2025年(应用化学)有机合成技术试题及答案

2025年(应用化学)有机合成技术试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分）1.在下列反应中，最适合用NaBH₄还原的官能团是A.羧酸  B.酯  C.酮  D.酰胺答案：C解析：NaBH₄为温和还原剂，可将酮还原为仲醇，对羧酸、酯、酰胺几乎无作用。2.下列哪种保护基对酸性条件最敏感A.TBS（叔丁基二甲基硅基） B.Boc（叔丁氧羰基） C.Fmoc（9芴甲氧羰基） D.PMB（对甲氧基苄基）答案：B解析：Boc在1%TFA/DCM中即可脱除，TBS需氟离子，Fmoc需碱，PMB需氧化或强酸。3.在Pd催化交叉偶联中，下列哪组底物组合可直接用于Suzuki反应A.Ar–Br+Ar–SnBu₃ B.Ar–I+Ar–B(OH)₂ C.Ar–Cl+Ar–ZnBr D.Ar–OTf+Ar–MgBr答案：B解析：Suzuki反应需有机硼酸（酯）与卤代芳烃，Pd(0)催化，碱存在。4.下列哪种试剂可将一级醇直接氧化为醛而不过度氧化为酸A.KMnO₄ B.Jones试剂 C.PCC D.稀HNO₃答案：C解析：PCC（吡啶氯铬酸盐）在无水条件下停于醛，Jones与KMnO₄继续氧化为酸。5.在Swern氧化中，真正起氧化作用的活性物种是A.DMSO–(COCl)₂加合物 B.三氟乙酸 C.草酰氯 D.二甲硫醚答案：A解析：DMSO与(COCl)₂生成氯代三价硫叶立德，再与醇反应生成醛酮并再生DMS。6.下列哪种碱最适合用于生成乙炔基锂A.nBuLi B.LDA C.NaH D.K₂CO₃答案：A解析：端炔pKa≈25，需超强碱nBuLi（pKa≈50）去质子；LDA碱性足够但位阻大，效率低。7.在Mitsunobu反应中，下列哪种膦试剂最常用A.PPh₃ B.PBu₃ C.P(OPh)₃ D.PMe₃答案：A解析：PPh₃成本低、副产物三苯氧膎易除，为经典选择。8.下列哪种催化剂对不对称氢化β酮酯最有效A.Ru(BINAP)Cl₂ B.Pd/C C.Rh(PPh₃)₃Cl D.NiRaney答案：A解析：Ru(BINAP)体系对β酮酯对映选择性氢化ee>99%，属Noyori型催化。9.在Vilsmeier–Haack甲酰化中，真正亲电物种是A.Cl⁻ B.[ClCH=NMe₂]⁺ C.DMF D.POCl₃答案：B解析：DMF与POCl₃生成氯代亚胺盐，为活性甲酰化试剂。10.下列哪种条件可选择性脱除苄基醚而不影响苄酯A.H₂,Pd/C,EtOAc B.Li/NH₃ C.DDQ,CH₂Cl₂/H₂O D.TfOH,TFA答案：C解析：DDQ氧化PMB或苄醚为易水解的半缩醛，苄酯对氧化稳定；氢化同时还原苄酯。11.在Barton–McCombie脱氧中，关键中间体是A.硫代羰基自由基 B.烷基自由基 C.锡自由基 D.醇自由基答案：B解析：硫代羰基被Bu₃SnH还原生成烷基自由基，再夺氢完成脱氧。12.下列哪种溶剂对Grignard试剂最安全A.CH₂Cl₂ B.THF C.MeOH D.Acetone答案：B解析：THF与Grignard兼容，质子性溶剂与羰基溶剂均分解格氏试剂。13.在Sharpless不对称环氧化中，必须加入的添加剂是A.(+)DET B.Ti(OiPr)₄ C.tBuOOH D.4Å分子筛答案：D解析：分子筛除水，防止Ti催化剂失活，为反应必需。14.下列哪种试剂可将吲哚3位直接碘化A.I₂,NaOH B.NIS C.ICl D.KI,H₂O₂答案：B解析：NIS在温和条件下选择性亲电取代富电子吲哚3位。15.在Chan–Lam偶联中，催化金属是A.Pd B.Cu C.Ni D.Fe答案：B解析：Cu(OAc)₂催化芳基硼酸与胺/醇氧化偶联，称Chan–Lam–Evans。16.下列哪种保护基可用HF·Py脱除A.TBS B.Boc C.Cbz D.Trt答案：A解析：TBS醚需氟离子，HF·Py为常用氟源；Boc用酸，Cbz用氢化，Trt用弱酸。17.在Heck反应中，决定区域选择性的关键步骤是A.氧化加成 B.迁移插入 C.βH消除 D.还原消除答案：B解析：迁移插入方向决定芳基加在取代多或少的一端，进而影响产物结构。18.下列哪种底物最适合用Lombardo试剂（TiCl₃/Zn/CH₂Br₂）A.醛→炔 B.酮→烯烃 C.酯→醇 D.酸→酰胺答案：B解析：Lombardo为偕二卤环丙烷化后还原消除，等价于Wittig型烯烃化。19.在Stille偶联中，毒性最低的锡试剂替代方案是A.Ar–SiF₃ B.Ar–BF₃K C.Ar–ZnBr D.Ar–B(OH)₂答案：B解析：ArBF₃K为无硼酸稳定盐，可替代有毒锡，属“StilletoSuzuki”绿色化。20.下列哪种条件可实现α,β不饱和酮的1,4还原A.NaBH₄,MeOH B.LiAlH₄,THF C.PhMe₂SiH,CuI,TBAF D.DIBALH,toluene答案：C解析：Cu催化硅氢化专走1,4途径；NaBH₄与DIBAL主要1,2还原。二、完成反应式（每空2分，共30分）21.原料：Ph–CH=CH–COOEt 试剂：1)DIBALH,–78°C 2)Ph₃P=CHCOOEt 产物：________答案：Ph–CH=CH–CH=CH–COOEt解析：DIBAL将酯还原为烯丙醇，Wittig延长共轭双键。22.原料：环己酮 试剂：1)LDA,–78°C 2)PhSeBr 3)H₂O₂,0°C 产物：________答案：2环己烯1酮解析：LDA生成烯醇锂，PhSeBrα苯硒化，氧化消除得α,β不饱和酮。23.原料：邻硝基甲苯 试剂：1)KMnO₄,Δ 2)Fe,HCl 3)NaNO₂,0°C 4)KI 产物：________答案：2碘苯甲酸解析：甲基氧化为酸，硝基还原为胺，重氮化后Sandmeyer碘代。24.原料：NBoc4哌啶酮 试剂：1)NaBH₄ 2)TFA 产物：________答案：4羟基哌啶三氟乙酸盐解析：酮还原为醇，TFA脱Boc得铵盐。25.原料：苯甲醛 试剂：1)TMSCN,cat.KCN 2)DIBALH 3)H₃O⁺ 产物：________答案：苯乙醛解析：氰醇硅醚化，DIBAL还原为亚胺，水解得高一级醛。26.原料：1癸烯 试剂：1)9BBN 2)H₂O₂,NaOH 产物：________答案：1癸醇解析：硼氢化氧化反马氏水合得伯醇。27.原料：对溴苯酚 试剂：1)Tf₂O,Py 2)CO,Pd(OAc)₂,dppp,Et₃N,MeOH 产物：________答案：对甲氧羰基苯酚解析：酚羟基三氟甲磺酰化后甲氧羰基化，Pd催化插羰。28.原料：L丙氨酸 试剂：1)(Boc)₂O,NaOH 2)CbzCl,NaHCO₃ 产物：________答案：NBocNCbzL丙氨酸解析：先Boc保护氨基，再Cbz保护羧酸，得双保护衍生物。29.原料：3丁炔1醇 试剂：1)TBSCl,Imidazole 2)I₂,NaHCO₃ 产物：________答案：1TBS3碘3丁烯解析：羟基硅醚化，碘对炔亲电加成得反式碘烯烃。30.原料：邻苯二甲酸酐 试剂：1)urea,180°C 2)POCl₃,DMF 产物：________答案：2,4二氯1,8萘啶3羧醛解析：尿素缩合得萘啶二酮，Vilsmeier双氯甲酰化。三、合成设计题（共30分）31.以苯和≤4碳原料，设计合成4苯基2丁酮（10分）答案：1)苯+CH₃CH₂COCl,AlCl₃→苯丙酮（PhCOCH₂CH₃）2)苯丙酮+NaBH₄→1苯基1丙醇3)醇+PBr₃→1溴1苯基丙烷4)Mg,Et₂O→格氏试剂5)CH₃CHO→仲醇6)PCC→目标酮解析：利用格氏增碳构建C–C键，PCC氧化停于酮。32.以乙酰乙酸乙酯和溴苯为唯二有机原料，合成5,5二苯基2,4戊二酮（10分）答案：1)乙酰乙酸乙酯+2NaOEt→双负离子2)2PhBr+CuI→Ullmann偶联得联苯（或先制PhMgBr再与PhBr偶联）3)联苯+Br₂,Fe→4,4'二溴联苯4)制4,4'联苯双格氏试剂5)与乙酰乙酸乙酯双烷基化6)酮酯水解脱羧→5,5二苯基2,4戊二酮解析：利用双负离子两次烷基化，最后脱羧得1,5二酮。33.以D甘露糖为手性池，合成(–)methyl3,4Oisopropylidene2ObenzylαDmannopyranoside（10分）答案：1)甘露糖+MeOH,HCl→甲基α苷2)2,2二甲氧基丙烷,TsOH→3,4丙酮叉3)NaH,BnBr→2位苄基化4)柱层析分离α异构体解析：丙酮叉选择性遮蔽顺式邻二醇，苄基化位阻最小2OH。四、机理推导题（共20分）34.写出Pd催化Sonogashira偶联的完整催化循环，并指出速率决定步骤（10分）答案：1)Pd(0)氧化加成Ar–X→ArPd(II)X2)转金属：ArPdX+Cu(I)–C≡R→ArPd–C≡R+CuX3)还原消除：Ar–C≡R+Pd(0)速率决定步骤：氧化加成（C–X键断裂能垒最高）解析：Cu(I)仅作为炔负离子转运站，Pd循环为核心。35.解释为何Lindlar催化剂（Pd/BaSO₄,喹啉）能使炔烃顺式半氢化而不过度还原烯烃（10分）答案：1)BaSO₄高分散Pd，降低活性2)喹啉孤对配位Pd，阻塞部分表面3)炔烃吸附能远高于烯烃，竞争占优4)一旦生成烯烃即脱附，避免二次吸附氢化解析：动力学与热力学双重控制，实现停于顺式烯烃。五、综合实验与表征（共20分）36.实验室需放大制备2乙酰基噻吩（500g），给出安全经济路线，并计算理论收率（原子经济率）（10分）答案：路线：噻吩+Ac₂O,BF₃·Et₂O,0–5°C,2h；水解淬灭，分馏。反应式：C₄H₄S+(CH₃CO)₂O→C₆H₆OS+CH₃COOH原子经济率：126/(126+60)=67.7%解析：Friedel–Crafts乙酰化，BF₃催化量0.05eq，副产乙酸可回收。37.产品经GC–MS出现m/z126(M⁺),111(M–CH₃),83(M–COCH₃)，但NMR显示δ2.52ppm(s,3H),7.10(dd,1H),7.64(dd,1H),7.90(dd,1H)，请指认并解释偶合（10分）答案：¹HNMR符合2乙酰基噻吩：αH低场7.90ppm，与βH偶合³J≈4.9Hz；甲基2.52ppm单峰。MS碎片：111为甲基自由基丢失，83为乙酰基自由基丢失，符合噻吩环稳定碎片。解析：碎片与NMR一致，排除3位异构体（甲基将裂分为双峰）。六、工艺放大与绿色化学（共20分）38.传统Wittig反应产生三苯氧膎废料，请提出一种膦试剂循环方案并评估Efactor（10分）答案：方案：采用可氧化回收的膦聚合物（polystyreneTPP），Wittig后过滤，聚合物氧化为膦氧化物，再用HSiCl₃/NEt₃还原回膦。Efactor计算：原料：1kg醛+1.2kg膦聚合物→产品0.85kg废弃物：0.05kg副产醛+0.2kg盐Efactor=0.25/0.85≈0.29，较传统TPP（E≈5）降低94%。解析：聚合物易分离，还原剂廉价，实现闭环。39.对比传统Stille与新兴Ni/Cu共催化“Stillefree”偶联，从毒性、成本、步骤数、总收率四维度列表评价（10分）答案：维度  Stille  Ni/Cu共催化毒性  高（Sn） 极低成本  高（Sn试剂） 低（Ni/Cu盐）步骤数 3（制锡+偶联） 2（直接C–H）总收率 85% 78%解析：牺牲8%收率换取绿色与成本优势，工业放大更优。七、前沿文献深度解析（共20分）40.2024年Nature报道光/铜协同催化不对称αC–H芳基化，使用芳基碘与N芳基甘氨酸，ee达96%，请画出关键过渡态并解释手性诱导源（10分）答案：过渡态：Cu(II)–N芳基甘氨酸螯合，形成五元环，芳基碘从Re面氧化加成，手性BOX配体屏蔽Si面。手性源：双噁唑啉（BOX）配体叔丁基群产生面屏蔽，导致芳基仅能从Re面接近。解析：DFT计算表明能垒差2.4kcal/mol，对应96%ee。41.2025年JACS提出电化学NiH催化不对称还原偶联，实现芳基溴与α溴酯对映汇聚，给出可能的Ni(I)–Ni(III)循环证据（10分）答案：证据：1)循环伏安出现Ni(II)/Ni(I)可逆波，–1.2VvsAg/AgCl2)自由基钟实验：环丙基甲基溴开环，证实烷基自由基3)EPR低温捕获到Ni(III)信号（g=2.18）4)氘代实验：产物α位50%D，符合NiH插入/消除解析：NiH介导氢原子转移，Ni(I)捕获自由基生成Ni(III)，还原消除前保持手性配体环境。八、计算与立体化学（共20分）42.某不对称氢化采用Rh(MonoPhos)催化剂，S/C=10000，底物100kg，产物ee=98%，催化剂价格USD800/g，求催化剂成本及手性过剩量（kg）（10分）答案：催化剂摩尔质量：Rh(MonoPhos)794g/mol底物摩尔质量：200g/mol→500mol需催化剂：500/10000=0.05mol=39.7g成本：39.7×800=USD31,760手性过剩：100kg×0.98=98kg(R),2kg(S)解析：高S/C降低催化剂用量，手性过剩直接决定拆分成本。43.已知某Wittig反应顺反比Z:E=85:15，顺式异构体经两次重结晶损失30%但纯度升至99%，求起始粗品中顺式质量及重结晶总收率（10分）答案：设粗品100g，顺式85g，重结晶后得85×0.7=59.5g，纯度99%→实际顺式