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高中化学鲁科版 (2019)选择性必修3第4节 羧酸 氨基酸和蛋白质课文配套课件ppt
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这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修3第4节 羧酸 氨基酸和蛋白质课文配套课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·素养奠基，羧酸的分类，CH3COOH，HCOOH，HOOCCOOH，位次号和名称，迅速减小，三种常见的羧酸，刺激性，甲酸乙酯等内容，欢迎下载使用。
一、羧酸的概述1.羧酸的含义分子由烃基(或氢原子)和_____相连而组成的有机化合物。羧酸的官能团是_________或—COOH。饱和一元脂肪酸的通式为CnH2nO2(n≥1)或CnH2n+1COOH(n≥0)。
3.羧酸的命名——系统命名法(1)选取含有_____的最长碳链作为主链,按主链碳原子数称为“某酸”。(2)从_____开始给主链碳原子编号。(3)在“某酸”名称之前加上取代基的_____________。如: 名称为__________________。
4-甲基-3-乙基戊酸
4.羧酸的物理性质(1)水溶性:分子中碳原子数在4以下的羧酸能与水互溶;随着分子中碳链的增长,羧酸在水中的溶解度_________,直至与相对分子质量相近的烷烃的溶解度相近。(2)沸点:比相对分子质量相近的醇的沸点___。
【巧判断】 (1)乙酸分子中有4个氢原子,所以乙酸是4元酸。( )提示:×。乙酸中只有羧基中的一个氢原子能电离,所以乙酸是一元酸。(2)羧酸常温常压下均为液体。( )提示:×。常温常压下碳原子数比较多的羧酸为固态。(3)所有的羧酸都易溶于水。( )提示:×。常温常压下碳原子数比较多的羧酸不易溶于水。
二、羧酸的化学性质1.取代反应(1)酯化反应___________________________________________ (2)生成酰胺___________________________________________
(3)α-H的取代_______________________________2.具有酸的通性(强于碳酸)RCOOH+NaHCO3 RCOONa+CO2↑+H2O3.还原反应RCOOH RCH2OH
【情境·思考】醋是谁发明的,又为什么叫“醋”呢?传说在古代的中兴国,即今山西省运城有个叫杜康的人发明了酒。他儿子黑塔也跟杜康学会了酿酒技术。后来,黑塔率族移居现江苏省镇江的地方。在那里,他们酿酒后觉得酒糟扔掉可惜,就存放起来,在缸里浸泡。到了二十一日的酉时,一开缸,一股从来没有闻过的香气扑鼻而来。在浓郁的香味诱惑下,黑塔尝了一口,酸甜兼备,味道很美,便储藏着作为“调味浆”。这种调味浆叫什么名字呢?黑塔就把二十一日加“酉”字来命名这种酸水叫 “醋”。乙醇是如何变为乙酸的?发生的反应属于什么类型?
提示:乙醇被氧气氧化为乙酸,发生了氧化反应。
三、羧酸的衍生物1.羧酸衍生物:羧酸分子中羧基上的_____被其他原子或原子团取代后的产物。羧酸分子中的羧基去掉羟基后剩余的基团称为_____,常见的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯、酰胺等。2.酯(1)概念:_____(RCO—)和烃氧基(RO—)相连后的产物。(2)官能团的名称:_____,结构简式:_________。
(3)命名:依据水解生成的酸和醇的名称命名,称为“某酸某酯”,如HCOOC2H5命名为:_________。
【微思考】分子式符合CnH2nO2的物质一定是酯吗?提示:不一定。如羧酸等。
(4)物理性质酯类密度一般比水___,___溶于水,___溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。低级酯是有香味的___体,___挥发。(5)化学性质——水解反应①酸性条件:RCOOR′+H2O RCOOH+R′OH;②碱性条件:RCOOR′+NaOH RCOONa+R′OH;
(6)皂化反应:油脂在碱性条件下的水解反应。
3.乙酸乙酯的制备实验
CH3COOH+CH3CH2OH CH3COOCH2CH3+H2O
【微思考】(1)乙酸与乙醇的酯化反应的化学方程式为何用可逆号连接?提示:酯化反应是可逆反应,不能进行到底,故用可逆号。(2)乙酸与乙醇的酯化反应实验装置中,导管末端为何不伸入饱和Na2CO3溶液液面以下?提示:防止倒吸而炸裂试管。
【巧判断】 (1)在酯化反应和酯的水解反应中所用硫酸的浓度相同。( )提示:×。酯化反应中使用的是浓硫酸,酯的水解中使用的是稀硫酸。(2)NaOH在酯的水解反应中只起催化剂的作用。( )提示:×。NaOH在酯的水解反应中除了作催化剂之外,还可以与酸反应,使平衡正向移动。(3)酯和油脂含有相同的官能团。提示:√。酯和油脂中均存在相同的官能团酯基。
(4)油脂的水解反应叫做皂化反应。( )提示:×。油脂在碱性条件下的水解反应被称为皂化反应。(5)酯水解原理为 RCO18OH+R′OH。( )提示:√。酯的水解与酯化反应的原理相反。
5.酰胺(1)概念:分子中由___基(RCO—)和___基(—NH2)相连构成的羧酸衍生物。(2)官能团:酰胺基(—CONH—)。(3)物理性质:①除甲酰胺(HCONH2)是_____外,其他多为_____晶体。②低级的酰胺可溶于水,随着相对分子质量的增大,酰胺的溶解度逐渐减小。
(4)化学性质——水解反应(以乙酰胺为例)①强酸性条件下:CH3CONH2+H2O CH3COOH+N ②强碱性条件下:CH3CONH2+H2O CH3COONa+NH3
【微思考】酯的性质和酰胺的性质为什么相似?二者都有什么化学性质?提示:因为二者均为羧酸的衍生物,二者均可以发生水解反应。
知识点一 含羟基物质性质的比较【重点释疑】含羟基物质性质的比较
【易错提醒】羟基与酸性强弱的关系(1)醇、酚、羧酸的结构中均有—OH,可分别称之为“醇羟基”“酚羟基”和“羧羟基”。由于这些—OH相连的基团不同,—OH受相连基团的影响就不同。故羟基上的氢原子活性也就不同,表现在性质上也相差较大,一般来说,羟基上的氢原子活性“羧羟基”>“酚羟基”>“醇羟基”。(2)羧酸都是弱酸,不同的羧酸酸性不同,但低级羧酸都比碳酸的酸性强。几种简单的羧酸的酸性关系为甲酸>苯甲酸>乙酸>丙酸。乙酸与H2SO3、H2CO3、HF等几种弱酸的酸性关系为H2SO3>HF>CH3COOH>H2CO3。
(3)低级羧酸才会使紫色石蕊试液变红,醇、酚、高级脂肪酸不会使紫色石蕊试液变红。
【思考·讨论】1.如何通过实验证明乙酸、碳酸、苯酚的酸性强弱?提示:实验装置如图所示。乙酸与Na2CO3反应,放出CO2气体,说明乙酸的酸性比碳酸强;将产生的CO2气体通入苯酚钠溶液中,生成苯酚,溶液变浑浊,说明碳酸的酸性比苯酚强。反应的化学方程式如下:2CH3COOH+Na2CO3 2CH3COONa+CO2↑+H2OCO2+H2O+C6H5ONa C6H5OH+NaHCO3
2.某有机物的结构简式如图: (1)此有机物与哪种物质反应时,可转化为 ?提示:NaHCO3。由于酸性—COOH>H2CO3> > ,所以向该有机物中应加入NaHCO3,只与—COOH反应。
(2) 此有机物与哪种物质反应时,可转化为 。提示:NaOH或Na2CO3。加入NaOH或Na2CO3,与酚羟基和—COOH反应。(3) 此有机物与哪种物质反应时,可转化为 。 提示:Na。加入Na,与三种官能团都反应。
【案例示范】【典例】分枝酸可用于生化研究,其结构简式如图。下列关于分枝酸的叙述不正确的是( )A.分子中含有3种含氧官能团B.可发生取代、加成、消去、加聚等反应C.该物质的分子式为C10H10O6D.1 ml 分枝酸最多可与3 ml NaOH发生中和反应
【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)注意分析分枝酸中含有的官能团类型;(2)注意掌握分枝酸中各种官能团的性质。
【解析】选D。A项,该物质中含氧官能团是羧基、醇羟基、醚键三种,正确;B项,该物质中含有碳碳双键、羧基、醇羟基、醚键,能发生取代反应、加成反应、加聚反应、氧化反应、中和反应、消去反应、酯化反应等,正确;C项,根据结构简式可确定分子式为C10H10O6,正确;D项,因为分子中只有2个羧基,所以1 ml分枝酸最多可与2 ml NaOH发生中和反应,错误。
【母题追问】(1)分枝酸中与环相连的羟基是酚羟基吗?为什么?提示:不是。因为分枝酸中的六元环不是苯环。(2)1 ml分枝酸若与1 ml碳酸钠反应会生成多少ml二氧化碳?提示:根据分枝酸中的官能团类别可知,1 ml分枝酸中含有2 ml羧基,会与1 ml碳酸钠反应生成1 ml二氧化碳。
【迁移·应用】1.(双选)咖啡酸具有止血、镇咳、祛痰等疗效,其结构简式为 ,下列有关咖啡酸的说法中,不正确的是( )A.咖啡酸可以发生还原、取代、加聚等反应B.咖啡酸与FeCl3溶液可以发生显色反应C.1 ml咖啡酸可以与3 ml H2发生加成反应D.1 ml咖啡酸与足量NaHCO3溶液反应,最多能消耗3 ml NaHCO3
【解析】选C、D。咖啡酸含有碳碳双键,可发生还原、加聚反应,含有羧基和苯环,可发生取代反应;咖啡酸中含有酚羟基,可与FeCl3溶液发生显色反应;咖啡酸含1个苯环和1个碳碳双键,1 ml咖啡酸最多可与4 ml H2发生加成反应;官能团中能与NaHCO3反应的只有羧基,故1 ml咖啡酸最多可与1 ml NaHCO3发生反应。
2.(2020·郴州高二检测) 莽草酸可用于合成药物达菲,其结构简式如图,下列关于莽草酸的说法正确的是( )A.分子式为C7H6O5B.分子中含有2种官能团C.可发生加成和取代反应D.在水溶液中羧基和羟基均能电离出H+
【解析】选C。A项,根据莽草酸的分子结构及C、H、O原子的成键特点可知,其分子式为C7H10O5。B项,分子中含有羧基、羟基和碳碳双键三种官能团。C项,分子中含有碳碳双键,可发生加成反应;含有羟基和羧基,可发生酯化反应(即取代反应)。D项,在水溶液中,羧基可电离出H+,但羟基不能发生电离。
【补偿训练】 (2020·南宁高二检测) 某有机物的结构简式如图,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( )A.3∶3∶2 B.6∶4∶3C.1∶1∶1D.3∶2∶1
【解析】选D。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 ml该有机物可以与3 ml Na反应;能与NaOH溶液发生反应的是酚羟基和羧基,所以1 ml该有机物可以与2 ml NaOH反应;只有羧基可以与NaHCO3反应,1 ml 羧基可与1 ml 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3∶2∶1。
【素养提升】医药阿司匹林常用于消炎、清热和解毒,对于治疗心脑血管疾病也有一定的疗效。已知阿司匹林的结构简式如下图所示。
(1)试分析1 ml阿司匹林能和多少摩尔氢氧化钠反应?提示:3 ml。羧基需要1 ml,酯基水解后需要2 ml。(2)1 ml阿司匹林和足量的碳酸钠反应能生成多少摩尔二氧化碳?提示:0 ml。若Na2CO3足量则阿司匹林中只有羧基和碳酸钠反应生成NaHCO3。(3)如何检验阿司匹林酸性水解后含有苯环的有机物是酚类?提示:向水解后的溶液中滴加三氯化铁溶液,如果溶液变紫则证明是酚类。
知识点二 酯化反应与酯的水解的对比及酯化反应的机理和类型【重点释疑】1.酯的水解反应与酸和醇的酯化反应比较
2.酯化反应的原理酯化反应的原理是“酸脱羟基醇脱氢”,机理如下:3.酯化反应的类型(1)一元羧酸和一元醇的酯化反应。
(2)一元羧酸与二元醇的酯化反应。(3)二元酸与二元醇的酯化反应。①反应生成普通酯:
②反应生成环酯:③反应生成聚酯:
(4)无机含氧酸的酯化反应。(5)高级脂肪酸与甘油的酯化反应。
【规律总结】酯化反应的特点(1)所有的酯化反应,条件均为浓硫酸、加热。酯化反应为可逆反应,书写方程式时用“ ”。(2)利用自身酯化或相互酯化生成环酯的结构特点以确定有机物中羟基位置。(3)在形成环酯时,酯基( )中只有一个O参与成环。(4)酸与醇发生反应时,产物不一定生成酯。若是羧酸或者无机含氧酸与醇反应,产物是酯;若是无氧酸如氢卤酸与醇反应则生成卤代烃。
【思考·讨论】 (1)乙酸乙酯在酸性条件下和在碱性条件下的水解产物相同吗?提示:不相同。在酸性条件下生成乙酸和乙醇,而在碱性条件下生成乙酸盐和乙醇。
(2)用什么方法证明乙酸发生酯化反应时断裂C—O 键?提示:使用同位素示踪法探究乙酸酯化反应中可能的脱水方式。在乙酸乙酯中检测到了同位素18O,证明乙酸与乙醇在浓硫酸作用下发生酯化反应的机理是“酸脱羟基,醇脱氢”。
(3)羟基酸的酯化反应:由于分子中既有羟基,也有羧基,因此在不同条件下可以通过酯化反应生成多种酯,如环酯、内酯、聚酯等。已知乳酸的结构简式为 ,试写出其通过酯化反应生成链状酯、环酯、聚酯的化学方程式。提示:
【案例示范】【典例】乳酸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可发生如下所示的反应:
(1)试推断出化合物A、B、C的结构简式。提示: 。A与CH3COOH、C2H5OH均发生酯化反应,分别生成C、B,故A中含有—COOH和—OH。结合A的分子式为C3H6O3,可知A中只含一个—COOH和一个—OH,则A有两种可能的结构简式: 、 。再根据两分子A形成的F为六原子环状化合物,知A的结构简式为 ,其他物质即可依次推出。
(2)试写出反应A→E、A→C的反应类型。提示:消去反应、取代反应。(3)试写出A→E、A→F反应的化学方程式。提示:CH3CHOHCOOH CH2＝CHCOOH+H2O2CH3CHOHCOOH
【迁移·应用】1.某分子式为C10H20O2的酯,在一定条件下可发生如图的转化过程: 则符合上述条件的酯的结构有( )A.2种 B.4种 C.6种 D.8种【解析】选B。因C在一定条件下可氧化成E,则C为C4H9—CH2OH,B为C4H9—COOH,而—C4H9有四种结构,所以有机物共有同分异构体4种。
2.(2020·三明高二检测)中国女科学家屠呦呦获诺贝尔医学奖。屠呦呦从中医古籍里得到启发,用乙醚从青蒿中提取出可以高效抑制疟原虫的成分——青蒿素(结构简式如图),这一发现在全球范围内挽救了数以百万人的生命。下列说法中不正确的是( )
A.青蒿素的分子式为C15H22O5B.青蒿素能与NaOH溶液反应C.青蒿素易溶于水、乙醇、苯等溶剂D.用乙醚从青蒿中提取青蒿素,用到了萃取的原理【解析】选C。A项,根据有机物的结构简式可知分子式为C15H22O5,正确;B项,含有酯基,可与氢氧化钠溶液反应,主要发生水解反应,正确;C项,该有机物含有较多疏水基,难溶于水,错误;D项,青蒿素易溶于乙醚,符合萃取的分离操作,正确。
【补偿训练】 某吸水性高分子化合物(Z)的一种合成路线如下: 下列说法正确的是( )A.Y可发生酯化反应而X不能B.过量酸性KMnO4溶液可将X氧化为YC.Y转化为Z的反应类型是加聚反应D.Z与足量H2发生加成反应,消耗Z与H2的分子数之比为1∶3n
【解析】选D。X分子中有两个醇羟基, Y分子中有两个醇羟基和一个羧基,均可以发生酯化反应,故A错误;羟基和醛基均能被酸性高锰酸钾溶液氧化,过量酸性KMnO4溶液可将X氧化为 ,故B错误;加聚反应的过程没有小分子化合物产生,故Y转化为Z的反应类型不是加聚反应,故C错误; Z中含有n个苯环,与足量H2发生加成反应,消耗Z与H2的分子数之比为1∶3n,故D正确。
1.下列说法中正确的是( )A.分子中含有苯环的羧酸叫做芳香酸B.分子中羧基的数目决定了羧酸的元数C.羧酸分子中都含有极性官能团—COOH,因此都易溶于水D.乙酸的沸点比乙醇的沸点高,主要是因为乙酸的相对分子质量更大一些【解析】选B。芳香酸是指羧基直接连在苯环上的羧酸,分子中含有苯环的羧酸不一定是芳香酸,A项错;羧酸的元数是根据分子中含有羧基的数目来确定的,B项正确;羧酸分子中虽含有亲水基团羧基,但也含有疏水基团烃基,烃基越大,该羧酸在水中的溶解度就越小,高级脂肪酸都难溶于水的原因就在于此,C项错;乙酸的沸点比乙醇的沸点高的主要原因是乙酸分子间更易形成氢键,D项错。
2.(2020·枣庄高二检测) 分子式为C4H8O2的有机物与硫酸溶液共热可得有机物A和B。将A氧化最终可得C,且B和C互为同系物。若C可发生银镜反应,则原有机物的结构简式为( )A.HCOOCH2CH2CH3 D.HCOOCH(CH3)2
【解析】选C。分子式为C4H8O2的有机物与硫酸溶液共热可得有机物A和B,将A氧化最终可得C,且B和C互为同系物,说明C4H8O2为酯,酯水解生成羧酸和醇,A为醇,B和C为羧酸,C可发生银镜反应,则C为HCOOH,则A应为CH3OH,B为CH3CH2COOH,对应的酯的结构简式为CH3CH2COOCH3,故C正确。
3.(2020·忻州高二检测)下列有关常见羧酸的说法中正确的是( )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弱,不能和碳酸氢钠反应制取CO2D.乙二酸具有还原性,可以使酸性KMnO4溶液褪色【解析】选D。常温下甲酸是液体,A不正确;乙酸的沸点高于丙醇的沸点,B不正确;苯甲酸的酸性比碳酸强,可以和NaHCO3反应制取CO2,C不正确。
4.1 ml 与足量的NaOH溶液充分反应,消耗的NaOH的物质的量为( )A.5 ml B.4 ml C.3 ml D.2 ml【解析】选A。1 ml该酯水解后,产生2 ml羧基和3 ml酚羟基,它们都会与NaOH反应,共需5 ml NaOH。
5.(2020·东莞高二检测) 生活中常见的荧光棒的发光原理可用下式表示:上述反应产生的能量传递给荧光染料分子后,使染料分子释放出荧光。下列说法正确的是( )A.上述反应是酯的水解反应B.荧光棒发光过程涉及化学能到光能的转化C.二苯基草酸酯苯环上的一氯代物有4种D.二苯基草酸酯与草酸( )互为同系物
【解析】选B。A项,二苯基草酸酯水解应该生成 和草酸,错误;B项,荧光棒发光过程涉及化学能到光能的转化,正确;C项,二苯基草酸酯苯环上的一氯代物共有3种( ),错误;D项,二苯基草酸酯与草酸( )的结构不相似,不是同系物关系,错误。
6.(2020·西安高二检测)已知葡萄糖在乳酸菌作用下可转化为乳酸(C3H6O3)。(1)取9 g 乳酸与足量的金属Na反应,可生成2.24 L H2(标准状况),另取等量乳酸与足量的乙醇反应,生成0.1 ml乳酸乙酯和1.8 g水,由此可推断乳酸分子中含有的官能团名称为__________。 (2)乳酸在Cu作催化剂时可被氧化成丙酮酸( ),由以上事实推知乳酸的结构简式为__________________________。
(3)两个乳酸分子在一定条件下脱水生成环酯(C6H8O4),则此环酯的结构简式是_________________。 (4)乳酸在浓H2SO4作用下,三分子相互反应,生成链状结构的物质,写出其生成物的结构简式:_________________。
【解析】根据乳酸的分子式,可求出其相对分子质量为90,9 g乳酸为0.1 ml,1.8 g H2O为0.1 ml。0.1 ml乳酸与0.1 ml乙醇反应生成0.1 ml乳酸乙酯,可知1 ml乳酸分子中含有1 ml羧基;又因为0.1 ml乳酸与足量金属钠反应生成0.1 ml H2,所以1 ml乳酸分子中还含有1 ml醇羟基。根据乳酸在Cu催化条件下被氧化成 可知,醇羟基的位置在碳链中间。据此可推导出乳酸的结构简式为 。
答案:(1)羧基、醇羟基 (2) (3) (4)
十三 羧 酸【基础达标】(40分钟 70分)一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)1.“水过鸭背不留珠”指的是鸭子的羽毛不会被水浸湿,这与鸭子羽毛表面的有机物有关,该有机物可能是( )A.低级羧酸 B.低级脂肪醛C.油脂D.甘油【解析】选C。油脂不溶于水而低级羧酸、低级脂肪醛和甘油均可溶于水。
2.(2020·廊坊高二检测)有机物 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【解析】选B。选含有—COOH的碳链为主链,从—COOH上碳原子开始编号。
3.(2020·济南高二检测)某有机物的结构简式是 ,关于它的性质描述正确的是( )①能发生加成反应 ②能溶解于NaOH溶液中③能水解生成两种酸 ④不能使溴水褪色⑤能发生酯化反应⑥具有酸性A.①②③ B.②③⑤ C.⑥ D.全部正确
【解析】选D。题中给的有机物含有酯基、苯环、羧基,因而能发生加成反应、中和反应、水解反应、酯化反应,且具有酸性,但不能使溴水褪色。
4.下列说法正确的是( )A.酯类均无还原性,不会与新制Cu(OH)2悬浊液发生氧化还原反应B.油脂为高级脂肪酸的甘油酯,属于酯类C.从溴水中提取Br2可用植物油作萃取剂D.乙酸乙酯和乙酸互为同分异构体
【解析】选B。A项中, (甲酸酯)含—CHO,可与新制Cu(OH)2悬浊液反应;C项中,植物油中含不饱和键,可与Br2发生加成反应,故不可萃取Br2;D项中,乙酸乙酯分子式为C4H8O2,而乙酸为C2H4O2,故不互为同分异构体。
5.(2020·东莞高二检测)化合物M是某合成农药的中间体,其结构为 。下列有关的说法正确的是( )A.M能发生取代反应和加成反应B.1 ml M与足量的NaOH溶液反应,最多可消耗2 ml NaOHC.分子中有5个碳原子共平面D.同时含有—CHO和—COOH结构的M的同分异构体有5种(不含立体异构)
【解析】选D。酯基中的碳氧双键不能发生加成反应,故A错误;该物质只含一个酯基,羟基不与NaOH发生反应,所以1 ml M与足量的NaOH溶液反应最多消耗1 ml NaOH,故B错误;该物质中有3个碳原子连接在同一饱和碳原子上,外加一个氢原子形成类似甲烷的结构,5个碳原子不可能共面,故C错误; 有一个双键和一个环,不饱和度为2,所以若同时含有—CHO和—COOH,则只能为链状结构,可能的结构有 、 (数字表示—CHO的位置),共有5种,故D正确。
6.分子组成为C3H5O2Cl的含氯有机物A,与NaOH水溶液反应并将其酸化,得到分子组成为C3H6O3的有机物B,在适当条件下,每两分子B可以相互发生酯化反应生成1分子C,那么C的结构不可能是( )
【解析】选B。有机物B(C3H6O3)可发生分子间酯化反应,推知B中既含羟基,又含羧基,可能的分子结构为 或 。A、C、D项中的物质都有可能由某一物质分子间酯化得到。B项中的物质由两种结构不同的分子酯化得到。
7.(2020·贵阳高二检测)有机物A与B是分子式为C5H10O2的同分异构体,在酸性条件下均可水解,水解情况如图所示,下列有关说法中正确的是( )A.X、Y互为同系物B.C分子中的碳原子最多有3个C.X、Y的化学性质不可能相似D.X、Y一定互为同分异构体
【解析】选D。因A、B互为同分异构体,二者水解后得到了同一种产物C,由转化关系图知X、Y分子式相同且为官能团相同的同分异构体,A、C错,D对;C可以是甲酸、乙酸,也可以是甲醇,B错。
8.某一元饱和羧酸跟CH3CH2CH2OH反应,消耗该一元醇15 g,得到25.5 g酯,则该一元饱和羧酸的结构简式是( )A.HCOOHD.C3H7COOH
【解析】选B。15 g醇的物质的量为 =0.25 ml,设该羧酸的摩尔质量为x g·ml-1。则有:15+0.25x-18×0.25=25.5,x=60。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)9.(15分)(2020·温州高二检测)化合物A的结构简式为 。(1)该化合物不可能具有的性质是________。 ①能与钠反应②遇FeCl3溶液显紫色③与碳酸盐反应产生二氧化碳气体④既能与羧酸反应又能与醇反应⑤能发生消去反应
(2)芳香酯B与A互为同分异构体,能使FeCl3溶液显紫色,且苯环上两个取代基在对位上,试写出B的所有同分异构体的结构简式:___________。
【解析】(1)该化合物中不含酚羟基,遇FeCl3溶液不显紫色,②错;该化合物中与羟基相连的碳原子的相邻碳原子上没有氢原子,不能发生消去反应,⑤错。(2)芳香酯B与A互为同分异构体,能使FeCl3溶液显紫色,说明B中含有酚羟基;据苯环上两个取代基在对位上,先写出去掉酯基余下的各种可能的碳链结构,该题目中只有 一种情况,然后将正向“—COO—”、反向“—OOC—”分别插入C—C键中,再将酯基以反向“—OOC—”插入C—H键中,得到三种符合条件的酯的同分异构体。
10.(15分)(2020·南京高二检测)已知2RCH2CHO 水杨酸酯E为紫外线吸收剂,可用于配制防晒霜。E的一种合成路线如下:
请回答下列问题:(1)饱和一元醇A中氧的质量分数约为21.6%,则A的分子式为________;结构分析显示A只有一个甲基,A的名称为________________。 (2)B能与新制的Cu(OH)2悬浊液发生反应,该反应的化学方程式为__________。 (3)C有________种结构(不考虑顺反异构);若一次取样,检验C中所含官能团,按使用的先后顺序写出所用试剂:_________________。 (4)第③步的反应类型为__________;D所含官能团的名称为__________。
【解析】(1)利用一元醇A中氧元素的质量分数约为21.6%,Mr(一元醇)= ≈74,则A的分子式为C4H10O;由A只有一个甲基得A的结构简式为CH3CH2CH2CH2OH,名称为1-丁醇(或正丁醇)。
检验C时应考虑官能团的干扰,一般先检验—CHO,再检验 。检验—CHO时可以选择银氨溶液[或新制Cu(OH)2悬浊液],但要注意,反应后的溶液呈碱性,直接加溴水,无法验证 一定存在,因OH-与Br2反应也会使溴水褪色,故应先加盐酸酸化后再加入溴水。(4)由C的相对分子质量为126和D的相对分子质量为130可知C到D的反应类型为加成反应。
答案:(1)C4H10O 1-丁醇(或正丁醇)(2)CH3CH2CH2CHO+2Cu(OH)2+NaOH CH3CH2CH2COONa+Cu2O↓+3H2O(3)2 银氨溶液、稀盐酸、溴水(或其他合理答案)(4)还原反应(或加成反应) 羟基
【能力提升】(20分钟 30分)非选择题(本题包括2小题,共30分)11.(15分)(2020·廊坊高二检测)咖啡酸有止血功效,存在于多种中药中,其结构简式如图所示。
(1)写出咖啡酸中两种含氧官能团的名称:______________。 (2)根据咖啡酸的结构简式,列举3种咖啡酸可以发生的反应类型:________。 (3)蜂胶的分子式为C17H16O4,在一定条件下可水解生成咖啡酸和一种醇A,则醇A的分子式为____________________。 (4)已知醇A含有苯环,且分子结构中无甲基,写出醇A在一定条件下与乙酸反应的化学方程式: ____________。
【解析】(1)咖啡酸分子中的两种含氧官能团是羧酸和(酚)羟基。(2)咖啡酸分子中含有碳碳双键,可发生加成反应、加聚反应、氧化反应等,其中与氢气的加成反应又属于还原反应;酚类物质可与溴水发生取代反应;含有羧基,可发生中和反应、酯化反应(取代反应)。(3)根据咖啡酸的结构简式可知其分子式为C9H8O4。根据C17H16O4+H2O C9H8O4+A可知,A的分子式为C8H10O。(4)A的分子式为C8H10O,含有苯环且其分子结构中无甲基,则A的结构简式为 。
答案:(1)羧基、(酚)羟基(2)加成反应、酯化反应、加聚反应、氧化反应、还原反应等(任写3种,合理即可)(3)C8H10O(4)
12.(15分)(2020·全国Ⅲ卷) 苯基环丁烯酮( PCBO)是一种十分活泼的反应物,可利用它的开环反应合成一系列多官能团化合物。近期我国科学家报道用PCBO与醛或酮发生[4+2]环加成反应,合成了具有生物活性的多官能团化合物(E),部分合成路线如下:
已知如下信息: 回答下列问题:(1)A的化学名称是________________。 (2)B的结构简式为________________。
(3)由C生成D所用的试剂和反应条件为________________;该步反应中,若反应温度过高,C易发生脱羧反应,生成分子式为C8H8O2的副产物,该副产物的结构简式为____________。 (4)写出化合物E中含氧官能团的名称________________;E中手性碳(注:连有四个不同的原子或基团的碳)的个数为________________。 (5)M为C的一种同分异构体。已知:1 ml M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2 ml二氧化碳;M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸。M的结构简式为____________。
(6)对于 ,选用不同的取代基R′,在催化剂作用下与PCBO发生的[4+2]反应进行深入研究,R′对产率的影响见下表:请找出规律,并解释原因 _______________。
【解析】(1)根据 的结构特点可知该物质的名称为2-羟基苯甲醛;(2)根据A和C的结构特点,以及A→B与B→C的转化条件可知B为 (3)由 的结构变化可知,该反应为酯化反应,所以反应所用的试剂为浓硫酸与乙醇,反应条件为加热;根据副反应的特点为“脱羧”,而副产物分子式为C8H8O2,可知该副产物的结构简式为 。
(4)根据结构简式 可知,E中含有的含氧官能团为酯基和羟基;其中手性碳原子有2个,即图中带*的碳原子。 (5)C的分子式为C9H8O4,根据“1 ml M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2 ml二氧化碳”可知含有2个—COOH,“与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸”可知其结构为 。(6)根据表中数据可知取代基R′中碳原子数目越多,产率越低,可见原因只可能是R′中碳原子数目增多,体积增大,则空间位阻增大。
答案:(1)2-羟基苯甲醛(或水杨醛)(2) (3)乙醇、浓硫酸/加热 (4)羟基、酯基 2(5) (6)随着R′体积增大,产率降低;原因是R′体积增大,位阻增大
【知识拓展】有机反应存在着空间位阻效应又称立体效应,空间位阻效应主要指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍作用。如酶反应中空间位阻会降低其催化活性。一般而言空间位阻与基团体积大小有关,体积越大,位阻越大。
【补偿训练】 1.下图中A、B、C、D、E、F、G均为有机化合物。
根据上图回答问题:(1)D、F的化学名称是__________、__________。 (2)写出下列反应的化学方程式,并注明反应类型。②________________,______________; ④________________,______________。 (3)A的结构简式是______________,1 ml A与足量的NaOH溶液反应会消耗__________ml NaOH。
【解析】本题为一道有机综合题,着重考查有机物的结构与性质。由反应②的反应条件及产物E的结构 可知B为 ;由反应④易知D为乙醇,再结合反应③的反应条件及产物F的组成知C为乙酸,显然B、C、D三者是有机物A水解、酸化的产物。A(C13H16O4)的结构简式为 。由于含有2个酯基,故消耗2 ml(NaOH)。
答案:(1)乙醇 乙酸乙酯 (2)②酯化反应(或取代反应)④CH3CH2OH CH2﹦CH2↑+H2O消去反应(3) 2
2.尼泊金甲酯是苯的含氧衍生物,在化妆品中可作防腐剂。回答下列问题:(1)尼泊金甲酯的结构简式为 ,写出尼泊金甲酯与NaOH溶液反应的化学方程式(有机物写结构简式):__________________。 (2)尼泊金甲酯的一种同分异构体A,满足以下条件:①含有苯环,②含有碳碳双键,③苯环上一氯取代物只有一种。写出A的可能的结构简式:___________。
(3)尼泊金甲酯的另一种同分异构体B,其苯环上的取代基彼此相间,有如下转化关系:已知C的分子式为C8H7O3Na,F的分子式C8H6O3。
填写下列空白:①B中的官能团名称是__________,E→F的反应类型为________; ②F的结构简式为______________; ③写出E与乙醇反应的化学方程式(有机物写结构简式,并注明反应条件): _ _。
【解析】(1)尼泊金甲酯分子中的酚羟基、酯基均能与NaOH反应。(2)由题意可知,A分子中含有1个苯环、1个碳碳双键和3个羟基,由于羟基与碳碳双键直接相连很不稳定,易转化为醛基或羰基,故3个羟基均连在苯环上,又知苯环上一氯取代物只有一种,故苯环上的2个氢原子应对称。符合要求的A的结构有2种: 、 。
(3)B能与Ag(NH3)2OH反应,可知B含—CHO,再由B能与NaOH溶液反应生成分子式为C8H7O3Na的物质C,可知B含1个酚羟基,结合B苯环上的取代基彼此相间,可列举出B的可能结构有 、 。由B→D→E→F的转化关系,可推知,B→D→E是分子中的醛基变为羧基,由E→F(C8H6O3),可知F是环酯,由于F中含有酚羟基,故B中含有醇羟基,即B为 ,E为 ,F为 。
一、羧酸的概述1.羧酸的含义分子由烃基(或氢原子)和_____相连而组成的有机化合物。羧酸的官能团是_________或—COOH。饱和一元脂肪酸的通式为CnH2nO2(n≥1)或CnH2n+1COOH(n≥0)。
3.羧酸的命名——系统命名法(1)选取含有_____的最长碳链作为主链,按主链碳原子数称为“某酸”。(2)从_____开始给主链碳原子编号。(3)在“某酸”名称之前加上取代基的_____________。如: 名称为__________________。
4-甲基-3-乙基戊酸
4.羧酸的物理性质(1)水溶性:分子中碳原子数在4以下的羧酸能与水互溶;随着分子中碳链的增长,羧酸在水中的溶解度_________,直至与相对分子质量相近的烷烃的溶解度相近。(2)沸点:比相对分子质量相近的醇的沸点___。
【巧判断】 (1)乙酸分子中有4个氢原子,所以乙酸是4元酸。( )提示:×。乙酸中只有羧基中的一个氢原子能电离,所以乙酸是一元酸。(2)羧酸常温常压下均为液体。( )提示:×。常温常压下碳原子数比较多的羧酸为固态。(3)所有的羧酸都易溶于水。( )提示:×。常温常压下碳原子数比较多的羧酸不易溶于水。
二、羧酸的化学性质1.取代反应(1)酯化反应___________________________________________ (2)生成酰胺___________________________________________
(3)α-H的取代_______________________________2.具有酸的通性(强于碳酸)RCOOH+NaHCO3 RCOONa+CO2↑+H2O3.还原反应RCOOH RCH2OH
【情境·思考】醋是谁发明的,又为什么叫“醋”呢?传说在古代的中兴国,即今山西省运城有个叫杜康的人发明了酒。他儿子黑塔也跟杜康学会了酿酒技术。后来,黑塔率族移居现江苏省镇江的地方。在那里,他们酿酒后觉得酒糟扔掉可惜,就存放起来,在缸里浸泡。到了二十一日的酉时,一开缸,一股从来没有闻过的香气扑鼻而来。在浓郁的香味诱惑下,黑塔尝了一口,酸甜兼备,味道很美,便储藏着作为“调味浆”。这种调味浆叫什么名字呢?黑塔就把二十一日加“酉”字来命名这种酸水叫 “醋”。乙醇是如何变为乙酸的?发生的反应属于什么类型?
提示:乙醇被氧气氧化为乙酸,发生了氧化反应。
三、羧酸的衍生物1.羧酸衍生物:羧酸分子中羧基上的_____被其他原子或原子团取代后的产物。羧酸分子中的羧基去掉羟基后剩余的基团称为_____,常见的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯、酰胺等。2.酯(1)概念:_____(RCO—)和烃氧基(RO—)相连后的产物。(2)官能团的名称:_____,结构简式:_________。
(3)命名:依据水解生成的酸和醇的名称命名,称为“某酸某酯”,如HCOOC2H5命名为:_________。
【微思考】分子式符合CnH2nO2的物质一定是酯吗?提示:不一定。如羧酸等。
(4)物理性质酯类密度一般比水___,___溶于水,___溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。低级酯是有香味的___体,___挥发。(5)化学性质——水解反应①酸性条件:RCOOR′+H2O RCOOH+R′OH;②碱性条件:RCOOR′+NaOH RCOONa+R′OH;
(6)皂化反应:油脂在碱性条件下的水解反应。
3.乙酸乙酯的制备实验
CH3COOH+CH3CH2OH CH3COOCH2CH3+H2O
【微思考】(1)乙酸与乙醇的酯化反应的化学方程式为何用可逆号连接?提示:酯化反应是可逆反应,不能进行到底,故用可逆号。(2)乙酸与乙醇的酯化反应实验装置中,导管末端为何不伸入饱和Na2CO3溶液液面以下?提示:防止倒吸而炸裂试管。
【巧判断】 (1)在酯化反应和酯的水解反应中所用硫酸的浓度相同。( )提示:×。酯化反应中使用的是浓硫酸,酯的水解中使用的是稀硫酸。(2)NaOH在酯的水解反应中只起催化剂的作用。( )提示:×。NaOH在酯的水解反应中除了作催化剂之外,还可以与酸反应,使平衡正向移动。(3)酯和油脂含有相同的官能团。提示:√。酯和油脂中均存在相同的官能团酯基。
(4)油脂的水解反应叫做皂化反应。( )提示:×。油脂在碱性条件下的水解反应被称为皂化反应。(5)酯水解原理为 RCO18OH+R′OH。( )提示:√。酯的水解与酯化反应的原理相反。
5.酰胺(1)概念:分子中由___基(RCO—)和___基(—NH2)相连构成的羧酸衍生物。(2)官能团:酰胺基(—CONH—)。(3)物理性质:①除甲酰胺(HCONH2)是_____外,其他多为_____晶体。②低级的酰胺可溶于水,随着相对分子质量的增大,酰胺的溶解度逐渐减小。
(4)化学性质——水解反应(以乙酰胺为例)①强酸性条件下:CH3CONH2+H2O CH3COOH+N ②强碱性条件下:CH3CONH2+H2O CH3COONa+NH3
【微思考】酯的性质和酰胺的性质为什么相似?二者都有什么化学性质?提示:因为二者均为羧酸的衍生物,二者均可以发生水解反应。
知识点一 含羟基物质性质的比较【重点释疑】含羟基物质性质的比较
【易错提醒】羟基与酸性强弱的关系(1)醇、酚、羧酸的结构中均有—OH,可分别称之为“醇羟基”“酚羟基”和“羧羟基”。由于这些—OH相连的基团不同,—OH受相连基团的影响就不同。故羟基上的氢原子活性也就不同,表现在性质上也相差较大,一般来说,羟基上的氢原子活性“羧羟基”>“酚羟基”>“醇羟基”。(2)羧酸都是弱酸,不同的羧酸酸性不同,但低级羧酸都比碳酸的酸性强。几种简单的羧酸的酸性关系为甲酸>苯甲酸>乙酸>丙酸。乙酸与H2SO3、H2CO3、HF等几种弱酸的酸性关系为H2SO3>HF>CH3COOH>H2CO3。
(3)低级羧酸才会使紫色石蕊试液变红,醇、酚、高级脂肪酸不会使紫色石蕊试液变红。
【思考·讨论】1.如何通过实验证明乙酸、碳酸、苯酚的酸性强弱?提示:实验装置如图所示。乙酸与Na2CO3反应,放出CO2气体,说明乙酸的酸性比碳酸强;将产生的CO2气体通入苯酚钠溶液中,生成苯酚,溶液变浑浊,说明碳酸的酸性比苯酚强。反应的化学方程式如下:2CH3COOH+Na2CO3 2CH3COONa+CO2↑+H2OCO2+H2O+C6H5ONa C6H5OH+NaHCO3
2.某有机物的结构简式如图: (1)此有机物与哪种物质反应时,可转化为 ?提示:NaHCO3。由于酸性—COOH>H2CO3> > ,所以向该有机物中应加入NaHCO3,只与—COOH反应。
(2) 此有机物与哪种物质反应时,可转化为 。提示:NaOH或Na2CO3。加入NaOH或Na2CO3,与酚羟基和—COOH反应。(3) 此有机物与哪种物质反应时,可转化为 。 提示:Na。加入Na,与三种官能团都反应。
【案例示范】【典例】分枝酸可用于生化研究,其结构简式如图。下列关于分枝酸的叙述不正确的是( )A.分子中含有3种含氧官能团B.可发生取代、加成、消去、加聚等反应C.该物质的分子式为C10H10O6D.1 ml 分枝酸最多可与3 ml NaOH发生中和反应
【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)注意分析分枝酸中含有的官能团类型;(2)注意掌握分枝酸中各种官能团的性质。
【解析】选D。A项,该物质中含氧官能团是羧基、醇羟基、醚键三种,正确;B项,该物质中含有碳碳双键、羧基、醇羟基、醚键,能发生取代反应、加成反应、加聚反应、氧化反应、中和反应、消去反应、酯化反应等,正确;C项,根据结构简式可确定分子式为C10H10O6,正确;D项,因为分子中只有2个羧基,所以1 ml分枝酸最多可与2 ml NaOH发生中和反应,错误。
【母题追问】(1)分枝酸中与环相连的羟基是酚羟基吗?为什么?提示:不是。因为分枝酸中的六元环不是苯环。(2)1 ml分枝酸若与1 ml碳酸钠反应会生成多少ml二氧化碳?提示:根据分枝酸中的官能团类别可知,1 ml分枝酸中含有2 ml羧基,会与1 ml碳酸钠反应生成1 ml二氧化碳。
【迁移·应用】1.(双选)咖啡酸具有止血、镇咳、祛痰等疗效,其结构简式为 ,下列有关咖啡酸的说法中,不正确的是( )A.咖啡酸可以发生还原、取代、加聚等反应B.咖啡酸与FeCl3溶液可以发生显色反应C.1 ml咖啡酸可以与3 ml H2发生加成反应D.1 ml咖啡酸与足量NaHCO3溶液反应,最多能消耗3 ml NaHCO3
【解析】选C、D。咖啡酸含有碳碳双键,可发生还原、加聚反应,含有羧基和苯环,可发生取代反应;咖啡酸中含有酚羟基,可与FeCl3溶液发生显色反应;咖啡酸含1个苯环和1个碳碳双键,1 ml咖啡酸最多可与4 ml H2发生加成反应;官能团中能与NaHCO3反应的只有羧基,故1 ml咖啡酸最多可与1 ml NaHCO3发生反应。
2.(2020·郴州高二检测) 莽草酸可用于合成药物达菲,其结构简式如图,下列关于莽草酸的说法正确的是( )A.分子式为C7H6O5B.分子中含有2种官能团C.可发生加成和取代反应D.在水溶液中羧基和羟基均能电离出H+
【解析】选C。A项,根据莽草酸的分子结构及C、H、O原子的成键特点可知,其分子式为C7H10O5。B项,分子中含有羧基、羟基和碳碳双键三种官能团。C项,分子中含有碳碳双键,可发生加成反应;含有羟基和羧基,可发生酯化反应(即取代反应)。D项,在水溶液中,羧基可电离出H+,但羟基不能发生电离。
【补偿训练】 (2020·南宁高二检测) 某有机物的结构简式如图,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( )A.3∶3∶2 B.6∶4∶3C.1∶1∶1D.3∶2∶1
【解析】选D。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 ml该有机物可以与3 ml Na反应;能与NaOH溶液发生反应的是酚羟基和羧基,所以1 ml该有机物可以与2 ml NaOH反应;只有羧基可以与NaHCO3反应,1 ml 羧基可与1 ml 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3∶2∶1。
【素养提升】医药阿司匹林常用于消炎、清热和解毒,对于治疗心脑血管疾病也有一定的疗效。已知阿司匹林的结构简式如下图所示。
(1)试分析1 ml阿司匹林能和多少摩尔氢氧化钠反应?提示:3 ml。羧基需要1 ml,酯基水解后需要2 ml。(2)1 ml阿司匹林和足量的碳酸钠反应能生成多少摩尔二氧化碳?提示:0 ml。若Na2CO3足量则阿司匹林中只有羧基和碳酸钠反应生成NaHCO3。(3)如何检验阿司匹林酸性水解后含有苯环的有机物是酚类?提示:向水解后的溶液中滴加三氯化铁溶液,如果溶液变紫则证明是酚类。
知识点二 酯化反应与酯的水解的对比及酯化反应的机理和类型【重点释疑】1.酯的水解反应与酸和醇的酯化反应比较
2.酯化反应的原理酯化反应的原理是“酸脱羟基醇脱氢”,机理如下:3.酯化反应的类型(1)一元羧酸和一元醇的酯化反应。
(2)一元羧酸与二元醇的酯化反应。(3)二元酸与二元醇的酯化反应。①反应生成普通酯:
②反应生成环酯:③反应生成聚酯:
(4)无机含氧酸的酯化反应。(5)高级脂肪酸与甘油的酯化反应。
【规律总结】酯化反应的特点(1)所有的酯化反应,条件均为浓硫酸、加热。酯化反应为可逆反应,书写方程式时用“ ”。(2)利用自身酯化或相互酯化生成环酯的结构特点以确定有机物中羟基位置。(3)在形成环酯时,酯基( )中只有一个O参与成环。(4)酸与醇发生反应时,产物不一定生成酯。若是羧酸或者无机含氧酸与醇反应,产物是酯;若是无氧酸如氢卤酸与醇反应则生成卤代烃。
【思考·讨论】 (1)乙酸乙酯在酸性条件下和在碱性条件下的水解产物相同吗?提示:不相同。在酸性条件下生成乙酸和乙醇,而在碱性条件下生成乙酸盐和乙醇。
(2)用什么方法证明乙酸发生酯化反应时断裂C—O 键?提示:使用同位素示踪法探究乙酸酯化反应中可能的脱水方式。在乙酸乙酯中检测到了同位素18O,证明乙酸与乙醇在浓硫酸作用下发生酯化反应的机理是“酸脱羟基,醇脱氢”。
(3)羟基酸的酯化反应:由于分子中既有羟基,也有羧基,因此在不同条件下可以通过酯化反应生成多种酯,如环酯、内酯、聚酯等。已知乳酸的结构简式为 ,试写出其通过酯化反应生成链状酯、环酯、聚酯的化学方程式。提示:
【案例示范】【典例】乳酸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可发生如下所示的反应:
(1)试推断出化合物A、B、C的结构简式。提示: 。A与CH3COOH、C2H5OH均发生酯化反应,分别生成C、B,故A中含有—COOH和—OH。结合A的分子式为C3H6O3,可知A中只含一个—COOH和一个—OH,则A有两种可能的结构简式: 、 。再根据两分子A形成的F为六原子环状化合物,知A的结构简式为 ,其他物质即可依次推出。
(2)试写出反应A→E、A→C的反应类型。提示:消去反应、取代反应。(3)试写出A→E、A→F反应的化学方程式。提示:CH3CHOHCOOH CH2＝CHCOOH+H2O2CH3CHOHCOOH
【迁移·应用】1.某分子式为C10H20O2的酯,在一定条件下可发生如图的转化过程: 则符合上述条件的酯的结构有( )A.2种 B.4种 C.6种 D.8种【解析】选B。因C在一定条件下可氧化成E,则C为C4H9—CH2OH,B为C4H9—COOH,而—C4H9有四种结构,所以有机物共有同分异构体4种。
2.(2020·三明高二检测)中国女科学家屠呦呦获诺贝尔医学奖。屠呦呦从中医古籍里得到启发,用乙醚从青蒿中提取出可以高效抑制疟原虫的成分——青蒿素(结构简式如图),这一发现在全球范围内挽救了数以百万人的生命。下列说法中不正确的是( )
A.青蒿素的分子式为C15H22O5B.青蒿素能与NaOH溶液反应C.青蒿素易溶于水、乙醇、苯等溶剂D.用乙醚从青蒿中提取青蒿素,用到了萃取的原理【解析】选C。A项,根据有机物的结构简式可知分子式为C15H22O5,正确;B项,含有酯基,可与氢氧化钠溶液反应,主要发生水解反应,正确;C项,该有机物含有较多疏水基,难溶于水,错误;D项,青蒿素易溶于乙醚,符合萃取的分离操作,正确。
【补偿训练】 某吸水性高分子化合物(Z)的一种合成路线如下: 下列说法正确的是( )A.Y可发生酯化反应而X不能B.过量酸性KMnO4溶液可将X氧化为YC.Y转化为Z的反应类型是加聚反应D.Z与足量H2发生加成反应,消耗Z与H2的分子数之比为1∶3n
【解析】选D。X分子中有两个醇羟基, Y分子中有两个醇羟基和一个羧基,均可以发生酯化反应,故A错误;羟基和醛基均能被酸性高锰酸钾溶液氧化,过量酸性KMnO4溶液可将X氧化为 ,故B错误;加聚反应的过程没有小分子化合物产生,故Y转化为Z的反应类型不是加聚反应,故C错误; Z中含有n个苯环,与足量H2发生加成反应,消耗Z与H2的分子数之比为1∶3n,故D正确。
1.下列说法中正确的是( )A.分子中含有苯环的羧酸叫做芳香酸B.分子中羧基的数目决定了羧酸的元数C.羧酸分子中都含有极性官能团—COOH,因此都易溶于水D.乙酸的沸点比乙醇的沸点高,主要是因为乙酸的相对分子质量更大一些【解析】选B。芳香酸是指羧基直接连在苯环上的羧酸,分子中含有苯环的羧酸不一定是芳香酸,A项错;羧酸的元数是根据分子中含有羧基的数目来确定的,B项正确;羧酸分子中虽含有亲水基团羧基,但也含有疏水基团烃基,烃基越大,该羧酸在水中的溶解度就越小,高级脂肪酸都难溶于水的原因就在于此,C项错;乙酸的沸点比乙醇的沸点高的主要原因是乙酸分子间更易形成氢键,D项错。
2.(2020·枣庄高二检测) 分子式为C4H8O2的有机物与硫酸溶液共热可得有机物A和B。将A氧化最终可得C,且B和C互为同系物。若C可发生银镜反应,则原有机物的结构简式为( )A.HCOOCH2CH2CH3 D.HCOOCH(CH3)2
【解析】选C。分子式为C4H8O2的有机物与硫酸溶液共热可得有机物A和B,将A氧化最终可得C,且B和C互为同系物,说明C4H8O2为酯,酯水解生成羧酸和醇,A为醇,B和C为羧酸,C可发生银镜反应,则C为HCOOH,则A应为CH3OH,B为CH3CH2COOH,对应的酯的结构简式为CH3CH2COOCH3,故C正确。
3.(2020·忻州高二检测)下列有关常见羧酸的说法中正确的是( )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弱,不能和碳酸氢钠反应制取CO2D.乙二酸具有还原性,可以使酸性KMnO4溶液褪色【解析】选D。常温下甲酸是液体,A不正确;乙酸的沸点高于丙醇的沸点,B不正确;苯甲酸的酸性比碳酸强,可以和NaHCO3反应制取CO2,C不正确。
4.1 ml 与足量的NaOH溶液充分反应,消耗的NaOH的物质的量为( )A.5 ml B.4 ml C.3 ml D.2 ml【解析】选A。1 ml该酯水解后,产生2 ml羧基和3 ml酚羟基,它们都会与NaOH反应,共需5 ml NaOH。
5.(2020·东莞高二检测) 生活中常见的荧光棒的发光原理可用下式表示:上述反应产生的能量传递给荧光染料分子后,使染料分子释放出荧光。下列说法正确的是( )A.上述反应是酯的水解反应B.荧光棒发光过程涉及化学能到光能的转化C.二苯基草酸酯苯环上的一氯代物有4种D.二苯基草酸酯与草酸( )互为同系物
【解析】选B。A项,二苯基草酸酯水解应该生成 和草酸,错误;B项,荧光棒发光过程涉及化学能到光能的转化,正确;C项,二苯基草酸酯苯环上的一氯代物共有3种( ),错误;D项,二苯基草酸酯与草酸( )的结构不相似,不是同系物关系,错误。
6.(2020·西安高二检测)已知葡萄糖在乳酸菌作用下可转化为乳酸(C3H6O3)。(1)取9 g 乳酸与足量的金属Na反应,可生成2.24 L H2(标准状况),另取等量乳酸与足量的乙醇反应,生成0.1 ml乳酸乙酯和1.8 g水,由此可推断乳酸分子中含有的官能团名称为__________。 (2)乳酸在Cu作催化剂时可被氧化成丙酮酸( ),由以上事实推知乳酸的结构简式为__________________________。
(3)两个乳酸分子在一定条件下脱水生成环酯(C6H8O4),则此环酯的结构简式是_________________。 (4)乳酸在浓H2SO4作用下,三分子相互反应,生成链状结构的物质,写出其生成物的结构简式:_________________。
【解析】根据乳酸的分子式,可求出其相对分子质量为90,9 g乳酸为0.1 ml,1.8 g H2O为0.1 ml。0.1 ml乳酸与0.1 ml乙醇反应生成0.1 ml乳酸乙酯,可知1 ml乳酸分子中含有1 ml羧基;又因为0.1 ml乳酸与足量金属钠反应生成0.1 ml H2,所以1 ml乳酸分子中还含有1 ml醇羟基。根据乳酸在Cu催化条件下被氧化成 可知,醇羟基的位置在碳链中间。据此可推导出乳酸的结构简式为 。
答案:(1)羧基、醇羟基 (2) (3) (4)
十三 羧 酸【基础达标】(40分钟 70分)一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)1.“水过鸭背不留珠”指的是鸭子的羽毛不会被水浸湿,这与鸭子羽毛表面的有机物有关,该有机物可能是( )A.低级羧酸 B.低级脂肪醛C.油脂D.甘油【解析】选C。油脂不溶于水而低级羧酸、低级脂肪醛和甘油均可溶于水。
2.(2020·廊坊高二检测)有机物 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【解析】选B。选含有—COOH的碳链为主链,从—COOH上碳原子开始编号。
3.(2020·济南高二检测)某有机物的结构简式是 ,关于它的性质描述正确的是( )①能发生加成反应 ②能溶解于NaOH溶液中③能水解生成两种酸 ④不能使溴水褪色⑤能发生酯化反应⑥具有酸性A.①②③ B.②③⑤ C.⑥ D.全部正确
【解析】选D。题中给的有机物含有酯基、苯环、羧基,因而能发生加成反应、中和反应、水解反应、酯化反应,且具有酸性,但不能使溴水褪色。
4.下列说法正确的是( )A.酯类均无还原性,不会与新制Cu(OH)2悬浊液发生氧化还原反应B.油脂为高级脂肪酸的甘油酯,属于酯类C.从溴水中提取Br2可用植物油作萃取剂D.乙酸乙酯和乙酸互为同分异构体
【解析】选B。A项中, (甲酸酯)含—CHO,可与新制Cu(OH)2悬浊液反应;C项中,植物油中含不饱和键,可与Br2发生加成反应,故不可萃取Br2;D项中,乙酸乙酯分子式为C4H8O2,而乙酸为C2H4O2,故不互为同分异构体。
5.(2020·东莞高二检测)化合物M是某合成农药的中间体,其结构为 。下列有关的说法正确的是( )A.M能发生取代反应和加成反应B.1 ml M与足量的NaOH溶液反应,最多可消耗2 ml NaOHC.分子中有5个碳原子共平面D.同时含有—CHO和—COOH结构的M的同分异构体有5种(不含立体异构)
【解析】选D。酯基中的碳氧双键不能发生加成反应,故A错误;该物质只含一个酯基,羟基不与NaOH发生反应,所以1 ml M与足量的NaOH溶液反应最多消耗1 ml NaOH,故B错误;该物质中有3个碳原子连接在同一饱和碳原子上,外加一个氢原子形成类似甲烷的结构,5个碳原子不可能共面,故C错误; 有一个双键和一个环,不饱和度为2,所以若同时含有—CHO和—COOH,则只能为链状结构,可能的结构有 、 (数字表示—CHO的位置),共有5种,故D正确。
6.分子组成为C3H5O2Cl的含氯有机物A,与NaOH水溶液反应并将其酸化,得到分子组成为C3H6O3的有机物B,在适当条件下,每两分子B可以相互发生酯化反应生成1分子C,那么C的结构不可能是( )
【解析】选B。有机物B(C3H6O3)可发生分子间酯化反应,推知B中既含羟基,又含羧基,可能的分子结构为 或 。A、C、D项中的物质都有可能由某一物质分子间酯化得到。B项中的物质由两种结构不同的分子酯化得到。
7.(2020·贵阳高二检测)有机物A与B是分子式为C5H10O2的同分异构体,在酸性条件下均可水解,水解情况如图所示,下列有关说法中正确的是( )A.X、Y互为同系物B.C分子中的碳原子最多有3个C.X、Y的化学性质不可能相似D.X、Y一定互为同分异构体
【解析】选D。因A、B互为同分异构体,二者水解后得到了同一种产物C,由转化关系图知X、Y分子式相同且为官能团相同的同分异构体,A、C错,D对;C可以是甲酸、乙酸,也可以是甲醇,B错。
8.某一元饱和羧酸跟CH3CH2CH2OH反应,消耗该一元醇15 g,得到25.5 g酯,则该一元饱和羧酸的结构简式是( )A.HCOOHD.C3H7COOH
【解析】选B。15 g醇的物质的量为 =0.25 ml,设该羧酸的摩尔质量为x g·ml-1。则有:15+0.25x-18×0.25=25.5,x=60。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)9.(15分)(2020·温州高二检测)化合物A的结构简式为 。(1)该化合物不可能具有的性质是________。 ①能与钠反应②遇FeCl3溶液显紫色③与碳酸盐反应产生二氧化碳气体④既能与羧酸反应又能与醇反应⑤能发生消去反应
(2)芳香酯B与A互为同分异构体,能使FeCl3溶液显紫色,且苯环上两个取代基在对位上,试写出B的所有同分异构体的结构简式:___________。
【解析】(1)该化合物中不含酚羟基,遇FeCl3溶液不显紫色,②错;该化合物中与羟基相连的碳原子的相邻碳原子上没有氢原子,不能发生消去反应,⑤错。(2)芳香酯B与A互为同分异构体,能使FeCl3溶液显紫色,说明B中含有酚羟基;据苯环上两个取代基在对位上,先写出去掉酯基余下的各种可能的碳链结构,该题目中只有 一种情况,然后将正向“—COO—”、反向“—OOC—”分别插入C—C键中,再将酯基以反向“—OOC—”插入C—H键中,得到三种符合条件的酯的同分异构体。
10.(15分)(2020·南京高二检测)已知2RCH2CHO 水杨酸酯E为紫外线吸收剂,可用于配制防晒霜。E的一种合成路线如下:
请回答下列问题:(1)饱和一元醇A中氧的质量分数约为21.6%,则A的分子式为________;结构分析显示A只有一个甲基,A的名称为________________。 (2)B能与新制的Cu(OH)2悬浊液发生反应,该反应的化学方程式为__________。 (3)C有________种结构(不考虑顺反异构);若一次取样,检验C中所含官能团,按使用的先后顺序写出所用试剂:_________________。 (4)第③步的反应类型为__________;D所含官能团的名称为__________。
【解析】(1)利用一元醇A中氧元素的质量分数约为21.6%,Mr(一元醇)= ≈74,则A的分子式为C4H10O;由A只有一个甲基得A的结构简式为CH3CH2CH2CH2OH,名称为1-丁醇(或正丁醇)。
检验C时应考虑官能团的干扰,一般先检验—CHO,再检验 。检验—CHO时可以选择银氨溶液[或新制Cu(OH)2悬浊液],但要注意,反应后的溶液呈碱性,直接加溴水,无法验证 一定存在,因OH-与Br2反应也会使溴水褪色,故应先加盐酸酸化后再加入溴水。(4)由C的相对分子质量为126和D的相对分子质量为130可知C到D的反应类型为加成反应。
答案:(1)C4H10O 1-丁醇(或正丁醇)(2)CH3CH2CH2CHO+2Cu(OH)2+NaOH CH3CH2CH2COONa+Cu2O↓+3H2O(3)2 银氨溶液、稀盐酸、溴水(或其他合理答案)(4)还原反应(或加成反应) 羟基
【能力提升】(20分钟 30分)非选择题(本题包括2小题,共30分)11.(15分)(2020·廊坊高二检测)咖啡酸有止血功效,存在于多种中药中,其结构简式如图所示。
(1)写出咖啡酸中两种含氧官能团的名称:______________。 (2)根据咖啡酸的结构简式,列举3种咖啡酸可以发生的反应类型:________。 (3)蜂胶的分子式为C17H16O4,在一定条件下可水解生成咖啡酸和一种醇A,则醇A的分子式为____________________。 (4)已知醇A含有苯环,且分子结构中无甲基,写出醇A在一定条件下与乙酸反应的化学方程式: ____________。
【解析】(1)咖啡酸分子中的两种含氧官能团是羧酸和(酚)羟基。(2)咖啡酸分子中含有碳碳双键,可发生加成反应、加聚反应、氧化反应等,其中与氢气的加成反应又属于还原反应;酚类物质可与溴水发生取代反应;含有羧基,可发生中和反应、酯化反应(取代反应)。(3)根据咖啡酸的结构简式可知其分子式为C9H8O4。根据C17H16O4+H2O C9H8O4+A可知,A的分子式为C8H10O。(4)A的分子式为C8H10O,含有苯环且其分子结构中无甲基,则A的结构简式为 。
答案:(1)羧基、(酚)羟基(2)加成反应、酯化反应、加聚反应、氧化反应、还原反应等(任写3种,合理即可)(3)C8H10O(4)
12.(15分)(2020·全国Ⅲ卷) 苯基环丁烯酮( PCBO)是一种十分活泼的反应物,可利用它的开环反应合成一系列多官能团化合物。近期我国科学家报道用PCBO与醛或酮发生[4+2]环加成反应,合成了具有生物活性的多官能团化合物(E),部分合成路线如下:
已知如下信息: 回答下列问题:(1)A的化学名称是________________。 (2)B的结构简式为________________。
(3)由C生成D所用的试剂和反应条件为________________;该步反应中,若反应温度过高,C易发生脱羧反应,生成分子式为C8H8O2的副产物,该副产物的结构简式为____________。 (4)写出化合物E中含氧官能团的名称________________;E中手性碳(注:连有四个不同的原子或基团的碳)的个数为________________。 (5)M为C的一种同分异构体。已知:1 ml M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2 ml二氧化碳;M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸。M的结构简式为____________。
(6)对于 ,选用不同的取代基R′,在催化剂作用下与PCBO发生的[4+2]反应进行深入研究,R′对产率的影响见下表:请找出规律,并解释原因 _______________。
【解析】(1)根据 的结构特点可知该物质的名称为2-羟基苯甲醛;(2)根据A和C的结构特点,以及A→B与B→C的转化条件可知B为 (3)由 的结构变化可知,该反应为酯化反应,所以反应所用的试剂为浓硫酸与乙醇,反应条件为加热;根据副反应的特点为“脱羧”,而副产物分子式为C8H8O2,可知该副产物的结构简式为 。
(4)根据结构简式 可知,E中含有的含氧官能团为酯基和羟基;其中手性碳原子有2个,即图中带*的碳原子。 (5)C的分子式为C9H8O4,根据“1 ml M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2 ml二氧化碳”可知含有2个—COOH,“与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸”可知其结构为 。(6)根据表中数据可知取代基R′中碳原子数目越多,产率越低,可见原因只可能是R′中碳原子数目增多,体积增大,则空间位阻增大。
答案:(1)2-羟基苯甲醛(或水杨醛)(2) (3)乙醇、浓硫酸/加热 (4)羟基、酯基 2(5) (6)随着R′体积增大,产率降低;原因是R′体积增大,位阻增大
【知识拓展】有机反应存在着空间位阻效应又称立体效应,空间位阻效应主要指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍作用。如酶反应中空间位阻会降低其催化活性。一般而言空间位阻与基团体积大小有关,体积越大,位阻越大。
【补偿训练】 1.下图中A、B、C、D、E、F、G均为有机化合物。
根据上图回答问题:(1)D、F的化学名称是__________、__________。 (2)写出下列反应的化学方程式,并注明反应类型。②________________,______________; ④________________,______________。 (3)A的结构简式是______________,1 ml A与足量的NaOH溶液反应会消耗__________ml NaOH。
【解析】本题为一道有机综合题,着重考查有机物的结构与性质。由反应②的反应条件及产物E的结构 可知B为 ;由反应④易知D为乙醇,再结合反应③的反应条件及产物F的组成知C为乙酸,显然B、C、D三者是有机物A水解、酸化的产物。A(C13H16O4)的结构简式为 。由于含有2个酯基,故消耗2 ml(NaOH)。
答案:(1)乙醇 乙酸乙酯 (2)②酯化反应(或取代反应)④CH3CH2OH CH2﹦CH2↑+H2O消去反应(3) 2
2.尼泊金甲酯是苯的含氧衍生物,在化妆品中可作防腐剂。回答下列问题:(1)尼泊金甲酯的结构简式为 ,写出尼泊金甲酯与NaOH溶液反应的化学方程式(有机物写结构简式):__________________。 (2)尼泊金甲酯的一种同分异构体A,满足以下条件:①含有苯环,②含有碳碳双键,③苯环上一氯取代物只有一种。写出A的可能的结构简式:___________。
(3)尼泊金甲酯的另一种同分异构体B,其苯环上的取代基彼此相间,有如下转化关系:已知C的分子式为C8H7O3Na,F的分子式C8H6O3。
填写下列空白:①B中的官能团名称是__________,E→F的反应类型为________; ②F的结构简式为______________; ③写出E与乙醇反应的化学方程式(有机物写结构简式,并注明反应条件): _ _。
【解析】(1)尼泊金甲酯分子中的酚羟基、酯基均能与NaOH反应。(2)由题意可知,A分子中含有1个苯环、1个碳碳双键和3个羟基,由于羟基与碳碳双键直接相连很不稳定,易转化为醛基或羰基,故3个羟基均连在苯环上,又知苯环上一氯取代物只有一种,故苯环上的2个氢原子应对称。符合要求的A的结构有2种: 、 。
(3)B能与Ag(NH3)2OH反应,可知B含—CHO,再由B能与NaOH溶液反应生成分子式为C8H7O3Na的物质C,可知B含1个酚羟基,结合B苯环上的取代基彼此相间,可列举出B的可能结构有 、 。由B→D→E→F的转化关系,可推知,B→D→E是分子中的醛基变为羧基,由E→F(C8H6O3),可知F是环酯,由于F中含有酚羟基,故B中含有醇羟基,即B为 ,E为 ,F为 。
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