中學化學競賽試題資源庫——單手性旋光異構

1、中學化學競賽試題資源庫單手性旋光異構A組 C在有機物分子中，當碳原子連有4個不同的原子或原子團時，這種碳原子稱為“手性碳原子”，凡具有一個手性碳原子的化合物一定具有光學活性。例如，右下圖所示有機物含有一個手性碳原子，具有光學活性。當發(fā)生下列化學變化，生成的新有機物無光學活性的是A 與新制銀氨溶液共熱B 與甲酸在一定條件下發(fā)生酯化反應C 與金屬鈉發(fā)生置換反應D 與氫氣發(fā)生加成反應 B、D在下列有機物中，若某個碳原子邊連接著四個不同的原子或原子團，這種碳原子稱為“手性碳原子”。凡有一個手性碳原子的物質一定具有光學活性。已知右面給出的物質具有光學活性，發(fā)生下列反應后生成的有機物無光學活性的是A 與甲

2、酸發(fā)生酯化反應 B 與NaOH水溶液共熱C 與銀氨溶液作用 D 在催化劑存在下與氫氣作用 C2001年諾貝爾化學獎被美國的諾爾斯、夏普雷斯和日本的野依良治獲得，他們發(fā)現(xiàn)了某些手性分子可用作某些化學反應的催化劑，為合成對人類有用的重要化合物開辟了一個全新的研究領域。在有機物分子中，若某個碳原子連接4個不同的原子或基因，則這種碳原子稱為“手性碳原子”，如。在烷烴的同系物中，含有手性碳原子，且碳原子數(shù)最小烷烴是A C5H12 B C6H14 C C7H16 D C8H18左右手互為鏡像，許多分子也有如同左右手的關系（互為不能重疊的鏡像），組成和結構相同而只是手性不同的一對分子稱為對映異構體，各占50

3、時的對映體的混合物稱消旋體生命體特別鐘愛手性分子，生命作中最大量的物質蛋白質、糖、核菩酸都有手性。許多藥物也具有手性，然而，用傳統(tǒng)方法合成手性藥物經(jīng)常同時得到一對消旋體，這一對化合物中只有一個有藥效，另一個或毫無藥效或有毒副作用1984年，野依良治發(fā)明了一種手性催化劑，成功地合成了跟天然薄荷中的提取物分子的手性完全相同的薄荷醇，且生產(chǎn)規(guī)模已達到每年1.20kt題中所給的是從天然薄荷中提取出來的一種有機物（X）的結構簡式，標有“*”是手性碳原子根據(jù)以上材料?；卮鹣铝?小題。 C關于X的說法不正確的是A X滴加溴水、酸性高錳酸鉀溶液，都能由于發(fā)生化學反應而褪色B 1mol X分子最多可以跟3mol

4、 H2發(fā)生加成反應C 天然薄荷中提取的X是消旋體D X不能發(fā)生銀鏡反應 DX分子有多個同分異構體，若不考慮手性異構體，試分析具有酚結構的同分異構體種數(shù)A 12種 B 4種 C 3種 D 多于12種 （1）將A與H2加成，使CHO變?yōu)镃H2OH 將A氧化，使CH2OH變?yōu)镃HO 將A與CH3COOH酯化，使CH2OH變?yōu)镃H2OCH3，將A水解，使CH3OCH2變?yōu)镠OCH2。 （2） 2001年諾貝爾化學獎被美國的諾爾斯、沙普雷斯和日本的野依良治獲得，以表彰他們發(fā)現(xiàn)某些被稱為手性的分子可以用來加速并控制化學反應的創(chuàng)造性工作。在有機物分子中，若某碳原子連接四個不同的原子或基團，則這種碳原子稱為“

5、手性碳原子”。例如：中*C就是手性碳原子。含“手性碳原子”的物質通常具有不同的光學特征（稱為光學活性）。（1）據(jù)報道最新合成的有機物A為：具有光學活性，若要使A失去光學活性，可將A與濃硫酸共熱，使變?yōu)椋毫谐隹刹捎玫钠渌椒ǎㄗ钌倭信e三種方法）_；_；_；_；（2）某有機物B的化學式為C3H7NO2，B既能與強酸溶液反應，又能與強堿溶液反應。且B具有光學活性。則B的結構簡式為 ；已知二分子B在一定條件下生成環(huán)狀化合物C，則C的結構簡式為 ；若B能在一定條件下生成高分子化合物D，寫出B形成D的化學方程式： （1）C （2） （3）2001年諾貝爾化學獎被美國的諾爾斯、夏普雷斯和日本的野依良治獲得，

6、他們發(fā)現(xiàn)了某些手性分子可用作某些化學反應的催化劑，為合成對人類有用的重要化合物開辟了一個全新的研究領域。在有機物分子中，若某個碳原子連接4個不同的原子或基因，則這種碳原子稱為“手性碳原子”，如。若同一個碳原子上連著2個碳碳雙鍵（如CCC）時，極不穩(wěn)定，不存在。某鏈烴C7H10的眾多同分異構體中：（1）處于同一平面上的碳原子數(shù)最多有 。A 6個 B 5個 C 7個 D 4個（2）含有“手性碳原子”，且與足量H2發(fā)生加成反應后仍具有“手性碳原子”的有5種。它們的結構簡式除以下3種外，還有 、 。 （3）含有“手性碳原子”，但與足量H2發(fā)生加成反應后，不具有“手性碳原子”的結構簡式是 。 （1）A：

7、 （2）（a）CH2BrCHBrCHCHCH3 （1分）有光學活性 （b）CH2BrCHCHCHBrCH3 有光學活性 （c）CH2CHCHBrCHBrCH3 有光學活性2001年10月10日，諾貝爾化學獎授予美國科學家巴里·麥普萊斯、威廉·諾爾斯和日本科學家野依良治，以表彰他們在“手性催化氫化反應”和“手性催化氧化反應”領域所作的貢獻。在有機物分子中，如果一個碳原子連接4個互不相同的原子或原子團，該碳原子就是手性碳原子。只有一個手性碳原子或幾個不相同手性碳原子的物質就可能具有光學活性。（1）有機物A的分子式為C5H9Cl，它和H2發(fā)生下面的變化：A（有光學活性）B（無光學

8、活性），那么A的結構簡式是 。（2從在一定條件下會發(fā)生消去反應（指從分子中脫去1分子HCI）生成有機物C。已知C分子中所有碳原子都連有氫原子；用1mol C和1mol Br2發(fā)生加成反應時，產(chǎn)物有多種可能。請分別寫出C與等物質的量的溴加成的產(chǎn)物可能的結構，并在后面注明“有”或“無”光學活性：（a） ，（ 光學活性）（b） ，（ 光學活性）（c） ，（ 光學活性） （1）A： B： C：CH3CHO D：（2）CHOCO2在分子結構中，當a、b、x、y為彼此互不相同的原子或原子團時，稱此分子為手性分子、中心原子為手性碳原子，在特殊的光學儀器中，常表現(xiàn)出旋光性。現(xiàn)有旋光性的物質A（分子式為C10H

9、12O3）能溶于稀堿溶液，且能發(fā)生碘仿反應（有機分析中碘仿反應應用于鑒別一COCH3或一CHOHCH3原子團的存在）。鑒定過程表示如下：已知：（1）寫出結構簡式：A B C D （2）寫出DE的化學反應方程式： 。 將不對稱碳原子上任何兩個原子或原子團對調(diào)，都變成它的對映體。將任意三個原子或原子團按一定方向依次輪換位置，則不改變化合物的構型。用這種方式可判斷兩個投影式之間的關系。與（A）相同的有、；與（B）相同的有、。有機化學中常用各種投影式表示分子中各個原子的空間關系。下面是D和L甘油醛的Fischer投影式（圖中A式和B式），它們表示如果以2位碳原子為中心，放在紙平面上，則該碳原子分別向紙

10、后方向連接了CHO和CH2OH，向紙前方向連接了H和OH請?zhí)貏e注意，橫線表示向前，豎線表示向后。A式和B式非常相似，互為鏡像，但不能疊合，恰如左右手的關系。所以它們互稱為對映異構體。2位碳原子就稱為手性碳原子。 請指出下面式式，哪幾個跟（A）式是完全相同的，哪幾個跟（B）式是完全相同的（以結構式的編號填空）。 答：跟（A）式相同的有 ；跟（B）式相同的有 。 S： R：某具有五元環(huán)的化合物（C），分子式C6H10，催化加氫后可得到化合物（D），分子式C6H12。（C）有手性，（D）沒有。請寫出（C）的所有可能結構式，用*號標示其手性碳原子。B組 D下列具有對映異構體的有機物是 CH3CH(OH

11、)COOH CH3CH(OH)CHO CH(OH)CH3 HOCH2CH(OH)CHOA 只有 B 只有 C 和 D C下列分子中構型與相同的是A B C D A下列構型式是S的是A B C D A下列說法中不正確的是A 具有對稱軸的化合物，一定沒有旋光性B 具有對稱面的化合物，一定沒有旋光性C 具有對稱中心的化合物，一定沒有旋光性D 具有Sn軸（n0）的化合物，一定沒有旋光性 A具有下列結構式的分子中，沒有手性的是A B C D BCH4分子為正四面體結構，若CH4分子中的氫原子能被F、Cl、Br、I四種鹵原子取代，那么所得鹵代烴有多少種？ A 68 B 69 C 70 D 71 69種 5

12、種（將H、F、Cl、Br、I放入四個完全等價的位置，分類討論：A4 14（去掉CH4）；AB3 20；A2B2 10；A2BC 30；ABCD 5（有光學活性）如果CH4分子中的氫原子能被F、Cl、Br、I四種鹵原子取代，那么所得鹵代烴有_種，其中具有光學活性的有 種。 C7H16請寫出鏈烷烴（CnHn2，n為整數(shù)）中分子量最小的實驗式，它至少有一個構造異構體具有旋光性。 共五個，兩對對映體試寫出CH3CH2CH3的一氯取代物的所有異構體。 凡是有對稱中心或對稱面要素的物質無旋光性.對下列每種分子、離子，判定其有何種對稱要素存在。在答卷相應直行中用表示對稱要素存在，×表示不存在。在旋

13、光性直行下用或×表明各物有無旋光性。A CH3CH(OH)COOH B CH2CCHCl C D E F G H I J transPt(C6H5NH2)2(NH3)222Cl 手性分子絕對構型的命名方法，是根據(jù)分子中不對稱碳原子連接的4個基團（或原子）依照原子序數(shù)的大小在空間的排布方式來定。將原子序數(shù)最小的基團（如一H）放在離視線最遠處，其余3個基團正對觀察者，當這3個基團按原子序數(shù)的大小次序順時針排列，則為R構型；若按大小次序逆時針排列定為S構型。本藥品中和不對稱碳原子連接的4個基團的原子序數(shù)的大小次序為：N，C（O），一CH2，H按此可畫得兩種對映體立體結構如下圖。 （R）th

14、alidomide （S）thalidomide （R）反應停鎮(zhèn)靜劑 （S）反應停致畸劑 沙利度胺的兩種對映體沙利度胺（thalidomide）商品藥名為“反應?！保慕Y構式為：在20世紀60年代曾用此藥的消旋體作緩解妊娠反應藥物，一些服用這種外消旋藥物的孕婦產(chǎn)生畸形嬰兒。后來研究表明，該藥的兩種對映體中只有R構型對映體具有鎮(zhèn)靜作用，而S構型對映體則是一種強烈致畸劑。這種R和S混合的消旋藥物造成了不少悲劇。試作圖畫出這種藥物的R構型和S構型的立體結構。 ： ：有一個旋光性的醇C8H12O（），催化加氫后得到不旋光性的醇C8H14O（），試寫出（）和（）的構造式。 （1）C8，C9，C13，C

15、14（2）（R）反應停 （S）反應停 （3）不是，因為有手性碳原子，實際上是許多立體異構體的混合物。 （2分）有關手性分子的系列問題：材料一：R、S標記法，它是根據(jù)手性碳原子所連四個不同原子或基團在空間的排列順序標記的。例如：根據(jù)投影式判斷構型，首先要明確，在投影式中，橫線所連基團向前，豎線所連基團向后；再根據(jù)“次序規(guī)則”排列手性碳原子所連四個基團的優(yōu)先順序（用“”表示優(yōu)于），在上式中：BrCOOHCH2CH3；將最小基團氫原子作為以碳原子為中心的正四面體頂端，其余三個基團為正四面體底部三角形的角頂，從四面體底部向頂端方向看三個基團，或者說，站在最小原子的對面觀察其余三個基團的排列順序，從最優(yōu)

16、基團開始，順時針為R，逆時針為S。在上式中，從Br COOH CH2CH3為順時針方向，因此投影式所代表的化合物為R構型，它的對映體即為S構型。材料二：自然界里有很多手性化合物，但我們了解的很少，手性化和物與我們的日常生活息息相關。這些手性化合物具有兩個異構體，它們?nèi)缤瑢嵨锖顽R像的關系，通常叫做對映異構體。對映異構體很像人的左右手，它們看起來非常相似，但是不完全相同。我們研究它的目地是為了更加清楚的了解它和認識它。當一個手性化合物進入生命體時，它的兩個對映異構體通常會表現(xiàn)出不同的生物活性?；始铱茖W院宣布將2001年諾貝爾化學獎獎金的一半授予美國科學家威廉·諾爾斯與日本科學家野依良治，

17、以表彰他們在“手性催化氫化反應”領域所作出的貢獻；獎金另一半授予美國科學家巴里·夏普萊斯，以表彰他在“手性催化氧化反應”領域所取得的成就。很明顯手性化合物的研究成為當今化學領域中最前衛(wèi)的話題。（1）雌酮激素是最早從尿內(nèi)取得的一個性激素，自30年代分離提純后，人工合成雌酮激素一直是合成工作者的一項重要課題。它具有下列的結構，含有一個芳環(huán)的甾族碳架。根據(jù)圖中編號，寫出分子中含有的手性中心 ；（2）對于手性藥物，一個異構體可能是有效的，而另一個異構體可能是無效甚至是有害的。以前由于對此缺少認識，人類曾經(jīng)有過慘痛的教訓。例如德國一家制藥公司在上世紀五十年代開發(fā)的一種緩解妊娠反應的藥物：“反應

18、?！保≧和S構型混用），藥效很好，但很快發(fā)現(xiàn)服用了反應停的孕婦生出的嬰兒很多是四肢殘缺。雖然各國當即停止了反應停的銷售，但已經(jīng)造成了數(shù)以千計的兒童畸形。后來發(fā)現(xiàn)反應停中只有R構型具有鎮(zhèn)靜作用，而S構型有強烈致畸作用。所以我們要把有益的物質從它的物質結構中分離出來。很明顯，研究手性化合物對于科學研究以及人類健康有著重要意義?！胺磻！睂W名沙利度胺，結構式如右：試作圖畫出這種藥物的R構型和S構型的立體結構（3）某萜烯醇A（C10H18O）經(jīng)選擇性氧化得到的產(chǎn)物是一個十碳原子的醛，或是一個十碳原子的羧酸；A與二摩爾的溴反應，生成一個四溴化合物，分子式為C10H18OBr4（B）；A經(jīng)臭氧解、氧化反應

19、后，生成下述三個化合物：化合物A也能與氫溴酸（HBr）反應，生成幾種化合物，包括分子式為C10H17Br的兩個開鏈的溴化物。畫出化合物A的結構；畫出化合物B的結構，它只有一種結構嗎？為什么？畫出分子式為C10H17Br的兩個開鏈溴化物的結構（請選擇具有光學活性的標明手性碳原子） （1）A： B： C：(CH3)2CCHCH3 （2）CH2CHCH2CH2CH3 (CH3)2CHCHCH2 某化合物A（C5H11Br）有光學活性，A能和NaOH水溶液共熱后生成B，B在室溫下易被KMnO4氧化，又能和Al2O3共熱生成C（C5H10）。C經(jīng)K2Cr2O7（H）作用后生成丙酮和乙酸。（1）寫出A、B

20、、C的可能結構式；（2）寫出除C以外，分子式為C5H10的所有可能異構體（包括立體異構體，不含構象異構體）。 （1）A： B： C： D： E： F：（2） 某研究生收到分子式為C5H8的六種不含乙基的環(huán)烯烴異構體，其中三種分別與酸性KMnO4溶液反應。異構體A生成一種二元酸D，D含一個手性碳原子；異構體B生成一種二元酮E，E不含手性碳原子；異構體C生成F，F(xiàn)含有一個羧基和一個酮基，并有一個手性碳原子。（1）寫出A、B、C、D、E、F的結構式。（2）寫出D、F的Fischer投影式及系統(tǒng)命名的名稱。 A：CH3CCl2CH3 B：ClCH2CH2CH2Cl C：CH3CHClCH2Cl（有手性

21、） D：CH3CH2CHCl2 E：CH3CHClCHCl2（有手性） F和G：CH3CCl2CHCl2 ClCH2CHClCH2Cl請根據(jù)以下信息，寫出化合物A、B、C、D、E、F和G的結構式。（1）在研究丙烷氯代中，已分離出分子式為C3H6Cl2的4種產(chǎn)物（A，B，C和D）。（2）從各個二氯產(chǎn)物進一步氯化各得到的三氯產(chǎn)物（C3H5Cl3）的數(shù)目已由氣相色譜法確定。A給出一個三氯產(chǎn)物，B給出2個，C和D各出3個。（3）通過另一合成方法得到有旋光性的化合物C。（4）當有旋光性的C氯代時，所得到的三氯丙烷化合物中，有一個（E）是有旋光性的，而另兩個（F和G）是無旋光性的。 （1） （2）C8H4

22、(NO2)42H2O6CO2C2N2 （3）11191種 （4）3876對1964年Eaton合成了一種新奇的烷，叫立方烷，化學式為C8H8（A）。20年后，在Eaton研究小組工作的博士后XIONG YUSHENG（譯音熊余生）合成了這種烷的四硝基衍生物（B），是一種烈性炸藥。最近，有人計劃將B的硝基用19種氨基酸取代，得到立方烷的四酰胺基衍生物（C），認為極有可能從中篩選出最好的抗癌、抗病毒，甚至抗愛滋病的藥物來。回答如下問題：（1）四硝基立方烷理論上可以有多種異構體，但僅只一種是最穩(wěn)定的，它就是（B），請畫出它的結構式。（2）寫出四硝基立方烷（B）爆炸反應方程式。（3）中每個酰胺基是一個

23、氨基酸基團。請估算，B的硝基被19種氨基酸取代，理論上總共可以合成多少種氨基酸組成不同的四酰胺基立方烷（C）？（4）C中有多少對對映異構體？C組 C化合物在丙酮水溶液中放置轉化醇，此醇的構型是A 構型保持不變 B 構型翻轉 C 外消旋化 D 內(nèi)消旋化 A化合物與等物質的量濃HBr加熱，主要得到化合物是A B C D 無下列化合物中哪些具有光學活性？寫出可能的對映異構體的結構。 2丁醇 解釋下列反應的機理：有旋光性的在堿性水溶液里容易發(fā)生消旋化，而則不能。 還原劑在還原環(huán)己酮類化合物時，可以從羰基所在的平面上方（1）和下方（2）進攻，從上方進攻，將可能受到3，5位直立鍵上氫原子的作用，當還原劑的

24、體積越大，這種阻礙作用越大，此時，可選擇平伏鍵的方向（2）進攻。因此，上述反應的主要產(chǎn)物為（1） （2） （3）預測下列反應的立體化學產(chǎn)物：（1）（2）（3） （）2甲基丁醛在堿作用下生成烯醇負離子，由H2O提供H，平衡時（）、（）質量相等，故旋光度為零。（）2甲基丁醛溶解到含少量NaOH的乙醇水溶液中，旋光度逐漸降低至零，用反應式表明這一變化，并簡要解釋。（反應式不要求配平） A：C5H10O4 B：C4H8O4 C：C4H6O4 具有族光性的化合物A（C5H10O4）和乙酸酐反應生成二乙酸酯，但不與費林試劑（是檢驗脂肪醛和還原糖試劑）反應。1mol A與稀酸加熱得1mol甲醇和另一化合物B

25、（C4H8O4）。B與乙酸酐反應得三乙酸酯。B經(jīng)HNO3氧化可得無旋光性的二元酸C。寫出A、B、C的結構式和有關反應式。 從有機化合物A中脫去一分子水而生成B，B氫化或催化脫氫則分別得化合物C和D；C和D在1HNMR譜中只有兩個信號。B于0易與Br2/CCl4溶液加成反應生成立體異構體E。把化合物E（12.0977g）的KOH溶液強熱，然后進一步處理則獲得2.6042g蒸餾物，它是兩個異構體的混合物，即F（87.5±2.5%）和G（12.5±2.5%）；F和G可與丙烯睛反應，主要生成加成產(chǎn)物H。（1）寫出化合物AH的結構式。（2）試說明產(chǎn)物F在取代反應中的立體取向并寫出A、B、E的優(yōu)勢構象。（3）說明EFG的反應回收率。（4）說明FH的反應類型并指出產(chǎn)物的名稱。 （1）C8H4D4有7個異構體。（2）其中（3）、（4）屬對映異構體，其余均屬非對映異構體，烷無順反異構體。（3）C8H3D5有3個異構體，其中（2）有對映異構體。1964年Eaton和