有机化学《羧酸-酯》

第三节羧酸酯第三章烃的含氧衍生物课程标准导航1.了解羧酸和酯的组成和结构特点。2.了解羧酸的分类及乙酸的物理性质、酯的物理性质及存在。3.掌握乙酸和乙酸乙酯的结构特点和主要性质,理解乙酸的酯化反应和乙酸乙酯水解反应的基本规律.4.掌握羧酸和酯之间的相互转化,学会合成与推断中的应用.新知初探自学导引自主学习一、羧酸1.概念、官能团羧酸是由_______________相连构成的有机化合物,其官能团是羧基.烃基和羧基2.分类3.羧酸的化学性质羧酸的化学性质主要取决于羧基,在羧基的结构中,有两个部位的键容易断裂：当O—H键断裂时,容易解离出H＋,使羧酸具有________;当C—O键断裂时,羧基中的—OH易被其他基团取代.酸性(1)酸性RCOOHRCOO－＋H＋羧酸都是较弱的酸,但不同的羧酸酸性也不相同.(2)酯化反应如乙酸与乙醇的反应：_____________________________________.C—O—OHO—HHCH3COOH＋C2H5OH浓H2SO4△CH3COOC2H5＋H2O二、乙酸的组成和结构及物理性质1.组成和结构2.物理性质水与乙醇冰醋酸想一想依据乙醇、乙酸的性质探究：在乙酸和乙醇的酯化反应实验中应注意哪些事项？【提示】(1)试剂的加入顺序：乙醇―→浓硫酸和冰醋酸,不能先加浓硫酸.(2)加入碎瓷片,防止暴沸.(3)要用酒精灯小火加热,防止液体剧烈沸腾,乙酸和乙醇大量挥发.(4)乙酸乙酯蒸气的导气管不能插入饱和Na2CO3溶液中,以防止倒吸.(5)若将制得的乙酸乙酯分离出来,可用分液漏斗进行分液,得到的上层油状液体即为乙酸乙酯.三、酯1.组成和结构(1)酯是羧酸分子羧基中的—OH被—OR′取代后的产物,简写为___________,R和R′可以相同,也可以不同.(2)羧酸酯的官能团是____________.(3)饱和一元酯的通式为_____________.分子式相同的羧酸、酯、羟基醛是同分异构体.RCOOR′CnH2nO2(n≥2)2.酯的性质酯一般难溶于水,主要化学性质是易发生_____反应,其条件是酸催化或碱催化,有关化学方程式：(1)酸性条件：___________________________________.(2)碱性条件：____________________________________.水解CH3COOC2H5＋H2O稀H2SO4△CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋NaOH――→△CH3COONa＋C2H5OH自主体验1.下列物质中,不属于羧酸类的是()A．乙二酸B．苯甲酸C．硬脂酸D．石炭酸解析：选D.石炭酸是苯酚,属于酚类不属于羧酸.2.若乙酸分子中的氧是18O,乙醇分子中的氧是16O,二者在浓硫酸作用下发生反应,一段时间后,分子中含有18O的物质有()A．1种B．2种C．3种D．4种解析：选C.因为反应为可逆反应,不能进行完全,故一段时间后乙酸、水、乙酸乙酯三种物质中均含有18O.3.实验室制备下列物质时,不用加入浓硫酸的是()A．由苯制取硝基苯B．用乙酸和乙醇制备乙酸乙酯C．由溴乙烷制乙烯D．由乙醇制乙烯解析：选C.由苯制取硝基苯、用乙酸和乙醇制备乙酸乙酯都需加入浓H2SO4作为催化剂和吸水剂;由乙醇制乙烯需加入浓H2SO4作催化剂和脱水剂;由溴乙烷制乙烯需在NaOH的醇溶液中加热,不需要浓硫酸.要点突破讲练互动探究导引1化合物跟足量的哪种物质的溶液反应可得到钠盐C7H5O3Na?提示：NaHCO3.羟基的活性比较要点归纳醇、酚、羧酸的结构中均有—OH,由于这些—OH所连的基团不同,—OH受相连基团的影响就不同.故羟基上的氢原子的活性也就不同,表现在性质上也相差较大,其比较如下：含羟基的物质比较项目醇酚羧酸羟基上氢原子活泼性――→逐渐增强在水溶液中电离极难电离微弱电离部分电离酸碱性中性很弱的酸性弱酸性与Na反应反应放出H2反应放出H2反应放出H2与NaOH反应不反应反应反应与NaHCO3反应不反应不反应反应放出CO2能否由酯水解生成能能能(1)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等几种酸的酸性关系为H2SO3HFCH3COOHH2CO3.(2)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.即时应用1.已知酸性大小：羧酸碳酸酚.下列含溴化合物中的溴原子,在适当条件下都能被羟基取代(均可称为水解反应),所得产物能与NaHCO3溶液反应的是()解析：选C.A水解成醇,没有酸性.B、D水解成酚,酸性比H2CO3弱不能和NaHCO3反应.C水解得羧酸,酸性大于H2CO3,能和NaHCO3反应.酯化反应的原理及基本类型探究导引2在制取乙酸乙酯的实验中,如何提高乙酸乙酯的产量？酯在碱性条件下的水解程度为什么比在酸性条件下水解程度大？提示：为了提高乙酸乙酯的产量,可以增大反应物(如乙醇)的物质的量,也可以把产物中乙酸乙酯及时分离出来.乙酸乙酯水解生成的酸在碱性条件下被碱中和,减少了酸的浓度,平衡向正反应方向移动,从而使酯的水解趋于完全.要点归纳1.反应机理羧酸与醇发生酯化反应时,一般是羧酸分子中的羟基与醇分子中羟基上的氢原子结合生成水,其余部分结合生成酯,用示踪原子法可以证明.2.基本类型(1)一元醇与一元羧酸之间的酯化反应CH3COOH＋C2H5OH浓H2SO4△CH3COOC2H5＋H2O(2)二元羧酸与一元醇之间的酯化反应(3)一元羧酸与二元醇之间的酯化反应(4)二元羧酸与二元醇之间的酯化反应此时反应有两种情况：(5)羟基酸的自身酯化反应此时反应有两种情况[以乳酸(C)为例]：(1)所有的酯化反应,条件均为浓H2SO4、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.特别提醒即时应用2.有机物A(C10H20O2)具有兰花香味,可用作香皂、洗发香波的芳香赋予剂.已知：①B分子中没有支链.②D能与碳酸氢钠溶液反应放出二氧化碳.③D、E互为具有相同官能团的同分异构体.E分子烃基上的氢若被氯取代后,其一氯代物只有一种.④F可以使溴的四氯化碳溶液褪色.(1)B可以发生的反应有________(选填序号).①取代反应②消去反应③加聚反应④氧化反应(2)D、F分子所含的官能团的名称依次是____________、____________.(3)写出与D、E具有相同官能团的同分异构体的可能的结构简式：_________________________________.(4)E可用于生产氨苄青霉素等.已知E的制备方法不同于其常见的同系物,据报道,可由2甲基1丙醇和甲酸在一定条件下制取E.该反应的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：由题干信息知A为酯,且A由B和E发生酯化反应生成;根据B――→O2C――→O2D可知B为醇,E为羧酸;又因D和E是具有相同官能团的同分异构体,说明B和E中碳原子数相同.结合A的分子式可知E中含有5个碳原子,又因E分子烃基上的氢被氯取代后,其一氯代物只有一种,可以确定E的结构简式为;进一步可知B的分子式为C5H12O,说明B为饱和一元醇,又因B中没有支链,可确定B的结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2OH.答案：(1)①②④(2)羧基碳碳双键题型探究技法归纳酯化反应实验例1“酒是陈的香”,就是因为酒在储存过程中生成了有香味的乙酸乙酯,在实验室我们也可以用如图所示的装置制取乙酸乙酯.回答下列问题：(1)写出制取乙酸乙酯的化学反应方程式__________________________________。(2)浓硫酸的作用是：①____________;②____________.(3)饱和碳酸钠溶液的主要作用是__________________________________________________________________________________________________________.(4)装置中通蒸气的导管要插在饱和碳酸钠溶液的液面上,不能插入溶液中,目的是防止_____________________________________.(5)若要把制得的乙酸乙酯分离出来,应采用的实验操作是____________.(6)做此实验时,有时还向盛乙酸和乙醇的试管里加入几块碎瓷片,其目的是_________________________________.【解析】实验室里一般用乙醇和乙酸制取乙酸乙酯：CH3COOH＋CH3CH2OH浓硫酸△CH3COOCH2CH3＋H2O,其中浓硫酸起催化剂和吸水剂的作用;为了得到乙酸乙酯,通常要通入饱和Na2CO3溶液中,但导管不能插入液面下,以防产生倒吸现象.而饱和Na2CO3溶液的作用是：中和乙酸,溶解乙醇,降低乙酸乙酯在水中的溶解度,便于分层,通过分液操作得到酯.因本实验是给液体混合物加热,为防止暴沸,需加碎瓷片.【答案】(1)CH3COOH＋CH3CH2OH浓硫酸△CH3COOCH2CH3＋H2O(2)催化剂吸水剂(3)中和挥发出来的乙酸,使之转化为乙酸钠溶于水中,便于闻乙酸乙酯的香味,溶解挥发出来的乙醇,降低乙酸乙酯在水中的溶解度,便于分层得到酯(4)倒吸(5)分液(6)防止暴沸酯化反应与酯的水解反应例2A是一种酯,分子式为C14H12O2,A可以由醇B跟羧酸C发生酯化反应得到.A不能使溴的CCl4溶液褪色,氧化B可得C.(1)写出A、B、C的结构简式：A____________,B____________,C____________;(2)写出B的所有同分异构体的结构简式(它们都可以和NaOH溶液反应)：____________________.【解析】本题所给条件很少,所以应充分领会题意,使用好有限的条件.由酯的分子式可知为不饱和酯,又不能使溴的CCl4溶液褪色可知为芳香酯.醇B氧化后可得酸C,说明B、C分子中的碳原子数相等.酯A中有14个C原子,则B和C中各有7个C原子,从而可判断B是苯甲醇,C是苯甲酸,A是苯甲酸苯甲酯.苯甲醇有三种同分异构体,即三种甲基苯酚,它们都能与NaOH反应.本题的创新之处是题中隐含了B和C的碳原子个数相等.【名师点睛】酯化反应与酯的水解反应的比较酯化反应酯的水解反应反应关系CH3COOH＋C2H5OH浓H2SO4△CH3COOC2H5＋H2O催化剂浓硫酸稀硫酸或NaOH溶液催化剂的其他作用吸水、提高CH3COOH和C2H5OH的转化率NaOH中和酯水解生成的羧酸,提高酯的水解率加热方式酒精灯火焰加热热水浴加热反应类型酯化反应、取代反应水解反应、取代反应课堂达标即时巩固热点示例思维拓展[经典案例]已知下列数据：物质熔点/℃沸点/℃密度/g·cm－3乙醇－14478.00.789乙酸16.61181.05乙酸乙酯－83.677.50.900浓硫酸(98%)－3381.84下图为实验室制取乙酸乙酯的装置图.(1)当饱和碳酸钠溶液上方收集到较多液体时,停止加热,取下小试管B,充分振荡,静置.振荡前后的实验现象________(填选项).A．上层液体变薄B．下层液体红色变浅或变为无色C．有气体产生D．有果香味(2)为分离乙酸乙酯、乙醇、乙酸的混合物,可按下列步骤进行分离：①试剂1最好选用___________________________________;②操作1是________,所用的主要仪器名称是________;③试剂2最好选用____________________________________;