酯化反应规律及应用例析

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  酯化反应是有机化学中的一种重要反应类型,是学习的重点,也是高考的热点。只有多角度认识和理解酯化反应规律,才能灵活运用相关知识。下面将其主要规律及典型应用归纳如下,供参考。
  一、反应规律
  1.从反应机理看:一般来说,有机羧酸与醇发生酯化反应时,酸脱羟基,醇脱(羟基上的)氢(原子)。即羧酸分子中的“-OH”被醇分子中的“-OR”所替代。
  2.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。即羧酸结构部分加羟基,醇结构部分加氢原子。
  例1 CH3COOH和H180-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. 180存在于所有物质里
  B.180仅存在于乙醇和乙酸乙酯里
  C.180仅存在于乙醇和水里
  D.有的乙醇分子可能不含180
  分析:本题考查的是酯化反应的机理“酸脱羟
  基,醇脱氢”,即 乙酸乙酯在水解时的断键方式如下:
  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会有180。答案为B。
  点评:分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。
  3.从反应条件看:当有机化学反应条件为“浓硫酸、加热”时,反应类型可能为酯化反应(或醇的消去反应)。之所以用浓硫酸而不用稀硫酸,是因为浓硫酸除起催化作用外,还可以作吸水剂,吸收酯化反应生成的水,有利于反应向生成酯的方向进行。浓硫酸在酯化反应中的作用可用浓磷酸替代。当反应条件为“稀硫酸、加热”时,反应类型可能为酯的水解(或糖的水解)。罗功举
  例2 有机物A分子式为C2H4,可发生如右系列转化。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Na2C03溶液鉴别
  D.由B、D制备E常用浓硫酸作脱水剂
  分析:由题干推知:A为CH2=CH2,B为CH3CH20H,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。
  点评:有机物的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,不能出错。
  4.从反应物和产物看:有机羧酸或无机含氧酸与醇的反应属于酯化反应,前者生成有机酸酯,后者生成无机酸酯,如RCH20H HO-N02 RCH2-O-N02(硝酸乙酯) H20。无氧酸与醇反应生成卤代烃,不属于酯化反应,如RCH20H HBr RCH2Br(溴代烷) H2O。
  另外,某些含有醇羟基的非醇类物质(如糖类)也能与有机羧酸或无机含氧酸发生酯化反应。酚类物质难与羧酸直接酯化,但可与羧酸酐反应生成酯,如苯酚与乙酸酐反应产物为乙酸苯酯和乙酸。
  5.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,得到的酯也可能类型不同。
  例3 有机化合物X在一定条件下具有如右所示的转化关系。根据此转化关系回答有关问题。
  (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。
  分析:(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
  (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) HOOCCH2CH2CH20H CH3COOH HOOC(CH2300CCH3 H2O
  点评: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,然后分析其形成方式,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。   二,数量规律
  l.从产物关系看:发生酯化反应时,每生成1mol的酯基(-COO-),同时必定生成1mol的H20。
  2.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 R’OH→RCOOR’ H2O,其相对分子质量关系:M羧骏 M=M 18,M>M羧酸,M>M。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C27H460,一种胆固醇酯是液晶材料,分子式为C34H5002,生成这种胆固醇酯的羧酸是()。
  A. C6H13COOH
  B.C6H5COOH
  C.C7H15COOH
  D.C6H5CH2COOH
  分析: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):C27H460 M→C34H5002 H20。再由质量守恒定律可求得该酸的分子式为C7H602。故本题答案为B。
  点评: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。
  3.从质量关系看:酯化反应基本反应式蕴含的规律还可以推广,如R和R’相同时,M羧酸-M=28;饱和一元羧酸与饱和一元醇中的碳原子数相同时,M羧酸-M=14;若R和R’均为饱和烃基,且RCOOH和R’OH的相对分子质量相等时,R和R’在组成上相差一个碳原子;若R为-CH。(即酸为乙酸),则醇与酯的相对分子质量之差为42。
  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
  分析:此题考查了羧酸与醇、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。分析选项,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。
  点评:分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。
  4.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)  分析:根据题给信息,其转化关系可表示为:
  则A为酯,B为醇,D为醛,C为酸,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)。故正确答案为D。
  点评: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,以便准确推出结果。
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