第2课时 羧酸衍生物
课标定向
1.从官能团角度理解酯的性质。(宏观辨识与微观探析)
2.理解酯水解的规律。(证据推理与模型认知)
3.探究酯水解产物,设计酯的制备与提纯方案。(科学探究与创新意识)
一、酯
1.羧酸衍生物
(1)概念:羧酸分子中羧基上的 被其他原子或原子团取代后的产物。
(2)酰基:羧酸分子中的羧基去掉 后剩余的基团,结构简式为 。
(3)常见的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯、酰胺等。
2.酯
(1)酯的组成与结构
①酯是由 基(RCO—)和 基(RO—)相连构成的,羧酸酯的结构简式为 。
②酯的官能团结构简式为 ,官能团的名称为 。
③饱和一元羧酸与饱和一元醇所形成的酯的通式表示为 。
(2)命名
根据生成酯的酸和醇命名为 ,如HCOOCH2CH2CH3命名为 。
3.酯的性质
(1)物理性质
①密度:酯类密度一般比水 。
②溶解性: 溶于水, 溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
③味态:低级酯是有香味的 体, 挥发。
(2)化学性质——水解反应
水解反应的原理:+R'—OH
①在酸性条件下,酯的水解反应是酯化反应的 反应:
+H—OH+R'OH
②酯在碱性条件下的水解程度 在酸性条件下的水解程度,其主要原因是在碱性条件下,酯水解产生的羧酸可以与碱反应,使羧酸浓度减小,化学平衡 移动,使酯的水解程度 :
+NaOH
[思考]分子式为C5H10O2的物质,属于酯类的同分异构体有________种,属于羧酸类的同分异构体有________种(均不考虑立体异构体)。
二、油脂
1.油脂的组成、结构与分类
2.常见的高级脂肪酸
3.物理性质
密度 比水的
溶解性 难溶于 ,易溶于
熔、沸点 天然油脂都是 物,没有固定的熔、沸点
4.化学性质
(1)水解反应
油脂属于 类,与乙酸乙酯具有相似性质,在一定条件下可以发生水解反应。(以硬脂酸甘油酯为例)
①酸性条件下水解的化学方程式:
;
②碱性条件下水解的化学方程式:
。
油脂在碱性溶液中的水解反应又称为 ,用于生产 。
(2)油脂的氢化——不饱和油脂的特性。
①含义:液态油由于含有 ,因而在催化剂存在并加热的条件下,可以与氢气发生加成反应的过程,又叫油脂的 。这样制得的油脂叫人造脂肪,又叫硬化油。
②化学方程式。如油酸甘油酯的氢化反应为
。
5.油脂的应用
[思考]油脂的结构简式可以写为,其中R1、R2、R3相同时称为单甘油酯,不同时称为混甘油酯,因此单甘油酯为纯净物,而混甘油酯为混合物,这种说法对吗
三、其他羧酸衍生物
1.概念与结构
物质 概念 官能团 示例
酰胺 分子中由 基( )和氨基 (—NH2)相连构成的羧酸衍生物 基 ( ) 如苯甲酰胺:
酰卤 分子由酰基与卤素原子(—X)相连构成的羧酸衍生物 R为烃基或H原子;X为卤素原子 如乙酰氯的结构简式:
酸酐 分子由酰基与 基 ( ) 相连构成的羧酸衍生物 R、R'为烃基或H原子 如乙酸酐的结构简式:
2.酰胺的性质
(1)物理性质
①除 ( )是液体外,其他多为无色晶体。
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 。
(2)化学性质——水解反应(以乙酰胺为例)
①强酸性条件下:
+H2O+HCl
②强碱性条件下:
+NaOH
[思考]下列物质不属于酰胺的是________;
②在强酸、加热条件下水解,有机产物的名称为________________。
① ②
③ ④CH3CONH2
【质疑辨析】
(1)酯的水解反应是酯化反应的逆反应。 ( )
(2)皂化反应也是加成反应。 ( )
(3)酰胺是分子由酮羰基和氨基相连构成的羧酸衍生物。 ( )
(4)乙酰氯的结构简式为。 ( )
(5)乙酸在一定条件下可以反应生成乙酸酐。 ( )
探究任务一:乙酸乙酯的制备、提纯与水解
【导学探究】
为研究乙酸与乙醇的反应,并制备乙酸乙酯,某研究小组参照图甲,设计了图乙的装置(部分夹持仪器略),其中保温电炉既可以使受热均匀,又可以控制加热温度。
实验前,他们还查阅了一些数据,见下表:
物质 CH3COOC2H5 C2H5OH CH3COOH CH3(CH2)3OH CH3COOC4H9
名 称 乙酸乙酯 乙醇 乙酸 1-丁醇 乙酸丁酯
沸 点 77.1 ℃ 78.5 ℃ 117.9 ℃ 117.2 ℃ 126.3 ℃
他们还查得制备乙酸乙酯温度70~80 ℃最佳,制备乙酸丁酯115~125 ℃最佳。
实验方案如下:在三颈瓶(也称“三口烧瓶”)内将过量的乙醇与少量浓硫酸混合,加入少量沸石(或碎瓷片),然后经恒压滴液漏斗边滴加冰醋酸边加热蒸馏,得到含乙醇、醋酸和水的乙酸乙酯粗产品。
探究点一:乙酸乙酯制备实验
1.图甲与下图相比较,最大的优点是____________________________________;
实验结束后将试管B充分振荡,有气泡产生,该反应的离子方程式为____________
______________________________________。
2.图乙使用了恒压滴液漏斗边滴加冰醋酸边蒸馏乙酸乙酯,请结合化学平衡移动原理和化学用语解释其优点: ______________________________________。
3.若用图乙装置制备乙酸丁酯,也用蒸馏法则不可行,原因是______________。
4.某学习小组研究乙醇与乙酸脱水的反应机理,提出了两种观点:
观点1:酸脱羟基醇脱氢
+H2O
观点2:醇脱羟基酸脱氢
+H2O
请用同位素示踪法(将乙醇羟基中氧原子换成放射性同位素18O)判断观点________正确。
探究点二:乙酸乙酯的净化和提纯
5.制得粗产品中含乙酸乙酯、乙酸和乙醇,该小组采取如图步骤分离并回收乙酸乙酯、乙酸和乙醇。
回答下列问题:
(1)试剂(Ⅰ)是饱和Na2CO3溶液,不用饱和NaOH溶液的原因可能是__________
___________________________。
(2)分离方法(Ⅰ)是______________,需要的玻璃仪器有__________、__________。
(3)分离方法(Ⅱ)是________________,使用______________(填“直形冷凝管”或“球形冷凝管”)进行冷却;加入试剂(Ⅱ)发生反应的离子方程式为_________。
【归纳总结】
1.乙酸乙酯的制备
2.乙酸乙酯的水解与纯化
(1)乙酸乙酯的水解。已知沸点:乙酸为117.9 ℃;乙醇为78.5 ℃;乙酸乙酯为77.1 ℃。
实验操作 ①向三支试管中分别加入2 mL的稀硫酸、NaOH溶液、蒸馏水 ②向上述三支试管中分别缓缓加入等体积的乙酸乙酯 ③将三支试管放在70 ℃水浴中加热几分钟,观察实验现象
实验现象 加入稀硫酸的试管中酯层慢慢消失,酯的香味慢慢消失
加入NaOH溶液的试管中酯层很快消失,酯香味很快消失
加入蒸馏水的试管中酯层无明显变化,酯香味不消失
化学 方程式 加入稀硫酸的试管中: CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH
加入NaOH溶液的试管中: CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OH
实验结论 乙酸乙酯在酸或碱性条件下,均水解,且碱性条件下水解程度较大
(2)乙酸乙酯的纯化
反应 回流 在b圆底烧瓶中加入体积比为1∶1的乙醇和冰醋酸,再加入乙醇和浓硫酸的混合物。将a球形冷凝管与b连接,用电热套或油浴加热,并维持温度为110~120 ℃
产物 蒸馏 用电加热套或油浴加热,并维持温度80 ℃以下
产物 纯化 粗产品乙酸乙酯(为了除去乙酸乙酯中的少量乙酸和乙醇)酯层(为了除去乙酸乙酯中的少量碳酸钠)酯层(为了除去残余的乙醇酯层(为了除去残余的水)乙酸乙酯(收集77.1 ℃馏分)
【针对训练】
1.在生成和纯化乙酸乙酯的实验过程中,下列操作未涉及的是 ( )
2.(2024·邯郸高二检测)乙酸乙酯是应用最广的脂肪酸酯之一,是极好的工业溶剂,广泛应用于油墨、人造革生产中。某小组同学欲制取并分离提纯乙酸乙酯,制取实验装置设计如图所示:
已知:①无水氯化钙可与乙醇形成微溶于水的CaCl2·6C2H5OH;
②有关有机物的沸点:
试剂 乙醚 乙醇 乙酸 乙酸乙酯
沸点/℃ 34.7 78.5 117.9 77.1
请回答:
(1)仪器A的名称是____________,浓硫酸的作用为__________。
(2)若用同位素18O标记乙醇中的氧原子,则CH3COH与乙酸生成乙酸乙酯的化学方程式为_____________________________________, 该反应的类型属于__________反应。
(3)该小组同学在实验时加入过量的乙醇的目的是__________________ __________________________。
(4)球形干燥管B的作用是____________,C中放________________溶液。
[规律方法]乙酸乙酯制备需要注意的几个问题:
(1)制备乙酸乙酯时要在试管中加入沸石,主要作用是防止液体暴沸;导管末端不能插入液面之下主要是为了防止倒吸。
(2)配制乙酸、乙醇、浓硫酸的混合液的顺序:在烧杯中加入无水乙醇,沿烧杯内壁缓缓加入浓硫酸,并用玻璃棒搅拌,再加入无水乙酸,振荡。
(3)乙酸乙酯水解时,要用水浴加热,原因是酯的沸点较低,易挥发;酯在酸性条件下比碱性条件下水解程度小的原因是酯在酸性条件下的水解反应是可逆反应。在碱性条件下,碱能把水解生成的羧酸中和,水解进行完全。
探究任务二:酯、油脂的性质、区别和联系
【导学探究】
生活中我们会接触到各种各样的“油”类物质,如汽油、豆油、花生油、生物柴油等。其中生物柴油具有环保性能好、原料来源广泛、可再生等特性,是典型的“绿色能源”。工业上可以利用地沟油(泛指在生活中存在的各类劣质油,如回收的食用油、反复使用的炸油等)与甲醇制备生物柴油。
探究点一:探究各种油的物质类别
1.判断上述材料中涉及的各种油的物质类别,属于酯类物质的油有__________________。
2.生物柴油是否属于油脂
探究点二:探究酯和油脂的性质
3.已知+R2CH2OH+R1OH(R、R1、R2为H或烃基)。
若地沟油的主要成分为,写出制备生物柴油的化学方程式:________________________________________________________,其反应类型为________________,生物柴油中含氧官能团的名称为____________,其在酸、碱条件下均能发生__________反应,C17H35COOCH3在碱性条件下反应的离子方程式为_______________________________________________________。
4.某种豆油的主要成分为,在常温下为液体,能与H2按物质的量之比1∶3发生__________反应,反应的化学方程式为__________________,
该豆油的主要成分中含有官能团的名称为________________________。
【归纳总结】
1.油脂的结构
(1)结构简式:
R1、R2、R3可以相同,也可以不同。
(2)官能团:酯基,有的在其烃基中可能含有碳碳双键。
2.酯和油脂的水解
(1)反应原理
①酸性条件:
+H2ORCOOH+R'—OH。
②碱性条件:
+NaOHRCOONa+R'—OH。
③
(2)反应机理
水解反应中断裂酯基()中的碳氧单键。
(3)水解程度
酯和油脂在酸性条件下的水解反应是可逆反应,不能完全水解,碱性条件下水解生成羧酸盐和醇,是不可逆的。
(4)酯化反应与酯的水解反应的比较
项目 酯化反应 水解反应
反应关系 CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O
催化 浓硫酸 稀硫酸或NaOH溶液
断键机理 酸中 醇中 酯中
催化剂的其他作用 吸水,提高乙酸和乙醇的转化率 氢氧化钠中和酯水解产生的乙酸,提高酯的水解率
最佳加热方式 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
3.油脂制备肥皂的流程
油脂在碱性溶液中的水解反应又称为皂化反应,工业上常用来制取肥皂,高级脂肪酸钠是肥皂的有效成分。肥皂的生产流程如下:
[特别提醒]
盐析的作用:加入的NaCl能降低高级脂肪酸钠的溶解度,使混合液分成上下两层,上层为高级脂肪酸钠盐,下层为甘油和食盐水的混合液,经分离得到高级脂肪酸钠盐及其副产品甘油。
【针对训练】
1.《天工开物》中记载:“凡墨烧烟凝质而为之。取桐油、清油、猪油烟为者居十之一,取松烟为者居十之九。凡造贵重墨者,国朝推重徽郡人……”下列说法正确的是 ( )
A.桐油属于天然高分子化合物
B.清油中的油脂是饱和脂肪酸甘油酯
C.松烟的主要成分是含碳有机物
D.猪油可以在碱性条件下发生皂化反应
2.油脂是生物维持正常生命活动不可缺少的物质,是生物体内贮存能量的物质,在生物体内被氧化而提供能量。下列说法正确的是 ( )
A.油脂一定不是高分子化合物
B.油脂与酸作用生成高级脂肪酸盐和甘油的反应称为皂化反应
C.一般将常温常压下呈液态的油脂叫作脂肪,呈固态的油脂叫作油
D.含有饱和键的油脂通过催化加氢的方法得到的产物称为“氢化油”或“硬化油”
【真题示例】
(2023·湖北选择考·4)湖北蕲春李时珍的《本草纲目》记载的中药丹参,其水溶性有效成分之一的结构简式如图。下列说法正确的是 ( )
A.该物质属于芳香烃
B.可发生取代反应和氧化反应
C.分子中有5个手性碳原子
D.1 mol该物质最多消耗9 mol NaOH
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 (1)结构简式 (2)芳香烃 (3)取代、氧化 (4)手性碳原子 (5)9 mol NaOH
转化 知识点 (1)官能团:酚羟基、醚键、酯基、羧基、碳碳双键 (2)烃只由C、H两种元素组成 (3)手性碳原子,连接四个不同的原子或原子团 (4)酚羟基、酯基、羧基与NaOH发生1∶1的反应
排除 障碍点 酯基水解获得的是醇羟基而不是酚羟基
【对点演练】
1.(2021·广东选择考·5)昆虫信息素是昆虫之间传递信号的化学物质。人工合成信息素可用于诱捕害虫、测报虫情等。一种信息素的分子结构简式如图所示,关于该化合物说法不正确的是 ( )
A.属于烷烃
B.可发生水解反应
C.可发生加聚反应
D.具有一定的挥发性
[思维建模]确定多官能团有机物性质的三步走:
2.(2024·济南高二检测)一种抗肿瘤活性物质的结构如图所示。下列关于该化合物的说法正确的是 ( )
A.分子式为C12H16O5
B.该物质含有3个不对称碳原子
C.能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色
D.1 mol该有机物可与含5 mol NaOH的水溶液恰好反应
1.(双选)(2024·青岛高二检测)甲基丙烯酸羟乙酯是一种无色透明易流动液体,是制造隐形眼镜的重要原料,其结构简式如图所示。下列有关甲基丙烯酸羟乙酯的叙述正确的是 ( )
A.含有的含氧官能团为酯基、羟基
B.能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色,反应原理相同
C.能与Na2CO3反应生成CO2
D.在一定条件下能发生加聚反应、氧化反应、还原反应
2.(2024·南宁高二检测)药物贝诺酯可由乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚在一定条件下反应制得,下列有关叙述正确的是 ( )
++H2O
A.根据有机物的分类,贝诺酯属于芳香烃,分子式为C17H15NO5
B.乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚均能与Na2CO3溶液反应
C.乙酰水杨酸和贝诺酯都易溶于水
D.1 mol贝诺酯最多能与4 mol NaOH发生反应
3.实验室合成乙酸乙酯的步骤如下:在图甲的圆底烧瓶内加入乙醇、浓硫酸和乙酸,加热回流一段时间,然后换成图乙装置进行蒸馏,得到含有乙醇、乙酸和水的乙酸乙酯粗产品。
(1)图甲中冷凝水从________(填“a”或“b”)进,图乙中B装置的名称为____________;
(2)反应中加入过量的乙醇,目的是________________________________;
(3)现拟分离粗产品乙酸乙酯、乙酸和乙醇的混合物,下列框图是分离操作步骤流程图:
则试剂a是______________________, 分离方法Ⅰ是________,试剂b是________(A.浓HCl B.浓H2SO4 C.浓HNO3),分离方法Ⅲ是________。 第2课时 羧酸衍生物
课标定向
1.从官能团角度理解酯的性质。(宏观辨识与微观探析)
2.理解酯水解的规律。(证据推理与模型认知)
3.探究酯水解产物,设计酯的制备与提纯方案。(科学探究与创新意识)
一、酯
1.羧酸衍生物
(1)概念:羧酸分子中羧基上的羟基被其他原子或原子团取代后的产物。
(2)酰基:羧酸分子中的羧基去掉羟基后剩余的基团,结构简式为或RCO—。
(3)常见的羧酸衍生物有酰卤、酸酐、酯、酰胺等。
2.酯
(1)酯的组成与结构
①酯是由酰基(RCO—)和烃氧基(RO—)相连构成的,羧酸酯的结构简式为。
②酯的官能团结构简式为,官能团的名称为酯基。
③饱和一元羧酸与饱和一元醇所形成的酯的通式表示为CnO2 (n≥2)。
(2)命名
根据生成酯的酸和醇命名为某酸某酯,如HCOOCH2CH2CH3命名为甲酸正丙酯。
3.酯的性质
(1)物理性质
①密度:酯类密度一般比水小。
②溶解性:难溶于水,易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
③味态:低级酯是有香味的液体,易挥发。
(2)化学性质——水解反应
水解反应的原理:+R'—OH
①在酸性条件下,酯的水解反应是酯化反应的逆反应:
+H—OH+R'OH
②酯在碱性条件下的水解程度大于在酸性条件下的水解程度,其主要原因是在碱性条件下,酯水解产生的羧酸可以与碱反应,使羧酸浓度减小,化学平衡正向移动,使酯的水解程度加大:
+NaOH+R'OH
[思考]分子式为C5H10O2的物质,属于酯类的同分异构体有________种,属于羧酸类的同分异构体有________种(均不考虑立体异构体)。
提示:9 4。酯类有 HCOOCH2CH2CH2CH3、
、、CH3CH2COOCH2CH3、CH3COOCH2CH2CH3
、CH3CH2CH2COOCH3、;
羧酸类:
CH3CH2CH2CH2COOH、 、。
二、油脂
1.油脂的组成、结构与分类
2.常见的高级脂肪酸
3.物理性质
密度 比水的小
溶解性 难溶于水,易溶于有机溶剂
熔、沸点 天然油脂都是混合物,没有固定的熔、沸点
4.化学性质
(1)水解反应
油脂属于酯类,与乙酸乙酯具有相似性质,在一定条件下可以发生水解反应。(以硬脂酸甘油酯为例)
①酸性条件下水解的化学方程式:
+3H2O3C17H35COOH+;
②碱性条件下水解的化学方程式:
+3NaOH+3C17H35COONa。
油脂在碱性溶液中的水解反应又称为皂化反应,用于生产肥皂。
(2)油脂的氢化——不饱和油脂的特性。
①含义:液态油由于含有碳碳双键,因而在催化剂存在并加热的条件下,可以与氢气发生加成反应的过程,又叫油脂的硬化。这样制得的油脂叫人造脂肪,又叫硬化油。
②化学方程式。如油酸甘油酯的氢化反应为
+3H2。
5.油脂的应用
[思考]油脂的结构简式可以写为,其中R1、R2、R3相同时称为单甘油酯,不同时称为混甘油酯,因此单甘油酯为纯净物,而混甘油酯为混合物,这种说法对吗
提示:不对,单甘油酯和混甘油酯均为纯净物。混甘油酯分子中,三个烃基不同,但作为整个分子,其分子结构组成是确定的,故也属于纯净物。
三、其他羧酸衍生物
1.概念与结构
物质 概念 官能团 示例
酰胺 分子中由酰基()和氨基 (—NH2)相连构成的羧酸衍生物 酰胺基 () 如苯甲酰胺:
酰卤 分子由酰基与卤素原子(—X)相连构成的羧酸衍生物 R为烃基或H原子;X为卤素原子 如乙酰氯的结构简式:
酸酐 分子由酰基与酰氧基 () 相连构成的羧酸衍生物 R、R'为烃基或H原子 如乙酸酐的结构简式:
2.酰胺的性质
(1)物理性质
①除甲酰胺(HCONH2)是液体外,其他多为无色晶体。
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。
(2)化学性质——水解反应(以乙酰胺为例)
①强酸性条件下:
+H2O+HClCH3—COOH+NH4Cl
②强碱性条件下:
+NaOHCH3—COONa+NH3↑
[思考]下列物质不属于酰胺的是________;
②在强酸、加热条件下水解,有机产物的名称为________________。
① ②
③ ④CH3CONH2
提示:酰胺的官能团为酰胺基(),而③中的物质的官能团为羧基和氨基,不属于酰胺;②在强酸、加热条件下水解,有机产物的名称为苯甲酸。
【质疑辨析】
(1)酯的水解反应是酯化反应的逆反应。 (√)
提示:在酸性条件下,酯可以发生水解反应生成相应的醇和羧酸。
(2)皂化反应也是加成反应。 (×)
提示:油脂在碱性条件下的水解反应为皂化反应。
(3)酰胺是分子由酮羰基和氨基相连构成的羧酸衍生物。 (×)
提示:酰胺是分子由酰基和氨基相连构成的羧酸衍生物。
(4)乙酰氯的结构简式为。 (×)
提示:乙酰氯的结构简式:。
(5)乙酸在一定条件下可以反应生成乙酸酐。 (√)
提示:2CH3COOH+H2O,该反应为取代反应。
探究任务一:乙酸乙酯的制备、提纯与水解
【导学探究】
为研究乙酸与乙醇的反应,并制备乙酸乙酯,某研究小组参照图甲,设计了图乙的装置(部分夹持仪器略),其中保温电炉既可以使受热均匀,又可以控制加热温度。
实验前,他们还查阅了一些数据,见下表:
物质 CH3COOC2H5 C2H5OH CH3COOH CH3(CH2)3OH CH3COOC4H9
名 称 乙酸乙酯 乙醇 乙酸 1-丁醇 乙酸丁酯
沸 点 77.1 ℃ 78.5 ℃ 117.9 ℃ 117.2 ℃ 126.3 ℃
他们还查得制备乙酸乙酯温度70~80 ℃最佳,制备乙酸丁酯115~125 ℃最佳。
实验方案如下:在三颈瓶(也称“三口烧瓶”)内将过量的乙醇与少量浓硫酸混合,加入少量沸石(或碎瓷片),然后经恒压滴液漏斗边滴加冰醋酸边加热蒸馏,得到含乙醇、醋酸和水的乙酸乙酯粗产品。
探究点一:乙酸乙酯制备实验
1.图甲与下图相比较,最大的优点是____________________________________;
实验结束后将试管B充分振荡,有气泡产生,该反应的离子方程式为____________
______________________________________。
提示:图甲使用水浴加热,其优点为加热均匀,温度易于控制;挥发的乙酸与碳酸钠溶液反应生成二氧化碳,反应的离子方程式为C+2CH3COOH→2CH3COO-+CO2↑+H2O。
2.图乙使用了恒压滴液漏斗边滴加冰醋酸边蒸馏乙酸乙酯,请结合化学平衡移动原理和化学用语解释其优点: ______________________________________。
提示:制备乙酸乙酯的化学反应为CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O,滴加冰醋酸增加反应物的浓度,平衡向右移动,同时蒸馏出乙酸乙酯减小生成物的浓度,平衡也向右移动,有利于提高生成物的产率。
3.若用图乙装置制备乙酸丁酯,也用蒸馏法则不可行,原因是______________。
提示:乙酸、1-丁醇的沸点均低于乙酸丁酯,故使用乙装置不能蒸馏出产物乙酸丁酯,故操作不可行。
4.某学习小组研究乙醇与乙酸脱水的反应机理,提出了两种观点:
观点1:酸脱羟基醇脱氢
+H2O
观点2:醇脱羟基酸脱氢
+H2O
请用同位素示踪法(将乙醇羟基中氧原子换成放射性同位素18O)判断观点________正确。
提示:科学家把乙醇分子中的氧原子换成放射性同位素18O,结果检测到只有生成的乙酸乙酯中才有18O:
+H2O,可见观点1正确。
探究点二:乙酸乙酯的净化和提纯
5.制得粗产品中含乙酸乙酯、乙酸和乙醇,该小组采取如图步骤分离并回收乙酸乙酯、乙酸和乙醇。
回答下列问题:
(1)试剂(Ⅰ)是饱和Na2CO3溶液,不用饱和NaOH溶液的原因可能是__________
___________________________。
提示:氢氧化钠碱性太强,会导致生成的乙酸乙酯发生碱性水解,故试剂(Ⅰ)是饱和Na2CO3溶液,不用饱和NaOH溶液。
(2)分离方法(Ⅰ)是______________,需要的玻璃仪器有__________、__________。
提示:分离方法(Ⅰ)是分离有机层与水层,即分液,使用的玻璃仪器有烧杯和分液漏斗。
(3)分离方法(Ⅱ)是________________,使用______________(填“直形冷凝管”或“球形冷凝管”)进行冷却;加入试剂(Ⅱ)发生反应的离子方程式为_________。
提示:分离方法(Ⅱ)是利用乙醇的沸点较低而从水溶液中蒸馏出乙醇的操作,蒸馏时使用直形冷凝管冷却乙醇气体;溶液中的醋酸钠与强酸如硫酸反应生成醋酸,反应的离子方程式为CH3COO-+H+===CH3COOH。
【归纳总结】
1.乙酸乙酯的制备
2.乙酸乙酯的水解与纯化
(1)乙酸乙酯的水解。已知沸点:乙酸为117.9 ℃;乙醇为78.5 ℃;乙酸乙酯为77.1 ℃。
实验操作 ①向三支试管中分别加入2 mL的稀硫酸、NaOH溶液、蒸馏水 ②向上述三支试管中分别缓缓加入等体积的乙酸乙酯 ③将三支试管放在70 ℃水浴中加热几分钟,观察实验现象
实验现象 加入稀硫酸的试管中酯层慢慢消失,酯的香味慢慢消失
加入NaOH溶液的试管中酯层很快消失,酯香味很快消失
加入蒸馏水的试管中酯层无明显变化,酯香味不消失
化学 方程式 加入稀硫酸的试管中: CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH
加入NaOH溶液的试管中: CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OH
实验结论 乙酸乙酯在酸或碱性条件下,均水解,且碱性条件下水解程度较大
(2)乙酸乙酯的纯化
反应 回流 在b圆底烧瓶中加入体积比为1∶1的乙醇和冰醋酸,再加入乙醇和浓硫酸的混合物。将a球形冷凝管与b连接,用电热套或油浴加热,并维持温度为110~120 ℃
产物 蒸馏 用电加热套或油浴加热,并维持温度80 ℃以下
产物 纯化 粗产品乙酸乙酯(为了除去乙酸乙酯中的少量乙酸和乙醇)酯层(为了除去乙酸乙酯中的少量碳酸钠)酯层(为了除去残余的乙醇酯层(为了除去残余的水)乙酸乙酯(收集77.1 ℃馏分)
【针对训练】
1.在生成和纯化乙酸乙酯的实验过程中,下列操作未涉及的是 ( )
【解析】选D。A项,反应物均是液体,且需要加热,因此试管口要高于试管底,A正确;B项,生成的乙酸乙酯中含有乙酸和乙醇,乙酸乙酯不溶于水,因此可以用饱和碳酸钠溶液吸收,注意导管口不能插入溶液中,以防止倒吸,B正确;C项,乙酸乙酯不溶于水,分液即可实现分离,C正确;D项,乙酸乙酯是不溶于水的有机物,不能通过蒸发实现分离,D错误。
2.(2024·邯郸高二检测)乙酸乙酯是应用最广的脂肪酸酯之一,是极好的工业溶剂,广泛应用于油墨、人造革生产中。某小组同学欲制取并分离提纯乙酸乙酯,制取实验装置设计如图所示:
已知:①无水氯化钙可与乙醇形成微溶于水的CaCl2·6C2H5OH;
②有关有机物的沸点:
试剂 乙醚 乙醇 乙酸 乙酸乙酯
沸点/℃ 34.7 78.5 117.9 77.1
请回答:
(1)仪器A的名称是____________,浓硫酸的作用为__________。
(2)若用同位素18O标记乙醇中的氧原子,则CH3COH与乙酸生成乙酸乙酯的化学方程式为_____________________________________, 该反应的类型属于__________反应。
(3)该小组同学在实验时加入过量的乙醇的目的是__________________ __________________________。
(4)球形干燥管B的作用是____________,C中放________________溶液。
【解析】乙酸和乙醇在浓硫酸、加热条件下反应生成乙酸乙酯和水,由于乙醇易溶于水且易挥发,用干燥管防止倒吸,用饱和碳酸钠溶液接收,据此分析。
(1)根据图中信息得到仪器A的名称是分液漏斗,乙醇和乙酸在浓硫酸催化作用下加热反应生成乙酸乙酯和水,该反应是可逆反应,浓硫酸吸收生成的水,有利于平衡正向移动,因此浓硫酸的作用为催化剂和吸水剂;
(2)若用同位素18O标记乙醇中的氧原子,根据酸脱羟基醇脱氢原则,则CH3COH与乙酸生成乙酸乙酯的化学方程式为CH3COOH+C2OHCH3CO18OC2H5+H2O,该反应C2O—取代了乙酸中的—OH,因此反应类型属于取代反应;
(3)该反应是可逆反应,增加其中一种反应物的量,有利于平衡正向移动,因此该小组同学在实验时加入过量的乙醇的目的是提高CH3COOH的转化率;
(4)乙醇的沸点与乙酸乙酯相接近,乙醇与水以任意比互溶,因此球形干燥管B的作用是防倒吸,C中盛放饱和Na2CO3溶液,其作用是中和乙酸,溶解乙醇,降低乙酸乙酯的溶解度。
答案:(1)分液漏斗 催化剂和吸水剂
(2)CH3COOH+C2OH
CH3CO18OC2H5+H2O 取代
(3)提高CH3COOH的转化率
(4)防倒吸 饱和Na2CO3
[规律方法]乙酸乙酯制备需要注意的几个问题:
(1)制备乙酸乙酯时要在试管中加入沸石,主要作用是防止液体暴沸;导管末端不能插入液面之下主要是为了防止倒吸。
(2)配制乙酸、乙醇、浓硫酸的混合液的顺序:在烧杯中加入无水乙醇,沿烧杯内壁缓缓加入浓硫酸,并用玻璃棒搅拌,再加入无水乙酸,振荡。
(3)乙酸乙酯水解时,要用水浴加热,原因是酯的沸点较低,易挥发;酯在酸性条件下比碱性条件下水解程度小的原因是酯在酸性条件下的水解反应是可逆反应。在碱性条件下,碱能把水解生成的羧酸中和,水解进行完全。
探究任务二:酯、油脂的性质、区别和联系
【导学探究】
生活中我们会接触到各种各样的“油”类物质,如汽油、豆油、花生油、生物柴油等。其中生物柴油具有环保性能好、原料来源广泛、可再生等特性,是典型的“绿色能源”。工业上可以利用地沟油(泛指在生活中存在的各类劣质油,如回收的食用油、反复使用的炸油等)与甲醇制备生物柴油。
探究点一:探究各种油的物质类别
1.判断上述材料中涉及的各种油的物质类别,属于酯类物质的油有__________________。
提示:豆油、花生油、生物柴油、地沟油等属于酯类物质。汽油的主要成分为烃类物质。
2.生物柴油是否属于油脂
提示:不属于,因为生物柴油是通过地沟油(油脂)与甲醇反应制得,应为高级脂肪酸的甲醇酯,而油脂属于高级脂肪酸的甘油酯。
探究点二:探究酯和油脂的性质
3.已知+R2CH2OH+R1OH(R、R1、R2为H或烃基)。
若地沟油的主要成分为,写出制备生物柴油的化学方程式:________________________________________________________,其反应类型为________________,生物柴油中含氧官能团的名称为____________,其在酸、碱条件下均能发生__________反应,C17H35COOCH3在碱性条件下反应的离子方程式为_______________________________________________________。
提示:+3CH3OH3C17H35COOCH3+ 取代反应 酯基 水解(取代) C17H35COOCH3+OH-C17H35COO-+CH3OH
4.某种豆油的主要成分为,在常温下为液体,能与H2按物质的量之比1∶3发生__________反应,反应的化学方程式为__________________,
该豆油的主要成分中含有官能团的名称为________________________。
提示:加成
+3H2
碳碳双键、酯基
【归纳总结】
1.油脂的结构
(1)结构简式:
R1、R2、R3可以相同,也可以不同。
(2)官能团:酯基,有的在其烃基中可能含有碳碳双键。
2.酯和油脂的水解
(1)反应原理
①酸性条件:
+H2ORCOOH+R'—OH。
②碱性条件:
+NaOHRCOONa+R'—OH。
③
(2)反应机理
水解反应中断裂酯基()中的碳氧单键。
(3)水解程度
酯和油脂在酸性条件下的水解反应是可逆反应,不能完全水解,碱性条件下水解生成羧酸盐和醇,是不可逆的。
(4)酯化反应与酯的水解反应的比较
项目 酯化反应 水解反应
反应关系 CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O
催化 浓硫酸 稀硫酸或NaOH溶液
断键机理 酸中 醇中 酯中
催化剂的其他作用 吸水,提高乙酸和乙醇的转化率 氢氧化钠中和酯水解产生的乙酸,提高酯的水解率
最佳加热方式 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
3.油脂制备肥皂的流程
油脂在碱性溶液中的水解反应又称为皂化反应,工业上常用来制取肥皂,高级脂肪酸钠是肥皂的有效成分。肥皂的生产流程如下:
[特别提醒]
盐析的作用:加入的NaCl能降低高级脂肪酸钠的溶解度,使混合液分成上下两层,上层为高级脂肪酸钠盐,下层为甘油和食盐水的混合液,经分离得到高级脂肪酸钠盐及其副产品甘油。
【针对训练】
1.《天工开物》中记载:“凡墨烧烟凝质而为之。取桐油、清油、猪油烟为者居十之一,取松烟为者居十之九。凡造贵重墨者,国朝推重徽郡人……”下列说法正确的是 ( )
A.桐油属于天然高分子化合物
B.清油中的油脂是饱和脂肪酸甘油酯
C.松烟的主要成分是含碳有机物
D.猪油可以在碱性条件下发生皂化反应
【解析】选D。桐油是高级脂肪酸甘油酯,不属于高分子化合物,故A错误;清油是纯菜籽油,含有不饱和脂肪酸甘油酯,故B错误;松烟是松木燃烧后所凝结的黑灰,主要成分是碳,故C错误;猪油是高级脂肪酸甘油酯,可以在碱性条件下发生皂化反应生成高级脂肪酸盐和甘油,故D正确。
2.油脂是生物维持正常生命活动不可缺少的物质,是生物体内贮存能量的物质,在生物体内被氧化而提供能量。下列说法正确的是 ( )
A.油脂一定不是高分子化合物
B.油脂与酸作用生成高级脂肪酸盐和甘油的反应称为皂化反应
C.一般将常温常压下呈液态的油脂叫作脂肪,呈固态的油脂叫作油
D.含有饱和键的油脂通过催化加氢的方法得到的产物称为“氢化油”或“硬化油”
【解析】选A。油脂是高级脂肪酸的甘油酯,油脂是油和脂肪的统称,植物油在常温常压下一般为液态,称为油,而动物脂肪在常温常压下为固态,称为脂肪,据此分析。油脂一定不是高分子化合物,A正确;皂化反应是油脂在碱性条件下水解生成高级脂肪酸盐和甘油,B不正确;一般将常温常压下呈液态的油脂叫作油,呈固态的油脂叫作脂肪,C不正确;植物油硬化是油脂中的不饱和键和氢气发生加成反应,得到的产物称为“氢化油”或“硬化油”,D不正确。
【真题示例】
(2023·湖北选择考·4)湖北蕲春李时珍的《本草纲目》记载的中药丹参,其水溶性有效成分之一的结构简式如图。下列说法正确的是 ( )
A.该物质属于芳香烃
B.可发生取代反应和氧化反应
C.分子中有5个手性碳原子
D.1 mol该物质最多消耗9 mol NaOH
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取 关键点 (1)结构简式 (2)芳香烃 (3)取代、氧化 (4)手性碳原子 (5)9 mol NaOH
转化 知识点 (1)官能团:酚羟基、醚键、酯基、羧基、碳碳双键 (2)烃只由C、H两种元素组成 (3)手性碳原子,连接四个不同的原子或原子团 (4)酚羟基、酯基、羧基与NaOH发生1∶1的反应
排除 障碍点 酯基水解获得的是醇羟基而不是酚羟基
【解析】选B。该有机物中含有氧元素,不属于烃,A错误;该有机物分子中含有羟基和羧基,可以发生酯化反应,酯化反应属于取代反应,另外,该有机物可以燃烧,即可以发生氧化反应,B正确;将连有四个不同基团的碳原子形象地称为手性碳原子,在该有机物的分子结构中,标有“*”的为手性碳原子,则一共有4个手性碳原子,C错误;该物质1个分子中含有7个酚羟基、2个羧基、2个酯基,则1 mol该物质最多消耗11 mol NaOH,D错误。
【对点演练】
1.(2021·广东选择考·5)昆虫信息素是昆虫之间传递信号的化学物质。人工合成信息素可用于诱捕害虫、测报虫情等。一种信息素的分子结构简式如图所示,关于该化合物说法不正确的是 ( )
A.属于烷烃
B.可发生水解反应
C.可发生加聚反应
D.具有一定的挥发性
【解析】选A。根据结构简式可知,分子中含C、H、O,含碳碳双键和酯基,不属于烷烃,A错误;分子中含酯基,在酸性条件或碱性条件下可发生水解反应,B正确;分子中含碳碳双键,可发生加聚反应,C正确;该信息素“可用于诱捕害虫、测报虫情”,可推测该有机物具有一定的挥发性,D正确。
[思维建模]确定多官能团有机物性质的三步走:
2.(2024·济南高二检测)一种抗肿瘤活性物质的结构如图所示。下列关于该化合物的说法正确的是 ( )
A.分子式为C12H16O5
B.该物质含有3个不对称碳原子
C.能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色
D.1 mol该有机物可与含5 mol NaOH的水溶液恰好反应
【解析】选C。由结构可知,分子中含有13个碳原子,分子式为C13H16O5,A错误;该物质的不对称碳原子如图所示:,共4个,B错误;分子中含有碳碳双键,能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色,C正确;1 mol该有机物可与含2 mol NaOH的水溶液反应,D错误。
1.(双选)(2024·青岛高二检测)甲基丙烯酸羟乙酯是一种无色透明易流动液体,是制造隐形眼镜的重要原料,其结构简式如图所示。下列有关甲基丙烯酸羟乙酯的叙述正确的是 ( )
A.含有的含氧官能团为酯基、羟基
B.能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色,反应原理相同
C.能与Na2CO3反应生成CO2
D.在一定条件下能发生加聚反应、氧化反应、还原反应
【解析】选A、D。根据物质结构简式可知,该物质分子中含有的含氧官能团为酯基、羟基,A正确;该物质分子中含有不饱和的碳碳双键,能够与溴水发生加成反应而使溴水褪色,含有不饱和的碳碳双键和羟基,它们都具有还原性,可以被酸性KMnO4溶液氧化而使溶液紫色褪去,故能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色,反应原理并不相同,B错误;该物质分子中无羧基,因此不能与Na2CO3反应生成CO2,C错误;该物质分子中含有不饱和的碳碳双键,在一定条件下能够发生加聚反应、氧化反应,有机反应中加氢减氧反应为还原反应,该物质能和氢气发生还原反应,D正确。
2.(2024·南宁高二检测)药物贝诺酯可由乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚在一定条件下反应制得,下列有关叙述正确的是 ( )
++H2O
A.根据有机物的分类,贝诺酯属于芳香烃,分子式为C17H15NO5
B.乙酰水杨酸和对乙酰氨基酚均能与Na2CO3溶液反应
C.乙酰水杨酸和贝诺酯都易溶于水
D.1 mol贝诺酯最多能与4 mol NaOH发生反应
【解析】选B。贝诺酯含有氧元素,而烃只含C、H元素,贝诺酯不属于芳香烃,A项错误;乙酰水杨酸含有羧基,对乙酰氨基酚含有酚羟基,都能与碳酸钠溶液反应,B项正确;贝诺酯属于酯,不含亲水基团,难溶于水,C项错误;1 mol贝诺酯含有
2 mol酯基和1 mol酰胺基,且水解后又产生2 mol酚羟基,则1 mol贝诺酯与足量NaOH溶液反应,最多消耗5 mol NaOH,D项错误。
3.实验室合成乙酸乙酯的步骤如下:在图甲的圆底烧瓶内加入乙醇、浓硫酸和乙酸,加热回流一段时间,然后换成图乙装置进行蒸馏,得到含有乙醇、乙酸和水的乙酸乙酯粗产品。
(1)图甲中冷凝水从________(填“a”或“b”)进,图乙中B装置的名称为____________;
(2)反应中加入过量的乙醇,目的是________________________________;
(3)现拟分离粗产品乙酸乙酯、乙酸和乙醇的混合物,下列框图是分离操作步骤流程图:
则试剂a是______________________, 分离方法Ⅰ是________,试剂b是________(A.浓HCl B.浓H2SO4 C.浓HNO3),分离方法Ⅲ是________。
【解析】(1)为了达到更好的冷凝效果,冷凝器进水为下口进上口出,B装置的名称是牛角管(或尾接管);(2)为了提高乙酸的转化率,实验时加入过量的乙醇;(3)乙酸乙酯不溶于水,乙醇和乙酸均易溶于水,加入饱和碳酸钠溶液分液得到乙酸乙酯,水层中的乙酸钠和乙醇进一步分离时,应采取蒸馏操作分离出乙醇,对于水层中的乙酸钠,加入浓硫酸反应生成乙酸,再蒸馏出乙酸。
答案:(1)b 牛角管(或尾接管)
(2)提高乙酸的转化率
(3)饱和Na2CO3溶液 分液 B 蒸馏
