高中化学 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学案 鲁科版选修5.doc

第4节羧酸氨基酸和蛋白质答案：ch3coohch3ch2ohch3cooch2ch3h2o氢化铝锂ch3cooc2h5naohch3coonac2h5oh酸羧基氨基酸氨基酸1羧酸概述(1)羧酸的定义和分类定义：分子由烃基(或氢原子)和羧基相连而组成的化合物称为羧酸。饱和一元羧酸(通式cnh2no2)性质的递变：cnh2no2n值：小大熔沸点逐渐升高水溶性逐渐降低酸性逐渐减弱羧酸的分类(2)常见的羧酸常见的羧酸概述水果中的羧酸：柠檬酸、酒石酸、苹果酸。动物体中的羧酸：甲酸(蚁酸)、乳酸。食品烹调加工所用的羧酸：乙酸(醋酸)。几种常见羧酸的结构与性质甲酸苯甲酸乙二酸结构简式hcoohhooccooh俗名蚁酸安息香酸草酸色、味、态无色、刺激性气味液体无色、无味白色针状晶体无色透明结晶溶解性易溶于水微溶于水，易溶于乙醇、乙醚溶于水，易溶于酒精，微溶于乙醚，不溶于苯和氯仿用途橡胶、医药、染料、皮革工业食品抑菌剂，染色和印色的媒染剂大多数植物中都含有草酸钙，草酸钙不溶于水，是人体肾结石和膀胱结石的主要成分。【例1】 由ch3、oh、c6h5、cooh四种基团两两组合而形成的化合物中，其水溶液能使石蕊溶液变红的物质有()a2种 b3种 c4种 d5种解析：题给四种基团两两组合形成的化合物中，显酸性的有：ch3cooh、c6h5cooh(苯甲酸)、c6h5oh(苯酚)、hocooh(即h2co3)，其中能使石蕊变红的有ch3cooh、c6h5cooh和h2co3，苯酚不能使石蕊溶液变红。答案：b温馨提醒解答本题关键是要明确苯酚酸性极弱，不能使酸碱指示剂变色，另外还要知道hocooh即h2co3，也可以使石蕊变红。2羧酸的化学性质(1)从结构预测羧酸的性质结合上图丙酸的结构式，分析可能发生化学反应的部位并推测可能发生什么类型的反应。分析：co和oh键及羧基邻位的ch键极性较强，因此在化学反应中易断键，羧基碳化合价为3，处于较高价态，应该能被还原。发生化学反应的部位可发生的反应类型号位置与碱、某些盐发生反应号位置与醇发生酯化反应号位置发生 h取代羧基碳发生还原反应(2)羧酸的化学性质羧酸是弱酸，可以跟碱、某些盐反应。如：ch3coohnaohch3coonah2o2ch3coohna2co32ch3coonah2oco2酸性：hclch3coohh2co3酯化反应：乙醇与乙酸的酯化反应实验：实验装置实验现象在饱和的碳酸钠溶液上方有透明的油状液体产生，并可闻到香味实验结论在浓硫酸存在和加热条件下，乙酸和乙醇发生酯化反应，生成了乙酸乙酯实验原理ch3coohch3ch2ohch3cooch2ch3h2o实验说明向试管内添加药品时，应先加乙酸和乙醇，后加浓硫酸；浓硫酸的作用为催化剂和吸水剂；反应体系中加入碎瓷片的作用是防止液体暴沸；实验中加热的目的是为了提高反应速率，并且使生成的乙酸乙酯挥发，有利于收集，同时也提高了乙酸、乙醇的转化率；导气管末端不要伸入饱和碳酸钠溶液中，以防止液体倒吸；饱和碳酸钠溶液的作用：一是吸收未反应的乙酸和乙醇；二是降低乙酸乙酯的溶解度，有利于分层；该反应为可逆反应，发生酯化反应的同时，又有部分酯发生水解实验用途制备乙酸乙酯实验探究：酯化反应中酸和醇的断键位置预测：可能的脱水方式：a酸脱羟基醇脱氢b醇脱羟基酸脱氢设计实验方案：利用同位素示踪法进行研究；用含有同位素示踪原子的c2hoh和ch3cooh进行反应。实验结果：测得乙酸乙酯中含有18o，水分子中不含有18o，说明酯化反应中脱水断键情况为方式a，即酸脱羟基醇脱氢。-h的取代反应：rch2coohcl2hcl还原反应：rcoohrch2oh【例2】 关于乙酸的下列说法不正确的是()a乙酸是一种重要的有机酸，是具有强烈刺激性气味的液体b乙酸分子中含有四个氢原子，所以乙酸是四元酸c无水乙酸又称冰醋酸，它是纯净物d乙酸易溶于水和乙醇解析：ch3cooh分子中虽然有4个氢原子，但是只有羧基上的氢原子可以电离，所以乙酸是一元酸。答案：b饱和一元羧酸cnh2n1coohn值n0,1,2n38n9味、态强烈刺激性气味液体油状液体无气味石蜡状固体水溶性易溶难溶难溶3酯类概述(1)酯的结构酯是羧酸分子中羧基中的oh被or取代后的产物。酯的一般通式为，简写为rcoor。其中r代表任意的烃基或氢原子，r是碳原子数大于或等于1的任意烃基。酯的官能团为酯基。注意：r可以是h原子，r必须是烃基。饱和一元羧酸和饱和一元醇形成的酯的通式为cnh2no2(n2)，它与含有相同碳原子数的饱和一元羧酸互为同分异构体。(2)酯的命名“某酸某酯”根据形成酯的酸和醇来命名为“某酸某酯”。如：ch3cooch2ch3乙酸乙酯hcooch2ch3甲酸乙酯ch3ch2cooch3丙酸甲酯ch3ch2ono2硝酸乙酯(3)酯的物理性质低级酯具有芳香气味，密度一般小于水，难溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。(4)酯的存在和用途存在：酯类广泛存在于自然界中，存在于各种水果和花草中。如：菠萝中含有丁酸乙酯、苹果中含有戊酸戊酯等。用途：生活中的饮料、糖果和糕点等常使用酯类香料。【例3】 下列关于酯的说法中正确的是()a酯是一种有香味的有机物b低级酯可溶于水，高级酯难溶于水c结构最简单的酯和结构最简单的羧酸互为同分异构体d甲醇和乙酸酯化生成的酯叫做“乙酸甲酯”解析：a含碳原子数目较多的高级酯无香味b酯类都难溶于水c结构最简单的酯和羧酸分别为hcooch3和hcoohd酯是利用酸和醇的名称来命名的答案：d4酯的化学性质(1)酯的水解酯的水解是酯化反应的逆反应，在酸或碱的催化作用下，可以加速水解反应的进行，表示如下：实验探究：乙酸乙酯水解的反应条件实验步骤1向3支试管内分别加入1 ml(约20滴)乙酸乙酯2向1号试管内加入5 ml蒸馏水向2号试管内加入0.1 moll1 h2so4 5 ml向3号试管内加入0.1 moll1naoh 5 ml3将3支试管同时放入约70 的水浴里加热约5分钟，观察乙酸乙酯层的厚度并闻各试管里乙酸乙酯的气味实验现象乙酸乙酯层的厚度基本不变，乙酸乙酯气味很浓乙酸乙酯层的厚度减小，略有乙酸乙酯的气味乙酸乙酯层基本消失，无乙酸乙酯的气味实验结论乙酸乙酯未水解大多数乙酸乙酯水解乙酸乙酯全部水解注意事项本实验为对比实验，3支试管中反应物的浓度、温度、时间都应相同，否则没有可比性。乙酸乙酯的沸点为77 ，为了便于控制温度防止乙酸乙酯挥发，要用水浴加热，且温度控制在70 左右。实验所用的无机酸最好是稀硫酸，稀硫酸的作用是催化剂。若用浓硫酸不利于酯的水解，而是利于乙酸和乙醇的酯化反应，也不可使用盐酸或硝酸，因为它们在加热条件下易挥发。以上实验2和3发生反应的方程式分别为：ch3cooch2ch3h2och3coohch3ch2ohch3cooch2ch3naohch3coonach3ch2oh释疑点 酯的酸性水解与碱性水解的异同酯类的水解在酸性条件下是可逆的，在碱性条件下是不可逆的。酯在发生水解反应时断裂的化学键为酯基中的co键，这个键也就是在酸和醇酯化反应时形成的化学键。(2)酯的醇解(酯交换反应)酯与醇在强酸(如无水氯化氢、浓硫酸)或碱的(或醇钠)催化下，可互相作用生成新的酯和新的醇，这种反应称为酯交换反应，该反应是一个可逆反应。【例4】 已知在水溶液中存在下列平衡：，当与ch3ch2oh酯化时，不可能生成的是()abhocdh2o解析：酯化反应的断键方式是羧酸脱羟基醇脱羟基氢生成水，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：a5氨基酸和蛋白质(1)氨基酸氨基酸的简介氨基酸是具有生物功能的大分子蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。氨基酸氨基取代了羧酸分子中烃基上的氢原子形成的取代羧酸，分子中含有nh2和cooh-氨基酸氨基连在-碳上，通式：。天然氨基酸均为-氨基酸氨基酸的性质：溶液的ph不同，氨基酸分子可以发生不同的解离，使氨基酸具有两性：(2)多肽肽键：一个-氨基酸的羧基与另一个-氨基酸的氨基脱去一分子水形成的化学键称为肽键。肽：两个或两个以上氨基酸通过肽键连接形成的聚合物。肽是氨基酸通过肽键相连的化合物，蛋白质不完全水解的产物也是肽。肽按其组成的氨基酸数目为2个、3个等不同而分别称为二肽、三肽等。3个以上氨基酸形成的肽称为多肽。生物体中存在一些具有特殊功能的多肽。(3)蛋白质蛋白质的概念由50个以上的氨基酸形成的肽就称为蛋白质。蛋白质的作用蛋白质是生命的物质基础，生命现象是通过蛋白质来体现的。蛋白质是人体组织细胞的重要组成部分，人体重量的18%由蛋白质构成。蛋白质经常处于自我更新的状态，人体没有储存蛋白质的特殊场所，肌肉是蛋白质的临时调节仓库。蛋白质的性质a蛋白质的盐析；b.蛋白质的变性；c.颜色反应；d.蛋白质的两性；e.溶于水具有胶体的性质；f.可发生水解反应；g.在灼烧分解时，可以产生一种烧焦羽毛的特殊气味(利用这一性质可以鉴别蛋白质)。区分蛋白质的盐析和变性：盐析变性含义在一定条件下，溶液中的蛋白质凝结为固体析出在一定条件下，蛋白质的理化性质和生理功能发生改变的现象变化条件较多量的轻金属盐、铵盐加热，紫外线、x射线照射，重金属盐，强酸，强碱，以及甲醛、苯酚、酒精、苯甲酸等有机物变化特征可逆，蛋白质仍保留有原来的生理活性、溶解性等性质不可逆，蛋白质失去原有的生理活性、溶解性等性质重要应用分离或提纯蛋白质消毒、灭菌、保存动物标本，缓解重金属盐中毒【例51】 在下列物质中：k2so4；hcho；mgso4；hg(no3)2；nh4cl；koh，能使蛋白质变性的是_，能使蛋白质发生盐析的是_。解析：hg(no3)2是重金属盐，koh为强碱，都会使蛋白质变性。k2so4、mgso4是轻金属盐，nh4cl是铵盐，不会使蛋白质变性，但可以降低蛋白质的溶解度，可使蛋白质发生盐析。答案：(4)酶酶的概念：酶是生物体内活细胞产生的一种生物催化剂。酶大多数由蛋白质组成(少数为rna)。它能在机体中十分温和的条件下，高效率地催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢。生物体内细胞新陈代谢包括的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。酶的特性a高效性：酶的催化效率比普通催化剂更高，使得反应速率更快；b专一性：一种酶只能催化一种或一类物质，如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽；c多样性：酶的种类很多，大约有4 000多种；d温和性：是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的(温度不太高，常压)。【例52】 下图为人体在某项生理过程中所发生的化学反应示意图。(1)图中标有字母的物质中_代表酶，其化学本质是_，基本组成单位是_。(2)如果b代表蔗糖，则c和d各代表_。(3)下列关于葡萄糖与蔗糖相比较的说法中错误的是_。a它们的分子式不同，但化学元素组成相同b蔗糖能水解，葡萄糖却不能c它们是同分异构体d葡萄糖是单糖、蔗糖是二糖解析：酶是有催化作用的活性蛋白质，在图中可以看到，a在整个过程中没有发生变化，所以a是生物催化剂酶。蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，所以c、d各代表葡萄糖和果糖。葡萄糖是单糖，蔗糖是二糖，分子式、化学性质都不一样，也不是同分异构体。答案：(1)a蛋白质氨基酸(2)葡萄糖与果糖(3)c6不同类别的有机物命名规则的比较及其应用(1)不同类别的有机物命名规则的比较有机物类别主链的确定碳原子编号烷烃选含碳原子数最多(且该链上的取代基数目也应最多)的碳链为主链，确定为某烷在主链上，应从距离最简单取代基最近的一端为起点编号；若两个相同取代基离两侧主链相同时，以离第三取代基最近的一端编号，依次类推烯烃、炔烃选含有双键或叁键的最长碳链为主链，确定为某烯或某炔以接近不饱和碳原子的一端为起点，对主链碳原子进行编号芳香烃一般以芳香烃为主体以连有取代基的碳原子为起点，对苯环上碳原子进行编号卤代烃或醇以含连有官能团的碳原子的最长碳链为主链，确定为卤某烃或某醇在主链上以接近官能团的一端为起点，对主链碳原子进行编号醛或羧酸以含有官能团的碳原子的碳链为主链，确定为某醛或某酸在主链上以官能团碳原子的一端为起点，对主链碳原子进行编号(2)有机物命名的应用题型根据名称写结构简式这类题目的解题的一般步骤是：首先正确判断该有机物所属种类，然后根据该类物质的命名规则，依次按下列顺序完成，a.写出主链碳原子结构；b.给主链碳原子编号；c.在相应位置添加取代基或官能团；d.补充氢原子。【例6】 根据名称写出下列物质的结构简式：(1)2,4,6三甲基5乙基辛烷(2)4甲基3乙基2己烯(3)1,2,4三甲基苯解析：由名称写结构简式时，一般先判断该有机物所属类别，然后根据各类有机物的命名规则，先写出碳骨架，从左到右进行编号，再在碳骨架上根据名称添上官能团，最后补齐氢原子即可。上述三种物质的(1)和(2)分别是烷烃和烯烃，根据烷烃和烯烃的命名规则，写出它们的碳骨架结构分别为： ，然后再根据碳原子“四价”原则补齐氢原子，即可得出有机物的结构。第(3)项的物质属于芳香烃，根据其命名规则，首先画出苯环结构，并给苯环上的6个碳原子编号，然后在1,2,4号碳原子上加上甲基，即得1,2,4-三甲基苯：答案：(1) 7.羧酸与酯、醇、酚、醛的性质比较要注意根据“结构决定性质”的基本观点，结合羧基、酯基官能团的结构特点研究和掌握化学性质。(1)水溶性水溶性可溶于水难溶于水物质类别碳原子数较少的醇、醛、羧酸、苯酚(65 )苯酚(65 )、酯、碳原子数较多的醇、醛、羧酸(2)羧酸与醇、酚的酸性比较三者分子结构中都有“羟基”，但是羟基所连的原子团不同，因此酸性的强弱顺序为乙酸(碳酸)酚醇，只有乙酸能与碳酸氢钠反应生成二氧化碳气体。(3)羧酸、酯与醛的性质比较三者分子结构中都有“羰基”，但是醛中的羰基与一个氢原子相连，羧酸的羰基与一个羟基相连，酯基的羰基与烃氧基相连，性质也有较大差异：醛能被氧化剂氧化成羧酸，酯和羧酸很难被氧化；醛能与氢气加成生成醇，酯和羧酸不能与氢气加成，只有在强还原剂lialh4作用下才能反应生成醇。(4)羧酸和酯在碱中反应的性质比较羧酸和酯都能在碱性条件下发生反应，羧酸与碱发生的是酸碱中和反应；酯在碱性条件下发生的是比较彻底的水解反应，水解产物一般为羧酸和醇，羧酸能与碱反应生成羧酸盐，因此碱能促进酯的水解使酯的水解反应比较彻底。如果酯是由羧酸和酚酯化生成的，要特别注意消耗的碱量会多一些，因为酚也能与碱反应生成酚钠。如：综上所述：有机物的性质与官能团的结构密切相关，但是官能团附近的原子团也会在很大程度上影响有机物的性质。分析有机化合物的性质时，既要分析有机物的官能团，又要观察官能团附近的原子或原子团对官能团的影响，防止片面化、绝对化、简单化处理问题而出现错误。【例71】 某有机物的结构简式如下图，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()a332b643c111d321解析：分析该有机物的结构，可以发现分子中含有1个醛基、1个醇羟基、1个酚羟基、1个羧基，醇羟基、酚羟基和羧基均能与钠反应生成氢气，所以1 mol该有机物可以与3 mol na反应；能与naoh溶液发生反应的是酚羟基和羧基，所以1 mol该有机物可以与2 mol naoh反应；只有羧基可以与nahco3反应，1 mol羧基可与1 mol nahco3反应；所以等物质的量的该有机物消耗na、naoh、nahco3的物质的量之比是321。答案：d【例72】 维生素c的结构简式为，有关它的叙述错误的是()a是一个环状的酯类化合物b易发生氧化及加成反应c可以溶解于水d在碱性溶液中能稳定地存在解析：分析结构简式可知，维生素c分子中含有4个羟基，一个环状酯基，一个碳碳双键。这是一个环状的酯类化合物，a是正确的；碳碳双键是容易被氧化和加成的，b正确；维生素c分子中羟基的数目较多，容易与水形成氢键，因此可以溶于水，c正确；在碱性条件下，环酯发生水解，因此在碱性溶液中不能稳定存在，d错误。答案：d【例73】 酯类物质广泛存在于水果中。某化学兴趣小组从香蕉中分离出一种酯，然后将分离出的酯水解，得到乙酸和一种化学式为c6h13oh的物质。对于此过程，以下分析不正确的是()ac6h13oh分子中有羟基bc6h13oh可与钠反应c香蕉中的这种酯可表示为ch3cooc6h13d不需要催化剂，这种酯在水中加热即可大量水解解析：酯是酸与醇酯化反应得到的。酯的水解需要无机酸或碱作催化剂。该酯水解后得到乙酸和c6h13oh的物质，c6h13oh必为醇，则分子中有oh，可以与钠反应。答案：d8.氨基酸、肽、蛋白质的转化和性质(1)氨基酸的缩合：一个氨基酸分子中的氨基和另一分子氨基酸中的羧基发生分子间脱水生成肽键。a、b两种不同的氨基酸生成二肽时，可能是a的氨基脱去氢、b的羧基脱去羟基形成肽键；也可能是a的羧基脱去羟基而b的氨基脱去氢形成的肽键；还有可能是两个a分子之间或两个b分子之间形成肽键，因此产物可能不止一种。另外，许多氨基酸分子不仅可以缩聚成二肽、多肽、蛋白质，还能脱水形成环状化合物，如：(2)多肽、蛋白质的水解：是氨基酸缩合的逆反应，断掉cn键，将水分为h和oh两部分，分别加在nh和co上即可。【例81】 现有一种蛋白质水解的中间产物十肽，用a表示，其分子式为c65h86o17n12，a完全水解可以得到以下4种氨基酸：h2nch2cooh(甘氨酸)试通过计算(或推理)确定四种氨基酸的个数。解析：(1)若肽分子中没有谷氨酸，则o原子数比肽数的2倍多1；肽分子中若没有赖氨酸，则n原子数等于肽数。若肽分子中每增加一个谷氨酸就增加两个o原子，每增加一个赖氨酸就增加一个n原子。那么，肽分子中的赖氨酸数目为12102；肽分子中的谷氨酸数目为3；(2)求甘氨酸和苯丙氨酸个数用残基法：c65h86o17n129h2o2c6h14o2n23c5h9o4nc38h49o10n5，c38h49o10n5是5个氨基酸的总式，讨论可知1个甘氨酸、4个苯丙氨酸符合题意。答案：四种氨基酸按题给顺序分别是1、2、3、4个。【例82】 由甘氨酸(h2nch2cooh)和羟基乙酸(hoch2cooh)所组成的混合物发生分子间脱水反应，其中生成物属于两分子脱水的直链产物有()a1种b2种c3种d4种解析：甘氨酸与甘氨酸脱水得1种直链产物；羟基乙酸与羟基乙酸脱水得1种直链产物；甘氨酸与羟基乙酸脱水得2种直链产物；综上可得两分子脱水的直链产物为4种。答案：d9甲酸的性质总结甲酸的分子中既含有羧基，又含有醛基，即，因而甲酸在反应中会表现出羧酸和醛的性质。例如：甲酸的性质实验现象酸性(cooh)1使酸碱指示剂变色2与活泼金属反应放出h23与碱、碱性氧化物、盐反应4与醇发生酯化反应醛的性质(cho)1与h2、hcn、nh3发生加成生成醇2与ag(nh3)2oh、新制cu(oh)2悬浊液发生氧化反应结构的特殊性决定了性质的特殊性，甲酸具有其他羧酸所没有的性质强还原性。能发生银镜反应的有机物除了醛类、葡萄糖外，还有甲酸、甲酸酯类。【例91】 (安徽泗县)甲酸不具备的性质有()a酯化反应b银镜反应c中和反应d水解反应解析：甲酸中既含有羧基又含有醛基，所以甲酸能发生酯化反应、银镜反应、中和反应，不能发生水解反应。答案：d【例92】 某物质中可能有甲醇、甲酸、乙醇、甲酸乙酯几种物质中的一种或几种，在鉴定时有下列现象：有银镜反应；加入新制cu(oh)2悬浊液，沉淀不溶解；与含有酚酞的naoh溶液共热时发现溶液红色逐渐变浅至无色，下列叙述中正确的是()a一定有甲酸乙酯和甲酸b一定有甲酸乙酯和乙醇c一定有甲酸乙酯，可能有甲醇或乙醇d几种物质都一定有解析：现象说明至少含甲酸和甲酸乙酯中的一种；现象说明无甲酸，因甲酸可溶解cu(oh)2；现象说明含甲酸乙酯，这是甲酸乙酯的碱性水解。而甲醇和乙醇的存在与否，对上述现象无影响。答案：c10.油脂和酯的关系(1)酯与油脂的比较酯(以低级酯为例)油脂结构酸(有机酸或无机含氧酸)与醇酯化反应的产物高级脂肪酸甘油酯，是酯中的一类物理性质难溶于水，有花草水果香味难溶于水，无香味化学性质发生水解反应(2)油脂和其他酯在结构上不尽相同，导致油脂和酯在性质和用途上也有区别。天然油脂大多数都是由混甘油酯组成；但混甘油酯不是混合物，如是纯净物；天然的动物油和植物油，都是混合物，无固定的熔、沸点；组成油脂的高级脂肪酸的饱和程度，对油脂的熔点影响很大。植物油(油)为含较多不饱和脂肪酸成分的甘油酯，在常温下为液态；动物油(脂肪)为含较多饱和脂肪酸成分的甘油酯，在常温下一般呈固态。【例101】 关于油脂的叙述中，不正确的是()a天然油脂没有固定的熔点和沸点，所以天然油脂是混合物bc17h33cooh和c17h31cooh与甘油形成的酯属于油脂c油脂和石油都是有机化合物，但不属于同类物质d油都是由不饱和高级脂肪酸甘油酯组成，脂肪都是由饱和高级脂肪酸甘油酯组成的解析：a天然油脂都是混合物，没有固定的熔、沸点正确b两种都是高级脂肪酸，