酯化反应及其应用

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  酯化反应是有机化学中的一种重要反应类型,是醇跟羧酸或含氧无机酸生成酯和水的反应。下面将其主要规律及典型应用归纳如下。
  反应规律
  1. 从成键和断键角度看
  酯化反应属于取代反应,也是可逆反应,酯化时从哪个地方形成新键,水解时还在哪个地方断键。
  例1 CH3COOH和H18O—C2H5混合发生酯化反应,已知酯化反应是可逆反应,反应达到平衡后下列说法正确的是( )
  A. 18O存在于所有物质里
  B. 18O仅存在于乙醇和乙酸乙酯里
  C. 18O仅存在于乙醇和水里
  D. 有的乙醇分子可能不含18O
  解析 本题考查的是酯化反应的机理“酸脱羟基,醇脱氢”,即[CH3—C—18O—C2H5+H2O][—][—][O][CH3—C—OH+H18O—C2H5][—][—][O] [浓H2SO4
  △]。乙酸乙酯在水解时的断键方式为:[CH3—C—18O—C2H5][—][—][O] 。因此,18O只可能存在于乙醇和乙酸乙酯中,而且乙醇分子里必然有18O。答案为B。
  点拨 解析酯化反应产物问题时,一要清楚有机物的反应机理,二要知道有机物的断键和成键部位,然后通过书写反应方程式的方法来判断产物。
  2. 从反应条件看
  当反应条件为“浓硫酸、加热”时,反应类型可能为酯化反应或醇的消去反应。浓硫酸在酯化反应中可用浓磷酸替代。当反应条件为“稀硫酸、加热”时,反应类型可能为酯的水解。
  例2 有机物A分子式为C2H4,可发生如下转化。
  [A][B][C][D] [E][催化剂][H2O][O2][O2][催化剂,△][Cu,△]
  已知B、D是生活中常见的两种有机物,下列说法不正确的是( )
  A. 75%的B溶液常用以医疗消毒
  B. D、E都能与NaOH溶液反应
  C. B、D、E三种物质可以用饱和Na2CO3溶液鉴别
  D. 由B、D制备E常用浓硫酸作脱水剂
  解析 由题干推知:A为CH2=CH2,B为CH3CH2OH,C为CH3CHO,D为CH3COOH,E为CH3COOCH2CH3。B和D发生酯化反应,浓硫酸作催化剂和吸水剂。答案为D。
  点拨 反应条件常常是有机反应类型推导的重要切入点,是解答有机推断题的常用依据。同时,反应试剂的选择及作用也是常考点,应引起重视。
  3. 从反应方式看
  从物质分类角度看,酸和醇都有多种分类形式,不同类型的酸和不同类型的醇反应时,反应方式可能不同,得到的酯也可能不同。
  例3 有机化合物X在一定条件下具有如下所示的转化关系,根据转化关系回答有关问题。
  [A] [C] [B] [D][(CH3CH2OH)][浓H2SO4,△][浓H2SO4,△][CH3COOH][浓H2SO4,△][浓H2SO4,△][(C6H10O4)][(可使溴水褪色)][(五元环化合物)] [X]
  (1)X的结构简式是 ,D的结构简式是 。
  (2)指出下列转化的有机反应类型:X[→]A属 类型,X[→]C属 类型。
  (3)生成B的反应的化学方程式为 。
  解析 (1)根据图示转化关系,X在“浓硫酸、加热”的条件下得到C,且C可使溴水褪色,则C中含有碳碳不饱和键,那么X中应含有醇羟基。又X自身在“浓硫酸、加热”的条件下形成D,D为内酯,则X有4个碳原子。再根据X与CH3COOH形成B时的反应条件为“浓硫酸、加热”,且B有6个碳原子、4个氧原子,则X中还含一个—COOH。故X的结构简式是HOOCCH2CH2CH2OH。进而可推得D的结构简式是[CH2—CH2][CH2——O][—][C=O] 。
  (2)X[→]A是X中的—COOH与醇(CH3CH2OH)反应,属于酯化反应。C为烯烃,可使溴水褪色,故X[→]C的转化属于消去反应。
  (3)HOOCCH2CH2CH2OH+CH3COOH[浓H2SO4Δ]HOOC(CH2)3OOCCH3+H2O
  点拨 对于有机框图转化问题,先要弄清楚反应物和生成物的结构情况,然后解析其形成方式,再结合反应条件和其他信息推导出各物质,最后按题设要求作答。
  数量规律
  1. 从反应特点看
  一元酸与一元醇发生酯化反应时,化学方程式中各物质的化学计量数均为1,反应通式为:RCOOH+′OH[→]RCOO′+H2O,其相对分子质量关系:M羧酸+M醇=M酯+18,M酯>M羧酸,M酯>M醇。酯的水解反应与此相反,数量关系一致。
  例4 胆固醇是人体必需的生物活性物质,分子式为C27H46O,一种胆固醇酯是液晶材料,分子式为C34H50O2,生成这种胆固醇酯的羧酸是( )
  A. C6H13COOH B. C6H5COOH
  C. C7H15COOH D. C6H5CH2COOH
  解析 胆固醇的分子式中只有一个氧原子,故胆固醇应是一元醇。而题中给出的胆固醇酯只有2个氧原子,应为一元酯,则与此对应的酸为一元酸,据此可写出该酯化反应的通式(用M表示羧酸):C27H46O+M[→]C34H50O2+H2O。再由质量守恒定律可求得该酸的分子式为C7H6O2。答案为B。
  点拨 首先要确定反应物类别,是一元酸还是二元酸,是一元醇还是多元醇,然后根据反应物特点判断反应方式,再书写反应通式,最后推导、作答。
  例5 某有机物X能发生水解反应,水解产物为Y和Z。同温同压下,相同质量的Y和Z的蒸气所占体积相同,则化合物X可能是( )
  A. 乙酸丙酯 B. 甲酸乙酯
  C. 乙酸甲酯 D. 乙酸乙酯
  解析 本题考查了羧酸与醇、酯的相互转化关系,及不同有机物间相对分子质量大小规律。饱和一元羧酸的相对分子质量等于碳原子数比它多1的饱和一元醇的相对分子质量。解析选项,知道乙酸的相对分子质量等于丙醇的相对分子质量,甲酸的相对分子质量等于乙醇的相对分子质量。故答案为A、B。
  点拨 解析烃的衍生物间转化问题的定量关系时,一要弄清物质的类型(官能团)及转化关系;二要善于从质量守恒的角度判断“量”的大小关系。
  2. 从原子数目关系看
  酯中的碳原子数等于羧酸与醇中的碳原子数之和;酯中的氧(氢)原子数与水中的氧(氢)原子数之和等于羧酸与醇中的氧(氢)原子数之和。
  例6 A、B、C、D都是含碳、氢、氧的单官能团化合物,A水解得到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的摩尔质量,则下式中正确的是( )
  A. M(A)=M(B)+M(C)
  B. 2M(D)=M(B)+M(C)
  C. M(B)  D. M(D)  解析 根据题给信息,其转化关系可表示为:
  [A][B][C][D][水解][氧化][氧化]
  则A为酯,B为醇,D为醛,C为羧酸,且B、C、D分子中所含碳原子数相同,A分子中所含碳原子数为B或C或D的2倍,从而可知,M(B)+M(C)>M(A),M(D)2M(D)。答案为D。
  点拨 解答定量型有机化学推理问题时,要注意把定量计算和定性推理结合起来,做到相互验证。
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