《合成化學(xué)》題集

《合成化學(xué)》題集一、選擇題（共10小題，每小題5分，共50分）在有機(jī)合成中，下列哪種反應(yīng)類型常用于構(gòu)建碳-碳鍵？（）

A.取代反應(yīng)

B.加成反應(yīng)

C.消除反應(yīng)

D.氧化還原反應(yīng)

答案：B（加成反應(yīng)是構(gòu)建碳-碳鍵的常用方法，如烯烴與鹵代烴的加成反應(yīng)。）下列哪項(xiàng)不是格氏試劑（Grignard試劑）的特點(diǎn)？（）

A.由金屬鎂與鹵代烴反應(yīng)生成

B.可與羰基化合物發(fā)生加成反應(yīng)

C.對水敏感，需在無水條件下制備和使用

D.通常以固體形態(tài)存在

答案：D（格氏試劑通常以液體形態(tài)存在，且對水極為敏感。）在合成苯胺時(shí)，常用的原料和反應(yīng)條件是什么？（）

A.苯酚與氨氣在高溫高壓下反應(yīng)

B.苯與氨氣在催化劑存在下直接反應(yīng)

C.硝基苯經(jīng)鐵粉還原

D.苯環(huán)上的鹵素被氨基取代

答案：C（硝基苯經(jīng)鐵粉還原是合成苯胺的常用方法，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率較高。）下列關(guān)于Diels-Alder反應(yīng)的描述，錯(cuò)誤的是？（）

A.是一種周環(huán)反應(yīng)，通常不需要催化劑

B.反應(yīng)物為共軛二烯烴和親二烯烴

C.反應(yīng)產(chǎn)物為六元環(huán)化合物

D.反應(yīng)過程中涉及自由基中間體

答案：D（Diels-Alder反應(yīng)是協(xié)同的周環(huán)反應(yīng)，不涉及自由基中間體。）在合成β-內(nèi)酰胺類抗生素的過程中，關(guān)鍵步驟之一是什么？（）

A.氨基酸的酯化

B.羧酸與胺的縮合

C.希夫堿的形成

D.肽鍵的形成

答案：D（β-內(nèi)酰胺類抗生素的合成中，肽鍵的形成是關(guān)鍵步驟之一，它連接了氨基酸殘基，形成了抗生素的核心結(jié)構(gòu)。）下列哪種催化劑常用于烯烴的復(fù)分解反應(yīng)？（）

A.鈀催化劑

B.釕催化劑

C.鎳催化劑

D.銅催化劑

答案：B（釕催化劑，如Grubbs催化劑，是烯烴復(fù)分解反應(yīng)中常用的催化劑。）在合成醇類化合物時(shí)，下列哪種方法不屬于直接還原法？（）

A.醛或酮與氫氣在催化劑存在下反應(yīng)

B.酯的水解

C.羧酸與金屬氫化物反應(yīng)

D.醛與格氏試劑反應(yīng)

答案：B（酯的水解是酯類轉(zhuǎn)化為醇和羧酸的反應(yīng)，不屬于直接還原法。）下列關(guān)于Wittig反應(yīng)的說法，正確的是？（）

A.是醛或酮與磷葉立德反應(yīng)生成烯烴的反應(yīng)

B.反應(yīng)中磷原子保持正價(jià)態(tài)

C.產(chǎn)物通常為飽和烴

D.反應(yīng)需要在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行

答案：A（Wittig反應(yīng)是醛或酮與磷葉立德在堿性條件下反應(yīng)生成烯烴的反應(yīng)。）在合成復(fù)雜天然產(chǎn)物時(shí)，哪種策略常用于構(gòu)建手性中心？（）

A.使用手性催化劑進(jìn)行不對稱合成

B.通過消除反應(yīng)引入手性

C.利用非對映異構(gòu)體分離

D.直接從天然產(chǎn)物中提取

答案：A（使用手性催化劑進(jìn)行不對稱合成是構(gòu)建手性中心的常用策略，可以高效、選擇性地合成具有特定立體構(gòu)型的化合物。）下列關(guān)于Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)的描述，正確的是？（）

A.是芳基鹵化物與芳基硼酸在鈀催化劑存在下的偶聯(lián)反應(yīng)

B.反應(yīng)中需要強(qiáng)堿作為助劑

C.通常需要在高溫下進(jìn)行

D.只適用于芳香族化合物的合成

答案：A（Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)是芳基鹵化物與芳基或烯基硼酸在鈀催化劑存在下的偶聯(lián)反應(yīng)，條件溫和，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成中。）繼續(xù)二、填空題（共7小題，每小題5分，共35分）在合成吲哚類化合物時(shí)，常用的前體是__________，通過Fischer吲哚合成法可以得到目標(biāo)產(chǎn)物。（答案：苯肼與醛或酮）Perkin反應(yīng)是合成__________的重要方法，該反應(yīng)以苯甲醛和乙酸酐為原料，在堿性條件下進(jìn)行。（答案：肉桂酸）在有機(jī)合成中，__________是一種常用的保護(hù)基團(tuán)，它可以在合成過程中保護(hù)羥基不被反應(yīng)，最后通過水解去除。（答案：四氫吡喃基或THP）Heck反應(yīng)是__________與鹵代烴在鈀催化劑存在下發(fā)生的偶聯(lián)反應(yīng)，用于合成烯烴。（答案：烯烴）Claisen縮合是__________與酯在堿性條件下發(fā)生的縮合反應(yīng)，生成β-酮基酯。（答案：含有α-氫的酯）在合成手性藥物時(shí)，__________催化劑的應(yīng)用可以顯著提高反應(yīng)的立體選擇性。（答案：手性）Wurtz反應(yīng)是__________在金屬鈉存在下發(fā)生的偶聯(lián)反應(yīng)，生成對稱的烷烴。（答案：鹵代烴）三、判斷題（共5小題，每小題5分，共25分）在有機(jī)合成中，所有類型的加成反應(yīng)都會(huì)導(dǎo)致分子中雙鍵或三鍵的減少。（錯(cuò)誤）解析：雖然大多數(shù)加成反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致雙鍵或三鍵的減少，但某些加成反應(yīng)（如1,2-加成）可能形成新的雙鍵。Grignard試劑可以與水反應(yīng)，生成相應(yīng)的烷烴和氫氧化鎂。（正確）解析：Grignard試劑對水極為敏感，會(huì)迅速與水反應(yīng)生成烷烴和氫氧化鎂沉淀。在合成高分子化合物時(shí)，縮聚反應(yīng)和加聚反應(yīng)是兩種常用的方法。（正確）解析：縮聚反應(yīng)通過消除小分子如水或醇來連接單體，而加聚反應(yīng)則通過單體間的加成反應(yīng)形成高分子鏈。Diels-Alder反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)，可以通過加熱使產(chǎn)物分解回原料。（錯(cuò)誤）解析：Diels-Alder反應(yīng)通常是不可逆的，產(chǎn)物在常規(guī)條件下不會(huì)分解回原料。在有機(jī)合成中，使用微波或超聲波可以加速某些反應(yīng)，提高反應(yīng)速率和產(chǎn)率。（正確）解析：微波和超聲波可以提供能量，促進(jìn)分子間的碰撞和反應(yīng)，從而加速反應(yīng)進(jìn)程。繼續(xù)四、簡答題（共2小題，每小題10分，共20分）請簡述Wittig反應(yīng)的原理及其在有機(jī)合成中的應(yīng)用。答案：Wittig反應(yīng)是一種醛或酮與磷葉立德在堿性條件下發(fā)生的反應(yīng)，生成烯烴和磷酸酯。其原理是磷葉立德中的磷原子帶有正電荷，可以與醛或酮中的羰基氧原子發(fā)生親電性攻擊，形成中間體，隨后消除磷酸酯，得到烯烴。在有機(jī)合成中，Wittig反應(yīng)廣泛應(yīng)用于構(gòu)建碳-碳雙鍵，特別是用于合成具有特定立體構(gòu)型的烯烴。請解釋什么是保護(hù)基團(tuán)，并舉例說明其在有機(jī)合成中的應(yīng)用。答案：保護(hù)基團(tuán)是一種在有機(jī)合成過程中暫時(shí)引入的基團(tuán)，用于保護(hù)某些官能團(tuán)不被反應(yīng)，以便在后續(xù)步驟中進(jìn)行選擇性反應(yīng)。在合成完成后，保護(hù)基團(tuán)可以通過適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)去除，恢復(fù)原始官能團(tuán)。例如，在合成含有羥基的化合物時(shí)，羥基可能會(huì)被轉(zhuǎn)化為四氫吡喃基（THP）等保護(hù)基團(tuán)，以避免在后續(xù)反應(yīng)中受到影響。在合成完成后，通過水解等反應(yīng)可以去除保護(hù)基團(tuán)，恢復(fù)羥基。五、綜合題（共2小題，每小題20分，共40分）設(shè)計(jì)一個(gè)合成路線，以乙烯和溴乙烷為原料，合成1,3-丁二烯。答案：第一步：乙烯與溴乙烷在催化劑存在下發(fā)生加成反應(yīng)，生成1-溴乙烷。第二步：1-溴乙烷與鎂反應(yīng)，生成格氏試劑。第三步：格氏試劑與乙烯發(fā)生加成反應(yīng)，生成1,3-丁二烯和溴化鎂。通過蒸餾等方法分離提純，得到目標(biāo)產(chǎn)物1,3-丁二烯。反應(yīng)條件：在惰性氣體（如氮?dú)猓┍Ｗo(hù)下，以鈀催化劑（如四（三苯基膦）鈀）為催化劑，加入適量的堿（如碳酸鉀）和水，于適中的溫度（如80°C）下進(jìn)行反應(yīng)。實(shí)例描述：將苯硼酸、溴代苯、鈀催化劑、碳酸鉀和水加入反應(yīng)瓶中，充入氮?dú)獗Ｗo(hù)。加熱至80°C，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，通過萃取、干燥、過濾等后處理步驟，得到聯(lián)苯類化合物。通過調(diào)整原料的比例和反應(yīng)時(shí)間，可以優(yōu)化產(chǎn)率和選擇性。六、機(jī)理闡述題（共1小題，共20分）請闡述Diels-Alder反應(yīng)的機(jī)理，并解釋其立體化學(xué)特征。答案：Diels-Alder反應(yīng)是一種周環(huán)反應(yīng)，其機(jī)理涉及共軛二烯烴和親二烯烴之間的[4+2]環(huán)加成。反應(yīng)過程中，共軛二烯烴的π電子體系與親二烯烴的π電子體系發(fā)生相互作用，形成六元環(huán)產(chǎn)物。該反應(yīng)是協(xié)同進(jìn)行的，即舊鍵的斷裂和新鍵的形成是同時(shí)發(fā)生的，沒有自由基或離子中間體的參與。立體化學(xué)特征方面，Diels-Alder反應(yīng)通常具有高度的立體選擇性。根據(jù)反應(yīng)物的立體構(gòu)型和反應(yīng)條件，可以得到具有特定立體構(gòu)型的產(chǎn)物。例如，當(dāng)共軛二烯烴和親二烯烴都是順式構(gòu)型時(shí)，反應(yīng)通常得到順式加成的產(chǎn)物；而當(dāng)它們是反式構(gòu)型時(shí)，則得到反式加成的產(chǎn)物。此外，通過選擇合適的催化劑和反應(yīng)條件，還可以進(jìn)一步調(diào)控反應(yīng)的立體選擇性，得到具有特定立體構(gòu)型的產(chǎn)物。七、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（共1小題，共20分）設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，以苯甲醛和乙酰氯為原料，合成肉桂酰氯，并給出具體的實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)。答案：實(shí)驗(yàn)步驟：準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需的儀器和試劑，包括苯甲醛、乙酰氯、無水氯化鈣、三氯化鋁、二氯甲烷、冰水浴等。在冰水浴下，將苯甲醛和無水氯化鈣加入反應(yīng)瓶中，攪拌混合均勻。緩慢滴加乙酰氯至反應(yīng)瓶中，同時(shí)保持冰水浴的溫度，避免反應(yīng)過于劇烈。加入適量的三氯化鋁作為催化劑，繼續(xù)攪拌反應(yīng)一段時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液倒入冰水中，用二氯甲烷萃取產(chǎn)物。萃取液經(jīng)干燥、過濾后，進(jìn)行蒸餾提純，得到肉桂酰氯。注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)過程中要保持冰水浴的溫度，避免反應(yīng)過于劇烈導(dǎo)致副產(chǎn)物的生成。乙酰氯具有刺激性氣味和腐蝕性，操作時(shí)需佩戴防護(hù)用品，并在通風(fēng)良好的環(huán)境下進(jìn)行。三氯化鋁具有吸水性，需密封保存，并在使用時(shí)注意防潮。產(chǎn)物肉桂酰氯具有較高的反應(yīng)活性，需妥善保存，避免與空氣或水接觸。八、名詞解釋與辨析題（共1小題，共10分）請解釋“格氏試劑”和“有機(jī)鋰試劑”的概念，并辨析它們在有機(jī)合成中的應(yīng)用異同。答案：格氏試劑是由金屬鎂與鹵代烴反應(yīng)生成的有機(jī)鎂化合物，通常具有R-MgX的結(jié)構(gòu)。它們是有機(jī)合成中重要的親核試劑，可以與羰基化合物、鹵代烴等發(fā)生加成反應(yīng)，構(gòu)建碳-碳鍵或碳-雜原子鍵。格氏試劑對水敏感，需在無水條件下制備和使用。有機(jī)鋰試劑則是由金屬鋰與鹵代烴反應(yīng)生成的有機(jī)鋰化合物，具有R-Li的結(jié)構(gòu)。與格氏試劑類似，有機(jī)鋰試劑也是有機(jī)合成中的重要親核試劑，具有高度的反應(yīng)活性。它們可以與多種官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，如羰基、酯基、鹵素等。然而，有機(jī)鋰試劑比格氏試劑更為活潑，反應(yīng)條件更為溫和，但也更難以控制。在有機(jī)合成中的應(yīng)用異同方面，格氏試劑和有機(jī)鋰試劑都可以用于構(gòu)建碳-碳鍵或碳-雜原子鍵，但它們的反應(yīng)活性和選擇性有所不同。格氏試劑通常用于較溫和的反應(yīng)條件下，而有機(jī)鋰試劑則更適用于需要高度活潑親核試劑的反應(yīng)。此外，由于有機(jī)鋰試劑更為活潑，因此在反應(yīng)過程中需要更嚴(yán)格的條件控制和后處理步驟。九、計(jì)算題（共1小題，共10分）請計(jì)算下列反應(yīng)的理論產(chǎn)率，并給出計(jì)算過程：以苯和乙烯為原料，通過加成反應(yīng)合成乙苯，已知苯的摩爾質(zhì)量為78.11g/mol，乙烯的摩爾質(zhì)量為28.05g/mol，乙苯的摩爾質(zhì)量為92.14g/mol。若使用100g苯和50g乙烯進(jìn)行反應(yīng)，理論上能得到多少克乙苯？答案：首先計(jì)算苯和乙烯的摩爾數(shù)：苯的摩爾數(shù)=100g/78.11g/mol=1.28mol

乙烯的摩爾數(shù)=50g/28.05g/mol=1.78mol由于加成反應(yīng)是1:1的摩爾比進(jìn)行，因此苯和乙烯中摩爾數(shù)較小的一方將決定反應(yīng)的規(guī)模。在這里，苯的摩爾數(shù)較小，因此以苯的摩爾數(shù)為準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。理論產(chǎn)率=(苯的摩爾數(shù)*乙苯的摩爾質(zhì)量)/(苯的摩爾質(zhì)量+乙烯的摩爾質(zhì)量（按苯的摩爾數(shù)計(jì)算）)

=(1.28mol*92.14g/mol)/(1.28mol*78.11g/mol+1.28mol*28.05g/mol)

=126.04g/(100g+35.90g)

=126.04g/135.90g

≈92.7%（以苯的質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)算的理論產(chǎn)率）但實(shí)際上，由于反應(yīng)中可能存在副反應(yīng)、未完全反應(yīng)等情況，實(shí)際產(chǎn)率通常會(huì)低于理論產(chǎn)率。此外，這里的計(jì)算沒有考慮反應(yīng)條件、催化劑效率等因素對產(chǎn)率的影響。若以實(shí)際反應(yīng)物質(zhì)量計(jì)算理論產(chǎn)量，則：理論產(chǎn)量（乙苯）=苯的摩爾數(shù)*乙苯的摩爾質(zhì)量/苯和乙烯反應(yīng)的實(shí)際摩爾比（這里假設(shè)為1:1）

=1.28mol*92.14g/mol=117.94g因此，理論上能得到約117.94克乙苯（實(shí)際產(chǎn)量可能會(huì)低于此值）。十、論述題（共1小題，共20分）論述有機(jī)合成中立體選擇性的重要性，并舉例說明如何通過選擇合適的催化劑和反應(yīng)條件來控制反應(yīng)的立體選擇性。答案：有機(jī)合成中立體選擇性的重要性不言而喻。立體選擇性是指反應(yīng)中生成具有特定立體構(gòu)型產(chǎn)物的選擇性。在藥物合成、天然產(chǎn)物合成等領(lǐng)域，產(chǎn)物的立體構(gòu)型往往對其生物活性、藥效等產(chǎn)生重大影響。因此，控制反應(yīng)的立體選擇性是合成具有特定生物活性分子和藥物的關(guān)鍵。通過選擇合適的催化劑和反應(yīng)條件，可以有效地控制反應(yīng)的立體選擇性。例如，在不對稱合成中，手性催化劑的應(yīng)用可以顯著提高反應(yīng)的立體選擇性。這些催化劑能夠識(shí)別并優(yōu)先與反應(yīng)物中的一種立體異構(gòu)體發(fā)生反應(yīng)，從而生成具有特定立體構(gòu)型的產(chǎn)物。通過調(diào)整催化劑的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件，可以進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)的立體選擇性。以不對稱氫化反應(yīng)為例，通過使用手性催化劑（如銠-膦絡(luò)合物），可以將潛手性的烯烴轉(zhuǎn)化為具有特定立體構(gòu)型的醇。在這個(gè)過程中，催化劑中的手性配體能夠識(shí)別烯烴