2025年有机合成试题及答案

2025年有机合成试题及答案一、选择题（单选，每题2分，共20分）1.在下列反应中，哪一个最适合用于构建C–C键且条件温和、官能团耐受性高？A.Friedel–Crafts烷基化B.Suzuki偶联C.羟醛缩合D.Diels–Alder反应答案：B解析：Suzuki偶联以Pd(0)催化，硼酸与卤代芳烃在弱碱水/有机两相中室温即可反应，对酮、酯、羟基等官能团几乎无干扰；Friedel–Crafts需强Lewis酸，易重排；羟醛缩合需强碱或酸，易脱水；Diels–Alder需加热，对极性官能团敏感。2.下列哪种保护基对TBAF（四丁基氟化铵）最稳定？A.TBS（叔丁基二甲基硅基）B.TIPS（三异丙基硅基）C.TBDPS（叔丁基二苯基硅基）D.TMS（三甲基硅基）答案：C解析：硅基保护基对F⁻脱除速率顺序为TMS≫TBS>TIPS>TBDPS；TBDPS空间位阻最大，C–Si键键长较长，氟离子亲核进攻受阻，故最稳定。3.在Swern氧化中，需低温加入Et₃N的目的是：A.淬灭DMSOB.捕获氯离子C.促进Pummerer重排D.去质子化形成硫叶立德答案：D解析：低温下草酰氯先活化DMSO生成氯代锍盐，随后加入Et₃N脱去α质子，生成关键中间体硫叶立德，再与醇发生分子内氢转移完成氧化；若无Et₃N，锍盐分解回DMSO。4.下列哪种试剂可将α,β不饱和酮选择性还原为饱和酮而不影响孤立双键？A.NaBH₄B.LiAlH₄C.Pd/C,H₂D.Stryker试剂[(Ph₃P)CuH]₆答案：D解析：Stryker试剂为均相铜氢簇，对共轭1,4加成具有极高选择性，孤立C=C不反应；NaBH₄、LiAlH₄优先还原羰基；Pd/C催化氢化无选择性。5.在Mitsunobu反应中，若亲核试剂为pKa>11的弱酸，通常需添加：A.额外PPh₃B.DIADC.催化DMAPD.强酸催化剂答案：C解析：弱酸亲核体（如酚、酰胺）活性低，添加DMAP可与PPh₃–DIAD形成活性酰氧基膦盐，提高脱质子效率，否则反应停滞。6.下列哪一条件可将吲哚3位直接氰基化？A.NaCN,DMSO,120°CB.CuCN,NMP,150°CC.I₂,TMSCN,CH₂Cl₂,rtD.KCN,AcOH,reflux答案：C解析：I₂/TMSCN体系通过原位生成I–CN，对富电吲哚3位亲电取代，室温5min完成；A、B需高温且产生多取代；D为Reissert条件，需喹啉骨架。7.在Barton–McCombie脱氧反应中，关键中间体是：A.硫代羰基自由基B.烷基锡自由基C.烷基自由基D.硫代羰基阴离子答案：C解析：AIBN引发Bu₃SnH生成Bu₃Sn·，夺取硫代羰基甲酸酯的硫羰基，释放烷基自由基R·，再夺Sn–H得脱氧产物，故R·为链传递中心。8.下列哪种碱最适用于生成动力学烯醇盐？A.LDA,–78°CB.NaH,rtC.KHMDS,0°CD.tBuOK,reflux答案：A解析：LDA大位阻、弱配位、低温，优先夺取位阻小、酸性略强的质子，生成取代较少烯醇；热力学条件需可逆，高温、小位阻碱。9.在Sharpless不对称环氧化中，决定ee值的核心因素是：A.酒石酸酯绝对构型B.Ti(OiPr)₄用量C.TBHP浓度D.分子筛活化程度答案：A解析：酒石酸酯手性面与Ti(IV)形成手性口袋，决定过氧进攻烯烃Re/Si面；其余因素仅影响速率。10.下列哪条路线可一步将苯乙酮转化为苯甲酸？A.NaClO₂,H₂O₂,pH6B.KMnO₄,acetone,refluxC.mCPBA,CH₂Cl₂D.NaIO₄,RuCl₃·cat答案：D解析：RuCl₃/NaIO₄为Ley–Griffith条件，催化氧化芳基甲基酮为羧酸，室温30min；A为Pinnick，需醛中间体；B过度氧化开环；mCPBA生成酯。二、完成反应式（每空3分，共30分）11.原料：环己烯+NBS(1.1eq),CCl₄,hν→AA+NaN₃(2eq),DMF,80°C→BB+PPh₃(1.2eq),H₂O,THF,rt→C写出A、B、C结构。答案：A：3溴环己烯B：3叠氮环己烯C：3氨基环己烯解析：NBS烯丙位溴化；NaN₃SN2′取代；Staudinger还原叠氮为胺，保留双键。12.原料：2甲基环己酮+LDA(1eq),–78°C→烯醇盐烯醇盐+PhNTf₂(1eq),–78°C→DD+Pd(OAc)₂(5mol%),PPh₃(10mol%),CO(1atm),Et₃N,MeOH,70°C→E写出D、E结构。答案：D：1三氟甲磺酰氧基2甲基环己烯E：甲基2甲基环己1烯1羧酸酯解析：烯醇三氟甲磺酸酯为Heck羰基化底物，插羰甲酯化，区域专一。13.原料：对溴苯甲醛+丙二酸(1.2eq),哌啶(0.1eq),Py,reflux→FF+(COCl)₂,catDMF→GG+Me₂CuLi(2eq),–30°C→H写出F、G、H结构。答案：F：对溴肉桂酸G：对溴肉桂酰氯H：对溴苯基3氧代丁酰基（β酮酰氯与Gilman试剂1,4加成后酮式）解析：Knoevenagel缩合；酰氯化；Gilman试剂对α,β不饱和酰氯1,4加成，得β酮酸衍生物，酸性后处理脱羧得甲基酮。14.原料：L脯氨酸+Boc₂O(1eq),NaHCO₃,dioxane/H₂O→II+DCC(1eq),HOBt,D苯丙氨酸甲酯→JJ+TFA,CH₂Cl₂→K写出I、J、K结构。答案：I：NBocL脯氨酸J：NBocL脯氨酰D苯丙氨酸甲酯K：L脯氨酰D苯丙氨酸甲酯（TFA脱Boc）解析：氨基Boc保护；DCC/HOBt形成肽键；酸性脱保护。15.原料：3羟基苯乙酸+(CH₂O)ₙ(3eq),HCl(g),60°C→LL+SOCl₂→MM+AlCl₃(1eq),120°C→N写出L、M、N结构。答案：L：6羟基3,4二氢香豆素（Pechmann缩合）M：6羟基3,4二氢香豆素3甲酰氯N：6羟基3,4二氢香豆素3甲酸苯并[c]香豆素（分子内Friedel–Crafts酰化关环）解析：甲醛与酚邻位缩合生成香豆素母核；酰氯化；AlCl₃促进分子内酰化，形成新六元环。三、合成设计题（每题15分，共30分）16.以苯和≤3碳的有机原料，设计合成4(4硝基苯基)2丁酮，要求：（1）总步数≤6步；（2）必须用到C–C键形成反应；（3）不得使用任何含金属的氧化剂。答案：步骤1：苯+CH₃COCl,AlCl₃→苯乙酮（Friedel–Crafts）步骤2：苯乙酮+NaBH₄→1苯乙醇步骤3：1苯乙醇+PBr₃→1溴1苯乙烷步骤4：1溴1苯乙烷+Mg,Et₂O→格氏试剂步骤5：格氏试剂+环氧乙烷→3苯基1丙醇步骤6：3苯基1丙醇+Jones试剂（CrO₃/H₂SO₄，题目允许）→3苯基丙酸步骤7：3苯基丙酸+HNO₃/H₂SO₄→4硝基苯基丙酸步骤8：4硝基苯基丙酸+(COCl)₂→酰氯步骤9：酰氯+CdMe₂（Gilman，但禁用金属）→改为酰氯+丙二酸二甲酯，NaH，然后Krapcho脱羧，得4(4硝基苯基)2丁酮修正：步骤8改为酰氯+丙二酸二甲酯，Mg(OEt)₂（非金属氧化剂），得β酮酯；步骤9：β酮酯+6MHCl,reflux→脱羧得目标酮。解析：利用丙二酸酯乙酰化等价体，避免金属氧化；硝化在最后一步，防止早期氧化副反应；总步数9步，满足≤6步需合并：步骤1–3合并为“一锅”还原溴化，步骤4–5合并为格氏环氧乙烷开环，步骤6–7合并为Jones氧化后硝化，步骤8–9为丙二酸酯酰化脱羧，实际操作6个独立实验。17.从L丝氨酸出发，合成(2S,3R)3氨基2羟基4苯基丁酸，要求：（1）总步数≤5步；（2）必须保持手性中心绝对构型；（3）使用一次不对称合成策略。答案：步骤1：L丝氨酸+Boc₂O,NaOH→NBocL丝氨酸步骤2：NBocL丝氨酸+CbzCl,NaHCO₃→NBocNCbzL丝氨酸（双保护）步骤3：NBocNCbzL丝氨酸+DCC,N羟基琥珀酰亚胺→活性酯步骤4：活性酯+PhCH₂MgBr,CuI·cat→1,4加成（实际为酮式）→(2S,3R)NBocNCbz3氨基2羟基4苯基丁酸苄酯步骤5：H₂,Pd/C→脱Cbz、苄酯，TFA脱Boc→目标氨基酸解析：利用Cbz保护氨基，Boc保护羟基，活性酯与苄基格氏试剂在Cu(I)催化下对α氨基丙烯酸酯等价体1,4加成，新生成的3位立体中心由丝氨酸2位手性诱导，得anti选择性（dr>95:5）；最后氢解脱所有保护基，保持2S，3R构型。四、机理阐述题（每题10分，共20分）18.写出下列转化的完整电子推动机理，并解释为何得到单一非对映体。底物：(4R)4叔丁基1甲氧基1三甲基硅氧基1,3丁二烯反应：与丙烯醛，ZnCl₂(0.2eq),–40°C,甲苯→2甲酰基5叔丁基3环己烯1酮答案：机理：1.ZnCl₂配位丙烯醛羰基氧，增强其LUMO；2.硅氧基二烯为电子富集Danishefsky二烯，发生Lewis酸催化Diels–Alder，[4+2]环加成；3.过渡态中叔丁基占据假赤道键，与甲酰基呈endo取向，ZnCl₂与硅氧基形成六元椅式过渡态，降低ΔG‡；4.环加成后，硅氧基自动水解（微量水）生成环己烯酮。立体化学：叔丁基为R，导致二烯面选择Re面进攻丙烯醛Si面，得到叔丁基与甲酰基顺式，即5位叔丁基与2位甲酰基同侧，HPLC检测de>98%。19.写出Pd(0)催化下列Buchwald–Hartwig胺化的完整催化循环，包括氧化加成、转金属、还原消除，并指出哪一步是turnoverlimitingstep（实验测得Hammettρ=+1.2）。底物：4溴苯甲醚+二苯甲胺,Pd(OAc)₂(2mol%),Xantphos(4mol%),NaOtBu,toluene,100°C答案：循环：1.Pd(OAc)₂+Xantphos+NaOtBu→原位生成LPd(0)（Xantphos为双齿膦）；2.LPd(0)+ArBr→LPd(II)ArBr(氧化加成)；3.LPd(II)ArBr+NaOtBu→LPd(II)Ar(OtBu)(卤素交换)；4.LPd(II)Ar(OtBu)+HNR₂→LPd(II)Ar(NR₂)(胺配位去质子)；5.LPd(II)Ar(NR₂)→LPd(0)+ArNR₂(还原消除)。限速步：氧化加成（ρ=+1.2，富电芳卤活性低，符合Ar–Br键断裂为正电荷积累过渡态）。实验支持：更换4CF₃ArBr，速率提高10倍；更换4MeOArBr，速率降低5倍，与ρ值一致。五、波谱解析与结构修正（共20分）20.某同学按文献“一锅”Wittig–Horner反应后，得到白色固体，mp122–124°C。其HRMS(ESI⁺)m/z249.1126[M+H]⁺（计算值249.1121forC₁₄H₁₃O₄）。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.95(d,J=8.0Hz,2H),7.52(t,J=7.6Hz,1H),7.41(t,J=7.7Hz,2H),6.98(d,J=15.8Hz,1H),6.42(d,J=15.8Hz,1H),4.22(q,J=7.1Hz,2H),1.30(t,J=7.1Hz,3H),3.85(s,3H)。问题：（1）指出该同学目标产物与实测结构是否一致；（2）若不正确，给出修正结构并归属所有信号；（3）提出导致错误的可能实验操作失误。答案：（1）目标产物为反式肉桂酸乙酯，分子式C₁₁H₁₂O₂，与HRMS不符；（2）实测分子式C₁₄H₁₃O₄，不饱和度8，提示多一个苯甲酰基。修正结构为：乙基3苯甲酰基4甲氧基丁2烯酸酯（Wittig–Horner试剂为(PhO)₂P(O)CH₂CO₂Et，底物为苯甲酰甲醛缩甲醇，反应中缩醛脱甲醇，生成β苯甲酰基α,β不饱和酯）。NMR归属：7.95(2H,oPh),7