2026年有机合成概论题库及答案

2026年有机合成概论题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在逆合成分析中，将目标分子（TM）切割成更简单的、易于获得的起始原料的过程，其关键步骤是识别（）。A.官能团B.分子对称性C.合成子与合成等价物D.反应收率2.下列哪种试剂是典型的亲核性还原剂，常用于将醛、酮还原为醇，且具有较好的化学选择性？（）A.氢化铝锂(LiAlH₄)B.硼氢化钠(NaBH₄)C.二异丁基氢化铝(DIBAL-H)D.三乙基硼氢化锂(Superhydride)3.在涉及手性中心的有机合成中，为了获得单一对映体产物，下列哪种方法不属于“不对称合成”范畴？（）A.使用手性助剂B.使用手性催化剂C.使用外消旋原料并通过色谱法拆分D.使用手性底物进行手性传递4.Corey在1988年提出的用于逆合成分析的计算机程序OCSS，其名称代表（）。A.有机合成模拟系统B.有机化学合成策略C.有机合成序列搜索D.有机合成结构解析5.在复杂天然产物全合成中，常采用“汇聚式合成”策略，与“线性合成”相比，其主要优势在于（）。A.反应步骤总数更少B.总收率更高C.更易于进行中间体的结构鉴定D.对关键反应的成功率要求较低6.保护基化学是有机合成中的重要内容。下列哪对保护基/脱保护条件不适合用于保护醇羟基？（）A.TBDMS醚/氟离子(如TBAF)B.乙酸酯/氢氧化钠水溶液C.甲醚/三溴化硼D.苄基醚/催化氢化(H₂,Pd/C)7.下列人名反应中，主要用于形成碳-碳单键的是（）。A.Wittig反应B.Diels-Alder反应C.Suzuki-Miyaura偶联反应D.Grignard反应8.在有机金属试剂参与的反应中，有机锂试剂与有机镁试剂（格氏试剂）相比，通常具有（）。A.更强的亲核性但较低的碱性B.更强的亲核性和更强的碱性C.较弱的亲核性但较强的碱性D.较弱的亲核性和较弱的碱性9.逆合成分析中，“FGI”这一缩写代表的是（）。A.官能团互变B.官能团引入C.官能团消除D.官能团保护10.在利用烯烃复分解反应构建大环化合物时，最常使用的催化剂类型是（）。A.钯催化剂B.钌卡宾催化剂C.铑催化剂D.镍催化剂二、多项选择题（每题3分，共15分。每题至少有两个正确选项，多选、少选、错选均不得分）1.下列哪些策略或方法常用于提高多步合成反应序列的总收率？（）A.采用汇聚式合成策略B.优化每步反应条件以提高单步收率C.尽量减少反应步骤D.使用高负载量的催化剂E.避免使用保护基2.关于现代有机合成中“原子经济性”的概念，下列描述正确的有（）。A.由B.M.Trost于1991年提出B.衡量的是最终产物中所有原子的质量占所有反应物原子总质量的百分比C.Diels-Alder反应是原子经济性反应的典型代表D.重排反应通常具有较高的原子经济性E.使用保护基的策略会降低原子经济性3.下列反应中，属于氧化反应的有（）。A.Swern氧化（将伯醇或仲醇氧化为醛或酮）B.Sharpless不对称环氧化C.Pinnick氧化（将醛氧化为羧酸）D.Birch还原（芳香环的部分还原）E.Corey-Kim氧化（醇氧化为羰基化合物）4.在进行逆合成分析时，以下哪些结构特征可以作为有效的“反合成切断位点”？（）A.杂原子（如O,N）旁的碳-杂原子键B.共轭体系中的双键C.位于支链化碳原子上的键D.α-羟基羰基或α-氨基羰基结构中的特定键E.芳香环上的碳-碳键5.绿色合成化学的原则包括（）。A.防止废物的产生优于废物产生后再处理B.合成方法应设计成使反应过程中使用的所有材料最终都并入最终产物中C.只要可能，应使用无毒或低毒的溶剂和助剂D.应优先使用不可再生的原料E.应避免不必要的衍生化步骤（如保护/脱保护）三、填空题（每空1分，共20分）1.逆合成分析法的奠基人是美国化学家________，他因此获得了1990年诺贝尔化学奖。2.在逆合成分析中，用符号“⇒”表示________关系，用双线箭头“→”表示________关系。3.将醛或酮转化为烯烃的常用方法有Wittig反应、________反应和________反应等。4.在有机合成中，常通过形成________或________键来实现碳骨架的构建。5.用于将烯烃顺式二羟基化的常用试剂是________，而用于反式二羟基化的常用试剂是________。6.在肽合成中，用于保护α-氨基的常用保护基有________（缩写）和________（缩写）。7.Suzuki-Miyaura偶联反应中，关键的催化循环涉及零价钯物种对有机________试剂的氧化加成，以及随后与有机________试剂的转金属化步骤。8.烯烃的硼氢化-氧化反应是一个________加成过程，最终得到________醇。9.羧酸衍生物（酰卤、酸酐、酯、酰胺）的反应活性通常顺序为：酰卤>________>________>酰胺。10.在复杂分子合成中，一个能够通过一系列简单反应构建出多个环系和手性中心的关键中间体，被称为________。四、简答题（每题5分，共25分）1.简述逆合成分析的基本逻辑与主要步骤。2.什么是“汇聚式合成”？与“线性合成”相比，它在总收率计算上有何优势？请举例说明。3.列举三种将伯醇选择性地氧化为醛的常用方法（需写出试剂或反应名称），并简要说明其中一种方法的优势或特点。4.在有机合成中，为什么有时需要使用保护基？选择保护基的一般原则是什么？5.简述过渡金属催化的交叉偶联反应（如Suzuki反应、Negishi反应、Stille反应）的一般机理框架（催化循环的关键步骤）。五、机理与合成题（共70分）1.（10分）写出下列转换的合理分步反应机理（需写出关键中间体，可使用箭头推演）。题目：从环己酮出发，经过烯胺烷基化，最终水解得到2-丁基环己酮。（提示：首先环己酮与仲胺（如吡咯烷）形成烯胺，然后与卤代烷发生亲核取代，最后水解。）2.（15分）逆合成分析。请对目标分子（TM）4-苯基-2-丁酮（结构式：Ph-CH₂CH₂COCH₃）进行逆合成分析，画出其逆合成树（至少切断两根键，给出关键合成子及等价试剂），并写出一条可行的正向合成路线（用反应方程式表示，需注明必要反应条件）。3.（15分）综合合成设计。化合物A是合成某药物的重要中间体，其结构如下：（结构式描述：一个六元环己烷，在1位和4位分别连接一个羟基（OH），且这两个羟基处于顺式构型（即cis-1,4-环己二醇结构）。）请以苯或不超过4个碳的简单有机物为起始原料，设计一条合成cis-1,4-环己二醇的路线。要求：（1）写出关键步骤的反应式及条件；（2）简要说明如何控制羟基的顺式立体化学。4.（15分）官能团转化与保护基应用。以下是一个多步合成序列的片段，请填入缺失的试剂或产物（A-E）（每个空2分）。起始物：HO-CH₂-CH₂-CH₂-OH(1,3-丙二醇)步骤1：与对甲氧基苄氯(PMBCl)在NaH作用下反应，选择性地保护伯羟基，得到A。步骤2：A的仲羟基与对甲苯磺酰氯(TsCl)反应，得到磺酸酯B。步骤3：B在强碱（如NaH）作用下发生分子内Williamson醚合成，得到环氧化合物C。步骤4：C在酸性条件下（如PPTS,MeOH）脱除PMB保护基，得到D。步骤5：D与甲基溴化镁(CH₃MgBr)反应，然后酸性淬灭，得到最终产物E(一个三元环醚开环的醇)。请写出A,B,C,D,E的结构式。5.（15分）文献分析与改进。阅读以下关于某天然产物片段合成的简要描述（可能效率不高或不够绿色），请分析其不足之处，并提出一条你认为更优的合成路线或改进建议。原路线简述：目标片段为γ-丁内酯衍生物F。以丙烯酸甲酯和乙醛为起始原料，首先在碱性条件下进行Baylis-Hillman反应，得到α-亚甲基-β-羟基酯。随后用Jones试剂（CrO₃/H₂SO₄）将该醇氧化为酮。接着在高压（50atm）氢气下，使用昂贵的均相铑催化剂进行羰基和双键的选择性加氢还原得到二醇单酯。最后在酸性条件下关环得到内酯F。请分析：（1）原路线在“绿色化学”原则（如原子经济性、使用无害试剂、减少能耗等方面）存在哪些不足？（至少指出两点）（2）提出一种可能的方法（可以是不同反应或不同条件）来改进其中一步，并简述理由。参考答案及评分标准一、单项选择题1.C2.B3.C4.C5.B6.C7.D8.B9.A10.B二、多项选择题1.ABC2.ABCDE3.ABCE4.ABCD5.ABCE三、填空题1.伊利亚斯·詹姆斯·科里(EliasJamesCorey)2.逆合成（或转化），正向合成（或反应）3.Horner-Wadsworth-Emmons(HWE)，Peterson（烯化）4.碳-碳，碳-杂原子5.四氧化锇(OsO₄)（或高锰酸钾碱性冷稀溶液），过氧酸（如m-CPBA）后水解（或OsO₄与NMO等共氧化剂，但需指明顺序差异，标准答案为前者）6.Boc(叔丁氧羰基)，Fmoc(9-芴甲氧羰基)7.卤化物，硼酸（或硼酸酯）8.顺式（或同面），反马氏规则的（或伯）9.酸酐，酯10.高级中间体（或关键中间体）四、简答题1.基本逻辑与步骤：从目标分子出发，通过合理的“反合成转化”（包括切断、连接、重排、官能团互变、官能团添加/消除等），将其转化为一个或数个更简单、更容易获得的前体分子，如此反复，直至得到商业可得的起始原料。主要步骤：a.识别目标分子结构特征（官能团、骨架等）；b.进行反合成转化，提出前体；c.评估前体的可获得性与合成可行性；d.重复过程，构建逆合成树；e.基于逆合成树设计正向合成路线。2.汇聚式合成：将目标分子分成几个大致相等的片段（模块）分别合成，最后将这些片段连接起来。总收率优势：假设每个片段合成的步骤数为n，收率均为y，线性合成总收率为y^(3n)；若分成3个片段分别合成后连接（最后一步收率也为y），则汇聚式总收率为3*y^n（三个片段并行）*y（连接步）=3y^(n+1)。当n较大时，y^(3n)<<3y^(n+1)，汇聚式总收率显著高于线性合成。举例：合成一个30步的分子，若每步收率90%，线性总收率仅4.2%；若分成3个10步片段分别合成（收率各35%），最后一步连接（90%），则总收率约为3*35%*90%≈94.5%*35%≈33%，远高于线性。3.三种方法：(1)PCC(氯铬酸吡啶盐)或PDC(重铬酸吡啶盐)氧化；(2)Swern氧化(DMSO,(COCl)₂,然后碱)；(3)Dess-Martin高碘烷(DMP)氧化。特点示例：Swern氧化条件温和（低温），适用于对酸敏感或含有其他易氧化基团的底物，且过度氧化为羧酸的风险低。4.使用原因：在多步合成中，当反应物分子中存在多个官能团时，某些官能团可能会干扰当前所需进行的反应（如发生副反应、被破坏、或使试剂失活），因此需要暂时将其“保护”起来（转化为惰性形式），待所需反应完成后再恢复原官能团。选择原则：a.易于引入（高收率）；b.在后续反应条件下稳定；c.易于选择性脱除（高收率，条件温和）；d.保护基的引入与脱除不应产生新的手性中心或导致外消旋化；e.保护基本身不应干扰后续反应。5.一般机理框架（以钯催化为例）：a.预催化剂的活化：Pd(II)前体被还原或配体交换生成活性Pd(0)物种LₙPd(0)。b.氧化加成：Pd(0)对有机亲电试剂R¹-X（通常为卤化物或拟卤化物）进行氧化加成，生成LₙPd(II)(R¹)(X)中间体。c.转金属化：该中间体与有机亲核金属试剂R²-M（M=B,Zn,Sn等）发生转金属化反应，生成LₙPd(II)(R¹)(R²)和二价金属盐副产物。d.还原消除：LₙPd(II)(R¹)(R²)发生还原消除，生成目标偶联产物R¹-R²，并再生Pd(0)催化剂，完成催化循环。可能伴随的步骤：碱的参与（中和副产物、促进转金属化）。五、机理与合成题1.机理：步骤1：烯胺形成。\ce（环己酮与仲胺（如吡咯烷）在酸催化下形成烯胺）步骤2：烯胺烷基化。\ce（烯胺作为亲核试剂进攻卤代烷，发生SN2反应）步骤3：水解。\ce（亚胺盐中间体水解，重新生成酮和胺）2.逆合成分析：切断1（α-酮烷基切断）：TM:Ph-CH₂CH₂COCH₃切断：CH₂-CO键合成子：Ph-CH₂CH₂⁻(合成子等价物：Ph-CH₂CH₂-MgBr或Ph-CH₂CH₂-Li)和⁺CH₂COCH₃(合成子等价物：CH₃COCH₂Br或类似物)前体：Ph-CH₂CH₂-MgBr+BrCH₂COCH₃(通过格氏反应)切断2（醇的氧化切断，从切断1的前体之一衍生）：前体Ph-CH₂CH₂OH可由Ph-CH=CH₂经硼氢化-氧化得到（反马加成得伯醇）。逆合成树：Ph-CH₂CH₂COCH₃⇒Ph-CH₂CH₂-MgBr+BrCH₂COCH₃⇒(Ph-CH₂CH₂OH+Mg,Br₂/丙酮?)&(CH₃COCH₃+Br₂?)⇒Ph-CH=CH₂+(其他简单原料)正向合成路线：a.苯乙烯的硼氢化-氧化：Ph-CH=CH₂→[①BH₃·THF,②H₂O₂/NaOH]Ph-CH₂CH₂OHb.制备格氏试剂：Ph-CH₂CH₂OH→[SOCl₂]Ph-CH₂CH₂Cl→[Mg,Et₂O]Ph-CH₂CH₂MgClc.制备α-溴代丙酮：CH₃COCH₃+Br₂→[CH₃COOH]BrCH₂COCH₃d.格氏反应：Ph-CH₂CH₂MgCl+BrCH₂COCH₃→[Et₂O]Ph-CH₂CH₂CH₂COCH₃(水解后处理)（注：路线不唯一，其他合理切断与合成亦给分）3.合成设计：路线示例（以苯为起始）：a.苯的催化氢化：C₆H₆+3H₂→[催化剂，如Rh/C]C₆H₁₂(环己烷)b.自由基卤代：C₆H₁₂+Cl₂→[hv或加热]C₆H₁₁Cl(主要为一氯代产物混合物，需分离或直接利用)c.消除得环己烯：C₆H₁₁Cl→[强碱，如t-BuOK]C₆H₁₀(环己烯)d.控制顺式立体化学的关键步骤：环己烯的顺式二羟基化。C₆H₁₀→[OsO₄,NMO或KMnO₄,冷稀碱溶液]cis-1,2-环己二醇e.氧化裂解邻二醇：cis-1,2-环己二醇→[HIO₄]OHC-(CH₂)₄-CHO(己二醛)f.分子内羟醛缩合（控制顺式）：己二醛在稀碱或仲胺催化下，可发生分子内羟醛缩合，生成不饱和醛，然后还原双键和醛基。更直接的方法可能是：己二醛进行McMurry偶联（低收率）或通过Wittig/还原等步骤构建1,4-关系。更优路线（不以苯开始，以1,3-丁二烯和丙烯酸酯通过Diels-Alder反应构建环己烯骨架，再顺式二羟基化，可更好地控制取代模式，但题目要求从苯或C4以下原料）。鉴于题目要求合成cis-1,4-环己二醇（两个OH在1,4位且顺式），这是一个介晶结构，常见合成是从1,4-环己二酮选择性还原或从对苯二酚氢化得到。更合理的直接路线（非从苯）：起始：1,4-环己二酮（商业可得或由对苯二酚氧化/氢化等得到）关键控制步骤：1,4-环己二酮的不对称还原或立体选择性还原。例如，使用手性催化剂对其中一个羰基进行不对称还原，得到手性羟基酮，然后通过构象控制或定向还原第二个羰基，得到顺式二醇；或者，使用金属氢化物（如LiAlH₄）还原通常得到顺反混合物，但可通过反应条件（如螯合控制）或使用选择性还原剂（如NaBH₄在特定条件下）来富集顺式产物。最经典方法：对苯二酚催化氢化（如Rh/C在酸性条件下）可直接得到顺式-1,4-环己二醇。正向反应式示例（经典法）：HO-C₆H₄-OH(对苯二酚)+H₂→[Rh/C,H⁺(如HCl),溶剂]cis-HO-C₆H₁₀-OH(cis-1,4-环己二醇)如何控制顺式：芳香环的催化氢化通常是顺式加成到双键上，从环己二烯或苯环平面下方加氢，得到全顺式取代的环己烷产物。4.官能团转化：A:PMB-O-CH₂-CH₂-CH₂-OH(PMB=对甲氧基苄基)B:PMB-O-CH₂-CH₂-CH₂-OTsC:\cePD:HO-CH₂-C