3.4.1羧酸 羧酸衍生物 课件(共27张PPT)

(共27张PPT)
第四节 羧酸 羧酸衍生物
第三章 烃的衍生物
卤代烃
醇 酚
醛 酮
羧酸 羧酸衍生物
有机合成
甲酸(蚁酸) HCOOH
甲酸(蚁酸) HCOOH
COOH
COOH
【身边的化学】——自然界和日常生活中的有机羧酸
被蚂蚁咬后会出现红肿，蚂蚁分泌一种称为“蚁酸”的物质，会残留在伤口中。需用肥皂水或苏打水清洗，可以缓解疼痛。
菠菜中含有草酸，不仅使菠菜带有一股涩味，还能与食物中的钙相结合，影响人体对钙质的吸收，草酸钙(CaC2O4)难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。
苯甲酸
（安息香酸）
COOH
未成熟的梅子、李子、等水果中，含有草酸、安息香酸等成分
乙二酸（草酸）
CH3COOH
乙酸
（醋酸）
CH3-CH-COOH
OH
乳酸
柠檬酸
苹果酸
这些分子中既含有羧基也含有羟基，又叫羟基酸，它们既具有羟基的性质也具有羧基的性质
1、概念
一、羧酸
分子中烃基(或氢原子)和羧基(—COOH)相连的有机化合物
CH3COOH
CH2＝CHCOOH
HOOC－COOH
C6H5COOH
C17H35COOH
HCOOH
甲酸(蚁酸)
乙酸(醋酸)
十八酸(硬脂酸)
丙烯酸
苯甲酸
乙二酸
烷烃基(或氢原子)和一个羧基(—COOH)相连的羧酸。
饱和一元羧酸：
饱和一元羧酸分子的通式为
CnH2n＋1COOH (n≥0) 或CnH2nO2 (n≥1)
官能团：羧基
—C—O—H
O
或—COOH
选择含有羧基的最长碳链作为主链，按主链碳原子数称为某酸。
从羧基碳原子开始给主链上碳原子编号
在酸名称之前加上取代基位次号和名称
①选主链：
②编号位：
③定名称：
CH3-CH-CH2-COOH
CH3
CH3-CH2-CH-CH-COOH
C2H5
CH3
3-甲基丁酸
3-甲基-2-乙基戊酸
2、羧酸的系统命名法：
【课堂练习1】请对下列酸进行命名
① ② ③
④ ⑤ ⑥
3-甲基丁酸
CH3CHCH2COOH
CH3
COOH
COOH
HOOCCH—CHCOOH
C2H5
CH3
2-甲基-3-乙基-丁二酸
对苯二甲酸(习惯)
3-乙基-3-丁烯酸
CH2═C-CH2COOH
C2H5
CH3
COOH
CH═CH-COOH
对甲基苯甲酸
3-苯基丙烯酸
3、羧酸的分类：
羧
酸
烃基种类
羧基数目
碳原子数目
一元羧酸
二元羧酸
多元羧酸
CH2=CH-COOH (丙烯酸)
HOOC-COOH (乙二酸)
CH2-COOH
CH-COOH (丙三酸)
CH2-COOH
脂肪酸
芳香酸
CH3CH2COOH (丙酸)
C6H5-COOH (苯甲酸)
低级脂肪酸
高级脂肪酸
CH3CH2COOH (丙酸)
硬脂酸 C17H35COOH
软脂酸 C15H31COOH
油酸 C17H33COOH
[C12以上]
结构特点：既有羧基又有醛基
化学性质
醛基的性质-
羧基的性质-
氧化反应(如银镜反应)、与H2 发生还原反应
酸的通性，酯化反应
O
H—C—O—H
蚁酸(甲酸)
HCOOH
具有醛和羧酸的性质
甲酸是一种无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶。
羧基
醛基
用途：工业上作还原剂，也是合成医药、农药和染料等的原料.
（1）甲酸
4、几种常见的羧酸
(2）苯甲酸——安息香酸
苯甲酸是一种无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇，酸性比乙酸强，比甲酸弱。苯甲酸可以用于合成香料、药物等，它的钠盐或钾盐是常用的食品防腐剂。
COOH
未成熟的梅子、李子、杏等水果中,含有草酸、安息香酸等成分。
乙二酸是二元羧酸，无色透明晶体，可溶于水和乙醇。通常以结晶水合物形式存在（(COOH)2 2H2O），加热至100℃时失水成无水草酸。常用于化学分析的还原剂。也是重要的化工原料。草酸钙(CaC2O4)难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。
（3)乙二酸——俗称草酸
【化学性质】草酸是最简单的饱和二元羧酸，是二元羧酸中酸性最强的，它具有一些特殊的化学性质。具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色、可作漂白剂。
【酸性】HOOC-COOH > HCOOH > C6H5COOH > CH3COOH
（4)高级脂肪酸
名称 分子式 结构简式 状态
硬脂酸 C18H36O2 C17H35COOH 固态
软脂酸 C16H32O2 C15H31COOH 固态
油 酸 C18H34O2 C17H33COOH 液态
注意：高级脂肪酸不溶于水，也不能使酸碱指示剂变色。
（1）溶解性：
（2）状态：
（3）沸点：
如何解释？
与水分子之间形成氢键
相对分子质量增大，范德华力增强
如何解释？
甲酸、乙酸等分子中碳原子数较少的羧酸能够与水互溶。随着分子中碳原子数的增加，一元羧酸在水中的溶解度迅速减小，甚至不溶于水。
高级脂肪酸是不溶于水的蜡状固体。
随着分子中碳原子数的增加，其沸点也逐渐升高。
（4）羧酸与相对分子质量相当的其他有机化合物
相比，沸点较高，这与羧酸分子间可以形成氢键有关。
5、羧酸的物理性质：
（5）熔点：
随分子量的增大呈交替上升，一般偶数碳比相邻奇数碳的酸的熔点高
偶数的羧酸分子排列更为整齐，
分子间的作用力更大，熔点更高
如何解释？
②断C—O单键
①O—H键更易断
= 羰基+羟基
羧基
但不能简单看成羰基和羟基的加和
受-OH的影响:
碳氧双键不易断，不能发生加成反应
受C=O的影响：
①
②
一个新的整体
电离出H+，显酸性
结构决定性质
-OH可以被其他基团取代,生成酯、酰胺等羧酸衍生物。
球棍模型
6、羧酸的化学性质(以乙酸为例)
①羧酸的酸性：
【探究】 羧酸的酸性
【问题】羧酸的化学性质与乙酸的相似，如何通过实验证明其他羧酸也具有酸性？如何通过比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱？
证明羧酸的酸性：
①与指示剂作用或使用pH传感器测定溶液的pH;
②与活泼金属反应产生H2
③与碱、碱性氧化物发生反应
④与碳酸盐或酸式碳酸盐 反应产生CO2
⑤强碱盐水溶液显碱性等。 … …
证明酸性强弱：
①同浓度：测pH、与活泼金属、碳酸钠等反应比较速率快慢
②利用强酸制弱酸原理
③同浓度强碱盐水溶液显碱性相对强弱
… …
【设计与实验】（1）设计实验证明羧酸具有酸性(提供的羧酸有甲酸、苯甲酸和乙二酸)。
实验内容 实验现象 结论
①分别取少量甲酸、苯甲酸、乙二酸于试管中，加水溶解，再分别滴入几滴石蕊溶液。
溶液变红色
甲酸、苯甲酸、乙二酸显酸性
②分别取0.01 mol·L-1三种酸溶液，测pH
pH大于7
③分别取0.01 mol·L-1三种酸的钠盐溶液，测pH
pH大于2
甲酸、苯甲酸、乙二酸都显弱酸性
【讨论】(1)甲酸除了具有酸性，还可能有哪些化学性质？请从分子结构的角度进行分析。
C
O
OH
H
图3-20 甲酸分子的结构
Na2CO3+Cu2O +4H2O
HCOOH+2Cu(OH)2+2NaOH

(NH4 )2CO3+2Ag +2NH3 +H2O
HCOOH+2Ag(NH3)2OH

既有羧基的结构也有醛基的结构，因此还有醛的性质，如发生银镜反应，与新制的氢氧化铜反应等。
【设计与实验】(2)利用上图所示仪器和药品，设计一个简单的一次性完成的实验装置，比较乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱
接口的顺序：
A→D→E→B→C→F→G→H→I→J
实验装置
实验现象
实验结论
B中:有气泡产生， C中:溶液变浑浊
酸性:乙酸>碳酸>苯酚
注：D、E、F、G分别是双孔橡胶塞上的孔
【讨论】(2)以上比较乙酸、碳酸和苯酚酸性强弱的装置中，饱和NaHCO3 溶液的作用是什么？请写出各装置中发生反应的化学方程式。
NaHCO3＋CH3COOH=CH3COONa＋CO2↑＋H2O
Na2CO3＋2CH3COOH→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O
ONa
OH
+ CO2 + H2O
+NaHCO3
除去挥发出来的乙酸，防止乙酸干扰CO2与苯酚的反应。
酸性：乙酸>碳酸>苯酚> HCO3－
结论：
代表物 结构简式 羟基氢的活泼性 酸性 （与碳酸相比） 与钠反应 与NaOH的 反应 与Na2CO3的
反应
乙醇 CH3CH2OH 增强 中性 能 不能 不能
苯酚 C6H5OH 比碳酸弱 能 能 能，不产生CO2
乙酸 CH3COOH 比碳酸强 能 能 能
【小结】比较醇、酚、羧酸中O-H键的活泼性
【结论】 氧氢键的活泼性：羧酸＞酚＞醇。
加物顺序：乙醇→浓硫酸→乙酸
浓硫酸作用催化剂、吸水剂
碎瓷片作用防暴沸
长导管作用冷凝回流
导管末端在饱和Na2CO3溶液上方防倒吸
①溶解乙醇
②中和乙酸
③降低乙酸乙酯的溶解度；利于酯的分层
沸点
乙酸乙酯(77.1)
乙醇(78.3 ℃)
乙酸(118℃)
②羧酸的酯化反应：
乙酸乙酯的制备及注意事项
现象：①饱和Na2CO3溶液的液面上有透明的油状液体生成 ②能闻到香味
【思考与讨论】乙酸与乙醇的酯化反应，从形式上掉进 羧基与羟基之间脱去一个水分子。脱水时有以下两种可能的方式，你能设计一个实验方案来证明是哪一种吗？
O
＝
CH3—C —O — H
+ H—O—C2H5
浓硫酸
Δ
O
＝
CH3—C —O —
C2H5
＋H2O
O
＝
CH3—C —O — H
+ H—O—C2H5
浓硫酸
Δ
O
＝
CH3—C —O —
C2H5
＋H2O
放射性同位素示踪法：
O
＝
CH3—C —O — H
+ H—18O—C2H5
浓硫酸
Δ
O
＝
CH3—C —18O—
C2H5
＋H2O
经示踪法证明，酯化反应时，酸脱羟基醇脱氢。
【思考与讨论】在制取乙酸乙酯的实验中，如果要提高乙酸乙酯的产率，你认为应当采取哪些措施？请结合化学反应原理的有关知识进行说明。
1、使用过量的乙醇
2、使用浓H2SO4作吸水剂，不断蒸出乙酸乙酯
3、冷凝回流，提高产率
4、适当升高温度
应用：在有机合成中可以用该类反应使羧酸转变为醇。
注意：羧酸不能通过催化加氢的方法被还原，用强还原剂如氢化铝锂(LiAlH4)能将羧酸还原为醇。
RCOOH RCH2OH
LiAlH4
③羧酸的还原反应：
（1）写出CH3COOH和 发生酯化反应的方程式。
CH2OH
CH2OH
2CH3COOH +
+ 2H2O
CH2OOCCH3
CH2OOCCH3
CH2OH
CH2OH
浓硫酸
△
（2）写出CH3CH2OH和 发生酯化反应的方程式。
COOH
COOH
+ 2H2O
COOCH2CH3
COOCH2CH3
2CH3CH2OH +
COOH
COOH
浓硫酸
△
【拓展延伸】形形色色的酯化反应
【课堂练习2】书写下列化学方程式：
（3）写 和 发生酯化反应生成环酯的方程式。
CH2OH
CH2OH
COOH
COOH
COOH
COOH
CH2OH
CH2OH
+
+ 2H2O
COOCH2
COOCH2
浓硫酸
△
（4）写 发生酯化反应生成环酯的方程式。
CH3-CH-COOH
OH
（5）生成聚酯
H O CH2 CH2 O C C OH
n
O
O
＋ (2n 1) H2O
n HO CH2 CH2 OH ＋ n HOOC COOH
浓硫酸
Δ
n CH3 CH COOH
OH
浓硫酸
Δ
＋ (n 1)H2O
H O CH C OH
n
O
CH3
“醇、醛、酸、酯”的相互转化模型
R—O—H
醇
O
—C—H
=
醛
氧化（O2）
还原(H2）
O
—C—O—H
=
羧酸
（O2、酸性KMnO4溶液、溴水、
新制Cu(OH)2、Ag(NH3)2OH ）
氧化
O
—C—O-
=
酸性
酯化反应
O
—C—O—R
=
酯