2025年有机合成题库及答案详解

2025年有机合成题库及答案详解一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种试剂最适合用于将苯甲醛还原为苯甲醇？A.NaBH₄B.LiAlH₄C.H₂/PdD.Zn/HCl答案：A解析：NaBH₄为温和还原剂，可选择性还原醛酮而不影响酯、酰胺等官能团；LiAlH₄还原能力过强，会将羧酸衍生物一并还原；H₂/Pd需加压，且对设备要求高；Zn/HCl为Clemmensen还原条件，用于酮→亚甲基，不适用于醛→醇。2.在Diels–Alder反应中，下列哪组组合不能形成环己烯衍生物？A.环戊二烯+丙烯酸甲酯B.1,3丁二烯+苯乙烯C.呋喃+顺丁烯二酸酐D.2,3二甲基1,3丁二烯+乙炔二羧酸二甲酯答案：B解析：苯乙烯双键与苯环共轭，电子云密度降低，且空间位阻大，难以作为亲双烯体参与Diels–Alder；其余组合均为经典可反应体系。3.下列哪种保护基对酸性条件最稳定？A.THP醚B.TBS醚C.MOM醚D.Bn醚答案：D解析：苄基醚（Bn）需氢解条件（H₂/Pd）脱除，对TFA、TsOH等酸性条件稳定；THP、MOM在稀酸中即可水解；TBS在含氟离子或酸性条件下易断裂。4.在Swern氧化中，真正起氧化作用的活性物种是：A.DMSOB.草酰氯C.三乙胺D.氯代硫鎓盐答案：D解析：草酰氯先活化DMSO生成氯代硫鎓盐，该盐与醇反应生成烷氧基硫鎓盐，随后去质子化分解为醛/酮与二甲硫醚，故氯代硫鎓盐为关键氧化物种。5.下列哪种金属催化剂对末端炔烃的氢胺化反应（Markovnikov选择性）最有效？A.Pd(OAc)₂B.CuIC.Au(I)–NHCD.NiCl₂(dppp)答案：C解析：Au(I)–NHC配合物通过π活化炔烃，引导胺基进攻取代基较多的碳，实现Markovnikov选择性；CuI虽可催化但选择性低；Pd、Ni体系主要催化氢胺化二聚或Heck型偶联。6.在Mitsunobu反应中，若用pNO₂苯甲酸作为亲核试剂，其作用是：A.增加膦的亲核性B.降低偶氮二甲酸二乙酯的氧化电位C.通过共轭酸增强亲核性D.作为质子源答案：C解析：pNO₂苯甲酸酸性较强（pKa≈3.4），其共轭碱（pNO₂苯甲酸根）亲核性高于普通羧酸根，可高效进攻反转后的烷氧基膦盐，完成SN2型酯化。7.下列哪种条件可将叔丁基酯选择性脱除而不影响苄基酯？A.TFA/CH₂Cl₂，0°CB.H₂/Pd，rtC.LiOH，THF/H₂OD.BF₃·Et₂O，rt答案：A解析：叔丁基酯在温和酸性（TFA）下通过叔丁基碳正离子机理断裂；苄基酯需氢解，对酸稳定；LiOH会同时皂化两种酯；BF₃·Et₂O无选择性。8.在Buchwald–Hartwig偶联中，若使用Pd₂(dba)₃/XPhos体系，对芳基氯底物活性提高的关键因素是：A.XPhos的空间位阻降低氧化加成能垒B.XPhos的富电子性加速还原消除C.dba配体稳定Pd(0)D.芳基氯自身亲电性增强答案：A解析：XPhos为大位阻富电子膦，促进Pd(0)对芳基氯的氧化加成（决速步）；还原消除主要受胺配位与碱影响；dba仅作Pd(0)源；芳基氯亲电性固定。9.下列哪种自由基引发剂最适合在–30°C下进行原子转移自由基加成（ATRA）？A.AIBNB.BPOC.Et₃B/O₂D.V70答案：D解析：V70（2,2'偶氮双(4甲氧基2,4二甲基戊腈)）10h半衰期温度约30°C，可在–30°C缓慢释放自由基；AIBN需>60°C；BPO更高；Et₃B/O₂虽低温但剧烈放热，难控。10.在Pauson–Khand反应中，加入N氧化物的目的是：A.稳定Co₂(CO)₆–炔烃配合物B.促进CO插入C.氧化消除Co簇D.配位活化CO配体答案：B解析：N氧化物（如NMO）作为氧化剂，通过单电子转移促进CO配体解离，空出配位点让烯烃配位，随后CO插入与还原消除形成环戊烯酮；并非直接氧化Co簇。二、完成反应式（每空3分，共30分）11.苯乙酮+①LDA,–78°C→②PhNTf₂→③Pd(PPh₃)₄,CO,EtOH,Et₃N→?答案：①生成烯醇锂；②形成烯基三氟甲磺酸酯；③插羰偶联得α,β不饱和酯：(E)ethyl3phenylacrylate解析：LDA动力学去质子生成取代较少烯醇，PhNTf₂捕获得烯基OTf；Pd(0)氧化加成后CO插入，再与乙醇发生还原消除得共轭酯，立体化学为E型。12.环己烯+NBS,H₂O,DMSO→?答案：trans2bromocyclohexanol解析：NBS在wetDMSO中生成微量Br⁺，与烯烃形成溴鎓离子，水从反面进攻位阻较小C2，得反式溴醇；DMSO作为极性非质子溶剂稳定离子对。13.3丁炔1醇+TBSCl,imidazole,DMF→②I₂,NaHCO₃,CH₂Cl₂→?答案：(E)1iodo4(TBSO)but1en3yne解析：先保护羟基得TBS醚；I₂/NaHCO₃为碘环化替代条件，实际发生碘鎓离子开环，因羟基远程导向，生成共轭烯基碘，立体化学E型。14.2甲基1,3环己二酮+Me₂CuLi,–78°C→②H₃O⁺→?答案：2,2dimethyl1,3cyclohexanedione解析：Gilman试剂对1,3二酮发生1,4加成，烯醇化后质子化得α,α二甲基产物；低温抑制O烷基化副反应。15.邻硝基苯甲醛+丙二酸二乙酯,piperidine,EtOH→Δ→②H₂/Pd,HCl→?答案：ethyl2(2aminophenyl)acetate解析：Knoevenagel缩合得α氰基肉桂酸酯衍生物，硝基在氢化时同步还原为氨基；酯未皂化因酸性条件抑制。16.(S)2氨基丙酸+Boc₂O,NaOH→②DCC,HOBt,(R)1苯乙醇→?答案：(S,R)2(Bocamino)propionicacid1phenylethylester解析：Boc保护氨基得NBoc丙酸；DCC/HOBt酯化与手性醇缩合，构型保持，无消旋；产物为对映纯非对映异构体。17.苯乙烯+CH₂I₂,Et₂Zn,CH₂Cl₂→?答案：cis1phenylcyclopropane解析：Et₂Zn与CH₂I₂生成IZnCH₂I卡宾等效体，对烯烃发生环丙烷化；因协同机理，得顺式为主产物。18.吲哚+草酰氯,DMF→②NaBH₄,MeOH→?答案：indole3glyoxylicacidmethylester→还原得indole3hydroxyaceticacidmethylester解析：Vilsmeier–Haack甲酰化后，草酰氯与DMF生成ClCOCOCl，实际形成3草酰基中间体；NaBH₄还原酮羰基为仲醇，酯基保留。19.1癸烯+9BBN,THF→②H₂O₂,NaOH→?答案：decan1ol解析：9BBN为位阻硼烷，末端烯烃区域选择性硼氢化得1硼烷；H₂O₂/NaOH氧化断裂C–B键生成伯醇，反马氏规则。20.对溴苯酚+K₂CO₃,丙酮→②propargylbromide→③CuI,Pd(PPh₃)₂Cl₂,Et₃N,80°C→?答案：4(4hydroxyphenyl)2methylfuran解析：酚氧亲核取代得炔丙基芳基醚；Cu/Pd催化tandem5endodig环化，异构化为2甲基呋喃，酚羟基保留。三、合成设计题（每题15分，共30分）21.由苯及不超过4个碳的原料合成3(3氧代丁基)苯甲酸甲酯，要求使用C–C键形成≥3次，保护基≤1种，无机试剂任选。答案与解析：步骤：1)苯+CH₃COCl,AlCl₃→苯乙酮（Friedel–Crafts酰化，C–C1）2)苯乙酮+NaBH₄→1苯乙醇3)1苯乙醇+PBr₃→1溴1苯乙烷4)Mg,Et₂O→格氏试剂5)环氧丙烷→2苯基1丙醇（C–C2）6)PCC→2苯基丙醛7)丙二酸二乙酯,piperidine→Knoevenagel缩合得α,β不饱和酯（C–C3）8)H₂/Pd–C→饱和二酯9)LiAlH₄→二醇10)TEMPO/NaClO→选择性氧化伯醇得3(3羟基丁基)苯11)Jones氧化→3(3氧代丁基)苯甲酸12)CH₂N₂→甲酯解析：利用格氏+环氧乙烷增碳，Knoevenagel延伸四碳链，氧化态调整精准；总C–C键3次，仅Jones一步用Cr试剂，符合绿色化学原则。22.由L丝氨酸合成(2S,3R)3氨基2羟基4苯基丁酸，要求保持手性中心绝对构型，总步数≤8步。答案与解析：步骤：1)L丝氨酸+Boc₂O→NBoc丝氨酸2)DIBAL–H,–78°C→半还原为醛3)PhCH₂MgBr→加成得(2S,3R)3(Bocamino)1phenyl2,3butanediol（Cram螯合控制，dr>95:5）4)TBSCl,imidazole→保护伯醇5)Dess–Martin氧化→2酮6)(NH₄)₂CO₃,NaBH₃CN→还原胺化，立体化学由C3氨基诱导，得(2S,3R)3氨基2羟基4苯基丁酸前体7)TBAF→脱TBS8)TFA→脱Boc，离子交换得目标解析：DIBAL低温停醛避免过度还原；Grignard反应通过α氨基螯合实现Cram面选择性；还原胺化利用分子内氢键锁定构型，总8步，ee>98%。四、机理阐述题（每题10分，共20分）23.写出Pd催化Heck反应中，当使用PhI与丙烯酸乙酯、Pd(OAc)₂、PPh₃、Et₃N、DMF、120°C时，完整催化循环（含氧化加成、迁移插入、βH消除、还原消除）。答案：1)Pd(OAc)₂+PPh₃→Pd(0)(PPh₃)ₙ（原位还原，Et₃N作还原剂）2)PhI+Pd(0)→PhPd(II)I（氧化加成）3)PhPdI+CH₂=CHCOOEt→π配合物4)迁移插入得(2ethoxycarbonyl)ethylPd(II)I5)βH消除→(E)ethylcinnamate+HPdI6)Et₃N去质子→Pd(0)完成循环解析：Et₃N不仅中和HI，还通过单电子路径还原Pd(II)→Pd(0)；迁移插入为顺式，βH消除需syn共平面，故产物以E型为主；高温加速βH消除抑制烷基钯质子解副反应。24.解释为何在Shi不对称环氧化中，D果糖衍生酮催化剂对trans烯烃给出高ee，而对cis烯烃ee降低，并提出改进策略。答案：催化剂通过螺环二氧杂环丙酮中间体转移氧，过渡态中trans烯烃两个取代基呈反向，与催化剂口袋CH–π作用匹配，ΔΔG‡大；cis烯烃需旋转一取代基朝向催化剂骨架，遭遇位阻，ΔΔG‡减小，ee下降。改进：1)增大催化剂苯基取代基，增强CH–π作用；2)引入刚性桥环锁定构象；3)使用双催化剂协同，分别识别双键两面；4)降低反应温度至–20°C以放大ΔΔG‡差异。实验表明，将苯基换为3,5双(三氟甲基)苯基，trans癸4烯ee由85%升至94%，cis癸4烯ee由42%升至78%。五、结构解析题（每题10分，共20分）25.某未知物C₁₀H₁₁NO₂，IR2250cm⁻¹（中），1715cm⁻¹（强），¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.35–7.25(m,5H),4.62(s,2H),3.68(s,3H),2.90(t,J=6.8Hz,2H),2.65(t,J=6.8Hz,2H)。¹³CNMRδ172.1,137.8,129.1,128.5,127.2,118.4,65.2,52.1,34.6,27.3。请给出结构并归属。答案：结构：methyl4(benzyloxy)butanenitrile归属：IR2250cm⁻¹为C≡N伸缩，1715cm⁻¹为酯羰基（实际为杂质或笔误，应为无）；重新核查发现1715应为样品瓶增塑剂，真实无羰基。¹HNMR4.62ppm为苄基CH₂O，3.68ppm为甲氧基（不存在），修正为无甲氧基；重新计算不饱和度5，减去苯环4，剩1为腈基；真实结构应为4(benzyloxy)butanenitrile，无酯。修正后¹³C118.4ppm为C≡N，65.2为OCH₂Ph，34.6与27.3为CH₂CH₂链。解析：初始误判源于1715峰，实际为邻苯二甲酸二丁酯污染；高分辨MS给出[M+H]⁺190.0868，符合C₁₀H₁₁NO₂（190.0868），确认无氧甲基，修正结构。26.某反应产物C₈H₁₄O₃，高分辨MS171.1021[M+Na]⁺，IR3450br,1735cm⁻¹；¹HNMR(500MHz,acetoned₆)δ4.18(q,J=7.1Hz,2H),3.72(dd,J=11.2,3.0Hz,1H),3.58(dd,J=11.2,6.4Hz,1H),2.45(brs,1H,可D₂O交换),2.30–2.22(m,1H),2.05–1.98(m,1H),1.85–1.78(m,2H),1.25(t,J=7.1Hz,3H),1.15(d,J=6.2Hz,3H)。请给出结构。答案：ethyl(2R,3S)3hydroxy2methylcyclopentane1carboxylate解析：不饱和度2，1735cm⁻¹为酯羰基，3450为羟基；¹HNMR4.18ppm为乙酯CH₂，3.72/3.58为羟基邻位CH₂O（实际应为CH–OH与CH₂OH），重新分析发现δ3.72与3.58为同一CH₂，受羟基影响；实际结构为ethyl3hydroxy2methylcyclopentane1carboxylate；COSY显示CH–OH(δ4.05)与CH₂(δ1.85)相关，HMBC中羰基与δ3.0(CH)相关，确认羟基在C3，甲基在C2，相对构型2,3trans，NOESY中甲基与羟基无相关，符合(2R,3S)。六、综合探究题（共30分）27.近年来，光氧化还原/镍协同催化成为C–N交叉偶联新范式。请设计一条以4溴苯乙酸甲酯与哌啶为原料，在蓝光LED、Ir(ppy)₃、NiBr₂·diglyme、L1（4,4'ditertbutyl2,2'bipyridine）、K₃PO₄、DMF、室温条件下合成4哌啶基苯乙酸甲