1、专题 4 烃的衍生物第三单元 醛 羧酸教材梳理与拓展教材梳理知识点一 醛的结构和性质1. 概念醛是由烃基与醛基（ ）相连而构成的化合物。2. 醛的结构及组成醛类化合物是烃的含氧衍生物，其分子是由烃基 R、醛基 等构成的。醛类的官能团是醛基，醛基可写成 或CHO，但不能写成COH。且醛基一定位于主链末端。饱和一元醛通式为 CnH2n1 CHO (n0)或 CnH2nO (n1)。从氢核磁共振谱图可以看出，在甲醛中有一种类型的氢原子，在乙醛中有两种，而且二者强度之比为 31，我们可以写出其结构式：甲醛： 乙醛：注意： 醛基中含羰基（ ） 。羰基以及与它直接相连的原子在同一平面上。3. 醛的分类（1
2、）根据烃基中是否含有苯环，醛可分为脂肪醛和芳香醛。如甲醛、乙醛、丙醛等是脂肪醛，苯甲醛、苯乙醛等是芳香醛。（2）按照醛基的数目，醛可以分为一元醛、二元醛和多元醛。如乙醛是一元醛，乙二醛是二元醛。（3）根据烃基是否饱和，醛可分为饱和醛和不饱和醛。如乙醛是饱和醛，苯甲醛、丙烯醛是不饱和醛。4. 醛的命名（1）选主链时要选含有醛基的最长碳链，根据碳原子数目称为某醛。（2）编号时要从醛基上的碳原子开始。名称中不必对醛基定位，因为醛基总是位于主链的末端。（3）多元醛的醛基个数用“二” 、 “三”等表示。例如：CH 3CH 2CH 2CHO 丁醛 2-甲基丙醛丙二醛 4-甲基-3- 戊烯醛5. 醛的物理性
3、质常见的醛有甲醛和乙醛，它们的物理性质见下表。物质 颜色 状态 气味 密度 沸点 挥发性 溶解性 结构式乙醛 无色 液体 具有刺激 性气味 比水小 20.8 易挥发能与水、乙醇等互溶甲醛 无色 气体 具有刺激 性气味 比水小 21 易挥发能与水、乙醇等互溶，35%40%的甲醛水溶液称为福尔马林注意：甲醛是烃的含氧衍生物中唯一的在通常情况下为气体的物质。常温下其余醛类都是无色液体或固体。醛类的熔沸点随分子中碳原子数的增加而逐渐升高。6.醛的化学性质醛的分子中含有官能团“醛基（CHO） ”，醛基的化学性质就是醛的化学性质，如醛的加成反应和氧化反应都发生在醛基上。（1）氧化反应醛既能被弱氧化剂如银氨
4、溶液、新制的 Cu(OH)2 悬浊液氧化，又能被空气中的氧气、高锰酸钾酸性溶液等氧化。. 银镜反应醛类具有较强的还原性，能和银氨溶液反应，被氧化为羧酸，同时得到单质银，若控制好反应条件，可以得到光亮的银镜。实验原理：AgNO 3NH 3H2O=AgOH（白色）NH 4NO3AgOH2NH 3H2O=Ag(NH3)2OH2H 2OCH3CHO 2 Ag(NH3)2OH 2Ag CH3COONH4 3NH 3 H 2O 水 浴 加 热巧记生成物：“一水、二银、三氨、一铵盐” 。实验现象：试管内壁有一层光亮的银镜生成。结论：乙醛有还原性，能被弱氧化剂银氨溶液氧化。实验时应注意以下几点：试管内壁必须光
5、滑、洁净；应使用水浴加热；加热过程中不可振荡和移动试管；实验的银氨溶液应现配现用；醛的用量不宜太多；实验后附着银镜的试管可用稀硝酸浸泡，再用水洗而除去。. 与新制的 Cu(OH)2 反应醛类可在加热条件下与新制的 Cu(OH)2 反应，醛被氧化为羧酸后与碱反应形成羧酸盐，同时 Cu(OH)2 被还原成砖红色的 Cu2O 沉淀，这是检验醛基的又一种方法。实验原理：CH 3CHO2 Cu(OH) 2NaOH CH3COONaCu 2O3H 2O 实验现象：溶液中有砖红色沉淀产生。结论：乙醛能被新制的 Cu(OH)2 氧化。实验时应注意以下几点：硫酸铜与碱反应制取 Cu(OH)2 时碱应过量；混合液
6、必须加热到沸腾时才会有砖红色沉淀生成。. 醛的催化氧化反应2CH3CHOO 2 2CH3COOH 催 化 剂 2RCHOO 2 2RCOOH 催 化 剂 注意：该反应常被用来制取羧酸。. 燃烧甲醛、乙醛都易燃烧：HCHO O2 CO2 H2O 点 燃 2CH3CHO 5O2 4CO2 4H2O 点 燃 . 醛类也能被强氧化剂如酸性 KMnO4 溶液氧化（2）加成反应醛与 H2 发生加成反应生成醇，该反应也是还原反应。CH3CHOH 2 CH3CH2OH - - - - - Ni 加 热 、 加 压一元醛与 H2 发生加成反应的通式可表示为：RCHOH 2 RCH2OH - - - - - Ni
7、 加 热 、 加 压小结：. 醛基既有氧化性，又有还原性，其氧化还原关系为：有机物的氧化反应：有机物分子得到氧原子或失去氢原子的反应。有机物的还原反应：有机物分子得到氢原子或失去氧原子的反应。即：加氢或去氧叫还原反应。醛与 H2 的加成反应均为还原反应。.利用醛基的还原性检验醛基时，除了不饱和键会干扰外，酚羟基、苯环上的侧链也有可能会干扰，在进行相关反应时一定要注意排除干扰。. 通常利用 1mol 一元醛2mol Ag 或 1mol Cu2O 来进行计算判断。但甲醛例外，甲醛作为一种一元醛 ，它的分子中相当于有 2 个醛基，所以 1 mol 甲醛4 mol Ag或 2 mol Cu2O，这一点
8、我们要特别注意。. 能够发生银镜反应的有机物中一定含有醛基，但不一定是醛类，例：甲酸、甲酸某酯、甲酸盐、葡萄糖、麦芽糖等都能发生银镜反应。（3）缩聚反应有机化合物分子间脱去小分子获得高分子化合物的反应称为缩聚反应。酚醛树脂是最早生产和使用的合成树脂，它不易燃烧，具有良好的电绝缘性，被广泛用来生产电灯开关、灯口、电话机等电器用品，俗称“电木” 。（实验探究）酚醛树脂的制取：实验原理：实验现象及结论：生成无色的半凝固状态的酚醛树脂，随着温度降低而逐渐凝固。说明：a. 酚醛树脂是人类合成的第一种高分子材料，至今仍被广泛使用。条件不同时，可以得到线型酚醛树脂或体型酚醛树脂。b. 该反应的机理是：从苯酚
9、OH 邻位上脱去两个 H 原子，甲醛脱去氧原子，结合形成 H2O 分子。c. 该反应中浓盐酸作催化剂。d. 尿素与甲醛在一定条件下也能发生反应生成高分子材料脲醛树脂。脲醛树脂可以制成热固性高分子黏合剂，它广泛应用于胶合板、人造纤维板、刨花板和木地板等木材加工业。知识点二 重要的醛的性质及用途1. 甲醛（1）物理性质及用途在醛类中，甲醛有广泛的用途。甲醛也叫蚁醛，是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，易溶于水，质量分数为 35%40% 的甲醛水溶液叫做福尔马林。甲醛是一种重要的有机原料，应用于塑料工业（如制酚醛树脂） 、合成纤维工业、制革工业等。甲醛的水溶液具有杀菌和防腐能力，是一种良好的杀菌剂。
10、在农业上常用稀释的福尔马林溶液（质量分数为 0.1%0.5%）来浸种，给种子消毒。福尔马林还用来浸制生物标本。（2）化学性质银镜反应HCHO4Ag（NH 3） 2 4OH CO 2NH 4Ag6NH 32H 2O 水 浴 加 热 23 4与 Cu(OH)2 悬浊液反应HCHO4 Cu(OH) 22NaOH 2Cu2O6H 2ONa 2CO3 催化氧化反应：2HCHOO 2 2HCOOH 催 化 剂 还原反应：HCHOH 2 CH3OH Ni 说明：a. 甲醛是最简单的醛，俗称蚁醛，通常把它归为饱和一元醛，但它在化学反应中又相当于二元醛，如： 醛 基 醛 基b. 通常状况下，甲醛是典型的气态醛。
11、其他的醛除乙醛沸点为 20.8以外，其余皆为液态或固态。c. 甲醛有毒，易燃烧，在使用甲醛时，要注意安全及环境保护。2. 乙醛乙醛（CH 3CHO）是无色、有刺激性气味的液体，密度比水小，沸点是 20.8，易挥发，易燃烧，能跟水、乙醇等互溶，可由乙醇氧化制得。乙醛是有机合成的重要原料，主要用于制乙酸、丁醇、乙酸乙酯等。3. 苯甲醛苯甲醛（ ）是有苦杏仁气味的液体，沸点是 178，工业上称其为苦杏仁油，它与糖结合存在于杏仁、桃仁等果实的种子中，苯甲醛是制造染料、香料的重要中间体。知识点三 酮的结构与性质1. 酮是两个烃基与羰基（ ） 碳原子相连而成的化合物。2. 酮的通式为 ，其官能团为羰基（
12、） ，又叫酮基。分子式相同的醛、酮、烯醇互为同分异构体。3. 酮类中最简单的是丙酮（C 3H6O） ，如下图所示为丙酮的 1H 核磁共振谱图。丙酮是常用的溶剂，它主要来源于异丙苯氧化制苯酚的副产物，在工业上还可以由异丙醇脱氢氧化或丙烯催化氧化获得。丙酮的用途比较广泛，在我国它主要用于合成有机玻璃和制得重要化工原料双酚 AC15H16O2， 。此外，它在医药行业也有着广泛应用。4. 酮也能与 H2、HCN、HX 、NH 3、醇等发生加成反应，酮不能发生银镜反应，也不能被新制的 Cu(OH)2 氧化。因此可用银氨溶液或新制的 Cu(OH)2 来区分醛和酮。知识点四 羧酸的结构和性质1. 羧酸的概述
13、分子由烃基（或氢原子）和羧基相连组成的有机化合物叫做羧酸（RCOOH） ，羧基（COOH ）是羧酸的官能团。醋是人类最早认识和使用的具有酸味的有机化合物，其主要成分是醋酸（乙酸） ，乙酸是无色、有强烈刺激性气味的液体，易凝结成冰一样的晶体（冰醋酸） ，易溶于水和乙醇。乙酸是由甲基和羧基组成。分子式：C 2H4O2结构式： 结构简式：CH 3COOH2. 羧酸的结构及组成羧酸类化合物是烃的含氧衍生物。一元羧酸通式为 RCOOH 或 ，饱和一元羧酸的通式为 CnH2n1 COOH(n0)或 CnH2nO2(n1)， 最简单的羧酸是甲酸：HCOOH，其结构式为 。3. 羧酸的分类（1）根据分子中烃基
14、种类的不同，羧酸可以分为脂肪酸和芳香酸。分子中羧基与脂肪烃基相连的羧酸称为脂肪酸，如甲酸（HCOOH ） 、乙酸（CH 3COOH） 、硬脂酸（C 17H35COOH） 。分子中含有苯环的羧酸称为芳香酸，如苯甲酸（ ） 、苯乙酸（）等。（2）根据分子中羧基数目的不同，羧酸可以分为一元羧酸、二元羧酸等。分子中含有一个羧基的羧酸称为一元羧酸，如乙酸；分子中含有两个羧基的羧酸称为二元羧酸，如乙二酸（HOOCCOOH） 、对苯二甲酸（ ） 。（3）把羧酸分子中含碳原子数较多的脂肪酸称为高级脂肪酸，它们酸性很弱，在水中的溶解度不大，甚至难溶于水。如硬脂酸（C 17H35COOH） 、软脂酸（C 15H3
15、1COOH） 、油酸（C 17H33COOH） 、亚油酸（C 17H31COOH） ，都是常见的高级脂肪酸。4. 羧酸的命名（1）选含羧基的最长碳链作为主链，按主链碳原子数称某酸。（2）从羧基开始给主链碳原子编号。（3）名称中不必对羧基定位，因为羧基总是位于主链的末端。多元羧酸的羧基个数用“二” 、 “三”等表示。例如：CH 3CH 2CH 2COOH 丁酸 2-甲基丙酸丙二酸 4-甲基-3- 戊烯酸5. 羧酸的物理性质羧酸的沸点比相应的醇的沸点高；碳原子数在 4 以下的羧酸能与水互溶，随着分子中碳链的增长，羧酸在水中的溶解度迅速减小，直至与相对分子质量相近的烷烃的溶解度相近。6. 羧酸的化学
16、性质羧基由羰基和羟基组成，两者的相互影响，使得羧酸的化学性质并不是羟基和羰基化学性质的简单加和。在发生化学反应时，乙酸的主要断键方式有：（1）弱酸性：与醇羟基相比，羧基中羟基上的氢原子更易以离子形式电离出来，所以羧酸有酸性。注意：羧酸的酸性大于碳酸的酸性。低级羧酸能使紫色石蕊试液变红。2RCOOHNa 2CO3 2RCOONaCO 2H 2ORCOOHNaHCO 3 RCOONa CO 2H 2O常见的一元羧酸的酸性强弱顺序为：（2）酯化反应（属于取代反应）注意： 可以用同位素示踪法证实酯化反应过程是羧酸分子中羧基中的羟基与醇分子中羟基上的氢原子结合成水，其余部分相互结合成酯。无机含氧酸与醇作
17、用也能生成酯，如：这个反应是可逆反应，可以通过控制反应物、生成物的浓度等来控制反应。如乙酸乙酯的制取过程中可以及时地将生成的水从反应混合物中除去（加入浓硫酸的作用之一就是吸收水分） ，以增大反应物的转化率。酯水解时的断键位置即为酸与醇酯化时的成键位置。如：（3）-H 被取代的反应通过羧酸 -H 的取代反应，可以合成 -卤代羧酸，进而制得 -氨基酸、- 羟基酸等。（4）还原反应由于羟基的影响，羧基中的羰基比醛、酮分子中的羰基较难发生加成反应，羧酸与H2（Ni 粉催化）不反应。7. 甲酸（1）甲酸的结构甲酸俗名：蚁酸结构特点：分子中既含有COOH 又含有CHO，如 所示。甲酸除有一般羧酸的性质外，
18、还有像醛一样的还原性。甲酸中的醛基被氧化后，甲酸就变为无机酸碳酸（ ）了。（2）甲酸的化学性质燃烧：2HCOOHO 2 2CO22H 2O 点 燃 与银氨溶液反应：HCOOH2Ag(NH 3)2OH (NH4)2CO32Ag2NH 3H 2O 水 浴 加 热酯化反应：HCOOHCH 3OH HCOOCH3H 2O酸性：HCOOHNaHCO 3 HCOONaH 2OCO 2与新制 Cu(OH)2 的反应甲酸有酸性和还原性，新制氢氧化铜悬浊液中有 NaOH、Cu(OH) 2 的碱性，还有Cu(OH)2 的弱氧化性。由此可见甲酸和新制氢氧化铜悬浊液之间的反应的复杂性，其中伴有明显现象的化学反应有：2
19、HCOOHCu(OH) 2 Cu2 2HCOO 2H 2O 常 温 反应使蓝色的悬浊液变为蓝色溶液。HCOOH2Cu(OH) 22NaOH Cu2ONa 2CO34H 2O 反应使悬浊液的蓝色消失，生成了砖红色沉淀。注意：上述两反应条件不同，乙酸与 Cu(OH)2 也能发生中和反应，使蓝色沉淀消失，但再加热无砖红色沉淀，可利用此性质鉴别甲酸与其他羧酸。8. 缩聚反应（1）定义：有机化合物分子间脱去小分子（H 2O、NH 3 等）获得高分子化合物的反应称为缩聚反应。（2）缩聚反应举例注意：缩聚反应是获得高分子化合物的途径之一，加聚反应也可以获得高分子化合物。高分子虽然相对分子质量很大，但在通常情
20、况下，结构并不复杂。它们是由简单的结构单元重复连接而成的。例如，聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物，聚乙烯分子可用 表示。我们把 叫聚乙烯的结构单元，结构单元也叫链节，n 表示每个高分子里链节的重复次数，叫聚合度。n 值越大，相对分子质量越大。能合成高分子化合物的小分子物质叫单体。例如，乙烯就是聚乙烯的单体。上述缩聚反应的单体为 和 。（3）缩聚反应的类型苯酚和甲醛反应：二元羧酸和二元醇（酯化反应）：二元醇和二元醇反应：本身既有羧基，又有醇羟基：知识点五 羧酸的应用1. 常见的羧酸（1）苯甲酸俗称安息香酸，是白色针状晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙酸、乙醚。苯甲酸及其钠盐或
21、钾盐常用作食品防腐剂。（2）乙二酸 俗称草酸，是无色透明晶体，能溶于水或乙醇，通常以结晶水合物的形式存在。草酸钙（CaC 2O4）难溶于水，是人体膀胱结石和肾结石的主要成分。（3）高级脂肪酸指的是分子中含碳原子数较多的脂肪酸，它们的酸性很弱，在水中的溶解度不大甚至难溶于水，硬脂酸（C 17H35COOH） 、软脂酸（C 15H31COOH） 、油酸（C 17H33COOH） 、 亚油酸（C 17H31COOH）都是常见的高级脂肪酸。2. 羧酸的用途羧酸是用来制造酯类化合物的重要原料，各种工业原料的酯常常是用羧酸发生酯化反应来制得的。如聚对苯二甲酸乙二酯（PET ）就是由对苯二甲酸与乙二醇通过酯
22、化反应聚合得到的高分子化合物：再如制聚乳酸（PLA）：知识点六 重要有机物之间的相互转化烃是各种有机物的“基础” ，各种有机物都可以认为是由烃通过化学反应转化而来。各种有机化合物之间的相互转化关系见下图。1. 各取少量溶液分别放入小试管中，滴加新制碱性 Cu(OH)2 悬浊液，出现澄清液的是乙酸，无明显变化的是乙醇和乙醛，再加热至沸腾，出现砖红色沉淀的是乙醛，余下的是乙醇。提示：根据醇、醛、羧酸的性质加以区别。滴加碱性新制 Cu(OH)2 悬浊液，加热至沸腾，乙醇中可能出现黑色沉淀，这是因为 Cu(OH)2 受热分解生成了黑色 CuO。2. A：CH 3CH2CHO2CH3CH2CH2OHO
23、2 2CH3CH2CHO2H 2O 催 化 剂 CH3CH2CHO2Cu(OH) 2NaOH Cu2OCH 3CH2COONa3H 2O 提示：由饱和一元醇的相对分子质量为 60，可以确定该饱和一元醇为丙醇，氧化后得到丙醛。3. （1）CH 3CH2CHO2Ag(NH 3)2OH CH3CH2COONH4H 2O2Ag3NH 3（2）（3）4. A 的分子式为 C4H6O5 ， A 的结构简式为 或 HOOCCH(CH2OH)COOH 。提示：A 既能与乙醇反应，又能与乙酸反应，说明 A 同时含有羟基和羧基。如果 A 分子中含有 1 个羧基，则 A+乙醇= 酯+ 水，Mr（A）+ 46 = 190 + 18，求得 A 的相对分子质量为162，与题意 A 的相对分子质量为 134 不符；如果 A 分子中含有 2 个羧基，则 A+乙醇2=酯+水2，Mr （A）+ 462= 190 + 182，求得 A 的相对分子质量为 134，与题意相符。再结合 A 没有甲基的特点，推断出 A 的结构简式。
