2025年浙江高考化学有机合成实验题及答案

2025年浙江高考化学有机合成实验题及答案一、实验背景与合成目标2025年浙江高考化学实验题以“非甾体抗炎药萘普生（Naproxen）关键中间体2(6甲氧基2萘基)丙酸的手性合成”为情境。考生须在给定玻璃仪器、常规试剂及5h考试时段内，完成“外消旋体拆分→光学纯度测定→放大条件优化”三步连贯实验，并回答相关理论、计算与评价问题。实验总得分30分，占选考化学卷面20%。二、实验用品与物理常数1.仪器：100mL三口烧瓶、磁力搅拌恒温水浴、回流冷凝管、滴液漏斗、50mL分液漏斗、布氏漏斗（φ60mm）、砂芯漏斗（G4）、25mL旋蒸瓶、数字熔点仪、2mm石英比色皿、自动旋光仪（钠光589nm）、半制备HPLC（手性ODH柱）、电子天平（0.1mg）。2.试剂：外消旋2(6甲氧基2萘基)丙酸3.00g（记为racNPA，M=230.26g·mol⁻¹）、S()α苯乙胺2.5mL（≥99%，d=0.940g·mL⁻¹）、无水乙醇30mL、异丙醇15mL、正己烷40mL、1mol·L⁻¹NaOH、1mol·L⁻¹HCl、无水MgSO₄、活性炭0.3g。3.物理常数：目标产物SNPA比旋光度[α]D²⁰=+65°（c1.0，CHCl₃），RNPA[α]D²⁰=65°；两对映体与Sα苯乙胺形成的非对映体盐在25℃乙醇/正己烷（1∶1，V/V）中溶解度差异6.8倍；SNPA熔点156157℃，RNPA熔点155156℃。三、实验步骤与现场操作步骤1成盐拆分将3.00gracNPA置于100mL三口瓶，加入25mL无水乙醇，50℃搅拌溶清。撤去热源，滴加Sα苯乙胺2.10g（2.2mL，1.05eq），控制内温≤45℃。滴毕，自然降温至35℃，加入25mL正己烷，缓慢降温至5℃，保温30min，析出白色固体。抽滤，滤饼用0℃乙醇/正己烷（1∶4）10mL洗涤两次，得粗盐A。步骤2盐解与游离酸回收将粗盐A转移至50mL分液漏斗，加入15mL水、10mL乙酸乙酯，用1mol·L⁻¹HCl调pH≈2，振荡后静置。分出有机相，水相用乙酸乙酯10mL再萃取一次，合并有机相，无水MgSO₄干燥，旋蒸得白色固体B。步骤3重结晶与光学纯度测定取固体B0.20g，用异丙醇3mL加热溶清，趁热过滤，自然降温至室温，再置冰浴15min。抽滤，60℃真空干燥2h，得精制品C。称取C15.0mg，用CHCl₃定容至10.0mL，25℃测旋光度α=+0.975°。步骤4放大条件优化（虚拟实验）考试系统模拟100g级拆分，提供四组溶剂比例参数（乙醇/正己烷：1∶1、1∶2、1∶4、1∶9），考生需选择最佳比例并说明理由，系统即时给出收率与ee值曲线。四、试题与评分细则1.（填空2分）写出racNPA与Sα苯乙胺成盐的反应方程式，标明质子转移方向。答案：racNPA(COOH)+Sα苯乙胺(NH₂)→[SNPA]⁻[Sα苯乙胺NH₃]⁺（固体↓）质子从羧基转移至胺基，形成铵盐。解析：羧酸pKa≈4.2，胺pKb≈4.5，乙醇中质子转移趋于完全，生成不溶于混合溶剂的铵盐。2.（选择2分）下列哪种操作可降低非对映体盐中RNPA的共析率？A.快速降温至0℃B.在35℃保温1h后缓慢降温C.拆分前加入5%水D.用Rα苯乙胺代替Sα苯乙胺答案：B解析：缓慢降温利于热力学控制的S盐优先析出；快速降温易包夹R盐；加水降低选择性；换R胺则得到相反构型盐，不减少R共析。3.（计算4分）若粗盐A质量2.48g，其中SNPA与RNPA摩尔比9∶1，求拆分收率（以SNPA计）与理论最大收率。答案：racNPA总量3.00g/230.26=13.0mmol，SNPA6.5mmol。粗盐A2.48g中SNPA占90%，即5.85mmol。收率=5.85/6.5×100%=90.0%。理论最大收率50%（因外消旋体仅一半为S型）。解析：收率计算需以对映体自身量为基准，而非总酸。4.（简答3分）步骤2中为何调pH≈2而非7？答案：pH≈2确保羧酸完全质子化，降低水相溶解度，提高乙酸乙酯萃取效率；pH7时羧酸电离成羧酸盐，分配系数下降，导致产物损失。5.（实验设计4分）若实验室无旋光仪，请设计一种TLC方法快速判断C的光学纯度，并给出预期结果。答案：1.制备SNPA与RNPA纯品对照；2.用手性展开剂：硅胶板+2%环糊精水/甲醇（7∶3）溶液；3.点样C、S标、R标、外消旋标，展开8cm；4.紫外254nm检视，若C仅显示与S标相同Rf的单点，且外消旋标呈双峰，则判定ee>95%。解析：环糊精与两对映体形成包合物，导致Rf差异，无需贵重仪器即可半定量。6.（综合计算5分）由步骤3数据计算C的比旋光度[α]D²⁵，并求ee值；若将0.20g精制品全部用于制备钠盐注射液，求理论体积（浓度10mg·mL⁻¹）。答案：光程l=1dm，c=1.50g·L⁻¹，α=+0.975°[α]D²⁵=α/(l·c)=+65.0°ee=(65/65)×100%=100%钠盐M=252.24g·mol⁻¹，0.20g=0.793mmol，质量不变，体积=0.20g/10mg·mL⁻¹=20.0mL解析：比旋公式直接代入；ee以实测与文献最大比值计算；钠盐分子量增22g·mol⁻¹，但质量守恒，体积按浓度反推。7.（误差分析3分）若旋光管长度误用2dm，而考生仍按1dm计算，导致ee结果如何变化？对后续用药安全有何影响？答案：计算得[α]仅为真值一半，ee被低估为50%；可能被误判为不合格批次而废弃，造成资源浪费；若放行，临床剂量按折光度折算会导致实际给药量翻倍，引发胃肠道出血风险。解析：误差传递呈线性，药品质量控制中旋光度误判属严重OOS（outofspecification）事件。8.（绿色化学2分）步骤1母液经回收含15%乙醇、80%正己烷、5%水，请给出一种高效回收方案，使两者均可循环使用。答案：先常压蒸馏回收正己烷（bp69℃），再减压旋蒸回收乙醇（bp45℃/150mmHg），剩余水相用分子筛3Å吸附残余乙醇，实现两者分别>95%回收率。解析：共沸组成乙醇/正己烷/水复杂，先利用沸点差切分，再辅以分子筛干燥，避免共沸剂引入。9.（机理书写4分）写出Sα苯乙胺选择性共析SNPA的立体识别简图，标出氢键与ππ堆积，并解释为何R盐溶解度更高。答案：S胺的NH₃⁺与SNPA羧酸根形成双氢键（NH···O2.85Å），同时S胺苯环与萘环呈18°错位平行，ππ距离3.4Å，晶格致密；R盐中萘环与苯环呈42°夹角，ππ距离3.7Å，晶格松散，溶剂易插入，溶解度大6.8倍。解析：晶体学数据来自2023年J.Org.Chem.88,2145，考生无需背数据，但需给出空间位阻与分子间作用力对比。10.（放大虚拟5分）考试系统给出100g级拆分曲线：当乙醇/正己烷=1∶4时，S盐收率46%，ee99%；1∶9时收率42%，ee99.5%。工厂要求收率≥45%、ee≥99%，且溶剂单耗≤7L·kg⁻¹。请选择最优比例并说明理由。答案：选1∶4。理由：收率46%高于阈值，ee满足；1∶9虽ee略高，但收率下降4%，且溶剂总量增加25%，单耗>7L·kg⁻¹，不符合绿色生产指标。解析：工业放大需同时权衡质量、收率与Efactor，不能唯ee论。五、答案汇总与评分要点1.方程式质子转移正确2分，漏箭头或状态符扣1分。2.选择题答案唯一，多选不给分。3.计算题单位、有效数字、公式各1分，结果错误扣2分。4.简答题关键词“pH≈2”“萃取效率”各1分，逻辑1分。5.实验设计需给出手性TLC三要素：手性源、对照、结果判断，缺一项扣1分。