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第三章 烴的含氧衍生物
第四節(jié) 羧酸 羧酸衍生物
第一課時(shí) 羧酸
一.羧酸的結(jié)構(gòu)
1. 概念：
2. 分類：
烴基(或氫原子)與羧基 (—COOH) 相連而構(gòu)成的化合物叫做羧酸
根據(jù)羧酸分子中羧基的數(shù)目
羧酸
一元羧酸：如丙酸
二元羧酸：如乙二酸，HOOC—COOH
多元羧酸
脂肪酸：如甲酸、乙酸
芳香酸：如
根據(jù)與羧基相連的烴基的不同
C
O
OH
H
甲酸
C
O
OH
CH3
乙酸
丙酸
C
O
OH
CH3CH2
3.飽和一元羧酸的通式：
C
O
OH
R
CnH2nO2或CnH2n+1COOH
②在選取的主鏈中，從羧基碳原子開始給主鏈上的碳原子編號(hào)。
①選擇含有羧基的最長(zhǎng)碳鏈作為主鏈，按主鏈碳原子數(shù)稱為某酸。
③在“某酸”名稱之前加上取代基的位次號(hào)和名稱。
4.命名：
CH2==CH—COOH
3,4-二甲基戊酸
丙烯酸
5.常見的羧酸：
(1)最簡(jiǎn)單的羧酸—甲酸
又稱蟻酸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式HCOOH。
①物理性質(zhì)：是一種無色、有刺激性氣味的液體，有腐蝕性，能與水、乙醇等互溶。
②結(jié)構(gòu)：甲酸分子中既有羧基的結(jié)構(gòu)，又有醛基的結(jié)構(gòu)，這使得甲酸既表現(xiàn)出羧酸的性質(zhì)，又表現(xiàn)出醛的性質(zhì)。因此，能發(fā)生銀鏡反應(yīng)的有機(jī)物除了醛類，還有甲酸、甲酸鹽、甲酸某酯等。
③用途：在工業(yè)上可用作還原劑，是合成醫(yī)藥、農(nóng)藥和染料等的原料。
(2)最簡(jiǎn)單的芳香酸—苯甲酸(安息香酸)
①物理性質(zhì)：無色晶體，易升華，微溶于水，易溶于乙醇。
②用途：用于合成香料、藥物等，苯甲酸及其鈉鹽或鉀鹽是常用的食品防腐劑。
(3)最簡(jiǎn)單的二元酸—乙二酸(俗稱草酸) HOOC—COOH
①物理性質(zhì)：無色晶體，通常含有兩分子結(jié)晶水，可溶于水和乙醇。
②用途：是二元羧酸中酸性最強(qiáng)的，是化學(xué)分析中常用的還原劑，能使KMnO4(H+)褪色、也是重要的化工原料，可作漂白劑。
CH
OH
COOH
CH3
乳酸(2-羥基丙酸)
CH2
OH
COOH
C
COOH
CH2
COOH
檸檬酸
有些有機(jī)酸分子中既含有羧基也含有羥基，所以又叫做羥基酸，它們既具有羥基的性質(zhì)，也具有羧基的性質(zhì)。
蘋果酸
(4)羥基酸
(5)高級(jí)脂肪酸
含碳原子數(shù)較多的脂肪酸，它們的酸性很弱，在水中溶解度不大甚至難溶于水，常見高級(jí)脂肪酸有:
飽和高級(jí)脂肪酸：軟脂酸（十六酸，棕櫚酸） C15H31COOH
硬脂酸（十八酸） C17H35COOH
不飽和高級(jí)脂肪酸：油酸（9-十八碳烯酸） C17H33COOH
亞油酸（9,12-十八碳二烯酸）C17H31COOH
不飽和高級(jí)脂肪酸比飽和高級(jí)脂肪酸酸對(duì)人體更有益。
①溶解性：隨著分子中碳原子數(shù)的增加，一元羧酸在水中的溶解度迅速減小，甚至不溶于水。甲酸、乙酸等分子中碳原子數(shù)較少的羧酸能夠與水互溶。高級(jí)脂肪酸是不溶于水的蠟狀固體。
②熔、沸點(diǎn)：羧酸的熔、沸點(diǎn)隨碳原子數(shù)的增多而升高，且與相對(duì)分子質(zhì)量相當(dāng)?shù)钠渌袡C(jī)化合物相比，沸點(diǎn)較高，這與羧酸分子間可以形成氫鍵有關(guān)。
6.物理性質(zhì)：
二.乙酸(俗稱醋酸)
1.物理性質(zhì):
色、態(tài) 氣味 熔點(diǎn) 沸點(diǎn) 溶解性
無色液體
有強(qiáng)烈刺激性氣味
16.6℃
易溶于水、乙醇
117.9℃
固態(tài)
當(dāng)溫度低于熔點(diǎn)時(shí)，乙酸凝結(jié)成類似冰一樣的晶體，所以純凈的乙酸又稱為冰醋酸。
2.乙酸分子結(jié)構(gòu):
分子式：
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：
C2H4O2
CH3COOH
結(jié)構(gòu)式：
C
H
O
O
C
H
H
H
比例模型
球棍模型
羧基上的氫
甲基上的氫
官能團(tuán)：
—COOH
乙酸的核磁共振氫譜
分析羧基的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推測(cè)乙酸在化學(xué)反應(yīng)中的斷鍵位置，判斷乙酸有哪些化學(xué)性質(zhì)。
酸 性
取 代 反 應(yīng)
δ+
δ-
羧酸的化學(xué)性質(zhì)主要取決于羧基。由于受氧原子電負(fù)性較大等因素的影響，當(dāng)羧酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，羧基結(jié)構(gòu)中兩個(gè)部位的化學(xué)鍵容易斷裂。
①當(dāng)O—H斷裂時(shí)，會(huì)解離出H＋，使羧酸表現(xiàn)出酸性；
②當(dāng)C—O斷裂時(shí)，—OH可以被其他基團(tuán)取代，生成酯、酰胺等羧酸衍生物。
3.乙酸的化學(xué)性質(zhì):
(1)弱酸性
①使石蕊變紅，能電離出H+
②能與活潑金屬反應(yīng)產(chǎn)生H2
③能與堿發(fā)生中和反應(yīng)
④能與堿性氧化物反應(yīng)
⑤能與某些鹽發(fā)生反應(yīng)
Mg(OH)2+2CH3COOH→(CH3COO)2Mg+H2O
CaCO3+2CH3COOH→(CH3COO)2Ca+CO2↑+H2O
CH3COOH CH3COO- + H+
【探究】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明羧酸具有酸性（甲酸、苯甲酸、乙二酸）
實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
溶液的紅色最終褪去
甲酸、苯甲酸、乙二酸均呈酸性
【探究】利用下圖所示的儀器和藥品，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的一次性完成的實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證乙酸、碳酸和苯酚溶液酸性的酸性強(qiáng)弱。
寫出①、②、③中的現(xiàn)象及反應(yīng)
①中有無色氣體產(chǎn)生；2CH3COOH＋Na2CO3―→2CH3COONa ＋CO2↑＋H2O
②中溶液變渾濁；
酸性：乙酸＞碳酸＞苯酚
除去①中揮發(fā)的乙酸
飽和碳酸鈉溶液
乙醇、乙酸、濃硫酸
①先在具支試管中加入3 mL無水乙醇，然后邊搖動(dòng)試管邊慢慢加入2 mL 濃硫酸，最后加入2 mL冰醋酸和碎瓷片。
②在小試管中加入一定量飽和Na2CO3溶液。
③按右圖所示連接好裝置。
④先緩慢均勻加熱，再集中加熱保持微沸2～3 min。
⑤熄滅酒精燈。
⑥觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
在飽和碳酸鈉溶液的上方有透明的油狀液體產(chǎn)生，且能聞到香味。
(2)酯化反應(yīng):
羧酸和醇在酸催化下生成酯和水的反應(yīng)叫酯化反應(yīng)，屬于取代反應(yīng)。
CH3-C-18O-CH2-CH3 + H2O
=
O
CH3-C-O-H + H-18O-CH2-CH3
濃硫酸
=
O
酯化反應(yīng)機(jī)理：
羧酸脫去羥基，醇脫去氫。
證實(shí)反應(yīng)機(jī)理：
同位素示蹤法
實(shí)驗(yàn)分析：
①濃硫酸的作用是？
②試劑加入的順序？
催化劑:加快化學(xué)反應(yīng)速率。
吸水劑:吸收生成的水，使平衡右移，提高酯的產(chǎn)率。
無水乙醇、濃硫酸、冰醋酸
③得到的反應(yīng)產(chǎn)物是否純凈？主要雜質(zhì)有哪些？
不純凈；主要含乙酸、乙醇。
④飽和Na2CO3溶液有什么作用？
中和乙酸 ；溶解乙醇 ；降低乙酸乙酯在水中的溶解度，使酯分層析出。
⑤為什么導(dǎo)管不插入飽和Na2CO3溶液中？
防止受熱不勻發(fā)生倒吸。
⑥有無其它防倒吸的方法？
倒扣漏斗
加干燥管
加安全瓶
乙酸與乙醇的酯化反應(yīng)是可逆的，在常溫、無催化劑的條件下需15年才能達(dá)到平衡，乙酸、乙醇1:1投料，轉(zhuǎn)化率僅為66.7%。請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)中哪些方法增大了反應(yīng)速率，提高了原料的利用率，增大了乙酸乙酯的產(chǎn)率。
增大相對(duì)廉價(jià)的乙醇的用量，提高乙酸的轉(zhuǎn)化率；
冰醋酸最后加，減少乙酸的揮發(fā)；
集中加熱保持微沸，有利于產(chǎn)物的生成和蒸出，以提高乙酸乙酯的產(chǎn)率；
濃硫酸作吸水劑，吸收生成的水，增大反應(yīng)進(jìn)行的程度；
用飽和碳酸鈉溶液收集乙酸乙酯，減少乙酸乙酯的溶解；
使用長(zhǎng)導(dǎo)管冷凝，減少乙酸乙酯的揮發(fā)。
增大反應(yīng)速率：
提高原料的利用率，增大乙酸乙酯的產(chǎn)率：
使用無水乙醇和冰醋酸；加熱；使用濃硫酸作催化劑；試管傾斜45°，增大受熱面積。
(3)酯化反應(yīng)的類型及常見產(chǎn)物:
①一元醇與一元羧酸之間的酯化反應(yīng)
②多元醇與一元羧酸之間的酯化反應(yīng)
③一元醇與多元羧酸之間的酯化反應(yīng)
鏈狀酯
④多元羧酸與多元醇之間的酯化反應(yīng)
⑤羥基酸的自身酯化反應(yīng)
環(huán)狀酯
代表物 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 羥基氫的活潑性 酸性 與鈉反應(yīng) 與NaOH的反應(yīng) 與Na2CO3的反應(yīng)
乙醇
苯酚
乙酸
CH3CH2OH
C6H5OH
CH3COOH
增強(qiáng)
中性
比碳酸弱
比碳酸強(qiáng)
能
能
能
能
能
不能
不能
能
能，不產(chǎn)
生CO2
醇、酚、羧酸中羥基的比較

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