华理有机6-9章答案

第6章有机化合物的结构解析思考题答案思考题6-1分别写出CH3Br，CH2Br2这二种化合物的同位素峰的类型及相应的峰强度的比值。答案：CH3BrM:M+2=1:1CH2Br2M:M+2:M+4=1:2:1思考题6-2比较甲苯、顺丁二烯、环己烷和乙醇分子离子的稳定性。答案：甲苯顺丁二烯环己烷乙醇思考题6-3当体系的共轭双键增多时，紫外光谱会发生什么变化，解释其原因。答案：随着共轭双键的增长，分子的π-π共轭增强，减低了π→π*跃迁所需的能量，发色团吸收波长向长波长方向移动，产生红移现象。思考题6-4CH3CN的最低能量跃迁是什么跃迁，请判断CH3CN是否有发色团。答案：CH3CN分子内最低的能量跃迁是n→π*，CN基团是发色团。思考题6-5判断2,3-二甲基-2-丁烯是否有双键的红外吸收，解释其原因。答案：2,3-二甲基-2-丁烯是一个对称性很高的分子，没有偶极距的变化，因此没有双键的红外吸收。思考题6-6比较乙酸乙酯，乙酰氯，乙酰胺三个化合物的羰基伸缩振动峰的大小？答案：乙酰氯（1800cm-1）乙酸乙酯（1735cm-1）乙酰胺（1690cm-1）习题答案习题6-1化合物A,B的质谱数据列于表中,试确定其分子式。答案：(a)C3H7NO(b)C2H3OCl习题6-2试说明2己烯质谱中m/z=41,55和84的离子峰是怎样形成的。答案：CH3CH=CHCH2CH2CH3－CH2CH3－CH2CH2CH3CH3CHCHCH2m/z=55CH3CHCH重排ababCH2CHCH2m/z=41m/z=84习题6-3试解释下列化合物λmax不同的原因,并估计哪一个化合物的k值最大。答案：共轭，ε（a）ε(b)习题6-4试计算下列化合物的λmax值。答案：(a)227nm,(b)237nm,(c)227nm,(d)232nm习题6-5图6-19(a)为正癸烷的质谱图,图6-19(b)为2,2,5,5-四甲基己烷的质谱图。试说明图(a)中m/z=83,43和图(b)中m/z=71,57的离子峰是怎样形成的。答案：43H3CCCH3CH3H2CCCH3CH3CH35771习题6-6写出分子式为C6H12，其核磁共振谱中只有一个单峰的化合物的结构式。答案：2,3-二甲基-2-丁烯习题6-7化合物C6H12O2在1749cm-1,1250cm-1,1060cm-1处有强的红外吸收，在2950cm-1以上无红外吸收。其核磁共振谱图上有两个单峰δ=3.4（3H）,1.0(9H)。请写出该化合物的结构式。答案：此化合物的结构式为1749cm-1C=O,1250，1060cm-1,印证其为酯羰基。在2950cm-1以上无红外吸收说明无不饱和氢。习题6-8图6-20为1-己烯的红外光谱图,试辨认并指出主要红外吸收谱带的归属。答案：3000～3100cm-1C=C－Hv,m2850～2950cm-1CH3,CH2v,s1620～1680cm-1C=Cv,m1430cm-1CH3δ910～1000cm-1－C=C－Hδ习题6-9如何用1HNMR区别顺-和反-1-溴丙烯两个异构体。答案：偶合常数不同，反式偶合常数较大习题6-10图6-21为1,1,2-三氯乙烷的1HNMR图(300MHz)。试指出图中质子的归属,并说明其原因。答案：5.7~5.8的三重峰为a（C原子上连有两个氯原子，诱导作用大，产生低场位移，相邻碳上两个氢原子，出现三重峰，从积分高度判断只有一个氢原子）；3.9~4.0的双峰为b（C原子上连有一个氯原子，诱导作用较小，产生较高场位移，相邻碳上一个氢原子，出现双峰，从积分高度判断有两个氢原子）习题6-11题略答案结构式：吸收峰峰强度对应基团峰裂分相邻基团信息δ=16两个CH3二重峰CH(CH3)2δ=3.42CH2二重峰CH2CH偏向低场吸电子基团δ=2.41单峰OHδ=1.0-2.01多重峰CH2CH(CH3)2HOCH2CHCH3CH3第7章芳烃及非苯芳烃思考题答案思考题7-1苯具有什么结构特征?它与早期的有机化学理论有什么矛盾?答案：苯分子具有高度的不饱和性，其碳氢比相当于同分子量的炔烃，根据早期的有机化学理论，它应具有容易发生加成反应、氧化反应等特性。但事实上，苯是一种高度不饱和却具异常稳定性的化合物。因此，要能够很好地解释这一矛盾是当时有机化学家所面临的重大挑战。[知识点：苯的结构特征]思考题7-2早期的有机化学家对苯的芳香性认识与现代有机化学家对苯的芳香性认识有什么不同?答案：早期的有机化学把那些高度不饱和的苯环类结构并具有芳香气味的化合物称为芳香化合物，这些化合物所具有的特性具称为芳香性。随着对事物认识的不断深入，人们已经意识到，除了苯环以外还有一些其他类型的分子结构也具有如苯一样的特别性质。现在仍然迫用芳香性概念，但其内涵已超出了原来的定义范围。现在对芳香性的定义为：化学结构上环状封闭的共轭大π键，不易被氧化，也不易发生加成反应，但是容易起亲电反应的性质。[知识点：苯的芳香性]思考题7-3关于苯分子的近代结构理论有哪些?其中,由Pauling提出的共振结构理论是如何解释苯分子结构?答案：现代价键理论：苯分子中的六个碳原子都以sp2杂化轨道和相邻的碳和氢原子形成σ键，此sp2杂化轨道为平面其对称轴夹角为120°，此外每个碳原子还有一个和平面垂直的p轨道，六个p轨道相互平行重叠形成了一个闭合共轭体系。分子轨道理论：基态时，苯分子的六个π电子都处在成建轨道上，具有闭壳层电子结构。离域的π电子使得所有的C-C键都相同，具有大π键的特殊性质因此相比孤立π键要稳定得多。Pauling提出的共振结构理论：苯的每个1，3，5-环己三烯都是一种共振结构体，苯的真实结构是由这些共振结构式叠加而成的共振杂化体。【知识点：苯近代结构理论】思考题7-4什么是休克尔规则?如何利用休克尔规则判别有机分子的芳香性?答案：休克尔规则：单环化合物具有同平面的连续离域体系，且其π电子数为4n+2,n为大于等于0的整数，就具有芳香性；如果π电子数为芳香性，符合4n，为反芳香性，非平面的环状共轭烯烃则为非芳香性。【知识点：休克尔规则】思考题7-5为什么有些有机分子的π电子数符合4n+2规则但却不具备芳香性？答案：有些有机分子如[10]轮烯，其π电子为10，满足4n+2规则，但无芳香性。其原因在该分子内由于空间拥挤，整个分子不共平面影响共轭，故无芳香性。具有芳香性必须是共轭的平面分子。【知识点：休克尔规则应用条件】思考题7-6什么是亲电取代反应?为什么苯环上容易发生亲电取代反应而不是亲核取代反应?答案：缺电子或带正电的亲电试剂进攻电子给予体（如苯）所发生的取代反应叫亲电取代反应。由于苯环具有高度离域的大π键，苯环上下都被离域的π电子所笼罩，因此，苯成为良好的电子给予体，极易与缺电子或带正电荷的原子或基团发生亲电取代反应。【知识点：苯环亲电取代反应】思考题7-7什么是傅-克反应？傅-克烷基化反应和傅-克酰基化反应有什么区别？答案：傅克反应即在无水三氯化铝的催化下，芳环上的氢被烷基或酰基取代的反应。在烷基化反应中，易发生分子重排；在酰基化反应中，无分子重排，但由于其反应产物酮会与催化剂三氯化驴发生络合，因此酰基化反应的三氯化铝必须过量。【知识点：傅克反应】思考题7-8发生在苯环上的亲电取代反应历程中有哪些过渡态?如何通过共振结构式解释苯环上发生亲电取代反应时的定位效应？答案:苯环上的亲电取代反应要经历π络合物和σ络合物的中间态。苯环亲电取代中间体的共振式有三种，当含有邻对位定位基时，由共振式可看出只有取代基在邻对位时，此定位基的推电子效应使得与它相邻的碳原子上的正电荷密度降低而变得稳定。相反，含有间位定位基时，其吸电子效应，使邻、对位电子密度下降，相对而言，间位的电子密度要高一些，从而使间位及容易发生亲电取代反应。【知识点：苯环取代定位规则】思考题7-9为什么萘在低温下发生磺化反应主要产生α-萘磺酸而在高温下反应主要产生β-萘磺酸?答案：由于磺酸基的体积较大与异环α-H会产生空间位阻效应，在低温时，分子内的原子振动程度较低，其位阻效应不明显，有利于在活性大的α位生成α-萘磺酸，但在高温时，位阻效应起主要作用，此时容易生成β-萘磺酸。【知识点：萘的磺化反应】思考题7-10具有取代基的萘在什么情况下发生同环取代?在什么情况下发生异环取代?答案：若萘环上的原有取代基是邻对位的活化取代基，由于其对所在环的活化作用，使得第二个取代基发生同环亲电取代。若原有取代基是间位的钝化取代基，则会发生异环取代。【知识点：萘环的取代规则】思考题7-11为什么奥(草头奥)具有芳香性？请说明在奥分子结构中为什么其中的五元环更容易发生亲电取代反应？其中的七元环更容易发生亲核取代反应？答案：奥分子中有10个π电子，符合4n+2规则，具有芳香性。其中，五元环是在5个原子上6个π电子形成的大π键；其电子云密度大，易发生亲电取代反应，七元环是由7个原子上的6个π电子形成的大π键，显然，其电子云密度小，更容易发生亲核取代反应。【知识点：噢分子结构】思考题7-12为什么[10]轮烯和[14]轮烯虽然符合休克尔规则，但却不具有芳香性？答案：由于环内氢原子之间强烈的排斥作用，使它们不能在同一平面很好地参与共轭。【知识点：轮烯的芳香性】思考题7-13请用休克尔规则解释呋喃、噻吩、吡咯和吡啶的芳香性。答案：呋喃、噻吩、吡咯由于杂原子上的未共用电子对参与环的共轭体系，有六个π电子，符合4n+2规则。吡啶上的氮原子上的孤对电子没有参与环上的共轭体系，是与苯相似的六π电子体系。【知识点：杂环芳香性】思考题7-14请说明与苯相比为什么五元杂环更容易发生亲电取代反应？答案：五元杂环是由六个π电子分布在五个原子上形成的大π键，，六元环是六个π电子分布在六个原子上，相比之下五元环的电子密度要比六元环大，更有利于亲电取代反应。【知识点：五元杂环结构】思考题7-15为什么吡啶更容易发生亲核取代反应？答案：在吡啶共轭体系中，会有6个π电子，满足4n+2规则，具有芳香性。由于氮原子的电负性比碳原子电负性大，因此，氮原子上的电子云密度要高一些，而环上其他碳原子上的电子密度显得小，所以，六元杂环吡啶属于缺电子芳杂环。缺电子芳杂环有利于亲核取代反应。【知识点：六元杂环结构】思考题7-16虽然吡啶和吡咯都是含氮原子的杂环化合物，但是吡啶的碱性要强得多，为什么？答案：吡咯由于氮原子上的未共用电子对参与环的共轭体系，氮原子上的电子云密度降低，吡啶分子氮原子上的孤对电子没有参与环上的共轭体系，对质子有较强的结合力，故其碱性较强。【知识点：杂环酸碱性】习题答案7-1写出分子式为C9H12的单环芳烃所有异构体，并命名之正丙苯异丙苯2-甲基乙苯3-甲基乙苯CHCH3CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH34-甲基乙苯1,2,3-三甲苯1,2,4-三甲苯7-2写出下列化合物的构造式。（1）对溴硝基苯（2）间碘苯酚（3）对羟基苯甲酸（4）2,4,6-三硝基甲苯（5）对氯苄氯（6）3,5-二硝基苯磺酸（7）β-萘胺（8）β-蒽醌磺酸（9）９-溴菲（1）BrNO2（2）OHI（3）OHCOOH（4）CH3NO2NO2O2N（5）CH2ClCl（6）NO2SO3HO2N（7）H2N（8）OOSO3H（9）Br7-3命名下列化合物（1）H2C(2)CHCHCH(CH3)2(3)CCHCH3CHCH2（4）H3CNO2NH2(5)ClSO3H(6)OO答案：（1）二苯甲烷（2）3-甲基-1-环己基-1-丁烯（3）1-甲基-1-苯基-1,3-丁二烯（4）4-甲基-2-硝基-苯胺（5）5-氯-2-萘磺酸（6）蒽醌7-4以构造式表示下列各化合物经硝化后可能得到的主要一硝基化合物(一个或几个):（1）BrHNO3H2SO4BrNO2BrNO2（2）NHCOCH3HNO3H2SO4NHCOCH3NO2（3）CH2CH3NO2CH2CH3HNO3H2SO4CH2CH3NO2（4）COOHH