实验九--羧酸和取代羧酸的性质
羧酸取代羧酸实验报告
一、实验目的1. 了解羧酸和取代羧酸的结构特点和性质。
2. 掌握羧酸取代羧酸的反应条件和产物鉴定方法。
3. 培养实验操作技能，提高化学实验的观察和分析能力。
二、实验原理羧酸分子中的羧基（-COOH）可以被其他原子或原子团取代，形成取代羧酸。
羧酸取代羧酸的反应类型主要包括酯化反应、酰化反应、烷基化反应等。
本实验主要涉及羧酸与醇、氨、卤代烃等物质的反应，生成相应的取代羧酸。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 羧酸：乙酸、丙酸、丁酸等- 取代基：醇、氨、卤代烃等- 反应溶剂：乙醇、水等2. 实验仪器：- 烧杯- 酒精灯- 滴定管- 烧瓶- 滤纸- 冷却水浴- 紫外-可见分光光度计四、实验步骤1. 乙酸与乙醇反应制备乙酸乙酯- 将5g乙酸和5g无水乙醇加入烧杯中，加入5ml水，混合均匀。
- 在冷却水浴中加热，搅拌至反应完全。
- 冷却后，用滤纸过滤，得到乙酸乙酯。
2. 丙酸与氨反应制备丙酸铵- 将5g丙酸和5g氨水加入烧杯中，混合均匀。
- 在冷却水浴中加热，搅拌至反应完全。
- 冷却后，用滤纸过滤，得到丙酸铵。
3. 丁酸与溴代烃反应制备丁酸溴代烃- 将5g丁酸和5ml溴代烃加入烧瓶中，加入10ml乙醇，混合均匀。
- 在冷却水浴中加热，搅拌至反应完全。
- 冷却后，用滤纸过滤，得到丁酸溴代烃。
4. 产物鉴定- 乙酸乙酯：用紫外-可见分光光度计测定吸收峰，确定产物结构。
- 丙酸铵：用滴定法测定其含量，确定产物结构。
- 丁酸溴代烃：用红外光谱法测定吸收峰，确定产物结构。
五、实验结果与分析1. 乙酸乙酯的制备- 实验结果表明，乙酸与乙醇在加热条件下反应，生成乙酸乙酯。
产物颜色为无色，具有酯的气味。
2. 丙酸铵的制备- 实验结果表明，丙酸与氨水在加热条件下反应，生成丙酸铵。
产物呈碱性，能使酚酞指示剂变红。
3. 丁酸溴代烃的制备- 实验结果表明，丁酸与溴代烃在加热条件下反应，生成丁酸溴代烃。
产物具有溴代烃的气味。
4. 产物鉴定- 通过紫外-可见分光光度计、滴定法和红外光谱法对产物进行鉴定，证实了实验产物的结构。
羧酸与取代羧酸
伯醇和仲醇成酯以“酰氧键断裂的机理”：
O CH3 C
-H2O
消除
OH
H+
+ OH HOC2H5
CH3 C OH
CH3
OH C OH
亲核加成 H O+C2H5
Ⅰ
Ⅱ
+ OH
-H+
CH3 C OC2H5
O CH3 C OC2H5
Ⅳ
Ⅴ
OH
+
CH3 C OH2 OC2H5
Ⅲ
11-28
伯醇和仲醇与酸成酯反应的特点： ①反应总的结果是亲核试剂醇分子中的-OR基取代了羧基中的羟基，是羧基的 亲核取代反应。 ②空间位阻对酯化反应的速度影响很大。 上述反应的中间体（Ⅱ）和 （Ⅲ）都是四面体结构，比较拥挤，如果羧酸和醇的α碳上连接的基团越多， 越大，这些中间体越不稳定，酯化反应越难进行。 酸或醇的烃基体积小、数目少，速度快。反应活性顺序如下：
11-13
问题11-2 分离苯甲酸、苯甲醇和苯酚的混合物。
COOH OH CH2OH
NaOH水溶液
水层 通CO2
溶液 H+ 晶体（苯甲酸） 晶体（苯酚）
醇层（苯甲醇）
羧酸酸性的应用： 分离、鉴别羧酸与酚
在制药工业中将羧酸制成钾盐、钠盐增加 药物的水溶性，提高药效
11-14
问题11-3 乙酸中也含有CH3CO基团，但不发生碘仿反应。为 什么？
AC
OH
性增强
O
当D为推电子基团， 酸
D C O H 性减弱
11-15
(1) 诱导效应
酸性排列顺序
HCOOH > CH3COOH >CH3CH2COOH
pKa 3.77
羧酸及取代羧酸 PPT
羧 酸 Carboxylic Acid
8、1、2 羧酸的重要化学性质
O RC
OH
sp2 R
O C
OH
O
R R C C pO-π共轭 O OHH
p-π共轭的结果使羧羰基碳原子上的正电荷 减少,羧羟基极性增加,C-O键得到加强。
羧 酸 Carboxylic Acid
O R=H时键长
RC
0.123nm 0.136nm
CH3 CH2 CH2 COOH
Cl
(4、52)
(4、82)
羧 酸 Carboxylic Acid
常见取代基诱导效应的强弱 NO2> CN>Cl>Br> CCH > OCH3> OH> Ph > CH=CH2 >H > CH3> CH(CH3)2>C(CH3)3 芳酸酸性>脂肪酸(但HCOOH除外？)
O RC
O-
ORC
O
0.127nm O ≡R C
0.127nm O
羧 酸 Carboxylic Acid
羧酸的性质可从结构上预测,主要有以下两 个重要特征:①氢氧键的极性增强,故羧酸显 示了明显的酸性。②羧基中碳氧双键上碳原 子的正电性降低,故不易进行类似醛、酮羰基 上的亲核加成反应。
H RC
H α H 的反应
O2N
COOH
(1)B2H6 ， O (2)H3O+
O2N
CH2OH
羧 酸 Carboxylic Acid
8、1、2、4 脱羧反应分子内失去羧基,放出CO2
CH3 CO2Na + NaO H(CaO)
碱石灰
CH4 +Na2CO3
取代羧酸实验报告
一、实验目的1. 学习并掌握取代羧酸的制备方法。
2. 探究取代羧酸的物理性质和化学性质。
3. 理解取代基对羧酸性质的影响。
二、实验原理羧酸分子中羧基上的氢原子被其他原子或原子团取代的产物称为取代羧酸。
取代羧酸的种类繁多，根据取代基的不同，可分为卤代羧酸、烷基羧酸、芳基羧酸等。
本实验以苯甲酸为例，通过卤代反应制备取代羧酸，并研究其性质。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 苯甲酸- 氯化亚铁- 浓硫酸- 乙醇- 乙醚- 碘化钠- 氢氧化钠- 氢氧化钠溶液- 水浴锅- 烧杯- 滴管- 滤纸- 酒精灯- 冷却水- pH试纸- 721分光光度计2. 实验仪器：- 坩埚- 研钵- 蒸发皿- 漏斗- 烧瓶- 滴定管- 酸式滴定瓶- 铁架台- 移液管四、实验步骤1. 苯甲酸的制备- 将苯甲酸加入烧杯中，加入适量的乙醇，加热溶解。
- 加入氯化亚铁溶液，搅拌均匀。
- 加入浓硫酸，继续搅拌。
- 将反应液倒入蒸发皿中，加热蒸发至干燥。
- 将干燥的固体产物加入研钵中，研细。
- 将研细的固体产物转移至坩埚中，放入马弗炉中加热至熔融。
- 将熔融的固体产物倒入冷却水中，冷却结晶。
- 将结晶产物过滤、洗涤、干燥，得到苯甲酸。
2. 取代羧酸的制备- 将苯甲酸加入烧杯中，加入适量的乙醇，加热溶解。
- 加入碘化钠溶液，搅拌均匀。
- 加入氢氧化钠溶液，调节pH值为8-9。
- 将反应液倒入烧瓶中，加热回流。
- 反应一段时间后，停止加热，冷却至室温。
- 将反应液倒入漏斗中，过滤、洗涤、干燥，得到取代羧酸。
3. 取代羧酸的性质研究- 物理性质：观察取代羧酸的颜色、状态、熔点、沸点等。
- 化学性质：1. 酸性：测定取代羧酸的pKa值。
2. 氧化还原性：用高锰酸钾溶液测定取代羧酸的氧化还原性。
3. 水解性：用氢氧化钠溶液测定取代羧酸的水解性。
五、实验结果与讨论1. 苯甲酸的制备- 成功制备了苯甲酸，产率较高。
2. 取代羧酸的制备- 成功制备了取代羧酸，产率较高。
《羧酸及取代羧酸》课件
取代羧酸可通过取代基的亲核作用与其他分子发 生反应。
Hale Waihona Puke 羧酸的脱羧反应羧酸可脱去羧基，生成相应的 醛或酮化合物。
羧酸的应用
1 食品工业
羧酸可用作食品酸味剂和抗氧化剂。
2 药物工业
羧酸是制备药物的重要原料，可调控药物的性质和稳定性。
3 洗涤品工业
羧酸可用作洗涤剂的表面活性剂，改善洗涤效果。
什么是取代羧酸？
取代羧酸是指羧酸分子中的一个或多个氢被其他原子或基团取代的化合物，具有类似羧酸的化学性质，但性质 和用途也有所不同。
不同的取代基赋予取代羧酸不同的功能，影响其在化学和生物领域的应用。
取代羧酸的物性质
溶解性
取代羧酸的溶解性依赖于取 代基的性质和溶剂的性质。
熔点和沸点
取代羧酸的熔点和沸点受取 代基和羧酸的影响。
分子构型
取代羧酸的立体构型由取代 基的空间位阻决定。
取代羧酸的化学性质
酸性 还原性
亲核性
取代羧酸可通过脱质子反应表现出酸的性质。
羧酸的物理性质
• 羧酸通常呈液体或固体，具有特定的熔点和沸点。 • 具有酸性，可以与碱发生中和反应。 • 一些羧酸具有特殊的气味，例如柠檬酸和醋酸。
羧酸的化学性质
羧酸的酯化反应
羧酸与醇反应生成酯，常用于 有机合成和食品调味中。
羧酸的酰氯化反应
羧酸与酰氯反应生成酰氯，用 作有机合成中的重要中间体。
取代羧酸的命名方式
取代羧酸的命名方式与羧酸类似，根据取代基的种类和位置进行命名。例如，“氨基乙酸”代表乙酸的一个氨基 取代物。
取代羧酸的化学特性
1
取代基的电子效应
《羧酸与取代羧酸》PPT课件
精选PPT
26
甲
酸
O
的
H C OH
特
殊 醛基
性
羧基
羧酸的一般性质
醛的一般性质：银镜反应（还原性）
精选PPT
27
第二节 取代羧酸
重要取代羧酸
卤代羧酸（halogeno acid）
ClCH2COOH
羟基酸（hydroxy acid） 醇酸（alcoholic acid） 酚酸（phenolic acid）
HCO2H > C6H5CO2H > CH3COOH > C2H5CO2H ≈ n-C3H7CO2H
pKa 3.75
4.19
4.76
4.87
4.82
当苯环上连有取代基时，其种类及位置会影响取代苯甲酸的酸性。 吸电子共轭效应基团：
-NO2, -CN, -COOH, -CHO, -COR , X 等，使酸性增加 给电子共轭效应基团：
第十二章 羧酸和取代羧酸 (Carboxylic Acids)
精选PPT
1
主要内容：
羧酸的结构、命名 羧酸的物理和化学性质
1) 酸性(Acidity ) 和成盐 2) -OH的取代(Substitution ) ：羧酸衍生物的生成 3) 脱羧（Decarboxylation）
二元羧酸热解(pyrolysis) 4) 还原（Reduction) 取代酸(羟基酸、酮酸)的物理和化学性质
O
H
O RC
O
p-π共轭
p-π共轭
羰基亲核性比
O-H键极性增强，
醛酮的亲核性
酸性比水、醇的酸
降低
精选PPT 性要强
7
羰基不饱和, 可加成、还原
羧酸及取代羧酸—取代羧酸(药学有机化学课件)
H3C O H HO O
CH
C
C
CH
O OH H O CH3
H3C O
OO + H2O
O CH3
丙交酯
二、羟基酸的性质
脱水反应 ➢ β-羟基酸：分子内脱水生成不饱和酸。
CH3 CH CH COOH △ CH3 CH CH COOH + H2O OH H
β-羟基丁酸
二、羟基酸的性质
羟基酸具有醇、酚和羧酸的通性，既有-OH的性质，又 有-COOH的性质，酚酸可以使FeCl3显色。
① 酸性 ③ 羧基上羟基的酯化反应 ④ 脱羧反应 ② 醇羟基氧化反应、 脱水反应
二、羟基酸的性质
酸性：羟基酸具有酸性。羟基酸的酸性比相应的羧酸强。
OH
OH
CH3CHCOOH ＞ CH2CH2COOH ＞ CH3CH2COOH
酮酸的脱羧反应
α-酮酸和β-酮酸比对应的羧酸更易发生脱羧反应。
O CH3 C
COOH 稀 H2SO4 CH3
CHO + CO2
α-酮酸
醛
H3C C O
RC
O
CH2 COOH CH2 COOH
β-酮酸
H3C C O
RC
O
+ CH3
酮
有机化学/ 取代羧酸
羟基酸的命名和化学性质
羟基酸可以看成是羧酸分子中烃基上的氢原子被羟基取 代后生成的化合物，羟基（－OH ）和羧基（－COOH）是 羟基酸的官能团。
醇酸：羟基酸分子中羟基连在脂肪烃基上
酚酸：羟基酸分子中羟基直接连在芳环上
CH3 CH COOH OH
醇酸
COOH
羧酸和取代羧酸
*（2） 碳正离子机制 （ ）
(CH3)3C-OH
+
OH O=C-R (CH3)3C+
H+
(CH3)3COH2
O
+
-H2O
属于S 机制 属于 N1机制
-H+ R-C-OC(CH3)3 按SN1机制进 行反应， 行反应，是烷 氧键断裂
OH
R-C-OC(CH3)3
① 3oROH按此反应机制进行酯化。 按此反应机制进行酯化。 按此反应机制进行酯化 由于R 易与碱性较强的水结合，不易与羧酸结合， ② 由于 3C+易与碱性较强的水结合，不易与羧酸结合， 故逆向反应比正向反应易进行。所以3 故逆向反应比正向反应易进行。所以 oROH的酯化 的酯化 反应产率很低。 反应产率很低。
COOH NO2 NO2
O2N
H2O
O2N NO2
NO2 + CO2
做催化剂。 （3）一般芳香羧酸脱羧需要用石灰或 做催化剂。 ）一般芳香羧酸脱羧需要用石灰或Cu做催化剂
(六) 二元羧酸受热后的反应 六
失羧 (-CO2) 失羰 (-CO)
+
-H2O
OH
-H+
O CH3C-OC2H5
CH3C-OC2H5
OC2H5 消除
1OROH，2OROH酯化时按加成 消除机制进行， 酯化时按加成--消除机制进行 ， 酯化时按加成 消除机制进行， 且反应速率为： 且反应速率为：
CH3OH>RCH2OH>R2CHOH
HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH>R3CCOOH
系统命名 乙二酸 丙二酸 丁二酸
普通命名 草酸 缩苹果酸 琥珀酸 马来酸 富马酸
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实验九羧酸和取代羧酸的性质
一、实验目的
１.验证羧酸和取代羧酸的主要化学性质。
２.掌握羧酸及取代羧酸的鉴别方法。
二、实验原理
羧酸均有酸性，与碱作用生成羧酸盐。
羧酸的酸性比盐酸和硫酸弱，但比碳酸强，因此可与碳酸钠或碳酸氢钠成盐而溶解。
饱和一元羧酸中甲酸的酸性最强，二元羧酸中草酸的酸性最强。
羧酸和醇在浓硫酸的催化下发生酯化反应,生成有香味的酯。
在适当的条件下羧酸可发生脱羧反应。
甲酸分子中含有醛基,具有还原性，可被高锰酸钾或托伦试剂氧化。
由于两个相邻羧基的相互影响,草酸易发生脱羧反应和被高锰酸钾氧化。
乙酰乙酸乙酯是由酮式和烯醇式两种互变异构体共同组成的混合物，因此它既有酮的性质，如能与2,4-二硝基苯肼反应生成橙色的2,4-二硝基苯腙沉淀，又有烯醇的性质，如能使溴水褪色，与三氯化铁溶液作用发生显色反应等。
三、仪器和药品
试管、烧杯、酒精灯、试管夹、带软木塞的导管等。
冰醋酸、草酸、苯甲酸、乙醇、异戊醇、乙酰乙酸乙酯、水杨酸、乙酰水杨酸、乳酸、酒石酸、２mｏl∙L-１一氯乙酸、2moｌ∙Ｌ-１三氯乙酸、2,4－二硝基苯肼、10%甲酸、10%乙酸、10%草酸、１0％苯酚、托伦试剂、5％氢氧化钠溶液、5%盐酸、0.０5％高锰酸钾溶液、0.0５mｏl∙L－1三氯化铁溶液、5%碳酸钠溶液、浓硫酸、溴水、饱和石灰水、甲基紫指示剂、pH试纸。
四、实验步骤
1.羧酸的酸性
(1)用干净的玻棒分别蘸取10%乙酸、1０％甲酸、10%草酸、10%苯酚于pH 试纸上,观察和记录其pH并解释之。
(２)在2支试管中分别加入0.1g苯甲酸、水杨酸和1ｍL水,边摇边逐滴加入5%氢氧化钠溶液至恰好澄清，再逐滴加入5％盐酸溶液，观察和记录反应现象并解释之。
(３)在2支试管中分别加入0．1g苯甲酸、水杨酸，边摇边逐滴加入５％碳
酸钠溶液，观察和记录反应现象并解释之。
2.乙酰乙酸乙酯的互变异构现象
(1)在试管中加入１0滴2,４－二硝基苯肼试剂和３滴10%乙酰乙酸乙酯，观察和记录反应现象并解释之。
（２)在试管中加入乙酰乙酸乙酯2滴,加乙醇2 mL，再加0.05 mol∙L-１三氯化铁溶液1滴,注意颜色变化。
再加溴水到颜色刚好消失。
注意不久颜色又会重现，观察并解释发生的变化。
五、说明
1．酯化反应温度不能过高，若超过乙酸异戊酯和异戊醇的沸点,会引起两者挥发,使现象不明显。
2.羧酸一般无还原性,但由于甲酸与草酸的结构特殊,均能被氧化而具有还原性。
3.水杨酸与甲醇所生成的酯叫水杨酸甲醇，又叫冬青油，有特殊的香味。
六、思考题
1.做脱羧实验时,若将过量的二氧化碳通入石灰水中时，将会出现什么现象?
2.甲酸是一元羧酸，草酸是二元羧酸,它们都有还原性,可以被氧化。
其他的一元羧酸和二元羧酸是否也能被氧化?
3.如何鉴别甲酸、乙酸与草酸？
４.为什么酯化反应要加硫酸?为什么酯的碱性水解比酸性水解效果好?。