高中化學魯科版有機化學基礎本冊總復習總復習 第4節(jié)羧酸,氨基酸和蛋白質

第4節(jié)羧酸、氨基酸和蛋白1.了解羧酸的結構特點、主要化學性質及以羧酸到醇、酯的轉化，能舉例說明羧基和羰基、羥基性質的差異，并進一步體會官能團之間的相互作用對有機化合物性質的影響。2.能舉例說明什么是羧酸衍生物，認識酯的結構特點和主要性質，并能結合肥皂的制備說明酯在堿性條件下水解的應用。3.知道什么是氨基酸、多肽和蛋白質，了解它們之間的關系。4.結合《化學2(必修)》的內(nèi)容進一步了解蛋白質的性質、蛋白質一級結構的含義，知道酶是一類蛋白質，了解酶的催化作用特點。5.認識人工合成多肽、蛋白質和核酸的意義，體會化學科學在生命科學發(fā)展中的重要意義。一、羧酸1.羧酸概述。(1)定義。分子由________(或氫原子)和________相連而組成的有機化合物叫做羧酸，官能團是—COOH。(2)羧酸的分類。羧基與脂肪烴基相連的羧酸稱為________________，如乙酸、硬脂酸等；羧基直接連在苯環(huán)上的酸為芳香酸，如。分子中含有一個羧基的羧酸叫做________，如CH3COOH；含有兩個羧基的叫做________。(3)羧酸的物理性質。分子中碳原子數(shù)目為在________以下的羧酸與水互溶；隨著分子中碳鏈的增長，羧酸在水中的溶解度__________。由于羧酸分子間可以形成________，因此它的熔、沸點比相應的醇要高。(4)羧酸的命名。①選取含有________的最長碳鏈為主鏈，按________的碳原子數(shù)稱為“某酸”。②從________開始給主鏈碳原子編號。③在“某酸”名稱前加取代基的________和名稱。例如，命名為__________。(5)通式(飽和一元脂肪酸)：________________或CnH2n＋1COOH(n≥0)。(6)取代羧酸。羧酸分子中烴基上的________被其他官能團所取代的羧酸稱為取代羧酸，常見的取代羧酸有________、______、________。(7)幾種常見的羧酸。①甲酸。甲酸是組成最簡單的羧酸，結構簡式是________，也稱________。甲酸是有________氣味的________液體，有腐蝕性，能與________、________、________、________等互溶。甲酸分子中含有兩種官能團，即________和________，因此既具有酸的性質，又具有醛的性質。②苯甲酸。俗稱________，是組成最簡單的________。苯甲酸是________晶體，易________，________于水，易溶于____________，酸性比乙酸________。苯甲酸及其鈉鹽或鉀鹽常被用作____________。③乙二酸。俗稱________，是最簡單的______________，結構簡式為________。乙二酸是________的晶體，分子中通常含有兩分子結晶水，能溶于水或乙醇。草酸鈣________于水，是人體膀胱結石和腎結石的主要成分。2.羧酸的化學性質。羧基由________和________組成，由于官能團之間的相互影響，使得羧酸的化學性質并不是羥基具有的化學性質和羰基具有的化學性質的簡單加和。與醇羥基相比，羧基中羥基上的氫原子________以離子形式電離出來，所以羧酸有酸性。與醛、酮的羰基相比，羧基中的羰基較________發(fā)生加成反應。羧酸________通過催化加氫的方法被還原，用強還原劑如氫化鋁鋰(LiAlH4)時才可以將羧酸還原為相應的醇。與羧基相連的α-H較活潑，易被取代。(1)酸性。答案：1．(1)烴基羧基(2)脂肪酸一元羧酸二元羧酸(3)4迅速減小氫鍵(4)①羧基主鏈②羧基③位次號2，3-二甲基丁酸(5)CnH2nO2(n≥l)(6)氫原子鹵代酸氨基酸羥基酸(7)①HCOOH蟻酸刺激性無色水乙醇乙醚甘油羧基醛基②安息香酸芳香酸白色針狀升華微溶乙醇、乙醚強食品防腐劑③草酸二元羧酸HOOC—COOH無色透明難溶2．羥基羰基更易難很難(1)2RCOONa＋H2↑2RCOONa＋CO2＋H2OCORNH2思考：醇、酚、羧酸的結構中均有“—OH”，它們的活潑性有差異嗎？答案：醇、酚、羧酸的結構中均有—OH，可分別稱之為“醇羥基”“酚羥基”和“羧羥基”。由于這些—OH相連的基團不同，—OH受相連基團的影響就不同。故羥基上的氫原子活性也就不同，表現(xiàn)在性質上也相差較大，可比較如下：羥基類型比較項目氫原子活潑性電離酸堿性與Na反應與NaOH反應與NaHCO3反應酯化反應能否由酯水解生成醇羥基逐漸增強極難電離中性反應放出H2不反應不反應能發(fā)生能酚羥基微弱電離很弱的酸性反應放出H2反應不反應不能發(fā)生能羧羥基部分電離弱酸性反應放出H2反應反應放出CO2能發(fā)生能(2)羥基被取代的反應。(3)α-H被取代的反應。RCH2COOH＋Cl2eq\o(→,\s\up7(催化劑))________________________________________________________________________。(4)還原反應。RCOOHeq\o(→,\s\up7(LiAlH4))RCH2OH。3．羧酸衍生物—酯。(1)概念。由________與烴氧基________相連組成的羧酸衍生物。(2)官能團：________。(3)命名：由酯化反應生成酯的羧酸和醇的名稱命名，稱某酸某酯。如稱苯甲酸苯甲酯。(4)物理性質：酯類都________溶于水，________溶于有機溶劑，密度一般比水________。低級酯有________味，________揮發(fā)。(5)化學性質。①水解。在________或________催化條件下，酯的水解通式可表示為：__________________________________________________________，如CH3COOC2H5發(fā)生水解反應的化學方程式為_____________________________________________________________________________________________________________________。在堿性條件下水解程度比酸性條件下水解程度__________________________________________________________。如CH3COOCH3與C2H5OH發(fā)生醇解反應的化學方程式為__________________________________________________________。(6)應用：香料、藥物、殺蟲劑、油脂食物等制取。(7)皂化反應。油脂在________條件下的水解反應。反應的化學方程式可表示為__________________________________________________________________________________________________________________。(2)＋H2O(3)3．(1)?；?RO—)(2)酯基(4)難易小香易(5)①酸堿(7)堿性二、氨基酸和蛋白質1．氨基酸。(1)氨基酸是________(—NH2)取代了羧酸分子中烴基上的氫原子形成的________。天然蛋白質水解后均可得到________，其通式可表示為________。纈氨酸和苯丙氨酸的結構簡式分別為____________、____________。(2)天然氨基酸均為__________色________體，能溶于________或________溶液中，除少數(shù)外一般都________溶于水，________溶于乙醇、乙醚。(3)氨基酸的解離形式。(OH－可以與—COOH反應，可以與—NHeq\o\al(＋,3)反應；H＋可以與—NH2反應，可以與—COO－反應)(4)氨基酸的等電點是氨基酸水溶液中陰、陽離子濃度相等時的pH；達到等電點時，氨基酸在水中的溶解度最小。(5)可發(fā)生縮合反應。2．多肽。(1)酰胺鍵的結構式為，可簡寫為______。它又稱為________，它是由一個 α-氨基酸分子的________和另一個α-氨基酸分子的________脫去一分子水形成的。(2)由________個氨基酸分子脫去3個水分子形成的是四肽，它含有________個肽鍵。三肽以上均可稱為________。3．蛋白質。(1)________是構成蛋白質的物質基礎。(2)核心官能團是________，相對分子質量在________以上。(3)形成原理：不同的α-氨基酸通過分子間脫水縮合形成肽鍵連接而成的高分子化合物；因此每種蛋白質都有唯一而確切的α-氨基酸的序列。(4)性質：水解、鹽析、變性、顏色反應等。(5)生理功能：每種蛋白質都有一定的生理活性，且結構與生理功能是高度統(tǒng)一的。答案：1．(1)氨基取代羧酸α-氨基酸(2)無晶強酸強堿能難2．(1)—CONH—肽鍵羧基氨基(2)四三多肽3．(1)α-氨基酸(2)—CONH—(肽鍵)10000思考：如何分離提純蛋白質？答案：常用鹽析來分離提純蛋白質。因為鹽析是可逆的，在蛋白質溶液中加入濃的輕金屬鹽溶液，蛋白質的溶解度降低而從溶液中析出，析出的蛋白質又能溶于水中，并不影響它原來的性質。4．酶。(1)含義：酶是具有________活性，對許多________化學和生物體內(nèi)進行的復雜化學反應具有很強催化作用的________。(2)催化的特點：①需要比較溫和的條件；在接近體溫和________環(huán)境中，酶才能夠發(fā)揮較好的催化作用。②具有高度的專一性：某一種酶僅對某種物質的____反應起________作用。③效率非常高：酶的催化效率是普通催化劑的__________倍。答案：4．(1)生物有機蛋白質(2)①中性②給定催化③107～l0131．鄰羥基苯甲酸俗名叫水楊酸，其結構簡式為，它可與下列物質中的一種反應生成化學式為C7H5O3Na的鈉鹽，則這種物質是()A．NaOHB．Na2SO4C．NaClD．NaHCO解析：本題中需要理解的知識是酚羥基和羧基的性質。酚羥基和羧基都有酸性，都能與NaOH溶液反應，但酚羥基不與NaHCO3反應，而羧基能與NaHCO3反應，題給條件是水楊酸與某物質反應得到C7H5O3Na，這種物質只能是NaHCO3，所發(fā)生的反應為＋NaHCO3→＋H2O＋CO2↑，若是NaOH，則發(fā)生的反應為＋2NaOH→＋2H2O，與題設不符。答案：D2．將—CH3、—OH、—COOH、—C6H5四種基團兩兩組合形成化合物，該化合物水溶液pH小于7的有()A．2種B．3種C．4種D．5種解析：本題考查的是組合成的物質是酸性物質，這四種基團組合成的化合物有：①CH3OH、②CH3COOH、③CH3C6H5、④HOCOOH(H2CO3)、⑤C6H5OH、⑥C6H5COOH，這些物質的水溶液顯酸性的有②④⑤⑥四種，答案：C3．下列關于蛋白質的說法正確的是()A．蛋白質是多種α-氨基酸加聚而生成的天然高分子化合物B．通常用酒精消毒，其原理是酒精使細菌中的蛋白質變性而失去生理活性C．濃的Na2SO4溶液能使溶液中的蛋白質析出，加水后析出的蛋白質又溶解，但已失去生理活性D．蠶絲和“人造絲”灼燒時都能聞到燒焦的羽毛氣味解析：蛋白質有天然的，也有人工合成的，且由氨基酸合成蛋白質時發(fā)生的是縮聚反應而不是加聚反應，A項錯誤；無論何種形式的消毒，其原理都是使細菌中的蛋白質變性而達到殺菌的目的，B項正確；鹽析不能使蛋白質變性而失去生理活性，C項錯誤；“人造絲”的成分是纖維素，灼燒時沒有燒焦羽毛的氣味，D項錯誤。答案：B4．某有機物的結構簡式是，關于它的性質描述正確的是()①能發(fā)生加成反應②能溶解于NaOH溶液中③能水解生成兩種酸④不能使溴水退色⑤能發(fā)生酯化反應⑥有酸性A．①②③B．②③⑤C．⑥D．全部正確解析：題中給的有機物含有酯基、苯環(huán)、羧基，因而能發(fā)生加成反應、中和反應、水解反應、酯化反應，且具有酸性，但不能使溴水退色。答案：D5．物質的性質是由物質的組成和結構決定的。乙二酸(HOOC—COOH)的主要物理常數(shù)如下表所示(表中“—”表示尚未有具體數(shù)據(jù))。名稱乙二酸二水合乙二酸化學式H2C2OH2C2O4·2H2顏色、狀態(tài)—無色晶體溶解度/g(20℃—熔點/℃密度/g·cm－3回答下列問題：(1)向盛有Na2CO3粉末的試管里加入約3mL乙二酸溶液，觀察到的現(xiàn)象為____________________，說明乙二酸的酸性比碳酸____。(2)向盛有5mL乙二酸飽和溶液的試管中滴入3滴用硫酸酸化的%(質量分數(shù))的KMnO4溶液，振蕩，觀察到的現(xiàn)象為__________，說明乙二酸有____________________________________________性。(3)向試管A中加入3mL乙醇，然后邊振蕩試管邊加入2mL濃硫酸和2mL乙二酸，按下圖甲連接好裝置，加熱3～5分鐘，在試管B中有油狀香味液體產(chǎn)生，該現(xiàn)象說明發(fā)生了________反應(填有機反應類型)。在試管B中加入飽和碳酸鈉溶液的目的是_______________________________，導管在液面上的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。(4)上圖乙是中學化學實驗常用的裝置，用此裝置可制備的氣體是________(填序號)。A．O2B．H2C．Cl2D．NH3E．C2H(5)已知草酸分解的化學方程式為H2C2O4eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋CO↑＋CO2↑；草酸鈣(CaC2O4)不溶于水。用上圖丙裝置加熱草酸晶體，驗證草酸受熱分解及其全部產(chǎn)物，但有人認為該裝置不合理。請你根據(jù)草酸晶體的某些物理常數(shù)和實驗目的，指出不合理的原因。①在未洗氣的情況下通入石灰水，可能因草酸蒸氣與石灰水反應生成草酸鈣沉淀，對實驗有干擾；②________________________；③________________________________________________________。該裝置也不符合綠色化學的要求，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)乙二酸有兩個羧基，其酸性比乙酸酸性強。，乙二酸和Na2CO3粉末反應，應看到粉末溶解，有氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象。(2)KMnO4是中學常見的一種氧化劑，通常用其酸性水溶液紫紅色褪去來說明使其退色的物質具有還原性，因此乙二酸具有還原性。(3)乙二酸作為常見的有機羧酸可以與醇在濃H2SO4存在的條件下發(fā)生酯化反應。(4)裝置乙可以制備O2與NH3。(5)分子中兩個羧基相互影響，乙二酸不穩(wěn)定發(fā)生分解。H2C2O4eq\o(→,\s\up7(△))H2O↑＋CO↑＋CO2↑，要檢驗其分解產(chǎn)物。檢驗H2O分子，通常用白色CuSO4粉末變藍的現(xiàn)象來說明；檢驗CO，通常用其還原性，如還原黑色CuO固體來說明；檢驗CO2氣體，通常是用澄清石灰水變渾濁來說明。答案：(1)粉末溶解，有氣泡產(chǎn)生強(2)溶液紫紅色褪去還原(3)酯化吸收溶解在其中的羧酸和醇，降低酯的溶解度，有利于分層防止倒吸(4)AD(5)②該裝置無法證明生成物中有CO氣體③該裝置沒有驗證有H2O生成，有可能引起倒吸有毒氣體CO直接排到空氣中，應設計尾氣處理(或點燃處理掉)6．已知α-氨基酸在一定條件下與亞硝酸HNO2反應得到α-羥基酸。如：試根據(jù)如圖所示的轉化關系回答有關問題。(1)寫出A、B的結構簡式：A．________________，。(2)寫出有關反應的化學方程式：C→E：________________________________________________；C→D：________________________________________________。解析：由B的分子式判斷B是由2分子丙氨酸脫2個H2O形成的環(huán)狀肽；由E和D的摩爾質量相差18可知E為環(huán)酯，D為鏈狀的酯。答案：eq\x(基)eq\x(礎)eq\x(達)eq\x(標)1．下列說法錯誤的是()A．乙醇和乙酸都是常用調味品的主要成分B．乙醇和乙酸的沸點和熔點都比C2H6、C2H4的沸點和熔點高C．乙醇和乙酸都能發(fā)生氧化反應D．乙醇和乙酸之間能發(fā)生酯化反應，酯化反應和皂化反應互為可逆反應解析：生活常用調味品白酒和食醋的主要成分分別為乙醇和乙酸，故A項正確；乙酸和乙醇常溫下為液體，而乙烷和乙烯為氣態(tài)，故B項正確；乙醇被氧化為乙酸，乙酸燃燒生成二氧化碳和水均屬于氧化反應，故C項正確；酯化反應和皂化反應的反應條件分別是酸性和堿性，二者不是互為可逆反應，故D項錯誤。答案：D2．下列關于蛋白質的敘述正確的是()A．天然蛋白質組成元素只有碳、氫、氧、氮4種B．加熱會使蛋白質變性，因此食用生雞蛋所獲得的營養(yǎng)價值更高C．向雞蛋清中加入食鹽，會使蛋白質凝固變性D．用一束光線照射蛋白質溶液，可以產(chǎn)生丁達爾現(xiàn)象解析：本題考查蛋白質的組成和基本性質。天然蛋白質主要由碳、氫、氧、氮4種元素組成，除此之外，還含有少量硫、磷等。蛋白質受熱后變性，失去原有的可溶性和生理作用，但熟雞蛋更易被消化吸收，其水解最終產(chǎn)物仍為α氨基酸。向雞蛋清中加入食鹽，蛋白質析出的過程為鹽析，而不是變性。蛋白質溶液具有膠體的性質。答案：D3．下列說法正確的是()A．酯類均無還原性，不會與新制Cu(OH)2懸濁液發(fā)生氧化還原反應B．油脂為高級脂肪酸的甘油酯，屬于酯類C．從溴水中提取Br2可用植物油作萃取劑D．乙酸乙酯和乙酸互為同分異構體解析：A項中，(甲酸酯)含—CHO，可與新制Cu(OH)2懸濁液反應；C項中，植物油中含不飽和鍵，可與Br2發(fā)生加成反應，故不可萃取Br2；D項中，乙酸乙酯分子式為C4H8O2，而乙酸為C2H4O2，故不互為同分異構體。答案：B4．山梨酸(CH3—CH=CH—CH=CH—COOH)和苯甲酸(C6H5COOH)都是常用的食品防腐劑。下列物質中只能與其中一種酸發(fā)生反應的是()A．金屬鈉B．氫氧化鈉C．溴水D．乙醇解析：本題的目的是從官能團的不同來認識有機物的不同性質，考查了官能團的性質。苯甲酸(C6H5COOH)和山梨酸(CH3—CH=CH—CH=CH—COOH)都含有羧基，因此都能與鈉、NaOH、乙醇反應，但山梨酸(CH3—CH=CH—CH=CH—COOH)還含有碳碳雙鍵，可與溴水發(fā)生加成反應。苯環(huán)與溴水不發(fā)生加成反應。答案：C5．甲型H1N1流感在全世界傳染。該病毒中有80%～85%的化學成分為蛋白質，在70℃A．鹽析B．水解C．變性D．顏色反應解析：加熱或用陽光直射均是使蛋白質變性而使病毒死亡。答案：C6．下列化合物中，既顯酸性又能發(fā)生酯化反應和消去反應的是()解析：本題的有機物中呈酸性的官能團是酚羥基和羧基；能發(fā)生酯化反應的是羧酸或醇；能發(fā)生消去反應的是醇。答案：C7．在CH3COOH＋C2H5OHeq\o(,\s\up7(濃H2SO4),\s\do5(△))CH3COOC2H5＋H2O的平衡體系中，加入一定量的C2Heq\o\al(18,5)OH，當重新達到平衡時，18O原子還應存在于()A．乙酸乙酯中B．乙酸中C．水中D．乙酸、乙酸乙酯和水中解析：酯化反應是酸去羥基醇去氫，故18O存在于酯中。答案：A8．(湖北省2023·百所重點學校聯(lián)考)英國天文學家在人馬座附近發(fā)現(xiàn)了一片酒精云，這片酒精云的質量達100萬億億噸?，F(xiàn)有如圖轉化關系，下列說故不正確的是()A．N為乙酸B．過程①中可加入LiAlH4等還原劑將乙醇轉化為NC．過程②如果加熱一段時間后發(fā)現(xiàn)忘記加瓷片，應停止反應，待冷卻后補加D．可用飽和碳酸鈉溶液除去乙酸乙酯中混有的N解析：通過分析可以得到在此過程中應該是乙醇被氧化生成N乙酸，故過程①應加入氧化劑將乙醇氧化，錯誤。答案：B9．下列物質中既能與NaOH溶液反應，又能與鹽酸反應的一組是()A．①②③B．①②③④C．①②③④⑥D．①②③④⑤⑥解析：能與強酸強堿反應的物質有：①單質Zn、Al；②氧化物Al2O3、ZnO；③氫氧化物Al(OH)3、Zn(OH)2；④多元弱酸酸式鹽，如NaHCO3；⑤弱酸弱堿鹽如(NH4)2CO3；⑥氨基酸、蛋白質。答案：D10．阿司匹林的結構如下圖所示，把1mol阿司匹林放在足量的NaOH溶液中煮沸，消耗NaOH的物質的量是()A．1molB．2molC．3molD．4mol解析：由阿司匹林的結構可看出，1mol阿司匹林水解會生成1mol和1molCH3COOH，因此在NaOH溶液中水解消耗3molNaOH。答案：Ceq\x(能)eq\x(力)eq\x(提)eq\x(升)11．某兒童偏食，喜歡吃一些豆類作物制成的食品，不喜歡吃動物性食品。該豆類作物中含有的天然蛋白質在酶的作用下，水解生成物中有A、B兩種有機物。其中，A的分子式是C4H7O4N，B的分子式是C6H14O2N2。已知A、B的分子結構中均不含甲基，且鏈端都有官能團。(1)試判斷A、B的水溶液的酸堿性：A____________，B________；寫出A、B的結構簡式：A______________，B____________。(2)題中的酶的作用是____________；影響其作用的主要因素有____________。解析：本題應用了一定的生物學知識并聯(lián)系生活實際。天然蛋白質的水解產(chǎn)物都是α-氨基酸，故A、B的分子結構中均有結構。除此結構之外，A分子中剩下C2H3O2—。根據(jù)已知條件“不含甲基，鏈端均有官能團”可知C2H3O2—只能為—CH2—COOH，則A的結構簡式為：。B分子中剩下部分為C4H10N—，同理可得該部分官能團只能為—NH2，即H2NCH2CH2CH2CH2。則B的結構簡式為：。另外，在氨基酸中，一般來說若羧基數(shù)目大于氨基數(shù)目，則其溶液顯酸性，若氨基數(shù)目大于羧基數(shù)目則顯堿性。答案：(1)酸性堿性(2)催化作用溫度、酸堿性12．(1)1mol丙酮酸在鎳催化劑作用下加1mol氫氣轉變成乳酸，乳酸的結構簡式是________。(2)與乳酸具有相同官能團的乳酸的同分異構體A在酸性條件下，加熱失水生成B，由A生成B的化學反應方程式是________________________________________________________________________。(3)B的甲酯可以聚合，聚合物的結構簡式是________________________________________________________________________。答案：13．達菲是治療甲型H1N1流感的特效藥，它是由我國中藥材“八角”(大茴香)的提取物——莽草酸為原料合成的。已知莽草酸和達菲的結構式如下：(1)寫出莽草酸中含氧官能團的名稱__________________