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第三章 烃的衍生物
第四节 羧酸 羧酸衍生物
第一课时 羧酸
学习目标
1、认识羧酸的官能团与组成，能对简单羧酸进行分类。能依据羧酸的结构特点预测羧酸的物理性质和化学性质。
2、通过探究羧酸的酸性，熟悉控制变量法的应用，体验科学探究的一般过程。
3、能结合生产、生活实际了解羧酸对环境和健康可能产生的影响，关注羧酸的安全使用。
甲酸(蚁酸)HCOOH
草酸（乙二酸）
COOH
COOH
身边的化学——自然界和日常生活中的有机羧酸
被蚂蚁咬后会出现红肿，蚂蚁分泌一种称为“蚁酸”的物质，会残留在伤口中。需用肥皂水或苏打水清洗，可以缓解疼痛。
菠菜中含有草酸，不仅使菠菜带有一股涩味，还能与食物中的钙相结合，影响人体对钙质的吸收，草酸钙(CaC2O4)难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。
CH3-CH-COOH
OH
乳酸
柠檬酸
苹果酸
这些分子中既含有羧基也含有羟基，又叫羟基酸，它们既具有羟基的性质也具有羧基的性质
(3)分子通式：
1．羧酸的结构及分类
(1)羧酸的概念：羧酸是由烃基(或氢原子)与羧基( )相连而构成的有机化合物。
(2)官能团：羧基 或—COOH
—C—OH
O
‖
一元羧酸可写为R COOH
饱和一元脂肪酸的分子通式为CnH2nO2(n≥1)或CnH2n＋1COOH(n≥0)
一、羧酸：
根据羧基数目
根据烃基
CH3COOH
CH2＝CHCOOH
硬脂酸
软脂酸
油酸
脂肪酸
芳香酸
一元羧酸
二元羧酸
多元羧酸
HOOC－COOH(乙二酸)
低级脂肪酸：
高级脂肪酸
C>10
C17H35COOH
C17H33COOH
C15H31COOH
根据烃基是否饱和
饱和羧酸
不饱和羧酸
CH3COOH
甲酸、乙酸
(苯甲酸)
(丙烯酸)
柠檬酸(羟基酸)
脂环酸
COOH
2.羧酸的分类
(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。
例如：
3.羧酸的系统命名法
CH3-CH-CH2-COOH
CH3
CH3-CH2-CH-CH-COOH
C2H5
CH3
3-甲基丁酸
3-甲基-2-乙基戊酸
课堂练习1：写出戊酸属于羧酸类的同分异构体的结构简式，并命名。
甲酸 乙酸 苯甲酸 乙二酸
俗称
结构简式
物理性质
特性
蚁酸
醋酸
安息香酸
草酸
HCOOH
CH3COOH
无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，与水混溶，也能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，有毒性。
无色、有刺激性气味液体，易挥发，能与水、乙醇等互溶
无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇
无色透明晶体，可溶于水和乙醇
酸性、酯化反应
化学分析中常用的还原剂，能使KMnO4(H+)褪色
酸性、酯化反应
①羧酸的性质：弱酸性和酯化反应。
②醛的性质：如银镜反应、与新制Cu(OH)2反应。
4.常见羧酸的性质
表3-4 几种羧酸的熔点和沸点
名称 结构简式 熔点/℃ 沸点/℃
甲酸 HCOOH 8 101
乙酸 CH3COOH 17 118
丙酸 CH3CH2COOH －21 141
正丁酸 CH3CH2CH2COOH －5 166
十八酸（硬脂酸） CH3(CH2)16COOH 70 383
苯甲酸 122 249
—COOH
【思考】分析表格中的数据，你能得出什么结论？为什么？
5.羧酸的物理性质
(1)溶解性
甲酸、乙酸等分子中碳原子数较少的羧酸能够与水互溶，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。高级脂肪酸是不溶于水的蜡状固体。
(2)熔、沸点
羧酸的熔、沸点随碳原子数的增多而升高，且与相对分子质量相当的其他有机化合物相比，沸点较高，这与羧酸分子间可以形成氢键有关。
①乙酸属于一元弱酸，具有酸的通性，酸性比碳酸强。
与Na：
与NaOH：
与Na2CO3：
与NaHCO3：
②酯化反应：
CH3COOH＋HOC2H5
CH3COOC2H5＋H2O
知识回顾：你知道乙酸有哪些化学性质？写出化学方程式。
δ-
δ+
①
②
电离出H+，表现酸性
乙酸的化学性质主要取决于官能团羧基：
羟基被取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物
CH3COOH + NaHCO3→ CH3COONa +H2O+CO2↑
2CH3COOH+2Na→2CH3COONa+H2↑
CH3COOH+NaOH→CH3COONa+H2O
2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+CO2↑+H2O
羧基是由羰基和羟基相连构成的，基团间的相互影响使得羧酸的化学性质发生了变化，并不是羟基和羰基具有的化学性质的简单加和。
R
H
O
C
O
使氧氢键的极性增强，更易断裂，电离出H+，表现酸性。
碳氧单键易断裂发生取代反应，—OH可以被其他基团取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物。
R
H
O
C
O
使羰基较难发生加成反应，
通过催化加氢的方法很难被还原。
羰基对羟基的影响：
羟基羰对基的影响：
羧酸的酸性
【问题】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？如何通过比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱？
证明羧酸的酸性：
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
… …
6.羧酸的化学性质
【设计与实验】（1）设计实验证明羧酸具有酸性(提供的羧酸有甲酸、苯甲酸和乙二酸)。
实验内容 实验现象 结论
①分别取少量甲酸、苯甲酸、乙二酸于试管中，加水溶解，再分别滴入几滴石蕊溶液、
溶液变红色
甲酸、苯甲酸、乙二酸显酸性
②分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，测pH
pH大于7
③分别取0.01 mol·L-1三种酸的钠盐溶液，测pH
pH大于2
甲酸、苯甲酸、乙二酸都显弱酸性
【讨论】：
(1)甲酸除了具有酸性，还可能有哪些化学性质？
请从分子结构的角度进行分析。
C
O
OH
H
图3-20 甲酸分子的结构
羧酸的性质——酸的通性，酯化反应
醛的性质——银镜反应，与新制Cu(OH)2反应
【应用】：甲酸和乙酸的鉴别方法
利用银氨溶液或新制的氢氧化铜
Na2CO3+Cu2O +4H2O
HCOOH+2Cu(OH)2+2NaOH

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

(2)利用上图所示仪器和药品，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。
注：D、E、F、G分别是双孔橡胶塞上的孔
实验装置
实验现象
实验结论
B中有气泡产生，C中溶液变浑浊
酸性:乙酸>碳酸>苯酚
除去CO2中的乙酸蒸气，防止对碳酸酸性大于苯酚的检验产生干扰
【讨论】(2)以上比较乙酸、碳酸和苯酚酸性强弱的装置中，饱和NaHCO3 溶液的作用是什么？请写出各装置中发生反应的化学方程式。
A中化学方程式：
2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+H2O+CO2↑
B中化学方程式：
CH3COOH+NaHCO3→CH3COONa+H2O+CO2↑
C中化学方程式：
CO2+H2O+C6H5ONa→C6H5OH+NaHCO3
(1)酸性：羧酸是一类弱酸，具有酸类的共同性质。
如与指示剂、H元素前的金属、碱、碱性氧化物、盐等反应。
6.羧酸的化学性质
课堂练习2：书写下列化学方程式：
①HCOOH与NaHCO3反应：
②苯甲酸与NaOH反应：
③乙二酸与NaOH反应：
HCOOH＋NaHCO3=HCOONa＋CO2↑＋H2O
代表物 结构简式 羟基氢的活泼性 酸性 Na NaOH Na2CO3 NaHCO3
乙醇 CH3CH2OH
苯酚 C6H5OH
乙酸 CH3COOH
增强
中性
比碳酸弱
比碳酸强
能
能
能
能
能
不能
不能
能，不产
生CO2
醇、酚、羧酸中羟基的比较
乙酸＞碳酸＞苯酚＞水＞乙醇
能，且产
生CO2
能
不能
不能
常见羧酸酸性强弱顺序：
＞HCOOH＞ ＞CH3COOH
能与NaHCO3反应生成气体是－COOH的检验方法。
小结
COOH
COOH
加物顺序：乙醇→浓硫酸→乙酸
浓硫酸作用催化剂、吸水剂
碎瓷片作用防暴沸
长导管作用冷凝回流
导管末端在饱和Na2CO3溶液上方防倒吸
①溶解乙醇
②中和乙酸
③降低乙酸乙酯的溶解度；利于酯的分层
沸点
乙酸乙酯(77.1)
乙醇(78.3 ℃)
乙酸(118℃)
（2）羧酸的酯化反应：
乙酸乙酯的制备及注意事项
现象：①饱和Na2CO3溶液的液面上有透明的油状液体生成 ②能闻到香味
【思考与讨论】乙酸与乙醇的酯化反应，从形式上掉进 羧基与羟基之间脱去一个水分子。脱水时有以下两种可能的方式，你能设计一个实验方案来证明是哪一种吗？
O
＝
CH3—C —O — H
+ H—O—C2H5
浓硫酸
Δ
O
＝
CH3—C —O —
C2H5
＋H2O
O
＝
CH3—C —O — H
+ H—O—C2H5
浓硫酸
Δ
O
＝
CH3—C —O —
C2H5
＋H2O
放射性同位素示踪法：
O
＝
CH3—C —O — H
+ H—18O—C2H5
浓硫酸
Δ
O
＝
CH3—C —18O —
C2H5
＋H2O
经示踪法证明，酯化反应时，酸脱羟基醇脱氢。
【思考与讨论】 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)乙酸乙酯的沸点比乙酸和乙醇的低，加热从反应物中不断蒸出乙酸乙酯，降低生成物浓度，平衡右移，提高乙酸乙酯产率。
(2)用浓硫酸将生成的水及时吸走，促使平衡右移，提高乙酸乙酯产率。
(3)使用过量的乙醇，也可以使平衡右移，提高乙酸乙酯产率。
课堂练习3：书写下列化学方程式：
①HCOOH与乙醇反应：
O
＝
H—C—OH
+ H—O—C2H5
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
2.一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇生成链状酯:
浓硫酸
二乙酸乙二酯
1.一元羧酸与一元醇(酚)生成链状酯:
乙二酸二乙酯
CH3COOH+C2H5OH CH3COOC2H5+H2O
浓硫酸
酯化反应的类型:
拓展延伸
2CH3COOH +
+ 2H2O
CH2OOCCH3
CH2OOCCH3
CH2OH
CH2OH
浓硫酸
△
+ 2H2O
COOCH2CH3
COOCH2CH3
2CH3CH2OH +
COOH
COOH
浓硫酸
△
(2)分子间形成环状酯:
(3)分子间形成聚酯(高分子):
3.二元羧酸与二元醇
(1)分子间形成链状酯:
环乙二酸乙二酯
六元环
4.羟基酸的酯化:
（1）分子间形成链状酯
（3）分子间形成环状酯
（4）分子间形成聚酯
（2）分子内形成环状酯
CH2CH2 CH2COOH
OH
O
=
O
+ H2O
浓H2SO4
CH2 - OH
CH2 - OH
CH - OH
+ 3HO-NO2
浓硫酸
CH2 - ONO2
CH2 - ONO2
CH - ONO2
+ 3H2O
C2H5OH + HO-NO2
浓H2SO4
C2H5O-NO2 + H2O
硝酸乙酯
5.无机含氧酸与醇的酯化反应（如 H2SO4、HNO3、H3PO4等）
注意：并不是酸和醇的反应均为酯化反应，如乙醇和氢卤酸反应。
浓H2SO４
△
浓H2SO４
△
课堂练习4：写出下列酯化反应的方程式
（4）氨代反应：与NH3反应(加热条件下生成酰胺，羟基被—NH2取代)：
RCOOH＋NH3 RCONH2＋H2O。
△
（3）α H的取代反应
RCH2COOH＋Cl2 RCHCOOH＋HCl
△
催化剂
Cl
|
酰胺
控制反应中卤素的用量，可分别得到一元或多元卤代羧酸，用卤代羧酸可以制氨基酸、羟基酸等。
（5）还原反应：
RCOOH RCH2OH
LiAlH4
注意：羧酸不能通过催化加氢的方法被还原，用强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)能将羧酸还原为醇。
应用：在有机合成中可以用该类反应使羧酸转变为醇。
6.羧酸的化学性质
课堂练习5：下列有关常见羧酸的说法正确的是（ ）
A.甲酸是一种无色有刺激性气味的气体，易溶于水
B.乙酸的沸点低于丙醇，高于乙醇
C.苯甲酸的酸性比碳酸强，可以和碳酸氢钠反应制取CO2
D.乙二酸具有酸性，因此可以使酸性KMnO4溶液褪色
C
课堂练习7：下列说法正确的是( )
A．乙醇和乙酸均含有－OH基团，所以两者溶于水后溶液显酸性
B．乙醇中羟基的氢原子比水中的氢原子活泼
C．30g乙酸与46g乙醇在一定条件下发生酯化反应，一定能生成44g乙酸乙酯
D．在实验室制备乙酸乙酯时，加入浓硫酸既可以加快反应速率又可以使平衡右移
课堂练习6：有机物CH3CH2CH(CH3)CH(CH3)COOH的名称是(　　)
A．2-甲基-3-乙基丁酸 B．2,3-二甲基戊酸
C．3,4-二甲基戊酸 D．3,4-二甲基丁酸
B
D
课堂练习8：苹果酸是一种常见的有机酸,其结构简式为
(1)苹果酸分子中所含官能团的名称是　　　　　　、　　　　　　。
(2)苹果酸不可能发生的反应有　　　　(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)1 mol苹果酸与足量金属钠反应,可产生　　　　 mol H2。
(4)1 mol苹果酸与足量NaHCO3溶液反应,可产生　　　　 mol CO2。
(5)一定条件下,2 mol苹果酸发生反应,生成1 mol含有八元环的化合物和2 mol H2O,写出反应的化学方程式：
羟基　 羧基
①③
1.5
2

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