2025年有机合成工高级模拟试卷及答案

2025年有机合成工高级模拟试卷及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，错选、多选均不得分）1.在下列反应中，哪一条路线最适合实验室制备2,4二硝基苯甲酸？A.苯甲酸→硝化→再硝化B.甲苯→硝化→氧化C.苯→硝化→甲基化→氧化D.苯甲酸→磺化→硝化→水解答案：B解析：甲苯先硝化得2,4二硝基甲苯，侧链氧化后羧基定位不变，产物单一，收率高。A路线第二次硝化受羧基强钝化影响，收率低；C路线甲基化步骤无意义；D路线磺化水解绕路且降低原子经济性。2.下列哪种保护基对Grignard试剂呈惰性，且可在温和条件下脱除？A.TBS（叔丁基二甲基硅基）B.Boc（叔丁氧羰基）C.Tr（三苯甲基）D.PMB（对甲氧基苄基）答案：A解析：TBS醚对RMgX稳定，可用TBAF在室温下脱除；Boc对强碱敏感；Tr和PMB均含苄基氢，易被Grignard试剂拔氢。3.在Swern氧化中，加入三乙胺的主要作用是：A.淬灭DMSO副产B.活化草酰氯C.捕获生成的HClD.还原中间体答案：C解析：Swern氧化产生氯代二甲基锍离子，随后生成HCl，三乙胺作为碱中和HCl，推动β消除生成活性硫叶立德。4.下列哪种催化剂对不对称氢化β酮酸酯ee值最高？A.(R)BINAPRuB.(R,R)DIOPRhC.(S)SegPhosRuD.(R)MonoPhosRh答案：C解析：SegPhos具有更刚性的结构，对β酮酸酯氢化ee常>99%，优于早期BINAP体系。5.在VilsmeierHaack甲酰化中，真正进攻芳环的亲电物种是：A.氯亚甲基二甲基铵离子B.二甲基甲酰胺C.光气D.氯磷酸二乙酯答案：A解析：POCl₃与DMF生成氯亚甲基二甲基铵离子（[ClCH=NMe₂]⁺），其为活性甲酰化试剂。6.下列哪种碱最适合用于生成乙炔基锂而不发生聚合？A.nBuLi/THF/78℃B.LDA/THF/0℃C.tBuOK/DMSOD.NaH/THF答案：A解析：乙炔酸性弱，需用强碱nBuLi在低温下拔氢，LDA碱性不足；tBuOK易致乙炔聚合；NaH不溶。7.在Birch还原中，氨的作用是：A.提供质子B.作为还原剂C.稳定自由基负离子D.溶剂化电子答案：D解析：液氨溶解碱金属生成溶剂化电子，为真正还原剂。8.下列哪种离去基团在SNAr反应中活性最高？A.FB.ClC.BrD.I答案：A解析：SNAr机理需先形成Meisenheimer络合物，F强吸电子使络合物最稳定，活性最高。9.在Suzuki偶联中，下列哪种配体对氯代芳烃活性最差？A.PPh₃B.SPhosC.XPhosD.tBu₃P答案：A解析：PPh₃空间位阻小但给电子能力弱，对惰性氯代芳烃氧化加成难；SPhos、XPhos富电子且大位阻促进还原消除；tBu₃P虽活性高但易氧化。10.下列哪种试剂可将羧酸直接还原为醛？A.LiAlH₄B.DIBALHC.RedAlD.NaBH₄答案：B解析：DIBALH在78℃、1eq条件下可停于醛阶段；LiAlH₄与RedAl均过度还原为醇；NaBH₄不还原羧酸。11.在Mitsunobu反应中，偶氮二甲酸二乙酯(DEAD)的作用是：A.活化醇B.氧化膦C.脱水D.配位金属答案：B解析：DEAD氧化PPh₃生成Ph₃P=O，同时生成活性偶氮中间体，推动SN2反转。12.下列哪种保护基对TFA稳定，但可用HF脱除？A.BocB.FmocC.TbdmsD.MOM答案：C解析：Tbdms醚对TFA稳定，HF可断裂SiO键；Boc与MOM均被TFA脱除；Fmoc用哌啶脱除。13.在Sharpless不对称环氧化中，真正催化循环的钛物种化学计量为：A.Ti(OiPr)₄/(+)DET/tBuOOH=1:1:1B.1:2:1C.1:4:2D.2:4:1答案：B解析：活性催化剂为Ti(OiPr)₂(DET)二聚体，需2eq酒石酸酯，故摩尔比1:2:1。14.下列哪种试剂可将酮α位不对称胺化？A.(DHQ)₂PHAL/TsNH₂B.LProline/O₂C.CuBr/(R)BINAP/PhI=NTsD.Pd(OAc)₂/SPRIX答案：C解析：Cu(I)/BINAP催化酮α胺化，PhI=NTs为氮源，ee可达90%以上；A为烯烃胺化；B为醛α胺化；D为芳基CH胺化。15.在PictetSpengler反应中，决定立体中心的关键步骤是：A.亚胺形成B.环化C.芳构化D.脱水答案：B解析：亚胺形成可逆，环化为不可逆、对映决定步，手性磷酸催化可高ee控制。16.下列哪种条件可区域选择性打开2,3环氧醇的C2位？A.Ti(OiPr)₄/tBuOOHB.RedAlC.Ti(OiPr)₄/PhNMe₂D.PPh₃/H₂O答案：C解析：Ti(OiPr)₄与胺配位后，C2位空间位阻增大，亲核进攻C3，反之C2开环；RedAl无配体控制。17.在JuliaKocienski烯化中，苯并噻唑砜的氧化态为：A.S(II)B.S(IV)C.S(VI)D.S(0)答案：C解析：砜基为S(VI)，还原消除后生成苯并噻唑S(II)副产。18.下列哪种溶剂对NaH呈惰性？A.DMFB.DMSOC.THFD.二氧六环答案：C解析：DMF与DMSO含活泼氢，NaH可拔氢生成二甲胺或甲基亚磺酰甲基钠；THF与二氧六环无酸性氢，但THF更常用。19.在ChanLam偶联中，需加入的氧化剂为：A.O₂B.Cu(OAc)₂C.Ag₂OD.PhI(OAc)₂答案：B解析：Cu(II)为氧化剂，自身还原为Cu(I)，空气再氧化Cu(I)完成催化循环。20.下列哪种试剂可将烯丙醇异构化为羰基化合物而不影响双键位置？A.PdCl₂/CuCl/O₂B.GrubbsIIC.Pd/C/H₂D.PPh₃/DEAD答案：A解析：Pd(II)催化烯丙醇氧化为烯酮，双键迁移；CuCl/O₂再氧化Pd(0)为Pd(II)，实现催化。二、多项选择题（每题2分，共10分。每题有两个或以上正确答案，漏选得1分，错选得0分）21.下列哪些条件可实现酮α位不对称氟化？A.Selectfluor/LProlineB.NFSi/CinchonaalkaloidC.Et₃N·3HF/ElectrolysisD.F₂/N₂答案：A、B解析：A为有机催化α氟化；B为相转移催化高ee；C为电化学非不对称；D为无立体控制。22.下列哪些试剂可用于脱除Troc保护基？A.Zn/AcOHB.Pd(PPh₃)₄/PhSiH₃C.TFAD.SmI₂答案：A、B、D解析：Troc为2,2,2三氯乙氧羰基，Zn或SmI₂单电子还原断裂CCl；Pd(0)催化氢解；TFA无效。23.下列哪些反应属于自由基机理？A.Giese加成B.KeckallylationC.BartonMcCombie脱氧D.NozakiHiyamaKishi反应答案：A、B、C解析：Giese为自由基对烯烃加成；Keck为烯丙基锡自由基转移；Barton为黄酸酯自由基裂解；NHK为Cr(II)双电子转移，非自由基。24.下列哪些配体可提高Heck反应对氯代芳烃活性？A.DavePhosB.XPhosC.P(tBu)₃D.dppe答案：A、B、C解析：大位阻富电子膦促进氧化加成；dppe为螯合配体，活性差。25.下列哪些溶剂需经严格除水才能用于Grignard试剂制备？A.Et₂OB.THFC.DMFD.甲苯答案：A、B、D解析：DMF含羰基，与Grignard反应，不能用作溶剂；其余均需无水。三、机理题（每题10分，共20分。用箭头描述电子转移，关键中间体需写出结构）26.请写出下列转化的完整机理：苯乙酮在LDA、Tf₂NPh条件下生成α苯基α三氟甲磺酰氧基苯乙烯，随后与Pd(PPh₃)₄、Et₃N、CO、MeOH反应得到α苯基肉桂酸甲酯。答案与解析：步骤1：LDA拔酮α氢生成烯醇锂A。步骤2：烯醇氧进攻Tf₂NPh的硫，生成α三氟甲磺酰氧基苯乙烯B，同时释放PhNTf⁻，随后消除TfO⁻形成苯基炔基醚活性中间体C（实为苯基炔基钯前体）。步骤3：Pd(0)氧化加成至CO键，生成烯基钯D。步骤4：CO配位插入得酰基钯E。步骤5：MeOH亲核进攻酰基钯，还原消除得α苯基肉桂酸甲酯，再生Pd(0)。关键：烯醇三氟甲磺酰化形成烯基三氟甲磺酸酯，实为HeckC羰基化偶联底物。27.请写出Cr(II)/Ni(II)共催化下，烯基碘与醛偶联生成烯丙醇的完整机理，并指出Ni的氧化态变化。答案与解析：步骤1：Ni(0)氧化加成至烯基碘得Ni(II)烯基络合物A。步骤2：Cr(II)单电子还原醛生成Cr(III)烷氧基自由基B，随后二聚或进一步还原为Cr(III)烷氧基负离子C。步骤3：C与Ni(II)转金属得Ni(II)烷氧基络合物D。步骤4：还原消除得烯丙醇，Ni(II)→Ni(0)完成催化循环；Cr(III)被Mn(0)或电化学还原回Cr(II)。关键：Cr(II)为化学计量还原剂，Ni(0)/Ni(II)为催化循环；烯基Ni(II)与Cr(III)烷氧基转金属为速率决定步。四、合成设计题（每题15分，共30分。要求逆合成分析、正向合成路线、关键条件及收率估算）28.以苯和≤4碳的有机原料，设计合成(S)2氨基3(3,4二羟基苯基)丙酸（LDOPA），总步数≤8步，ee≥98%。答案与解析：逆合成：LDOPA←丙酮酸3,4二羟基苄胺还原胺化←3,4二羟基苯甲醛Strecker←3,4亚甲二氧基苯甲醛脱保护←胡椒醛←邻苯二酚+甲醛+二甲胺Mannich。正向路线：1.邻苯二酚与甲醛、二甲胺在pH5、60℃Mannich反应得3,4亚甲二氧基苯甲醇，收率85%。2.吡啶氯铬酸(PCC)氧化得胡椒醛，收率90%。3.与NaHSO₃加成保护醛基，收率95%。4.手性Strecker：胡椒醛(R)叔丁基亚磺酰胺、TMSCN、ZnCl₂，40℃，得亚砜亚胺，de96%，收率88%。5.6MHCl回流脱保护并水解腈，得(S)3,4亚甲二氧基苯丙氨酸，收率92%，ee98%。6.BBr₃/CH₂Cl₂78℃断裂亚甲二氧基，得LDOPA，收率80%。总收率：0.85×0.9×0.95×0.88×0.92×0.8≈46%，步数6步，满足要求。29.以环己烯和乙烯为原料，设计合成顺式1,2双(羟甲基)环己烷，要求不使用OsO₄，总步数≤5步。答案与解析：逆合成：目标二元醇←顺式环己烯1,2二甲酸酯还原←环己烯1,2二甲酸←DielsAlder←1,3丁二烯+丙烯酸甲酯。正向路线：1.乙烯二聚得1,3丁二烯（Cr/SiO₂催化，450℃），收率85%。2.丁二烯与丙烯酸甲酯在ZnCl₂/Al₂O₃120℃DielsAlder，得环己烯1甲酸甲酯，收率78%。3.与NBS/过氧化苯甲酰烯丙位溴化，得3溴环己烯1甲酸甲酯，收率70%。4.与NaCN/DMSO80℃SN2，得3氰基环己烯1甲酸甲酯，收率80%。5.Pd/CH₂5bar还原烯烃与氰基，得环己烷1,2二甲酸甲酯，收率90%。6.LiAlH₄还原酯，得顺式1,2双(羟甲基)环己烷，收率85%。总步数6步，若将2、3合并为一步自由基羧化（丙烯酸甲酯/过氧化物），可缩至5步，总收率约30%。五、实验安全与工艺题（每题10分，共20分）30.实验室需放大制备500g3,5二硝基苯甲酸，采用发烟硝酸浓硫酸体系，请给出安全控制要点及废酸处理方案。答案与解析：安全控制：1.反应热：二硝化总放热≈250kJmol⁻¹，采用逐滴加酸、冰盐浴控温<15℃，反应釜配蛇管冷却。2.搅拌：高黏度混酸需锚式+螺带双搅拌，防止局部过热。3.防爆：反应釜防爆膜爆破压力≤0.3MPa，远程DCS控制，现场无人。4.防护：双层手套，面屏+防酸服，紧急淋浴与洗眼器距离≤5m。5.淬灭：反应毕将料液缓慢注入5倍碎冰，控温<30℃，防止“酸冰”爆炸性喷溅。废酸处理：1.先经萃取回收未反应原料，降低COD。2.加入尿素甲醛缩合