有机化学基础（二）：烃的衍生物

本节导读

烃分子里的氢原子被其他原子或原子团取代后，就得到烃的衍生物。决定这类物质主要性质的，是它们分子里的官能团：乙醇的羟基 $\mathrm{-OH}$−OH、乙酸的羧基 $\mathrm{-COOH}$−COOH、酯的酯基 $\mathrm{-COO-}$−COO−、葡萄糖的醛基 $\mathrm{-CHO}$−CHO。

考试里这一块的题型比较固定：选择题判断物质的性质、鉴别方法和反应类型，填空题写酯化反应和水解反应的方程式，计算题则是借助化学方程式的简单计算。抓住“官能团决定性质”这条线，记忆量会小很多。

乙醇

乙醇俗称酒精，结构简式是 $\mathrm{CH_3CH_2OH}$CH3​CH2​OH（也写作 $\mathrm{C_2H_5OH}$C2​H5​OH），官能团是羟基。乙醇是无色透明、有特殊香味的液体，密度比水小，易挥发，能与水以任意比例互溶，也是优良的有机溶剂。医疗上常用体积分数为 75% 的乙醇溶液消毒。

乙醇的化学性质主要由羟基决定：

• 与金属钠反应：$\mathrm{2CH_3CH_2OH+2Na\to2CH_3CH_2ONa+H_2\uparrow}$2CH3​CH2​OH+2Na→2CH3​CH2​ONa+H2​↑。钠沉在乙醇底部，反应比钠与水的反应缓和得多。
• 燃烧：$\mathrm{C_2H_5OH+3O_2\xrightarrow{\text{点燃}}2CO_2+3H_2O}$C2​H5​OH+3O2​点燃​2CO2​+3H2​O，火焰呈淡蓝色，放出大量的热。
• 催化氧化：$\mathrm{2CH_3CH_2OH+O_2\xrightarrow[\Delta]{\text{Cu}}2CH_3CHO+2H_2O}$2CH3​CH2​OH+O2​CuΔ​2CH3​CHO+2H2​O，产物乙醛继续氧化可得乙酸。
• 乙醇还能被酸性高锰酸钾溶液或酸性重铬酸钾溶液氧化，使它们褪色或变色，检查酒后驾车就利用了这一性质。

乙酸

乙酸俗称醋酸，结构简式是 $\mathrm{CH_3COOH}$CH3​COOH，官能团是羧基。乙酸是无色、有强烈刺激性气味的液体，易溶于水和乙醇。温度低于 $16.6\,^{\circ}\mathrm{C}$16.6∘C 时它凝结成冰状晶体，所以无水乙酸又叫冰醋酸。

酸性：乙酸是一元弱酸，能使紫色石蕊溶液变红，部分电离：$\mathrm{CH_3COOH\rightleftharpoons CH_3COO^-+H^+}$CH3​COOH⇌CH3​COO−+H+。它的酸性比碳酸强，能与碳酸盐反应放出二氧化碳，因此可以用来除去水垢：

$$\mathrm{2CH_3COOH+CaCO_3\to(CH_3COO)_2Ca+H_2O+CO_2\uparrow}$$2CH3​COOH+CaCO3​→(CH3​COO)2​Ca+H2​O+CO2​↑

酯化反应：酸与醇作用生成酯和水的反应叫酯化反应，它是可逆反应，属于取代反应，规律是“酸脱羟基、醇脱氢”：

$$\mathrm{CH_3COOH+CH_3CH_2OH\underset{\Delta}{\overset{\text{浓硫酸}}{\rightleftharpoons}}CH_3COOCH_2CH_3+H_2O}$$CH3​COOH+CH3​CH2​OHΔ⇌浓硫酸​​CH3​COOCH2​CH3​+H2​O

浓硫酸在这里既是催化剂又是吸水剂，吸水使平衡向生成酯的方向移动。实验室制乙酸乙酯时，用饱和碳酸钠溶液收集产物，作用是中和乙酸、溶解乙醇，并降低乙酸乙酯的溶解度使其分层；导管口不插入液面以下，防止倒吸。

酯和油脂

酸与醇发生酯化反应生成的一类化合物叫酯，通式为 $\mathrm{RCOOR'}$RCOOR′，官能团是酯基。酯按“某酸某酯”命名，酸名在前、醇名在后。低级酯是有芳香气味的液体，密度比水小，难溶于水，许多水果和花草的香味就来自酯类。

酯能水解，条件不同，结果不同：

• 在酸性条件下水解，是酯化反应的逆反应，反应可逆：$\mathrm{CH_3COOC_2H_5+H_2O\underset{\Delta}{\overset{\text{稀硫酸}}{\rightleftharpoons}}CH_3COOH+C_2H_5OH}$CH3​COOC2​H5​+H2​OΔ⇌稀硫酸​​CH3​COOH+C2​H5​OH。
• 在碱性条件下水解，碱把生成的酸中和掉，反应趋于完全：$\mathrm{CH_3COOC_2H_5+NaOH\xrightarrow{\Delta}CH_3COONa+C_2H_5OH}$CH3​COOC2​H5​+NaOHΔ​CH3​COONa+C2​H5​OH。

油脂是高级脂肪酸与甘油（丙三醇）形成的酯。常温下呈液态的叫油，主要是植物油，烃基里含碳碳双键，能使溴水褪色；呈固态的叫脂肪，主要是动物脂肪。油脂在酸性条件下水解得到高级脂肪酸和甘油；在碱性条件下水解叫皂化反应，得到高级脂肪酸钠和甘油，高级脂肪酸钠是肥皂的主要成分。

糖类与蛋白质

糖类由碳、氢、氧三种元素组成，按能否水解分为单糖、二糖和多糖：