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微专题08 羧酸 酯
考点1 酯化反应
[典例1] 已知酸牛奶中含有乳酸(C3H6O3)。
(1)取9 g乳酸与足量的金属钠反应，可生成2.24 L H2(标准状况)，另取9 g乳酸与等物质的量的乙醇反应，生成0.1 mol乳酸乙酯和1.8 g H2O，由此可推断乳酸分子中含有的官能团名称为________。
(2)乳酸在Cu作催化剂的条件下发生催化氧化反应生成的有机物不能发生银镜反应，由以上事实推知乳酸的结构简式为________，乳酸催化氧化反应的化学方程式为
______________________________________________。
(3)2个乳酸分子在一定条件下脱水生成环酯(C6H8O4)，此环酯的结构简式是______________。
(4)在一定条件下，乳酸发生缩聚反应生成聚酯，该反应的化学方程式为______________________。
[解析]根据乳酸的分子式，求出其相对分子质量为90,9 g乳酸为0.1 mol,0.1 mol乳酸与0.1 mol乙醇反应生成0.1 mol乳酸乙酯，可知1 mol乳酸中含有1 mol羧基；又知0.1 mol乳酸与足量金属钠反应生成0.1 mol H2，可得1 mol乳酸分子中还含有1 mol醇羟基。根据乳酸在Cu催化条件下发生催化氧化的产物不能发生银镜反应，知其产物的结构简式为，而不是OHC—CH2—COOH，故可推出乳酸的结构简式为。
[答案](1)羧基、醇羟基
(2)
(3)
(4)
[典例2]
可用如图装置制取少量乙酸乙酯(固定和夹持装置省略)。请填空：
(1)试管a中需要加入浓硫酸、冰醋酸和乙醇各2 mL，正确的加入顺序是
________________________________________________________________。
(2)为防止a中的液体在实验时发生暴沸，在加热前应采取的措施是
________________________________________________________________。
(3)实验中加热试管a的目的是：
①______________________________________________________________；
②______________________________________________________________。
(4)反应结束后，振荡试管b，静置，观察到的现象是
________________________________________________________________。
[解析](1)浓硫酸溶解时放出大量的热，因此应先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，冷却后再加入冰醋酸。(2)向试管中加入几片沸石(或碎瓷片)。(3)加热试管可提高反应速率，同时可将乙酸乙酯蒸出，有利于提高乙酸乙酯的产率。(4)试管内液体分层，上层为油状液体。因为乙酸乙酯的密度小于水。
[答案](1)先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，冷却后再加入冰醋酸
(2)在试管a中加入几片沸石(或碎瓷片)
(3)①加快反应速率
②及时将产物乙酸乙酯蒸出，以利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移动
(4)b中的液体分层，上层是透明的油状液体
[关键能力]
酯化反应
1．实质：
酯化反应是醇和酸反应生成酯和水的一类反应，属于取代反应，反应中醇羟基中的氢原子与羧酸分子中的—OH结合生成水，其余部分连接成酯。
2．特点：
①反应很慢，即反应速率很小。
②反应是可逆的，即反应生成的酯在同样条件下，部分发生水解反应，生成相应的酸和醇，因此用“”表示。
3．酯化反应的类型
(1)一元醇与一元羧酸之间的酯化反应
C2H5OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋H2O
(2)二元酸与一元醇之间的酯化反应
(3)二元醇与一元羧酸之间的酯化反应
(4)二元羧酸与二元醇之间可得普通酯、环酯和高聚酯的酯化反应
4．酯化反应与酯的水解反应的比较
酯化
水解
反应原理
催化剂
浓硫酸
稀硫酸或NaOH
催化剂的其他作用
吸收水使平衡右移，提高反应物的转化率
NaOH中和酯水解生成的CH3COOH，提高酯的水解率
加热方式
直接加热
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)
5．甲酸及甲酸酯的两种性质
(1)甲酸
点拨：甲酸与银氨溶液、新制Cu(OH)2发生的反应
HCOOH＋2[Ag(NH3)2]OH(NH4)2CO3＋2Ag↓＋2NH3＋H2O
HCOOH＋2Cu(OH)2＋2NaOHCu2O↓＋4H2O＋Na2CO3
(2)甲酸酯
[提升1]化合物A最早发现于酸牛奶中，它是人体内糖类代谢的中间体，可由马铃薯、玉米等发酵制得。A的钙盐是人们喜爱的补钙剂之一。A在某种催化剂的作用下发生氧化反应，其产物不能发生银镜反应。在浓硫酸作用下，A可发生如图所示的反应：
请回答下列问题：
(1)化合物A、B、D的结构简式________________、________________、________________。
(2)写出下列化学方程式并标明反应类型：A→E_____________，________反应；
A→F__________________，________反应。
[解析]
E能使溴水褪色，说明其分子结构中含碳碳双键；F为六元环状化合物，结合F的分子式可知，F是由2分子乳酸发生酯化反应生成的。
[答案] (1)CH3CH(OH)COOH CH3CH(OH)COOCH2CH3 CH3COOCH(CH3)COOH
[提升2]分子式为C8H16O2的有机物A，它能在酸性条件下水解生成B和C，且B在一定条件下能转化成C。则符合条件的有机物A的结构有________种，其结构简式为__________________________
_____________________________________________________。
[解析] 有机物A能在酸性条件下水解生成B和C，则可判断A为酯。B在一定条件下能转化成C，说明B为醇、C为羧酸，且两者的碳原子数及碳的骨架均相同，因此，醇B和羧酸C分子中均含有4个碳原子，且醇B的分子式应为C4H10O，其结构可能为(只写碳骨架)： (能氧化成羧酸)、 (能氧化成羧酸)、 (只能氧化为酮)、 (不能被催化氧化)，前两种醇经氧化后生成的羧酸(C)可以和原来的醇反应生成酯，故符合条件的A的结构有2种。
[答案]
[思维模型]
酯类异构体的书写思路(以C5H10O2为例)酯是由羧酸与醇反应生成，根据酯中碳原子数改变羧酸和相应醇的种类确定酯的种类。具体情况有：
考点2 羧基、酚羟基和醇羟基的比较
[典例3] 某有机物的结构简式如图：
(1)当此有机物分别和__________、__________、__________
(2)根据(1)可知—OH上H电离由易到难的顺序为________(填官能团名称)。
(3)1 mol该物质与足量金属钠反应生成________mol H2。
[解析]由于酸性—COOH>H2CO3>>HCO，所以若生成①应加入NaHCO3，只与—COOH反应；生成②应加入NaOH或Na2CO3与酚羟基和—COOH反应；生成③应加入Na，与—COOH、醇羟基、酚羟基都反应。
[答案](1)NaHCO3 NaOH或Na2CO3 Na
(2)羧基、酚羟基、醇羟基
(3)1.5
[提醒] 羟基上H原子的活泼性：CH3COOH>H2CO3> >H2O>R—OH。
[关键能力]
羟基上的氢原子活泼性比较
含羟基的物质
比较项目
醇
水
酚
羧酸
羟基上氢原子活泼性
在水溶液中电离程度
极难电离
难电离
微弱电离
部分电离
酸碱性
中性
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
反应放
出H2
与NaOH反应
不反应
不反应
反应
反应
与NaHCO3反应
不反应
不反应
不反应
反应放
出CO2
能否由酯水解生成
能
不能
能
能
点拨：①羧酸均为弱酸，低级羧酸，酸性一般比H2CO3强，但高级脂肪酸酸性很弱。
②低级羧酸能使紫色石蕊溶液变红，醇、酚、高级脂肪酸不能使紫色石蕊溶液变红。
③含有n个羟基或羧基的物质与Na反应：1 mol物质中含有n mol羟基或羧基，分别对应 mol H2的生成。
[归纳总结]
(1)利用羟基的活动性不同，可判断分子结构中羟基的类型。
(2)不同类的物质电离出H＋的难易程度的一般规律(由易到难)：羧酸>酚>水>醇。
(3)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。常见羧酸的酸性强弱：乙二酸>甲酸>苯甲酸>乙酸>高级脂肪酸。
(4)低级羧酸能使紫色石蕊溶液变红，醇、酚、高级脂肪酸不能使紫色石蕊溶液变红。
[提升1] 设计一个简单的一次性完成的实验装置图，验证醋酸溶液、二氧化碳溶液、苯酚溶液的酸性强弱顺序(CH3COOH>H2CO3>C6H5OH)。
(1)除如上图所示的装置外，还需要的试剂和装置是(画图)________，其作用是________________________________________________________________，加上该装置后各接口的连接顺序为________________。
(2)试管F中的现象是________。
(3)有关化学方程式是
[解析]醋酸与Na2CO3反应生成CO2，说明醋酸酸性比碳酸强，CO2通入苯酚钠溶液中变浑浊，说明碳酸酸性比苯酚强，醋酸易挥发，用NaHCO3饱和溶液吸收，缺少洗气瓶。连接顺序为A—D—E—B—C—G—H—B—C—F，有关方程式为：2CH3COOH＋Na2CO3―→2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，CH3COOH＋NaHCO3―→
[答案](1) 吸收挥发出来的CH3COOH，避免对实验产生干扰 A—D—E—B—C—G—H—B—C—F(D和E、G和H不可互换)
(2)溶液变浑浊
(3)2CH3COOH＋Na2CO3―→2CH3COONa＋H2O＋CO2↑，
CH3COOH＋NaHCO3―→CH3COONa＋CO2↑＋H2O，
。
[提升2]一定质量的某有机物和足量Na反应可得到气体VA L，同质量的该有机物与足量碳酸氢钠反应，可得到相同条件下气体VB L，若VA<VB，则该有机物可能是( )
[答案]C
[解析]有机物可与钠反应，说明该有机物中可能含有—OH或—COOH；可与碳酸氢钠反应，说明该有机物含有—COOH。再根据数量关系2—OH～H2、2—COOH～H2、—COOH～CO2进行判断。A项，—OH与—COOH数目相同，生成气体体积相同，错误；B项，—OH与—COOH的数目比为2∶1，生成气体VA>VB，错误；C项，含2个—COOH，生成气体VA<VB，正确；D项，含1个酚羟基和1个羧基，酚羟基与碳酸氢钠不反应，所以该物质与足量的金属钠和碳酸氢钠反应放出的气体体积相等，错误。
[归纳总结]
[提升3]根据下列图示内容填空：
(1)化合物A含有的官能团是__________________________。
(2)1 mol A与2 mol H2反应生成1 mol E，其反应方程式为_______________。
(3)与A具有相同官能团的A的同分异构体的结构简式是
______________________________________________________。
(4)B在酸性条件下与Br2反应得到D，D的碳链不含支链，则D的结构简式是___________________________________________。
(5)F的结构简式是___________________________________；
由E→F的反应类型是________________________________。
[解析] 题中给出的已知条件中包含着以下四类信息：①反应(条件、性质)信息：A能与银氨溶液反应，表明A分子内含有醛基，A能与NaHCO3反应，断定A分子中含有羧基。
②结构信息：从D物质的碳链不含支链，可知A分子也不含支链。
③数据信息：从F分子中碳原子数可推出A是含4个碳原子的物质。
④隐含信息：从第(2)问题中提示“1 mol A与2 mol H2反应生成1 mol E”可知A分子内除了含1个醛基外还含1个碳碳双键。
[答案] (1)碳碳双键、醛基、羧基
[提升4]酚酯合成方法之一是由酚与酰卤()反应制得。是一种医药中间体，常用来制备抗凝血药，可通过下列路线合成：
(1)A与银氨溶液反应有银镜生成，则A的结构简式是__________。
(2)B―→C的反应类型是________。
(3)E的结构简式是________。
(4)写出F和过量NaOH溶液共热时反应的化学方程式：
_______________________________________________________。
(5)下列关于G的说法正确的是________(填字母)。
a．能与溴单质反应
b．能与金属钠反应
c．1 mol G最多能和3 mol氢气反应
d．分子式是C9H6O3
[解析] (1)A与银氨溶液反应有银镜生成，则A中存在醛基，由流程图可知，A与氧气反应可以生成乙酸，则A为CH3CHO。(2)由B和C的结构简式可以看出，乙酸分子羧基中的羟基被氯原子取代生成，发生了取代反应。(3)D与甲醇在浓硫酸存在、加热条件下发生酯化反应生成E，E的结构简式为。(4)由F的结构简式可知，C和E在催化剂存在条件下脱去HCl得到F，F分子中含一个酚酯基和一个醇酯基，在NaOH溶液中发生水解反应时，1 mol醇酯基消耗1 mol NaOH,1 mol酚酯基消耗2 mol NaOH，故1 mol F最多消耗3 mol NaOH，F与过量NaOH溶液反应的化学方程式为＋CH3COONa＋CH3OH＋H2O。(5)G分子结构中存在苯环、酯基、羟基、碳碳双键，所以能与溴单质发生加成反应，能够与金属钠反应产生氢气，a、b选项正确；1 mol G中含1 mol碳碳双键和1 mol苯环，所以最多能与4 mol氢气反应，c选项错误；G的分子式为C9H6O3，d选项正确。
[答案] (1)CH3CHO (2)取代反应
(3) (4) ＋CH3COONa＋CH3OH＋H2O
(5)abd
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