，比碳酸酸性强，具有酸的通性。

例如：

2CH3COOH＋Na2CO3―→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O。

②酯化反应

如乙酸与乙醇的反应：

制备乙酸乙酯

①原理：

②特点：

a、取代反应；b、通常速率很慢；c、属于可逆反应。

③装置：

如图

a.烧瓶或试管，试管倾斜45°，内加少量碎瓷片；b、长导管作用：

冷凝回流和导气。

④实验步骤：

在一试管中加入3mL乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入2mL浓硫酸和2mL冰醋酸（顺序：

乙醇-浓硫酸-乙酸）。

按如图所示连接好装置。

用酒精灯小心均匀地加热试管3～5min（防止液体剧烈沸腾及乙酸、乙醇大量挥发），产生的蒸气经导管通到饱和碳酸钠溶液的液面上。

⑤实验现象：

碳酸钠饱和溶液的液面上有透明的油状液体产生，并可闻到香味。

　　⑥实验结论：

在有浓硫酸存在和加热的条件下，乙酸与乙醇发生反应，生成无色、透

明，不溶于水，有香味的油状液体。

⑦注意：

I、浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂。

II、收集试管中加入的是饱和Na2CO3溶液，主要作用有两个：

其一使混入乙酸乙酯中的乙酸跟Na2CO3反应而除去，同时还能使混入的乙醇溶解；其二使乙酸乙酯的溶解度减小，易分层析出（简记消耗乙酸、溶解乙醇、降低乙酸乙酯的溶解度）。

不能用NaOH溶液代替Na2CO3溶液，因NaOH溶液碱性太强，会使乙酸乙酯水解。

III、装置中的斜长导管起到了对反应物的冷凝回流作用，同时导管末端切莫插入液体内，以防止液体倒吸。

IV、乙酸乙酯的分离：

由于乙酸乙酯难溶于Na2CO3溶液，且比水的密度小，故用分液漏斗分液，取上层液体。

例2.1.可用图示装置制取少量乙酸乙酯（酒精灯等在图中均已略去）请填空：

（1）试管a中需要加入浓硫酸、冰醋酸和乙醇各2mL，正确的加入顺序入操作是______

（2）为防止a中的液体在实验时发生暴沸，在加热前应采取的措施是______

（3）实验中加热试管a的目的是：

①______②______

（4）试管b中加有饱和Na2CO3溶液，其作用是

。

（5）反应结束后，振荡试管b静置，观察到的现象是______.

（6）提高乙酸乙酯产率的措施有：

。

答

（1）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；

（2）在试管a中加入几粒沸石（或碎瓷片）；

（3）加快反应速率；及时将产物乙酸乙酯蒸出，以利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移动；

（4）吸收随乙酸乙酯蒸出的少量酸性物质和乙醇；降低乙酸乙酯在水中的溶解度，便于分层得到酯，

（5）b中的液体分层，上层是透明的油状液体。

（6）①用浓硫酸吸水，使平衡向正反应方向移动；②加热将酯蒸出；③可适当增加乙醇的量，并有冷凝回流装置。

练习2.1.1-丁醇和乙酸在浓硫酸作用下，通过酯化反应制得乙酸丁酯，反应温度为115～125℃，反应装置如下图。

下列对该实验的描述错误的是（ ）

A.不能用水浴加热B.长玻璃管起冷凝回流作用

C.提纯乙酸丁酯需要经过水、氢氧化钠溶液洗涤

D.加入过量乙酸可以提高1-丁醇的转化率

练习2.2.（2016·高考上海卷）乙酸乙酯广泛用于药物、染料、香料等工业，中学化学实验常用a装置来制备。

完成下列填空：

（1）实验时，通常加入过量的乙醇，原因是______________________________________。

加入数滴浓硫酸即能起催化作用，但实际用量多于此量，原因是_____________________；浓硫酸用量又不能过多，原因是___________________________________________________。

（2）饱和Na2CO3溶液的作用是________、________、________________。

（3）反应结束后，将试管中收集到的产品倒入分液漏斗中，________、________，然后分液。

（4）若用b装置制备乙酸乙酯，其缺点有______________________________、

________________。

由b装置制得的乙酸乙酯粗产品经饱和碳酸钠溶液和饱和食盐水洗涤后，还可能含有的有机杂质是________，分离乙酸乙酯与该杂质的方法是______________。

答案：

1C2

（1）增大反应物浓度，使平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率（合理即可）　浓H2SO4能吸收生成的水，使平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率　浓H2SO4具有强氧化性和脱水性，会使有机物碳化，降低酯的产率

（2）中和乙酸　溶解乙醇　减少乙酸乙酯在水中的溶解（3）振荡　静置（4）原料损失较大　易发生副反应　乙醚　蒸馏

3．羧酸的主要性质

（1）羧酸的物理性质：

沸点比相应的醇的沸点高；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，直至与相对分子质量相近的烷烃的溶解度相近。

（2）羧酸的化学性质

羧酸的化学性质与乙酸相似，主要取决于官能团—COOH。

在羧基的结构中，下面两个部位的键容易断裂：

ⅰ、当O—H键断裂时，具有酸性

ⅱ、当C—O键断裂时，—OH被其他基团取代，能发生酯化反应

①弱酸性

由于—COOH能电离出H＋，使羧酸具有弱酸性。

羧酸具有酸的通性。

具体表现：

能使紫色石蕊试液变红，与活泼金属、碱性氧化物、碱及盐发生反应。

例如：

2RCOOH＋Na2CO3―→2RCOONa＋CO2↑＋H2O。

RCOOH+NH3→RCOONH4

②酯化反应

反应原理：

羧酸与醇发生酯化反应时，一般情况下，羧酸脱去羟基，醇脱去氢原子。

浓硫酸作用：

催化剂和吸水剂。

注意：

可以用同位素示踪法证实酯化反应过程是羧酸分子中羧基中的羟基与醇分子中羟基的氢原子结合成水，其余部分相互结合成酯。

无机含氧酸与醇作用也能生成酯，如C2H5OH+HONO2→C2H5—O—NO2（硝酸乙酯）+H2O

拓展③

-H被取代的反应。

通过羧酸

-H的取代反应，可以合成卤代羧酸，进而制得氨基酸、羟基酸等。

④还原反应。

由于羟基的影响，羧基中的羰基比醛、酮分子中的羰基较难发生加成反应，但在特殊试剂（如LiAlH4）的作用下，可将羧基还原为醇羟基。

RCOOH

RCH2OH

有机化学上可用此反应实现羧酸向醇的转化。

4．羧酸的命名。

（1）选含羧基的最长的碳链作为主链，按主链碳原子数称某酸；

（2）从羧基开始给主链碳原子编号；

（3）在“某酸”名称之前加入取代基的位次号和名称。

如：

5.一元羧酸的同分异构体

（1）饱和一元羧酸（RCOOH）的同分异构体，根据烃基（—R）的种类书写，如C4H9COOH共有4种，因为—C4H9有4种。

（2）复杂一元羧酸，可将—COOH作为取代基，找剩余烃基对应烃的一元取代物，如含有苯环和羧基与

互为同分异构体，即找甲苯的取代物。

6.几种重要的羧酸简介

（1）甲酸（俗称蚁酸）

①甲酸的结构：

H—

②甲酸的结构特性：

具有一个氢原子、具有一个羟基、具有一个羧基、具有一个醛基

③甲酸的性质

有刺激性气味的无色液体，有腐蚀性，能与水、乙醇、乙醚、甘油等互溶。

甲酸分子中既含有羧基又含有醛基（见右图），因而能表现出羧酸和醛两类物质的性质。

a、具有羧酸的性质（酸性、酯化）

b、具有醛的性质（氧化）

甲酸与新制氢氧化铜反应，不加热为酸碱中和反应；加热，发生氧化反应。

HCOOH+2Ag（NH3）2OH（NH4）2CO3＋2Ag↓＋2NH3＋H2O

HCOOH＋2Cu（OH）2CO2↑＋Cu2O↓＋3H2O

甲酸在工业上可用作还原剂，在医疗上可用作消毒剂

④甲酸酯的特性：

甲酸酯具有醛基，因此具备醛的部分性质（氧化）

（2）苯甲酸

苯甲酸又叫安息香酸，结构简式：

C6H5COOH，是组成最简单的芳香酸。

白色针状晶体，微溶于水，易溶于乙醇等。

苯甲酸及其钠盐或钾盐常用作食品防腐剂。

（3）乙二酸

俗称草酸，结构简式HOOC—COOH，无色透明晶体，通常含有2分子结晶水，能溶于水或乙醇，以钠盐或盖盐形式广泛存在于植物中。

草酸钙（CaC2O4）难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。

乙二酸具有酸性和还原性，能使酸性KMnO4溶液褪色，可发生酯化反应。

常见的一元羧酸的酸性强弱顺序为：

（4）高级脂肪酸指的是分子中含碳原子数较多的脂肪酸，它们的酸性很弱，在水中的溶解度不大甚至难溶于水。

硬脂酸（C17H35COOH）、软脂酸（C15H31COOH）、油酸（C17H33COOH）、亚油酸（C17H31COOH）都是常见的高级脂肪酸。

例3.1.（高考）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正确的是（B）

A. 分子中含有2种官能团B. 可与乙醇、乙酸反应，且反应类型相同

C. 1mol分枝酸最多可与3molNaOH发生中和反应

D. 可使溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液褪色，且原理相同

练习3.1.（高考）莽草酸可用于合成药物达菲,其结构简式如图,下列关于莽草酸的说法正确的是（）

A.分子式为C7H6O5B.分子中含有2种官能团

C.可发生加成和取代反应D.在水溶液中羟基和羧基均能电离出氢离子

练习3.2.苹果酸是一种常见的有机酸，其结构简式为：

HOOCCH（OH）CH2COOH，

（1）苹果酸分子所含的官能团的名称是______________：

（2）苹果酸不可能发生的反应有________（选填序号）

①加成反应　②酯化反应　③加聚反应　④氧化反应　⑤消去反应　⑥取代反应

（3）物质A（C4H5O4Br）在一定条件下可发生水解反应，得到苹果酸和溴化氢．由A制取苹果酸的化学方程式是________．

练习3.3.已知

在水溶液中存在平衡：

，当CCH318OOH与

发生酯化反应时，不可能生成的是（　　）

答：

1C2

（1）羧基、羟基　　

（2）①③（3）HCOOCHBrCH2COOH＋H2O→HCOOCH（OH）CH2COOH＋HBr3A

二．酯

1．组成和结构

（1）酯是羧酸分子中羧基上的—OH被—OR'取代后的产物，简写成RCOOR'，R和R'可以相同，也可以不同。

其中R是