高中化学 知识导学 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（第1课时）羧酸的概述及其化学性质学案 （答案不全）鲁科版选修5

第4节羧酸氨基酸和蛋白质第1课时羧酸的概述及其化学性质案例探究 醋又称食醋，是一种含醋酸的酸性调味剂。醋有料醋、陈醋、香醋、米醋、酒醋、白醋、果汁醋、蒜汁醋、姜汁醋、保健醋等。因原料和制作方法的不同，成品醋的风味迥异。每100 mL醋中纯醋酸含量为: 普通醋3.5 g以上，优级醋5 g以上。由于醋能改善和调节人体的新陈代谢，作为饮食调料，需求量不断增长。 根据醋的原料和制作方法不同，生产醋主要有以下四类情况: （ 1 ） 中国传统的酿醋原料，长江以南以糯米和大米 （ 粳米 ） 为主，长江以北以高粱和小米为主。现多以碎米、玉米、甘薯、甘薯干、马铃薯、马铃薯干等代用。原料先经蒸煮、糊化、液化及糖化，使淀粉转化为糖，再用酵母使其发酵生成乙醇，然后再在醋酸菌的作用下发酵，将乙醇氧化为乙酸。（ 2 ） 以含糖质原料酿醋，可使用葡萄糖、苹果、梨、桃、枣、番茄等酿成各种果汁醋，也可用蜂蜜及糖蜜为原料酿醋。它们都需经乙醇发酵和醋酸发酵两个生产阶段。（ 3 ） 以乙醇为原料，加醋酸菌只经醋酸发酵一个生化阶段。例如以低度白酒或食用酒精加水冲淡为原料，应用速酿法制醋，只需13天就得食醋。（ 4 ） 以食用冰醋酸加水配成白醋，再加调味料、香料、色料等物，使之成为具有接近于酿造醋风味的食用醋。 思考: 1. 你能写出醋酸的结构简式吗，你知道它有哪些化学性质吗？ 2. 食醋有哪些主要用途？自学导引 1. 羧酸概述（ 1 ） 定义 由烃基（ 或氢原子 ） 和羧基相连组成的有机化合物叫做羧酸，羧基 （ COOH ） 是羧酸的官能团。（ 2 ） 羧酸的分类 羧基与脂肪烃基相连的羧酸称为 _ ，如乙酸、硬脂酸等；羧基直接连在苯环上的酸为 _ ，如。 （ 3 ） 羧酸的物理性质 分子中碳原子数目为 _ 的羧酸与水互溶；随着分子中碳链的增长，羧酸在水中的溶解度 _ 。 由于羧酸分子间可以形成 _ ，因此它的熔沸点比相应的醇要 _ 。（ 4 ） 几种常见的羧酸 甲酸 甲酸是最简单的羧酸，结构简式是 _ ，也称 _ 。甲酸是具有 _ 气味的 _ 液体，有腐蚀性，能与 _ 、 _ 、 _ 、 _ 等互溶。甲酸分子中含有两种官能团，即 _ 和 _ ，因此既具有酸的性质，又具有醛的性质。 苯甲酸 俗名 _ ，是最简单的 _ 。苯甲酸是 _ 晶体，易 _ ，_ 于水，易溶于 _ ，酸性比乙酸 _ 。苯甲酸及其钠盐或钾盐常被用作 _ 。 乙二酸 俗称 _ ，是最简单的 _ 元羧酸，结构简式为 _ 。乙二酸是 _ 晶体，分子中通常含有 _ 分子结晶水，能溶于水或乙醇。其中草酸钙 _ 于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要化学成分。 2. 羧酸的化学性质 羧基由 _ 和 _ 组成，由于官能团之间的相互影响，使得羧酸的化学性质 _ 羟基和羰基具有的性质的简单加和。与醇羟基相比，羧基中羟基上的氢原子 _ 以离子形式电离出来，所以羧酸有酸性。与醛、酮的羰基相比，羧基中的羰基 _ 发生加成反应。羧酸 _ 通过催化加氢的方法被还原，用 _ 为还原剂时才可以将羧酸还原为相应的 _ 。（ 1 ） 酸性 2RCOOH + 2Na _ 2RCOOH + Na2CO3 _ _酸酐（ 3 ） H被取代的反应 RCH2COOH + Cl2 _ + _ 还原反应 RCOOH RCH2OH答案1. （ 2 ） 脂肪酸芳香酸（ 3 ） 小于4逐渐减小氢键高（ 4 ） HCOOH蚁酸刺激性无色水乙醇乙醚甘油羧基醛基 安息香酸二元羧酸白色针状升华微溶乙醇、乙酸略强食品防腐剂 草酸二HOOCCOOH无色透明两个难2. 羰基羟基并不是更易不易很难 LiAlH4 醇（ 1 ） 2RCOONa + H2 疑难剖析 一、乙酸乙酯的制取 1. 化学原理酯化反应 浓硫酸起催化吸水作用 2. 装置: （ 液液反应 ） 用烧瓶或试管（ 试管倾斜成45，便于受热 ） ，弯导管起冷凝回流作用，导气管不能插入Na2CO3溶液中（ 防止Na2CO3溶液倒吸 ） 。 3. 饱和Na2CO3溶液的作用（ 1 ） 乙酸乙酯在饱和Na2CO3溶液中的溶解度较小，利于分层。（ 2 ） 挥发出的乙酸与Na2CO3反应，除掉乙酸；挥发出的乙醇被Na2CO3溶液吸收。 【例1】 如图所示，在试管甲中先加入2 mL 95%的乙醇，并在摇动下缓缓加入2 mL浓硫酸，充分摇匀，冷却后再加入2 g无水乙酸钠，用玻璃棒充分搅拌后将试管固定在铁架台上。在试管乙中加入5 mL 饱和碳酸钠溶液。按图连接装置，用酒精灯对试管甲加热，当观察到试管乙中有明显现象时停止实验。试回答: （ 1 ） 试管乙中观察到的现象是 _ 。（ 2 ） 加入浓硫酸的目的是 _ 。（ 3 ） 该实验使用球形管除起冷凝作用外，另一重要作用是 _ 。（ 4 ） 试管乙中饱和碳酸钠溶液的作用是 _ 。 思路分析: 命题者在乙酸乙酯制备实验基础上作了如下改进: 首先，改变了选用的试剂，用乙酸钠代替了冰醋酸；其次，改变了部分实验装置，增用了一个球形干燥管。这样一来，题目就有了一定的新意和难度。解题时，应考虑到乙酸钠可与浓硫酸反应生成乙酸，故反应的实质还是乙酸与乙醇的酯化。干燥管可以起到防止倒吸的作用。 答案: （ 1 ） 液体分层（ 2 ） 与乙酸钠反应制得乙酸和作酯化反应的催化剂与吸水剂（ 3 ） 防止倒吸（ 4 ） 吸收乙醇和乙酸，并降低酯的溶解性 思维启示: 酯化反应是中学重点有机实验之一，其中涉及许多关键性问题，如浓硫酸怎样加入、浓硫酸与乙醇的量的关系怎样、浓硫酸有何作用等等，希望在以后的学习中加以归纳总结。 二、酯化反应的基本类型 1. 生成链状酯（ 1 ） 一元羧酸与一元醇的反应（ 2 ） 一元羧酸与二元醇或二元羧酸与一元醇的反应（ 3 ） 无机含氧酸与醇形成无机酸酯（ 4 ） 高级脂肪酸和甘油形成油脂 2. 生成环状酯（ 1 ） 多元醇与多元羧酸进行分子间脱水形成环酯（ 2 ） 羟基酸分子间形成环酯（ 3 ） 羟基酸分子内脱水成环酯 3. 生成高分子酯（ 也为缩聚反应 ） 二元羧酸与二元醇缩聚成聚酯: 【例2】 化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖代谢的中间体，可由马铃薯、玉米淀粉等发酵制得，A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某种催化剂的存在下进行氧化，其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸存在下，A可发生如下图所示的反应: 试写出: 化合物的结构简式: ，_ _ ，D _ 。 化学方程式: : _ ，AF: _ 。 反应类型: A: _ ，: _ 。 思路分析: A在浓硫酸作用下脱水可生成不饱和的化合物E，说明A分子中含有OH；A也能脱水形成六原子环状化合物F，说明分子中还 消去 （ 或脱水 ） 酯化 （ 或分子间脱水 ） 思维启示: 有机物中含OH和COOH时，可以酯化形成链酯、环酯、聚酯。 有机物中若含有多个OH，则可以发生取代反应，生成链状醚、环状醚、聚醚。 三、酯化反应的原理 1. 由乙酸与乙醇的酯化反应可知，乙酸乙酯的水解反应是可逆反应，反应在一定条件下达到化学平衡状态。 2. 无机酸、碱都是乙酸乙酯水解反应的催化剂。在无机酸催化下，乙酸乙酯的水解反应仍为可逆反应。 CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH 当用碱作乙酸乙酯水解反应的催化剂时，碱与水解生成的乙酸发生中和反应，抑制了酯化反应，可使水解反应趋于完全。 CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH 3. 若无催化剂存在，乙酸乙酯水解反应的速率极低。在选择乙酸乙酯水解反应的催化剂时，要根据水解反应的目的 （ 水解得酸或碱 ） 而定。 4. 在水解反应中，乙酸乙酯分子里断裂的化学键是 中的CO键，在酯化反应中，乙酸乙酯分子里新形成的化学键也是 中的CO键。对此可简记为“成、断键在同位”。 【例3】 以CH2CH2和H2 18O为原料，自选必要的其他无机试剂合成 。用化学方程式表示实现上述合成最理想的反应步骤。 思路分析: 解本题的关键是能够正确地把握和应用同位素示踪原子揭示酯化反应的规律: 酸脱羟基，醇脱氢。根据这一规律，题中酯的合成用的是乙酸和结构简式为C2H5 18OH的乙醇。因此可用 CH2CH2 和O2制乙酸，而用 CH2CH2和H2 18O制C2H5 18OH，再进一步合成CH3CO 18OC2H5。 答案: 2CH2CH2 +O2 2CH3CHO 2CH3CHO + O2 2CH3COOH CH2CH2 + H2 18O C2H5 18OH CH3COOH + C2H5 18OH 拓展迁移 拓展点1: 三种羟基的性质比较反应试剂类 别NaNaOH溶液Na2CO3溶液NaHCO3溶液醇羟基酚羟基羧羟基 注“”代表反应，“”代表不反应。 拓展点2: 羧酸的结构特点及反应规律 羧酸的结构可表示为 ，官能团羧基（ ） 由羰基和羟基结合而成。（ 1 ） 在羧基中原来极性较强的OH键，受羰基影响，键的极性更加增强，羟基可发生电离，羧酸显示了弱酸性。 （ 2 ） 羧基上的CO键受羰基影响，键的极性增大，此键易于打开，因此和醇发生酯化反应时，按如下方式脱水: 注意:（ 1 ） 羧酸是比H2CO3酸性强的酸，但不同的羧酸酸性也不相同。 酸性关系: 甲酸苯甲酸乙酸丙酸。（ 2 ） 羧酸的羧基中有羰基，此羰基不能发生一般的加成反应。（ 3 ） 羧酸在空气或氧气中能燃烧。（ 4 ） 甲酸的性质 由于甲酸（ ） 分子组成的特殊性，即甲酸分子里没有烃基，但有醛基，如下图所