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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
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，体验科学探究的一般过程。
羧酸的结构特点和主要化学性质。
羧酸酸性强弱的比较及酯化反应中有机化合物的断键规律。
一、羧酸的定义及分类
试从结构分析，类比醇等有机物，归纳羧酸的定义及分类。
O
CH3—C—O—H
=
O
H—C—O—H
=
CH2COOH
HO—C—COOH
CH2COOH
_
_
COOH
—
=
=
⑴定义：分子由烃基(或氢原子)与羧基相连构成的有机化合物称为羧酸
甲酸(蚁酸)
乙酸（醋酸）
乙二酸
（草酸）
苯甲酸
（安息香酸）
柠檬酸
官能团：羧基
或
—COOH
—C—O—H
O
=
饱和一元羧酸通式：CnH2n＋1COOH
(2) 分类
烃基不同
脂肪酸
芳香酸
CH3COOH
CH2＝CHCOOH
羧基数目
一元羧酸
二元羧酸
多元羧酸
HO—C—COOH
CH2—COOH
CH2—COOH
羧酸
低级脂肪酸
高级脂肪酸
硬脂酸——C17H35COOH
软脂酸——C15H31COOH
油酸——C17H33COOH
HCOOH、CH2＝CHCOOH等
一、羧酸的定义及分类
COOH
—
COOH
COOH
名称 甲酸(蚁酸) 苯甲酸(安息香酸) 乙二酸(草酸)
结构 简式
物理 性质 无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶 无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇 无色晶体，通常含有两分子结晶水，可溶于水和乙醇
用途 工业上可用作还原剂，也是合成医药、农药和染料等的原料 用于合成香料、药物等，它的钠盐是常用的食品防腐剂 化学分析中常用的还原剂，也是重要的化工原料
HCOOH
(3)列举生活中常见的羧酸和羧酸盐及其用途
二、羧酸物理性质
根据表中数据，归纳一元羧酸的物理性质递变规律，从分子结构角度分析可能的原因。
名称 结构简式 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解度g·(100gH2O)-1
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 不溶
苯甲酸 —COOH 122 249 0.34
沸 点：随着分子中碳原子数的增加，沸点逐渐升高。
溶解度：分子中碳原子数目小于4的羧酸与水互溶；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。
分子间作用力
二、羧酸物理性质
相对分子质量相当的不同有机物的沸点数据
名称 甲酸 乙醛 乙醇 乙酸 丙醛 正丙醇 丙酸 丁醛 正丁醇
结构简式 HCOOH CH3CHO CH3CH2OH CH3COOH CH3CH2CHO CH3CH2CH2OH CH3CH2COOH CH3(CH2)2CHO CH3(CH2)2CH2OH
相对分子质量 46 44 46 60 58 60 74 72 74
沸点/℃ 101 21 78.4 118 49 97.2 141 76 117.8
注：以上数据来自《有机化学基础》(作者：邢其毅)。
与相对分子质量相当的其他有机物的沸点相比：
二、羧酸物理性质
这与分子间可以形成氢键有关。
R
H
O
C
O
R
H
O
C
O
…
氢键
R
H
O
C
O
R
H
O
C
O
…
氢键
羧酸的沸点较高
由于羧酸分子形成氢键的机会比相对分子质量相近的醇的多，羧酸的沸点
比相应的醇的高。
三、羧酸化学性质
如果研究羧酸的化学性质，我们需要采取什么样的程序性方法？
分析结构
预测性质
验证性质
确定性质
预测
断键部位
反应类型
反应试剂
反应产物
验证
寻找证据
官能团
基团间的相互影响
是否含不饱和键
键的极性
分析
三、羧酸化学性质
羧酸的化学性质主要取决于羧基官能团。写出乙酸的结构式，分析化学键的极性，指出容易断键的位置。回忆乙酸的具体反应，想一想可能会发生什么类型的反应？
分析角度 可能断键部位 预测反应类型
—C—C—O—H
O
H
H
H
加成反应
取代反应
羰基对羟基的影响，使C-O或O-H的极性变强；
基团间的相互影响
官能团
键的极性
键的饱和性
C=O
C-O
O-H
C-H
解离出H+,酸性
羧基对甲基的影响，可能使α-H较活泼，
易被取代。（后续学习）
羟基对羰基的影响，使C=O较难发生加成反应；（后续学习）
三、羧酸化学性质
乙酸的什么性质能够证明O-H断裂呢？
---寻找证据
—C—C—O—H
O
H
H
H
—C—C—O-
O
H
H
H
+H+
1、羧酸的酸性
O-H断裂，电离出H+
羧基中羟基受羰基的影响，其中的氢原子更容易以离子形式部分电离出来，所以羧酸具有酸性。
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？
三、羧酸化学性质
---实验探究
1、羧酸的酸性
【实验目的】羧酸的酸性
【实验用品】
相同浓度的甲酸溶液、 苯甲酸溶液、乙二酸溶液。
试管、紫色石蕊试剂、酚酞、pH试纸、铝片、10%NaOH溶液、10%NaHCO3溶液、CaO等。
请设计实验方案，并完成探究实验。
三、羧酸化学性质
---实验探究
1、羧酸的酸性
实验对象 甲酸 苯甲酸 乙二酸
实验 操作 ① 分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，滴入紫色石蕊溶液
② 分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，测pH
··· ···
现象 ①紫色石蕊溶液变红色 ②试纸变红 ···
结论 甲酸、苯甲酸和乙二酸具有弱酸性
三、羧酸化学性质
---实验探究
1、羧酸的酸性
【实验目的】羧酸的酸性
【实验用品】
相同浓度的甲酸溶液、 苯甲酸溶液、乙二酸溶液。
试管、紫色石蕊试剂、酚酞、pH试纸、铝片、10%NaOH溶液、10%NaHCO3溶液、CaO等。
请设计实验方案，并完成探究实验。
思考：1.如何证明甲酸、苯甲酸是一元酸，乙二酸是二元酸
酸碱中和定量关系
2.甲酸除了具有酸性，还可能具有什么化学性质？请从分子结构分析。
羧基
醛基
H—C—O—H
O
=
氧化反应
酸性，酯化反应
思考与讨论：利用下图所示仪器和药品，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。请写出各装置中发生反应的化学方程式。
CH3COOH
A
B
C
Na2CO3
饱和NaHCO3溶液
苯酚钠溶液
D
E
F
G
H
J
注：D、E、F、G分别是双孔橡胶塞上的孔
I
三、羧酸化学性质
---实验探究
1、羧酸的酸性
乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱
【实验目的】
三、羧酸化学性质
---实验探究
1、羧酸的酸性
乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱
【实验目的】
思考：
1.产生的CO2是纯净物吗？
2.试管内溶液变浑浊一定是CO2的作用吗？
2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+H2O+CO2↑
CO2+H2O+C6H5ONa→C6H5OH+NaHCO3
有气泡生成
溶液变浑浊
各装置发生的反应为：
根据强酸制弱酸的原理
除CO2中的乙酸
接口的顺序：A→D→E→B→C→F→G→H→I→J
CH3COOH+NaHCO3→CH3COONa+H2O+CO2↑
结论：酸性：乙酸 > 碳酸 > 苯酚
三、羧酸化学性质
---实验探究
1、羧酸的酸性
乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱
【实验目的】
2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+H2O+CO2↑
CO2+H2O+C6H5ONa→C6H5OH+NaHCO3
各装置发生的反应为：
思考：除了定性的比较羧酸的酸性，如何定量
比较羧酸的酸性？
测定相同c的羧酸pH
电离平衡常数Ka
三、羧酸化学性质
乙酸的什么性质能够证明C-O断裂呢？
---寻找证据
2、羧酸的酯化反应
乙酸与乙醇的酯化反应方程式：
根据提供的乙酸、乙醇的球棍模型，采用拼插法，推测分析酯化反应时，化学键断裂方式的可能性有几种？
三、羧酸化学性质
乙酸的什么性质能够证明C-O断裂呢？
---实验验证
2、羧酸的酯化反应
乙酸与乙醇的酯化反应方程式：
同位素示踪法
科学家在乙酸乙酯中检测到放射性同位素18O,证明断键方式①正确，酯化
反应的机理是：
酸脱-OH，醇脱-H
三、羧酸化学性质
2、羧酸的酯化反应
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浓度：
【思维建模】
（1）明确研究对象
（2）明确影响产率的因素
②温度：
控制温度在60~70℃，既有利于反应正向进行，又能减少反应物
的挥发。温度过高，反应速率增大，但易使有机物发生炭化。
增加乙醇的用量（乙醇的沸点比乙酸低，更容易挥发而损失），
提高乙酸的转化率进而提高产率。
加入适量浓硫酸，吸收反应生成的水，使平衡正向移动；
四、完善“醇、醛、酸、酯”的相互转化模型
思考：酒越陈越香的原因？
醇
醛
酯
羧酸
氧化（O2）
氧化
还原(H2）
（O2、酸性KMnO4溶液、溴水、
新制Cu(OH)2、Ag(NH3)2OH ）
酯化反应
乙醇
乙醛
乙酸
乙酸乙酯
酸性
O
—C—O—R
=
O
—C—O—H
=
O
—C—H
=
R—O—H
O
—C—O-
=
五、课堂练习
活泼性不同，请回答以下问题：
能与金属Na发生反应的物质有 ；
能与NaOH发生反应的物质有 ；
能与NaHCO3发生反应的物质有 ；
能与Na2CO3发生反应的物质有 。
、CH3CH2OH
、CH3COOH
—OH
均含有羟基，但羟基中氢原子的
、CH3CH2OH
、CH3COOH
—OH
、CH3COOH
—OH
CH3COOH
、CH3COOH
—OH
五、课堂练习
牛奶放置时间长了会变酸，这是因为牛奶中含有不少乳糖，在微生物的作用
下乳糖分解而变成乳酸。乳酸的结构简式如下，请回答下列问题。
1. 乳酸在浓H2SO4加热条件下，分别能与乙醇、乙酸发生化学反应，
请写出相应反应的化学方程式 。
2.写出两分子乳酸发生酯化反应脱去一分子水形成链状酯的结构简式
3.写出两分子乳酸发生酯化反应脱去两分子水生成环状酯的结构简式
五、课堂练习
牛奶放置时间长了会变酸，这是因为牛奶中含有不少乳糖，在微生物的作用
下乳糖分解而变成乳酸。乳酸的结构简式如下，请回答下列问题。
1. 乳酸在浓H2SO4加热条件下，分别能与乙醇、乙酸发生化学反应，
请写出相应反应的化学方程式 。
HO CH
CH3
COOH
+ C2H5OH
+ H2O
△
浓硫酸
HO CH
CH3
COOC2H5
五、课堂练习
牛奶放置时间长了会变酸，这是因为牛奶中含有不少乳糖，在微生物的作用
下乳糖分解而变成乳酸。乳酸的结构简式如下，请回答下列问题。
1. 乳酸在浓H2SO4加热条件下，分别能与乙醇、乙酸发生化学反应，
请写出相应反应的化学方程式 。
HO CH
CH3
COOH
CH3COOH +
+ H2O
△
浓硫酸
CH3COO
CH
CH3
COOH
五、课堂练习
牛奶放置时间长了会变酸，这是因为牛奶中含有不少乳糖，在微生物的作用
下乳糖分解而变成乳酸。乳酸的结构简式如下，请回答下列问题。
2.写出两分子乳酸发生酯化反应脱去一分子水形成链状酯的结构简式
HO CH
CH3
COOH
+
HO CH
CH3
COOH
HO CH
CH3
C O
CH
CH3
COOH
+
H2O
O
△
浓硫酸
五、课堂练习
牛奶放置时间长了会变酸，这是因为牛奶中含有不少乳糖，在微生物的作用
下乳糖分解而变成乳酸。乳酸的结构简式如下，请回答下列问题。
3.写出两分子乳酸发生酯化反应脱去两分子水生成环状酯的结构简式
三、羧酸化学性质
工业上以丙酸为原料，采用氯化氨化法合成丙氨酸
在105℃和3%赤磷催化剂存在下，通入液氯进行氯化，生成2-氯丙酸，然后进入氨水溶液中，以乌洛托品为催化剂，在60℃温度下进行氨化，即生成丙氨酸。
3、羧酸的α-H取代反应(P95 17题）
CH3-CH2-COOH+Cl2 CH3-CH-COOH+HCl
催化剂
|
Cl
α
三、羧酸化学性质
羟基对羰基的影响，使羧基中的羰基较难发生加成反应，只有在特定条件或催化剂作用下，反应才能进行。羧酸很难通过催化加氢的方法被还原，用较强还原剂氢化铝锂能将羧酸还原为相应的醇。
4、羧酸的还原反应
R-C-O-H R-CH2OH
O
=
LiAlH4

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