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酯化反應(yīng)規(guī)律及應(yīng)用例析

2015-05-30 10:48:04羅功舉
關(guān)鍵詞:反應(yīng)類型碳原子濃硫酸

酯化反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)中的一種重要反應(yīng)類型,是學(xué)習(xí)的重點,也是高考的熱點。只有多角度認(rèn)識和理解酯化反應(yīng)規(guī)律,才能靈活運用相關(guān)知識。下面將其主要規(guī)律及典型應(yīng)用歸納如下,供參考。

一、反應(yīng)規(guī)律

1.從反應(yīng)機(jī)理看:一般來說,有機(jī)羧酸與醇發(fā)生酯化反應(yīng)時,酸脫羥基,醇脫(羥基上的)氫(原子)。即羧酸分子中的“-OH”被醇分子中的“-OR”所替代。

2.從成鍵和斷鍵角度看:酯化反應(yīng)屬于取代反應(yīng),也是可逆反應(yīng),酯化時從哪個地方形成新鍵,水解時還在哪個地方斷鍵。即羧酸結(jié)構(gòu)部分加羥基,醇結(jié)構(gòu)部分加氫原子。

例1 CH3COOH和H180-C2H5混合發(fā)生酯化反應(yīng),已知酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng),反應(yīng)達(dá)到平衡后下列說法正確的是()。

A.180存在于所有物質(zhì)里

B.180僅存在于乙醇和乙酸乙酯里

C.180僅存在于乙醇和水里

D.有的乙醇分子可能不含180

分析:本題考查的是酯化反應(yīng)的機(jī)理“酸脫羥

基,醇脫氫”,即 乙酸乙酯在水解時的斷鍵方式如下:

因此,180只可能存在于乙醇和乙酸乙酯中,而且乙醇分子里必然會有180。答案為B。

點評:分析酯化反應(yīng)產(chǎn)物問題時,一要清楚有機(jī)物的反應(yīng)機(jī)理,二要知道有機(jī)物的斷鍵和成鍵部位,然后通過書寫反應(yīng)方程式的方法來判斷產(chǎn)物。

3.從反應(yīng)條件看:當(dāng)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)條件為“濃硫酸、加熱”時,反應(yīng)類型可能為酯化反應(yīng)(或醇的消去反應(yīng))。之所以用濃硫酸而不用稀硫酸,是因為濃硫酸除起催化作用外,還可以作吸水劑,吸收酯化反應(yīng)生成的水,有利于反應(yīng)向生成酯的方向進(jìn)行。濃硫酸在酯化反應(yīng)中的作用可用濃磷酸替代。當(dāng)反應(yīng)條件為“稀硫酸、加熱”時,反應(yīng)類型可能為酯的水解(或糖的水解)。羅功舉

例2 有機(jī)物A分子式為C2H4,可發(fā)生如右系列轉(zhuǎn)化。已知B、D是生活中常見的兩種有機(jī)物,下列說法不正確的是()。

A.75%的B溶液常用以醫(yī)療消毒

B.D、E都能與NaOH溶液反應(yīng)

C.B、D、E三種物質(zhì)可以用飽和Na2C03溶液鑒別

D.由B、D制備E常用濃硫酸作脫水劑

分析:由題干推知:A為CH2=CH2,B為CH3CH20H,C為CH3CHO,D為CH3COOH,E為CH3COOCH2CH3。B和D發(fā)生酯化反應(yīng),濃硫酸作催化劑和吸水劑。答案為D。

點評:有機(jī)物的反應(yīng)條件常常是有機(jī)反應(yīng)類型推導(dǎo)的重要切入點,是解答有機(jī)推斷題的常用依據(jù)。同時,反應(yīng)試劑的選擇及作用也是??键c,不能出錯。

4.從反應(yīng)物和產(chǎn)物看:有機(jī)羧酸或無機(jī)含氧酸與醇的反應(yīng)屬于酯化反應(yīng),前者生成有機(jī)酸酯,后者生成無機(jī)酸酯,如RCH20H+HO-N02RCH2-O-N02(硝酸乙酯)+H20。無氧酸與醇反應(yīng)生成鹵代烴,不屬于酯化反應(yīng),如RCH20H+HBr RCH2Br(溴代烷)+H2O。

另外,某些含有醇羥基的非醇類物質(zhì)(如糖類)也能與有機(jī)羧酸或無機(jī)含氧酸發(fā)生酯化反應(yīng)。酚類物質(zhì)難與羧酸直接酯化,但可與羧酸酐反應(yīng)生成酯,如苯酚與乙酸酐反應(yīng)產(chǎn)物為乙酸苯酯和乙酸。

5.從反應(yīng)方式看:從物質(zhì)分類角度看,酸和醇都有多種分類形式,不同類型的酸和不同類型的醇反應(yīng)時,反應(yīng)方式可能不同,得到的酯也可能類型不同。

例3 有機(jī)化合物X在一定條件下具有如右所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系。根據(jù)此轉(zhuǎn)化關(guān)系回答有關(guān)問題。

(1)X的結(jié)構(gòu)簡式是

,D的結(jié)構(gòu)簡式是

。

(2)指出下列轉(zhuǎn)化的有機(jī)反應(yīng)類型:X—A屬

類型,X→C屬

類型。

(3)生成B的反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

分析:(1)根據(jù)圖示轉(zhuǎn)化關(guān)系,X在“濃硫酸、加熱”的條件下得到C,且C可使溴水褪色,則C中含有碳碳不飽和鍵,那么X中應(yīng)含有醇羥基。又X自身在“濃硫酸、加熱”的條件下形成D,D為內(nèi)酯,則X有4個碳原子。再根據(jù)X與CH3COOH形成B時的反應(yīng)條件為“濃硫酸、加熱”,且B有6個碳原子、4個氧原子,則X中還含一個-COOH。故X的結(jié)構(gòu)簡式是HOOCCH2CH2CH2OH。進(jìn)而可推得D的結(jié)構(gòu)簡式是

(2)X→A是X中的-COOH與醇(CH3CH2OH)反應(yīng),屬于酯化反應(yīng)。C為烯烴,可使溴水褪色,故X—C的轉(zhuǎn)化屬于消去反應(yīng)。

(3) HOOCCH2CH2CH20H+CH3COOH HOOC(CH2300CCH3+H2O

點評:對于有機(jī)框圖轉(zhuǎn)化問題,先要弄清楚反應(yīng)物和生成物的結(jié)構(gòu)情況,然后分析其形成方式,再結(jié)合反應(yīng)條件和其他信息推導(dǎo)出各物質(zhì),最后按題設(shè)要求作答。

二,數(shù)量規(guī)律

l.從產(chǎn)物關(guān)系看:發(fā)生酯化反應(yīng)時,每生成1mol的酯基(-COO-),同時必定生成1mol的H20。

2.從反應(yīng)特點看:一元酸與一元醇發(fā)生酯化反應(yīng)時,化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)均為1,反應(yīng)通式為:RCOOH+R'OH→RCOOR'+H2O,其相對分子質(zhì)量關(guān)系:M羧駿+M=M+18,M>M羧酸,M>M。酯的水解反應(yīng)與此相反,數(shù)量關(guān)系一致。

例4 膽固醇是人體必需的生物活性物質(zhì),分子式為C27H460,一種膽固醇酯是液晶材料,分子式為C34H5002,生成這種膽固醇酯的羧酸是()。

A. C6H13COOH

B.C6H5COOH

C.C7H15COOH

D.C6H5CH2COOH

分析:膽固醇的分子式中只有一個氧原子,故膽固醇應(yīng)是一元醇。而題中給出的膽固醇酯只有2個氧原子,應(yīng)為一元酯,則與此對應(yīng)的酸為一元酸,據(jù)此可寫出該酯化反應(yīng)的通式(用M表示羧酸):C27H460+M→C34H5002+H20。再由質(zhì)量守恒定律可求得該酸的分子式為C7H602。故本題答案為B。

點評:首先要確定反應(yīng)物類別,是一元酸還是二元酸,是一元醇還是多元醇,然后根據(jù)反應(yīng)物特點判斷反應(yīng)方式,再書寫反應(yīng)通式,最后推導(dǎo)、作答。

3.從質(zhì)量關(guān)系看:酯化反應(yīng)基本反應(yīng)式蘊(yùn)含的規(guī)律還可以推廣,如R和R'相同時,M羧酸-M=28;飽和一元羧酸與飽和一元醇中的碳原子數(shù)相同時,M羧酸-M=14;若R和R'均為飽和烴基,且RCOOH和R'OH的相對分子質(zhì)量相等時,R和R'在組成上相差一個碳原子;若R為-CH。(即酸為乙酸),則醇與酯的相對分子質(zhì)量之差為42。

例5 某有機(jī)物X能發(fā)生水解反應(yīng),水解產(chǎn)物為Y和Z。同溫同壓下,相同質(zhì)量的Y和Z的蒸氣所占體積相同,則化合物X可能是()。

A.乙酸丙酯

B.甲酸乙酯

C.乙酸甲酯

D.乙酸乙酯

分析:此題考查了羧酸與醇、酯的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,及不同有機(jī)物間相對分子質(zhì)量大小規(guī)律。飽和一元羧酸的相對分子質(zhì)量等于碳原子數(shù)比它多1的飽和一元醇的相對分子質(zhì)量。分析選項,知道乙酸的相對分子質(zhì)量等于丙醇的相對分子質(zhì)量,甲酸的相對分子質(zhì)量等于乙醇的相對分子質(zhì)量。故答案為A、B。

點評:分析烴的衍生物間轉(zhuǎn)化問題的定量關(guān)系時,一要弄清物質(zhì)的類型(官能團(tuán))及轉(zhuǎn)化關(guān)系;二要善于從質(zhì)量守恒的角度判斷“量”的大小關(guān)系。

4.從原子數(shù)目關(guān)系看:酯中的碳原子數(shù)等于羧酸與醇中的碳原子數(shù)之和;酯中的氧(氫)原子數(shù)與水中的氧(氫)原子數(shù)之和等于羧酸與醇中的氧(氫)原子數(shù)之和。

例6

A、B、C、D都是含碳、氫、氧的單官能團(tuán)化合物,A水解得B和C,B氧化可以得到C或D,D氧化也得到C。若M(X)表示X的摩爾質(zhì)量,則下式中正確的是()。

A.M(A)=M(B)+M(C)

B.2M(D)=M(B)+M(C)

C.M(B)

D.M(D)

分析:根據(jù)題給信息,其轉(zhuǎn)化關(guān)系可表示為:

則A為酯,B為醇,D為醛,C為酸,且B、C、D分子中所含碳原子數(shù)相同,A分子中所含碳原子數(shù)為B或C或D的2倍,從而可知,M(B)+M(C)>M(A),M(D)2M(D)。故正確答案為D。

點評:解答定量型有機(jī)化學(xué)推理問題時,要注意把定量計算和定性推理結(jié)合起來,做到相互驗證,以便準(zhǔn)確推出結(jié)果。

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