高中化学选择性必修3 羧酸、氨基酸与蛋白质知识清单

高中化学选择性必修3羧酸、氨基酸与蛋白质知识清单一、羧酸：结构、性质与反应机理（一）羧酸的概述与分类【基础】1、概念与通式：羧酸是由烃基（或氢原子）与羧基（COOH）直接相连而构成的有机化合物。饱和一元羧酸的通式为CnH2nO2或CnH2n+1COOH。2、分类：（1）按烃基种类：脂肪酸（如乙酸、硬脂酸）、芳香酸（如苯甲酸）。（2）按羧基数目：一元羧酸（如甲酸）、二元羧酸（如乙二酸）、多元羧酸。3、常见的羧酸【重要】：（1）甲酸（HCOOH）：俗称蚁酸，既具有羧基的性质又具有醛基的性质，是最简单的羧酸，也是醛基的还原性在羧酸中的体现。（2）乙酸（CH3COOH）：食醋的主要成分，是典型的一元弱酸。（3）乙二酸（HOOCCOOH）：俗称草酸，通常含有两分子结晶水（H2C2O4·2H2O），是最简单的二元羧酸，具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色。（4）苯甲酸（C6H5COOH）：俗称安息香酸，是最简单的芳香酸，其钠盐常用作食品防腐剂。（二）羧酸的物理性质规律1、水溶性：低级脂肪酸（C1~C4）能与水互溶，随着分子中碳原子数的增加，烃基增大，羧基对水溶解度的影响减弱，因此高级脂肪酸不溶于水。2、沸点：羧酸的沸点比相对分子质量相近的醇的沸点高。主要原因是羧酸分子间能以氢键形成二聚体，甚至通过更强的范德华力缔合。（三）羧酸的化学性质——基于官能团和键的极性分析【核心】羧基是由羰基和羟基组成的，但由于pπ共轭效应，其性质并非二者的简单加和。主要发生以下几个部位的断键反应：1、酸性（OH键断裂）【高频考点】：羧酸具有弱酸性，其pKa大约在4~5之间，比碳酸（pKa1=6.38）的酸性强。因此，羧酸能与活泼金属、碱、碱性氧化物以及某些盐（如碳酸盐、碳酸氢盐）反应。（1）酸性强弱的证明：乙酸能与碳酸氢钠溶液反应生成CO2气体，而苯酚不能，证明乙酸的酸性强于碳酸。（2）重要反应：RCOOH+NaHCO3→RCOONa+CO2↑+H2O（这是鉴别羧基与酚羟基的常用反应，酚羟基不与NaHCO3反应。）2、羟基被取代反应（CO键断裂）【重中之重】：（1）酯化反应：羧酸与醇在浓硫酸催化下生成酯和水的反应。反应机理为“酸脱羟基，醇脱氢”。机理要点：羧酸提供羟基，醇提供羟基上的氢原子，结合生成水。若用含18O的醇（R18OH）与羧酸反应，则18O会出现在酯中（RCO18OR‘），而生成的水为H2O，以此验证了酯化反应的脱水机理。（2）其他取代：羧酸可与PCl3、PCl5、SOCl2等反应生成酰卤；与氨（或胺）反应生成酰胺；两个羧酸分子间脱水生成酸酐。3、αH的取代反应（CH键断裂）：受羧基吸电子效应的影响，与羧基直接相连的碳原子（αC）上的氢原子具有一定的活性，可被卤素（如Cl2、Br2）在红磷或光照等条件下逐步取代，生成α卤代酸。这是引入其他官能团（如OH、NH2）合成羟基酸或氨基酸的重要方法。4、还原反应（C=O加成）：羧基中的羰基由于与羟基的pπ共轭，比醛、酮中的羰基稳定，不易被常见还原剂（如H2/Ni）还原。但使用强还原剂如氢化铝锂（LiAlH4）或在特定催化剂高温高压下，可将羧酸还原为相应的伯醇。5、特殊羧酸——甲酸的特性【难点、易错点】：甲酸（HCOOH）的结构特殊，可以看作是既有羧基又有醛基。因此，它除了具有酸性外，还具有还原性：能发生银镜反应、能与新制Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀（Cu2O）、能使酸性KMnO4溶液褪色。二、酯：结构与水解规律（一）酯的结构酯是羧酸分子中羧基上的羟基被OR’取代后的产物，官能团为酯基（），结构简式为RCOOR‘。（二）酯的化学性质——水解反应【高频考点】酯的水解反应是酯化反应的逆反应，在酸性或碱性条件下均可进行。1、酸性水解：RCOOR’+H2ORCOOH+R‘OH（可逆，反应不完全）2、碱性水解（皂化反应）：RCOOR’+NaOH→RCOONa+R‘OH（不可逆，碱中和了生成的羧酸，使平衡完全右移。油脂在碱性条件下的水解反应特称为皂化反应，用于制取肥皂。）3、酯水解时的断键部位：酯水解时，断裂的是酰氧键（即CO键），加成的羟基来自水。这与酯化反应时“酸脱羟基”的断键位置完全对应。三、氨基酸：生命基石的两性分子（一）氨基酸的结构与分类【基础】1、概念：羧酸分子烃基上的氢原子被氨基（NH2）取代后的产物。2、α氨基酸【非常重要】：分子中氨基和羧基连接在同一个碳原子上的氨基酸。其结构通式为（R基可不同）。天然蛋白质水解得到的氨基酸几乎都是α氨基酸。3、常见的α氨基酸：甘氨酸（H2NCH2COOH）、丙氨酸（CH3CH(NH2)COOH）、苯丙氨酸（C6H5CH2CH(NH2)COOH）、谷氨酸（HOOCCH2CH2CH(NH2)COOH）等。（二）氨基酸的物理性质常温下为无色晶体，熔点较高（一般超过200℃），易溶于水，难溶于乙醚等非极性有机溶剂。这是因为其在固态或溶液中常以偶极离子（也称内盐，如+H3NCH2COO）形式存在。（三）氨基酸的化学性质——两性与成肽【核心】1、两性化合物【高频考点】：氨基酸分子中既有碱性的氨基（NH2），又有酸性的羧基（COOH），因此它是两性化合物。（1）与酸反应：NH2结合H+，生成铵盐。例如：H2NCH2COOH+HCl→HOOCCH2NH3+Cl（2）与碱反应：COOH电离出H+，生成羧酸盐。例如：H2NCH2COOH+NaOH→H2NCH2COONa+H2O2、成肽反应【重要】：（1）概念：一个氨基酸分子中的氨基与另一个氨基酸分子中的羧基脱去一分子水，形成的含有肽键（）的化合物，称为肽。（2）反应机理：同样遵循“酸脱羟基，氨（胺）脱氢”的规律。羧基脱去OH，氨基脱去H，结合成水，剩余部分通过肽键连接。（3）二肽、多肽：由两个氨基酸分子脱水缩合而成的称为二肽。由多个氨基酸分子脱水缩合而成的含有多个肽键的化合物称为多肽。（4）反应多样性【难点】：当两种不同的氨基酸（如甘氨酸和丙氨酸）混合发生成肽反应时，由于缩合方式不同（可以是同种分子间，也可以是不同分子间的两种连接方式），最多可生成4种不同的二肽。3、受热反应：氨基酸受热时，可发生分子间脱水生成环状化合物（环二肽）或分子内脱水生成交酯。四、蛋白质：生命活动的承担者（一）蛋白质的组成与结构【基础】1、元素组成：主要含有C、H、O、N、S等。2、基本结构单元：α氨基酸。3、结构层次：（1）一级结构：蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。这是蛋白质最基本的结构，由肽键连接。（2）二级、三级、四级结构：指肽链在空间中的进一步折叠、盘绕所形成的空间构象。（二）蛋白质的化学性质【重中之重、高频考点】1、两性：蛋白质分子中存在着游离的氨基（NH2）和羧基（COOH），因此也具有两性。2、水解反应：（1）过程：蛋白质在酸、碱或酶的作用下，逐步水解成相对分子质量较小的多肽，最终得到各种α氨基酸的混合物。（2）意义：这是人类消化吸收蛋白质的基础。3、盐析【易错点】：（1）定义：向蛋白质溶液中加入某些轻金属盐（如NaCl、Na2SO4、(NH4)2SO4）的浓溶液，可使蛋白质的溶解度降低而析出的过程。（2）特点：可逆过程，盐析出的蛋白质仍保持原有的结构和生理活性，加水后可再溶解。盐析常用于蛋白质的分离和提纯。4、变性【非常重要】：（1）定义：蛋白质在受热、紫外线照射、酸、碱、重金属盐（如Cu2+、Pb2+、Hg2+盐）、某些有机物（如甲醛、乙醇、苯酚）等作用下，发生结构改变，导致其理化性质改变和生理活性丧失的过程。（2）特点：不可逆过程，是化学变化。利用变性可进行杀菌消毒（如高温蒸煮、酒精消毒）、重金属盐中毒急救（喝牛奶、蛋清）。（3）盐析与变性的对比：盐析是物理变化，可逆，用于分离；变性是化学变化，不可逆，失去活性。5、颜色反应【重要】：（1）蛋白质（分子中含有苯环的，如酪氨酸）与浓硝酸作用，会呈现黄色。这是由于苯环发生了硝化反应。这叫蛋白质的黄蛋白反应，可用于蛋白质的检验。6、灼烧气味【重要】：蛋白质灼烧时，会产生烧焦羽毛的特殊气味。这是鉴别毛料织物（蛋白质纤维）与化纤织物的常用方法。（三）酶——特殊的蛋白质1、概念：酶是生物体活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质。2、催化特性【重要】：（1）高效性：催化效率极高。（2）专一性：一种酶只能催化一种或一类特定的反应（如淀粉酶只催化淀粉水解）。（3）条件温和：一般在常温、常压、接近中性的温和条件下进行，高温、强酸、强碱会导致酶变性失活。五、有机合成与推断中的核心转化关系【难点、热点】本章节涉及的官能团转化是整个有机化学的枢纽，需构建如下转化网络：1、醇醛羧酸酯（氧化程度递进）2、羧酸酯（酯化）和酯羧酸/醇（水解）3、卤代烃羧酸（通过格氏试剂或氰化物水解增长碳链）4、羧酸α卤代酸氨基酸（通过取代反应引入氨基）5、氨基酸多肽蛋白质（缩合）六、考点、考向与解题策略（一）高频考点汇总1、羧酸的酸性强弱比较及官能团检验（与Na、NaOH、NaHCO3、Na2CO3的反应）。2、酯化反应机理的验证（同位素示踪法）及水解反应方程式的书写。3、氨基酸的两性离子形式及在不同pH环境下的存在形态。4、成肽反应方程式的书写，尤其是两种不同氨基酸形成二肽的同分异构体判断。5、蛋白质的盐析、变性、颜色反应和灼烧实验的辨析与应用。6、含有多种官能团的复杂有机物（如羟基酸、氨基酸）的性质判断（1mol物质消耗NaOH、H2、Br2等的量）。（二）常见考查方式1、选择题：考查基本概念、性质辨析、生活应用（如消毒、防腐、鉴别）。2、有机推断题：以新药物、新材料合成为背景，将羧酸、酯、氨基酸的转化融入复杂的合成路线中，考查官能团转化、反应类型、同分异构体书写等综合能力。（三）解题要点与易错点剖析1、【易错点1】混淆羧酸与酚的酸性。注意：羧酸可使石蕊试液变红，可与NaHCO3反应；酚不可使石蕊变红，不与NaHCO3反应。2、【易错点2】酯化反应中的断键位置。无论题目如何变化，始终记住“酸脱羟基醇脱氢”，即羧酸提供OH，醇提供H。3、【易错点3】对氨基酸两性的理解不透彻。氨基酸既能与酸反应又能与碱反应，当判断其与金属钠反应时，COOH和OH（若有）均能反应，但氨基不能