中学化学竞赛试题资源库——单手性旋光异构

1、中学化学竞赛试题资源库单手性旋光异构A组 C在有机物分子中，当碳原子连有4个不同的原子或原子团时，这种碳原子称为“手性碳原子”，凡具有一个手性碳原子的化合物一定具有光学活性。例如，右下图所示有机物含有一个手性碳原子，具有光学活性。当发生下列化学变化，生成的新有机物无光学活性的是A 与新制银氨溶液共热B 与甲酸在一定条件下发生酯化反应C 与金属钠发生置换反应D 与氢气发生加成反应 B、D在下列有机物中，若某个碳原子边连接着四个不同的原子或原子团，这种碳原子称为“手性碳原子”。凡有一个手性碳原子的物质一定具有光学活性。已知右面给出的物质具有光学活性，发生下列反应后生成的有机物无光学活性的是A 与甲

2、酸发生酯化反应 B 与NaOH水溶液共热C 与银氨溶液作用 D 在催化剂存在下与氢气作用 C2001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。在有机物分子中，若某个碳原子连接4个不同的原子或基因，则这种碳原子称为“手性碳原子”，如。在烷烃的同系物中，含有手性碳原子，且碳原子数最小烷烃是A C5H12 B C6H14 C C7H16 D C8H18左右手互为镜像，许多分子也有如同左右手的关系（互为不能重叠的镜像），组成和结构相同而只是手性不同的一对分子称为对映异构体，各占50

3、时的对映体的混合物称消旋体生命体特别钟爱手性分子，生命作中最大量的物质蛋白质、糖、核菩酸都有手性。许多药物也具有手性，然而，用传统方法合成手性药物经常同时得到一对消旋体，这一对化合物中只有一个有药效，另一个或毫无药效或有毒副作用1984年，野依良治发明了一种手性催化剂，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，且生产规模已达到每年1.20kt题中所给的是从天然薄荷中提取出来的一种有机物（X）的结构简式，标有“*”是手性碳原子根据以上材料。回答下列2小题。 C关于X的说法不正确的是A X滴加溴水、酸性高锰酸钾溶液，都能由于发生化学反应而褪色B 1mol X分子最多可以跟3mol

4、 H2发生加成反应C 天然薄荷中提取的X是消旋体D X不能发生银镜反应 DX分子有多个同分异构体，若不考虑手性异构体，试分析具有酚结构的同分异构体种数A 12种 B 4种 C 3种 D 多于12种 （1）将A与H2加成，使CHO变为CH2OH 将A氧化，使CH2OH变为CHO 将A与CH3COOH酯化，使CH2OH变为CH2OCH3，将A水解，使CH3OCH2变为HOCH2。 （2） 2001年诺贝尔化学奖被美国的诺尔斯、沙普雷斯和日本的野依良治获得，以表彰他们发现某些被称为手性的分子可以用来加速并控制化学反应的创造性工作。在有机物分子中，若某碳原子连接四个不同的原子或基团，则这种碳原子称为“

5、手性碳原子”。例如：中*C就是手性碳原子。含“手性碳原子”的物质通常具有不同的光学特征（称为光学活性）。（1）据报道最新合成的有机物A为：具有光学活性，若要使A失去光学活性，可将A与浓硫酸共热，使变为：列出可采用的其他方法（最少列举三种方法）_；_；_；_；（2）某有机物B的化学式为C3H7NO2，B既能与强酸溶液反应，又能与强碱溶液反应。且B具有光学活性。则B的结构简式为 ；已知二分子B在一定条件下生成环状化合物C，则C的结构简式为 ；若B能在一定条件下生成高分子化合物D，写出B形成D的化学方程式： （1）C （2） （3）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，

6、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。在有机物分子中，若某个碳原子连接4个不同的原子或基因，则这种碳原子称为“手性碳原子”，如。若同一个碳原子上连着2个碳碳双键（如CCC）时，极不稳定，不存在。某链烃C7H10的众多同分异构体中：（1）处于同一平面上的碳原子数最多有 。A 6个 B 5个 C 7个 D 4个（2）含有“手性碳原子”，且与足量H2发生加成反应后仍具有“手性碳原子”的有5种。它们的结构简式除以下3种外，还有 、 。 （3）含有“手性碳原子”，但与足量H2发生加成反应后，不具有“手性碳原子”的结构简式是 。 （1）A：

7、 （2）（a）CH2BrCHBrCHCHCH3 （1分）有光学活性 （b）CH2BrCHCHCHBrCH3 有光学活性 （c）CH2CHCHBrCHBrCH3 有光学活性2001年10月10日，诺贝尔化学奖授予美国科学家巴里·麦普莱斯、威廉·诺尔斯和日本科学家野依良治，以表彰他们在“手性催化氢化反应”和“手性催化氧化反应”领域所作的贡献。在有机物分子中，如果一个碳原子连接4个互不相同的原子或原子团，该碳原子就是手性碳原子。只有一个手性碳原子或几个不相同手性碳原子的物质就可能具有光学活性。（1）有机物A的分子式为C5H9Cl，它和H2发生下面的变化：A（有光学活性）B（无光学

8、活性），那么A的结构简式是 。（2从在一定条件下会发生消去反应（指从分子中脱去1分子HCI）生成有机物C。已知C分子中所有碳原子都连有氢原子；用1mol C和1mol Br2发生加成反应时，产物有多种可能。请分别写出C与等物质的量的溴加成的产物可能的结构，并在后面注明“有”或“无”光学活性：（a） ，（ 光学活性）（b） ，（ 光学活性）（c） ，（ 光学活性） （1）A： B： C：CH3CHO D：（2）CHOCO2在分子结构中，当a、b、x、y为彼此互不相同的原子或原子团时，称此分子为手性分子、中心原子为手性碳原子，在特殊的光学仪器中，常表现出旋光性。现有旋光性的物质A（分子式为C10H

9、12O3）能溶于稀碱溶液，且能发生碘仿反应（有机分析中碘仿反应应用于鉴别一COCH3或一CHOHCH3原子团的存在）。鉴定过程表示如下：已知：（1）写出结构简式：A B C D （2）写出DE的化学反应方程式： 。 将不对称碳原子上任何两个原子或原子团对调，都变成它的对映体。将任意三个原子或原子团按一定方向依次轮换位置，则不改变化合物的构型。用这种方式可判断两个投影式之间的关系。与（A）相同的有、；与（B）相同的有、。有机化学中常用各种投影式表示分子中各个原子的空间关系。下面是D和L甘油醛的Fischer投影式（图中A式和B式），它们表示如果以2位碳原子为中心，放在纸平面上，则该碳原子分别向纸

10、后方向连接了CHO和CH2OH，向纸前方向连接了H和OH请特别注意，横线表示向前，竖线表示向后。A式和B式非常相似，互为镜像，但不能叠合，恰如左右手的关系。所以它们互称为对映异构体。2位碳原子就称为手性碳原子。 请指出下面式式，哪几个跟（A）式是完全相同的，哪几个跟（B）式是完全相同的（以结构式的编号填空）。 答：跟（A）式相同的有 ；跟（B）式相同的有 。 S： R：某具有五元环的化合物（C），分子式C6H10，催化加氢后可得到化合物（D），分子式C6H12。（C）有手性，（D）没有。请写出（C）的所有可能结构式，用*号标示其手性碳原子。B组 D下列具有对映异构体的有机物是 CH3CH(OH

11、)COOH CH3CH(OH)CHO CH(OH)CH3 HOCH2CH(OH)CHOA 只有 B 只有 C 和 D C下列分子中构型与相同的是A B C D A下列构型式是S的是A B C D A下列说法中不正确的是A 具有对称轴的化合物，一定没有旋光性B 具有对称面的化合物，一定没有旋光性C 具有对称中心的化合物，一定没有旋光性D 具有Sn轴（n0）的化合物，一定没有旋光性 A具有下列结构式的分子中，没有手性的是A B C D BCH4分子为正四面体结构，若CH4分子中的氢原子能被F、Cl、Br、I四种卤原子取代，那么所得卤代烃有多少种？ A 68 B 69 C 70 D 71 69种 5

12、种（将H、F、Cl、Br、I放入四个完全等价的位置，分类讨论：A4 14（去掉CH4）；AB3 20；A2B2 10；A2BC 30；ABCD 5（有光学活性）如果CH4分子中的氢原子能被F、Cl、Br、I四种卤原子取代，那么所得卤代烃有_种，其中具有光学活性的有 种。 C7H16请写出链烷烃（CnHn2，n为整数）中分子量最小的实验式，它至少有一个构造异构体具有旋光性。 共五个，两对对映体试写出CH3CH2CH3的一氯取代物的所有异构体。 凡是有对称中心或对称面要素的物质无旋光性.对下列每种分子、离子，判定其有何种对称要素存在。在答卷相应直行中用表示对称要素存在，×表示不存在。在旋

13、光性直行下用或×表明各物有无旋光性。A CH3CH(OH)COOH B CH2CCHCl C D E F G H I J transPt(C6H5NH2)2(NH3)222Cl 手性分子绝对构型的命名方法，是根据分子中不对称碳原子连接的4个基团（或原子）依照原子序数的大小在空间的排布方式来定。将原子序数最小的基团（如一H）放在离视线最远处，其余3个基团正对观察者，当这3个基团按原子序数的大小次序顺时针排列，则为R构型；若按大小次序逆时针排列定为S构型。本药品中和不对称碳原子连接的4个基团的原子序数的大小次序为：N，C（O），一CH2，H按此可画得两种对映体立体结构如下图。 （R）th

14、alidomide （S）thalidomide （R）反应停镇静剂 （S）反应停致畸剂 沙利度胺的两种对映体沙利度胺（thalidomide）商品药名为“反应停”，它的结构式为：在20世纪60年代曾用此药的消旋体作缓解妊娠反应药物，一些服用这种外消旋药物的孕妇产生畸形婴儿。后来研究表明，该药的两种对映体中只有R构型对映体具有镇静作用，而S构型对映体则是一种强烈致畸剂。这种R和S混合的消旋药物造成了不少悲剧。试作图画出这种药物的R构型和S构型的立体结构。 ： ：有一个旋光性的醇C8H12O（），催化加氢后得到不旋光性的醇C8H14O（），试写出（）和（）的构造式。 （1）C8，C9，C13，C

15、14（2）（R）反应停 （S）反应停 （3）不是，因为有手性碳原子，实际上是许多立体异构体的混合物。 （2分）有关手性分子的系列问题：材料一：R、S标记法，它是根据手性碳原子所连四个不同原子或基团在空间的排列顺序标记的。例如：根据投影式判断构型，首先要明确，在投影式中，横线所连基团向前，竖线所连基团向后；再根据“次序规则”排列手性碳原子所连四个基团的优先顺序（用“”表示优于），在上式中：BrCOOHCH2CH3；将最小基团氢原子作为以碳原子为中心的正四面体顶端，其余三个基团为正四面体底部三角形的角顶，从四面体底部向顶端方向看三个基团，或者说，站在最小原子的对面观察其余三个基团的排列顺序，从最优

16、基团开始，顺时针为R，逆时针为S。在上式中，从Br COOH CH2CH3为顺时针方向，因此投影式所代表的化合物为R构型，它的对映体即为S构型。材料二：自然界里有很多手性化合物，但我们了解的很少，手性化和物与我们的日常生活息息相关。这些手性化合物具有两个异构体，它们如同实物和镜像的关系，通常叫做对映异构体。对映异构体很像人的左右手，它们看起来非常相似，但是不完全相同。我们研究它的目地是为了更加清楚的了解它和认识它。当一个手性化合物进入生命体时，它的两个对映异构体通常会表现出不同的生物活性。皇家科学院宣布将2001年诺贝尔化学奖奖金的一半授予美国科学家威廉·诺尔斯与日本科学家野依良治，

17、以表彰他们在“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；奖金另一半授予美国科学家巴里·夏普莱斯，以表彰他在“手性催化氧化反应”领域所取得的成就。很明显手性化合物的研究成为当今化学领域中最前卫的话题。（1）雌酮激素是最早从尿内取得的一个性激素，自30年代分离提纯后，人工合成雌酮激素一直是合成工作者的一项重要课题。它具有下列的结构，含有一个芳环的甾族碳架。根据图中编号，写出分子中含有的手性中心 ；（2）对于手性药物，一个异构体可能是有效的，而另一个异构体可能是无效甚至是有害的。以前由于对此缺少认识，人类曾经有过惨痛的教训。例如德国一家制药公司在上世纪五十年代开发的一种缓解妊娠反应的药物：“反应

18、停”（R和S构型混用），药效很好，但很快发现服用了反应停的孕妇生出的婴儿很多是四肢残缺。虽然各国当即停止了反应停的销售，但已经造成了数以千计的儿童畸形。后来发现反应停中只有R构型具有镇静作用，而S构型有强烈致畸作用。所以我们要把有益的物质从它的物质结构中分离出来。很明显，研究手性化合物对于科学研究以及人类健康有着重要意义。“反应停”学名沙利度胺，结构式如右：试作图画出这种药物的R构型和S构型的立体结构（3）某萜烯醇A（C10H18O）经选择性氧化得到的产物是一个十碳原子的醛，或是一个十碳原子的羧酸；A与二摩尔的溴反应，生成一个四溴化合物，分子式为C10H18OBr4（B）；A经臭氧解、氧化反应

19、后，生成下述三个化合物：化合物A也能与氢溴酸（HBr）反应，生成几种化合物，包括分子式为C10H17Br的两个开链的溴化物。画出化合物A的结构；画出化合物B的结构，它只有一种结构吗？为什么？画出分子式为C10H17Br的两个开链溴化物的结构（请选择具有光学活性的标明手性碳原子） （1）A： B： C：(CH3)2CCHCH3 （2）CH2CHCH2CH2CH3 (CH3)2CHCHCH2 某化合物A（C5H11Br）有光学活性，A能和NaOH水溶液共热后生成B，B在室温下易被KMnO4氧化，又能和Al2O3共热生成C（C5H10）。C经K2Cr2O7（H）作用后生成丙酮和乙酸。（1）写出A、B

20、、C的可能结构式；（2）写出除C以外，分子式为C5H10的所有可能异构体（包括立体异构体，不含构象异构体）。 （1）A： B： C： D： E： F：（2） 某研究生收到分子式为C5H8的六种不含乙基的环烯烃异构体，其中三种分别与酸性KMnO4溶液反应。异构体A生成一种二元酸D，D含一个手性碳原子；异构体B生成一种二元酮E，E不含手性碳原子；异构体C生成F，F含有一个羧基和一个酮基，并有一个手性碳原子。（1）写出A、B、C、D、E、F的结构式。（2）写出D、F的Fischer投影式及系统命名的名称。 A：CH3CCl2CH3 B：ClCH2CH2CH2Cl C：CH3CHClCH2Cl（有手性

21、） D：CH3CH2CHCl2 E：CH3CHClCHCl2（有手性） F和G：CH3CCl2CHCl2 ClCH2CHClCH2Cl请根据以下信息，写出化合物A、B、C、D、E、F和G的结构式。（1）在研究丙烷氯代中，已分离出分子式为C3H6Cl2的4种产物（A，B，C和D）。（2）从各个二氯产物进一步氯化各得到的三氯产物（C3H5Cl3）的数目已由气相色谱法确定。A给出一个三氯产物，B给出2个，C和D各出3个。（3）通过另一合成方法得到有旋光性的化合物C。（4）当有旋光性的C氯代时，所得到的三氯丙烷化合物中，有一个（E）是有旋光性的，而另两个（F和G）是无旋光性的。 （1） （2）C8H4

22、(NO2)42H2O6CO2C2N2 （3）11191种 （4）3876对1964年Eaton合成了一种新奇的烷，叫立方烷，化学式为C8H8（A）。20年后，在Eaton研究小组工作的博士后XIONG YUSHENG（译音熊余生）合成了这种烷的四硝基衍生物（B），是一种烈性炸药。最近，有人计划将B的硝基用19种氨基酸取代，得到立方烷的四酰胺基衍生物（C），认为极有可能从中筛选出最好的抗癌、抗病毒，甚至抗爱滋病的药物来。回答如下问题：（1）四硝基立方烷理论上可以有多种异构体，但仅只一种是最稳定的，它就是（B），请画出它的结构式。（2）写出四硝基立方烷（B）爆炸反应方程式。（3）中每个酰胺基是一个

23、氨基酸基团。请估算，B的硝基被19种氨基酸取代，理论上总共可以合成多少种氨基酸组成不同的四酰胺基立方烷（C）？（4）C中有多少对对映异构体？C组 C化合物在丙酮水溶液中放置转化醇，此醇的构型是A 构型保持不变 B 构型翻转 C 外消旋化 D 内消旋化 A化合物与等物质的量浓HBr加热，主要得到化合物是A B C D 无下列化合物中哪些具有光学活性？写出可能的对映异构体的结构。 2丁醇 解释下列反应的机理：有旋光性的在碱性水溶液里容易发生消旋化，而则不能。 还原剂在还原环己酮类化合物时，可以从羰基所在的平面上方（1）和下方（2）进攻，从上方进攻，将可能受到3，5位直立键上氢原子的作用，当还原剂的

24、体积越大，这种阻碍作用越大，此时，可选择平伏键的方向（2）进攻。因此，上述反应的主要产物为（1） （2） （3）预测下列反应的立体化学产物：（1）（2）（3） （）2甲基丁醛在碱作用下生成烯醇负离子，由H2O提供H，平衡时（）、（）质量相等，故旋光度为零。（）2甲基丁醛溶解到含少量NaOH的乙醇水溶液中，旋光度逐渐降低至零，用反应式表明这一变化，并简要解释。（反应式不要求配平） A：C5H10O4 B：C4H8O4 C：C4H6O4 具有族光性的化合物A（C5H10O4）和乙酸酐反应生成二乙酸酯，但不与费林试剂（是检验脂肪醛和还原糖试剂）反应。1mol A与稀酸加热得1mol甲醇和另一化合物B

25、（C4H8O4）。B与乙酸酐反应得三乙酸酯。B经HNO3氧化可得无旋光性的二元酸C。写出A、B、C的结构式和有关反应式。 从有机化合物A中脱去一分子水而生成B，B氢化或催化脱氢则分别得化合物C和D；C和D在1HNMR谱中只有两个信号。B于0易与Br2/CCl4溶液加成反应生成立体异构体E。把化合物E（12.0977g）的KOH溶液强热，然后进一步处理则获得2.6042g蒸馏物，它是两个异构体的混合物，即F（87.5±2.5%）和G（12.5±2.5%）；F和G可与丙烯睛反应，主要生成加成产物H。（1）写出化合物AH的结构式。（2）试说明产物F在取代反应中的立体取向并写出A、B、E的优势构象。（3）说明EFG的反应回收率。（4）说明FH的反应类型并指出产物的名称。 （1）C8H4D4有7个异构体。（2）其中（3）、（4）属对映异构体，其余均属非对映异构体，烷无顺反异构体。（3）C8H3D5有3个异构体，其中（2）有对映异构体。1964年Eaton和