化学药学类考研2021基础有机化学考研典型题真题解析

化学药学类考研2021基础有机化学考研典型题真题
解析
1.1 典型题详解与解析
典型题1-1 写出符合下列分子式的链形化合物的同分异构体。

（i）C4H10
（ii）C5H10
解：（i）分子式C4H10完全符合链形烷烃的通式C n H2n＋2，为饱和烃。

若只考虑链形结构，则其对应的同分异构体共有2个，结构简式如下：
（1）CH3CH2CH2CH3
（2）CH3CH（CH3）CH3
（ii）分子式C5H10完全符合链形烷烃的通式C n H2n，为不饱和烃。

若只考虑链形结构，仅需考虑烯烃类有机物，分析链形异构时也要考虑烯烃的顺反异构。

故其对应的同分异构体共有6个，结构简式如下：
（1）CH3CH2CH2CH＝CH2
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
典型题1-2 用伞形式表达下列化合物的两个立体异构体。

（i）
（ii）
（iii）
解：题中每一个化合物分子中均含有一个手性碳原子，因此每个化合物均有两个立体异构体，分别是本身和其对映体。

（i）
（ii）
（iii）
典型题1-3 写出下列分子或离子的一个可能的Lewis结构式，如有孤对电子，请用黑点标明。

（i）H2SO4
（ii）CH3CH3
（iii）＋CH3
（iv）NH3
（v）
（vi）
（vii）H2NCH2COOH
解：对于Lewis结构式，常用短线表示成键电子，孤电子对用黑点表示。

故各分子或离子的Lewis结构式如下所示：
（i）
（ii）
（iii）
（iv）
（v）
（vi）
（vii）
典型题1-4 根据八隅规则，在下列结构式上用黑点标明所有的孤对电子。

（i）
（ii）
（iii）
解：根据八隅规则，题中各化合物的孤对电子如下所示：
（i）
（ii）
（iii）
典型题1-5 下列化合物中，哪些是离子化合物？哪些是极性化合物？哪些是非极性化合物？
NaCl；Cl2；CH4；CH3Cl；CH3OH；CH3CH3；LiBr
解：含有离子键的化合物称为离子化合物；具有偶极矩的共价化合物为极性化合物，正负电荷中心重叠的共价化合物为非极性化合物，如双原子分子、结构对称的分子等。

上述化合物按题意分类如下所示：
离子化合物有：KBr；极性化合物有：CH3Br、CH3OH；非极性化合物有：I2、CH3CH3。

典型题1-6 结合教材表1-3中的数据回答下列问题：
（i）下列化合物中，编号所指三根C—H键的键长是否相等？为什么？
（ii）下列化合物中，编号所指碳碳键的键长是否相等？为什么？
（iii）卤甲烷中，碳氟键与碳碘键的键长为什么不同？
（iv）氯甲烷和氯乙烷中，碳氯键的键长是否相等？为什么？
解：（i）箭头所指三根C—H键的键长不相等。

因为C的杂化轨道方式不同，则对电子的吸引力就不同。

杂化轨道中s成分的含量越多，该碳原子的电负性就越大。

电负性大的碳原子对电子的吸引强，最终导致相应的C—H键键长会短一些。

因此三根键键长的大小顺序为：②＞①＞③。

（ii）箭头所指五根C—C键的键长不相等。

通常情况下，单键最长，双键次之，三键最短。

①是碳碳双键，由一根C sp2—C sp2σ键和一根C p—C pπ键构成。

④是碳碳三键，有一根C sp—C spσ键和两根C p—C pπ键构成。

②③⑤均为碳碳单键，但碳原子的杂化方式不同，即②为C sp3—C sp2σ键，③为C sp3—C sp3σ键，⑤为C sp3—C spσ键。

由于杂化轨轨道不同，不同的C对电子的吸引力也不相同。

杂化轨道中s成分的含量越多，该碳原子的电负性就越大，键长就越短。

故这五根键的键长顺序为③＞②＞⑤＞①＞④。

（iii）不同的卤甲烷中，因卤原子的电负性不同，电负性越大，对电子的吸引能力越强，导致碳卤键键长越短；卤原子半径越大，导致碳卤键的半径越长。

I的电负性比F小，且原子半径比F大，所以碳氟键与碳碘键的键长不同，而且碳碘键的键长长于碳氟键。

（iv）不相等。

与卤原子相连的中心碳原子周围的电子云环境不同，则会导致碳卤键的键长不相同。

氯乙烷存在一根C—CH3，由于甲基具有给电子效应，使得C—Cl键具有更大的极性，最终导致中心碳原子和氯原子之间的距离更近。

所以氯乙烷的碳氯键要比氯甲烷更短。

典型题1-7 下列化合物中有几个sp3杂化的碳原子？有几个sp2杂化的碳原子？有几个sp杂化的碳原子？最多有几个碳原子共平面？最多有几个碳原子共直线？哪些原子肯定处在两个互相垂直的平面中？
解：根据价键理论可知，上述有机物中，有5个sp3杂化的碳原子，有2个sp2杂化的碳原子，有3个sp杂化的碳原子。

最多有8个碳原子共平面。

最多有4
个碳原子共直线。

联烯结构存在时，由于分子的稳定性导致存在两个互相垂直的平面。

垂直结构如下所示：
故在如下图所示的结构中，1号碳原子所连的两个氢原子和3号碳原子所连的一个碳原子和一个氢原子处在一个垂直的平面上。

典型题1-8 将下列各组化合物中有下划线的键按键解离能由大到小排列成序。

（i）
（ii）
（iii）
解：参考教材表（P21）1-5中的一些常见键的解离能，可知：
（i）
（ii）
（iii）CH2＝CHCN＞CH3CH2F＞CH4＞CH3CHCl＞CH2＝CHCH2OH＞CH3COI 典型题1-9 按酸碱的质子论，下列化合物哪些为酸？哪些为碱？哪些既能为酸，又能为碱？
H2S；NH3；SO32－；H3＋O；HClO；－NH2；HSO4－；F－；HCN
解：根据酸碱质子论，酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。

根据该理论，所以：
H2S、H3＋O、HClO、HCN为酸；
SO32－、F－为碱；
NH3、－NH2、HSO4－既能为酸又能为碱。

典型题1-10 按酸碱的电子论，在下列反应的化学方程式中，哪个反应物是酸？哪个反应物是碱？
（i）－NH2＋H2O→NH3＋OH－
（ii）HS－＋H＋→H2S
（iii）
（iv）
（v）
（vi）CuO＋SO2→CuSO3
解：酸碱电子理论的基本要点是，酸是电子的接受体，碱是电子的给予体。

可知：（i）H2O为酸，－NH2为碱。

（ii）H＋为酸，HS－为碱。

（iii）HCl为酸，为碱。

（iv）AlCl3为酸，CH3COCl2为碱。

（v）BH3为酸，CH3OC6H5为碱。

（vi）SO2为酸，CuO为碱。

典型题1-11 完成下表：
解：此表涉及的内容较多，下面只列出了部分，有兴趣的读者可以自己查阅。

2000年诺贝尔化学奖授予美国科学家艾伦黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树，以表彰他们有关导电聚合物的发现（聚乙炔在1000摄氏度时导电）。

2001年诺贝尔化学奖被美国的诺尔斯、夏普雷斯和日本的野依良治获得，他们发现了某些手性分子可用作某些化学反应的催化剂，为合成对人类有用的重要化合物开辟了一个全新的研究领域。

2002年，美国科学家约翰·芬恩与日本科学家田中耕一“发明了对生物大分子的质谱分析法”；另一项是瑞士科学家库尔特·维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”，他获得2002年诺贝尔化学奖一半的奖金。

典型题1-12 写出所有分子式为C4H8O且含有碳碳双键的同分异构体？
解：由于分子式为C4H8O，则不饱和度为1。

只需要考虑烯烃，故只需要考虑含有一个碳碳双键化合物的异构体。

即需要考虑烯醇类化合物和烯醚类化合物。

烯醇类化合物的12个同分异构体如下：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
（11）
（12）
烯醚类化合物的5个同分异构体如下：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
典型题1-13 对下列化合物
（i）根据教材表1-3，推测分子中各碳氢键和各碳碳键的键长数据（近似值）（ii）根据教材表1-4，推测分子中各键角的数据（从左至右排列）（近似值）（iii）根据教材表1-5，表1-6推测分子中各碳氢键和各碳碳键的键解离能数据（近似值）
解：（i）教材（P19）表1-3中列有一些共价键的键长，根据这些数据可知：
（ii）教材（P20）表1-4中列有一些烃类化合物的键角，根据这些数据可知：
（iii）教材（P21）表1-5中列有一些常见键的键解离能，根据这些数据可知：
14.1 典型题详解
典型题14-1 网络检索各类胺的生理活性，了解他们对生命的影响和作用。

解：生活中常见的具有生理活性的胺及其作用如下表14-1-1所示。

表14-1-1
典型题14-2 根据中文名称写出下列化合物的结构式。

（i）N-乙基-2,2-二甲基丙胺
（ii）3-丁炔胺
（iii）1,5-戊二胺
（iv）（R）-反-4-辛烯-2-胺
解：上述中文名称所对应的化合物结构简式分别为：（i）；
（ii）；
（iii）；
（iv）。

典型题14-3 写出以下分子的中英文名称： （i ）（C 6H 5CH 2）2NH ； （ii ）（CH 3CH 2CH 2CH 2）3N ； （iii ）（CH 3CH 2）3N ·HCl ； （iv ）CH 3（CH 2）4N ·HBr ；
（v ）C 6H 5CH 2N ＋
（CH 3）3Br －；
（vi ）CH 2＝CHCH 2NHCH 2CH 2CH 3；
（vii ）；
（viii ）
；
（ix ）；
（x ）；
（xi ）。

解：根据中英文命名规则，可对上述化合物进行系统命名。

命名结果如下表14-1-2所示。

表14-1-2
典型题14-4 从氨到甲胺的键角和键长的变化推测二甲胺、三甲胺以及四甲基铵基的键角和键长。

解：对于键角而言，随着甲基的引入，由于甲基与氢以及甲基与甲基之间的空阻增加，相对于孤电子对对于碳氮键的斥力，前者会更小，因此∠C—N—C的大小是逐渐变大，而∠H—N—C、∠C—N—C会逐渐增大。

对于键长而言，甲基不断增多之后，键长不会有太大的改变。

相关键长和键角的数据见下表14-1-3。

表14-1-3
典型题14-5 通常胺中的碳氮键要比醇中的碳氧键要略长一些，说明其原因。

解：由于O的电负性比N要大一些，因此对于共价电子的吸引力也就越大，与碳原子形成的共价键键长就比氮原子与碳原子形成的共价键要短一些。

典型题14-6 判断下列化合物是否具有光活性：
（i）；
（ii）；
（iii）；
（iv）；
（v）。

解：有光活性的化合物：（i）、（iii）、（iv）；没有光活性的化合物：（ii）、（v）。

典型题14-7 当氮原子为分子中唯一的手性中心时，此分子在室温下为何不可能保持对映体纯的光活性而不发生消旋？
解：主要原因是该分子不稳定。

以氮原子为手性中心的胺化合物构象不稳定，孤电子对翻转能垒太小，并不能够很好的保持良好的稳定性，因而对映体之间可以相互转化，最终发生消旋。

如果分子内存在某种刚性环结构，那么最终可以做到阻止构型翻转。

典型题14-8 根据所给化合物的分子式、红外光谱和核磁共振氢谱的基本数据，判断此化合物的可能的结构简式，并标明各峰的归属。

分子式：C9H13N；FT-IR：波数/cm－13300，3010，1120，730，700；1H NMR （CDCl3，ppm）：δ1.1（t，3H），2.65（q，2H），3.7（s，3H），7.3（s，5H）。

解：根据分子式可知，上述化合物的不饱和度为4，根据红外指纹区700cm－1、730cm－1可以推断出分子中不仅含有苯环，且只会是单取代芳香烃。

1120cm－1对应C—N吸收峰，在核磁共振数据中可以得出取代基上链的结构：含有一个孤立的甲基和一个乙基。

因此分子结构简式如下：
典型题14-9 将下列化合物按碱性从强到弱的顺序编号：
解：在环己烷上，如果存在吸电子基时，则吸电子效应越强，胺的碱性就越弱；若有给电子基时，则给电子效应越强，碱性就越强。

因此对上述五个化合物按碱性顺序依次编号为：④；②；③；①；⑤。

典型题14-32 分别写出以下pinacol重排和Tiffeneau-Demjanov重排反应机理，从中对比其异同点：
（i）
（ii）
解：pinacol重排，又称邻二醇重排，即邻二醇在酸催化的作用下发生重排，最终生成酮；Tiffeneau-Demjanov重排反应1-氨甲基环戊醇在用亚硝酸处理时会很快重排为环己酮，即发生一定的扩环反应。

Tiffeneau-Demjanov重排反应过程为氨基与亚硝酸发生重氮化，接着放出氮气生成一级碳正离子，然后烃基迁移生成更加稳定的氧鎓离子，最后去质子化生成酮。

因此，两种不同的反应重排机理分别为：
（i）pinacol重排：
（ii）Tiffeneau-Demjanov重排
两重排反应的不同之处在于形成碳正离子，pinacol重排若原先反应物是对称性的邻二醇则形成碳正离子的位置没有选择性，但原先反应物如果是不对称性的酮，在形成碳正离子时往往具有选择性，但两种碳正离子均存在，一个是主要产物，一个是次要产物。

而Tiffeneau-Demjanov重排形成的碳正离子具有唯一性，即形成与羟基相连的碳正离子。

典型题14-33 完成下列反应式：
（i）
（ii）
（iii）
（iv）
（v）
（vi）
解：上述反应均涉及到重氮甲烷。

重氮甲烷是一种很重要的甲基化试剂，可以与酸反应形成甲酯，与酚、β-二酮和β-酮酯的烯醇反应等均形成相应的甲醚。

反应
过程即为酚、β-二酮和β-酮酯重排为烯醇式之后再与重氮甲烷反应，生成对应的甲醚。

因此，上述反应的产物分别为：
（i）产物有两个，分别为：、；（ii）；
（iii）；
（iv）；
（v）；
（vi）
典型题14-34 完成下列反应：
（i）
（ii）
（iii）
（iv）
解：（i）该反应的产物为：
（ii）产物有两个，分别为：、。

（iii）该反应遵循Wolff重排反应机理，先形成烯酮，醇解后形成酯。

反应产物为：
（iv）该反应的产物为：
典型题14-35 以下反应均为扩环反应。

根据所给反应物及试剂，画出以下反应的中间体和产物的结构式，并画出合理的分步的反应机理：
（i）
（ii）
（iii）
解：上述三个反应都是卡宾参与的反应。

卡宾参与时，先直接和双键加成，后扩环重排，形成稳定的结构。

具体重排反应机理如下：
（i）
（ii）
（iii）
典型题14-66 下列三级胺可以通过Hofmann消除和Cope消除反应制备烯烃，它具有两个手性中心。

（i）画出此三级胺的（R，R）和（R，S）的立体构型。

（ii）分别画出以（R，R）和（R，S）为原料的Hofmann消除和Cope消除反应的主要产物。

（iii）在Hofmann消除和Cope消除反应过程中，常会有Zaitsev产物生成。

在Hofmann消除反应中（R，R）-异构体的副产物Zaitsev产物的双键构型为E型；而用间氯过氧苯甲酸处理，（R，R）-异构体的Zaitsev产物的双键构型为Z型。

分别画出两种Zaitsev产物的结构式，并解释其不同的原因。

解：（i）上述三级胺的手性中心有两个。

根据手性异构体的性质该三级胺的两种不同的立体构型分别如下所示。

①（2R，3R）的立体构型为：
②（2R，3S）的立体构型为：
（ii）Cope消除是指若氧化胺的β碳上有氢，当加热到150～200℃时会发生热分解，得羟胺及烯的反应。

而Hofmann消除是指四级铵碱在加热条件下（100～200℃）发生热分解生成烯烃的反应，Hofmann消除反应属于E2型的β-消除反应。

因此两种消除的主要产物分别如下表14-1-8所示。

表14-1-8
（iii）两种消除反应产生不同的Zaitsev产物，具体如下表14-1-9所示。

表14-1-9。