高中化学竞赛题--单手性旋光异构

中学化学竞赛试题资源库——单手性旋光异构A组1．在有机物分子中，当碳原子连有4个不同的原子或原子团时，这种碳原子称为“手性碳原子”，凡具有一个手性碳原子的化合物一定具有光学活性。例如，右下图所示有机物含有一个手性碳原子，具有光学活性。当发生下列化学变化，生成的新有机物无光学活性的是A与新制银氨溶液共热B与甲酸在一定条件下发生酯化反应C与金属钠发生置换反应D与氢气发生加成反应2．在下列有机物中，若某个碳原子边连接着四个不同的原子或原子团，这种碳原子称为“手性碳原子”。凡有一个手性碳原子的物质一定具有光学活性。已知右面给出的物质具有光学活性，发生下列反应后生成的有机物无光学活性的是A与甲酸发生酯化反应B与NaOH水溶液共热C与银氨溶液作用D在催化剂存在下与氢气作用3．2001年诺贝尔化学奖被美国的诺尔斯、夏普雷斯和日本的野依良治获得，他们发现了某些手性分子可用作某些化学反应的催化剂，为合成对人类有用的重要化合物开辟了一个全新的研究领域。在有机物分子中，若某个碳原子连接4个不同的原子或基因，则这种碳原子称为“手性碳原子”，如CH3ClHC2H5C。在烷烃的同系物中，含有手性碳原子，且碳原子数最小烷烃是AC5H12BC6H14CC7H16DC8H18左右手互为镜像，许多分子也有如同左右手的关系（互为不能重叠的镜像），组成和结构相同而只是手性不同的一对分子称为对映异构体，各占50％时的对映体的混合物称消旋体生命体特别钟爱手性分子，生命作中最大量的物质蛋白质、糖、核菩酸都有手性。许多药物也具有手性，然而，用传统方法合成手性药物经常同时得到一对消旋体，这一对化合物中只有一个有药效，另一个或毫无药效或有毒副作用．1984年，野依良治发明了一种手性催化剂，成功地合成了跟天然薄荷中的提取物分子的手性完全相同的薄荷醇，且生产规模已达到每年1.20kt题中所给的是从天然薄荷中提取出来的一种有机物（X）的结构简式，标有“*”是手性碳原子根据以上材料。回答下列2小题。4．关于X的说法不正确的是AX滴加溴水、酸性高锰酸钾溶液，都能由于发生化学反应而褪色B1molX分子最多可以跟3molH2发生加成反应C天然薄荷中提取的X是消旋体DX不能发生银镜反应5．X分子有多个同分异构体，若不考虑手性异构体，试分析具有酚结构的同分异构体种数A12种B4种C3种D多于12种6．2001年诺贝尔化学奖被美国的诺尔斯、沙普雷斯和日本的野依良治获得，以表彰他们发现某些被称为手性的分子可以用来加速并控制化学反应的创造性工作。在有机物分子中，若某碳原子连接四个不同的原子或基团，则这种碳原子称为“手性碳原子”。例如：中*C就是手性碳原子。含“手性碳原子”的物质通常具有不同的光学特征（称为光学活性）。（1）据报道最新合成的有机物A为：具有光学活性，若要使A失去光学活性，可将A与浓硫酸共热，使变为：列出可采用的其他方法（最少列举三种方法）①______________________________；②______________________________；③______________________________；④______________________________；（2）某有机物B的化学式为C3H7NO2，B既能与强酸溶液反应，又能与强碱溶液反应。且B具有光学活性。则B的结构简式为；已知二分子B在一定条件下生成环状化合物C，则C的结构简式为；若B能在一定条件下生成高分子化合物D，写出B形成D的化学方程式：7．2001年诺贝尔化学奖被美国的诺尔斯、夏普雷斯和日本的野依良治获得，他们发现了某些手性分子可用作某些化学反应的催化剂，为合成对人类有用的重要化合物开辟了一个全新的研究领域。在有机物分子中，若某个碳原子连接4个不同的原子或基因，则这种碳原子称为“手性碳原子”，如。若同一个碳原子上连着2个碳碳双键（如C＝C＝C）时，极不稳定，不存在。某链烃C7H10的众多同分异构体中：（1）处于同一平面上的碳原子数最多有。A6个B5个C7个D4个（2）含有“手性碳原子”，且与足量H2发生加成反应后仍具有“手性碳原子”的有5种。它们的结构简式除以下3种外，还有、。①②③（3）含有“手性碳原子”，但与足量H2发生加成反应后，不具有“手性碳原子”的结构简式是。8．2001年10月10日，诺贝尔化学奖授予美国科学家巴里·麦普莱斯、威廉·诺尔斯和日本科学家野依良治，以表彰他们在“手性催化氢化反应”和“手性催化氧化反应”领域所作的贡献。在有机物分子中，如果一个碳原子连接4个互不相同的原子或原子团，该碳原子就是手性碳原子。只有一个手性碳原子或几个不相同手性碳原子的物质就可能具有光学活性。（1）有机物A的分子式为C5H9Cl，它和H2发生下面的变化：A（有光学活性）2HB（无光学活性），那么A的结构简式是。（2从在一定条件下会发生消去反应（指从分子中脱去1分子HCI）生成有机物C。已知C分子中所有碳原子都连有氢原子；用1molC和1molBr2发生加成反应时，产物有多种可能。请分别写出C与等物质的量的溴加成的产物可能的结构，并在后面注明“有”或“无”光学活性：（a），（光学活性）（b），（光学活性）（c），（光学活性）9．在分子结构中，当a、b、x、y为彼此互不相同的原子或原子团时，称此分子为手性分子、中心原子为手性碳原子，在特殊的光学仪器中，常表现出旋光性。现有旋光性的物质A（分子式为C10H12O3）能溶于稀碱溶液，且能发生碘仿反应（有机分析中碘仿反应应用于鉴别一COCH3或一CHOHCH3原子团的存在）。鉴定过程表示如下：已知：（1）写出结构简式：A．B．C．D．（2）写出D→E的化学反应方程式：。10．有机化学中常用各种投影式表示分子中各个原子的空间关系。下面是D和L－甘油醛的Fischer投影式（图中A式和B式），它们表示如果以2－位碳原子为中心，放在纸平面上，则该碳原子分别向纸后方向连接了CHO和CH2OH，向纸前方向连接了H和OH请特别注意，横线表示向前，竖线表示向后。A式和B式非常相似，互为镜像，但不能叠合，恰如左右手的关系。所以它们互称为对映异构体。2－位碳原子就称为手性碳原子。≡≡请指出下面①式～⑥式，哪几个跟（A）式是完全相同的，哪几个跟（B）式是完全相同的（以结构式的编号填空）。①②③④⑤⑥答：跟（A）式相同的有；跟（B）式相同的有。11．某具有五元环的化合物（C），分子式C6H10，催化加氢后可得到化合物（D），分子式C6H12。（C）有手性，（D）没有。请写出（C）的所有可能结构式，用*号标示其手性碳原子。B组12．下列具有对映异构体的有机物是①CH3CH(OH)COOH②CH3CH(OH)CHO③－CH(OH)CH3④HOCH2CH(OH)CHOA只有①B只有②C①和②D①②③④13．下列分子中构型与相同的是ABCD14．下列构型式是S的是ABCD15．下列说法中不正确的是A具有对称轴的化合物，一定没有旋光性B具有对称面的化合物，一定没有旋光性C具有对称中心的化合物，一定没有旋光性D具有Sn轴（n＞0）的化合物，一定没有旋光性16．具有下列结构式的分子中，没有手性的是ABCD17．CH4分子为正四面体结构，若CH4分子中的氢原子能被F、Cl、Br、I四种卤原子取代，那么所得卤代烃有多少种？A68B69C70D7118．如果CH4分子中的氢原子能被F、Cl、Br、I四种卤原子取代，那么所得卤代烃有______种，其中具有光学活性的有种。19．请写出链烷烃（CnHn＋2，n为整数）中分子量最小的实验式，它至少有一个构造异构体具有旋光性。20．试写出CH3－CH2CH3的一氯取代物的所有异构体。21．对下列每种分子、离子，判定其有何种对称要素存在。在答卷相应直行中用√表示对称要素存在，×表示不存在。在旋光性直行下用√或×表明各物有无旋光性。ACH3CH(OH)COOHBCH2＝C＝CHClCDEFGHIJtrans[Pt(C6H5NH2)2(NH3)2]2＋2Cl－22．沙利度胺（thalidomide）商品药名为“反应停”，它的结构式为：在20世纪60年代曾用此药的消旋体作缓解妊娠反应药物，一些服用这种外消旋药物的孕妇产生畸形婴儿。后来研究表明，该药的两种对映体中只有R构型对映体具有镇静作用，而S构型对映体则是一种强烈致畸剂。这种R和S混合的消旋药物造成了不少悲剧。试作图画出这种药物的R构型和S构型的立体结构。23．有一个旋光性的醇C8H12O（Ⅰ），催化加氢后得到不旋光性的醇C8H14O（Ⅱ），试写出（Ⅰ）和（Ⅱ）的构造式。24．有关手性分子的系列问题：材料一：R、S标记法，它是根据手性碳原子所连四个不同原子或基团在空间的排列顺序标记的。例如：根据投影式判断构型，首先要明确，在投影式中，横线所连基团向前，竖线所连基团向后；再根据“次序规则”排列手性碳原子所连四个基团的优先顺序（用“＞”表示优于），在上式中：－Br＞－COOH＞CH2－CH3；将最小基团氢原子作为以碳原子为中心的正四面体顶端，其余三个基团为正四面体底部三角形的角顶，从四面体底部向顶端方向看三个基团，或者说，站在最小原子的对面观察其余三个基团的排列顺序，从最优基团开始，顺时针为R，逆时针为S。在上式中，从－Br－COOH－CH2－CH3为顺时针方向，因此投影式所代表的化合物为R构型，它的对映体即为S构型。材料二：自然界里有很多手性化合物，但我们了解的很少，手性化和物与我们的日常生活息息相关。这些手性化合物具有两个异构体，它们如同实物和镜像的关系，通常叫做对映异构体。对映异构体很像人的左右手，它们看起来非常相似，但是不完全相同。我们研究它的目地是为了更加清楚的了解它和认识它。当一个手性化合物进入生命体时，它的两个对映异构体通常会表现出不同的生物活性。皇家科学院宣布将2001年诺贝尔化学奖奖金的一半授予美国科学家威廉·诺尔斯与日本科学家野依良治，以表彰他们在“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；奖金另一半授予美国科学家巴里·夏普莱斯，以表彰他在“手性催化氧化反应”领域所取得的成就。很明显手性化合物的研究成为当今化学领域中最前卫的话题。（1）雌酮激素是最早从尿内取得的一个性激素，自30年代分离提纯后，人工合成雌酮激素一直是合成工作者的一项重要课题。它具有下列的结构，含有一个芳环的甾族碳架。根据图中编号，写出分子中含有的手性中心；（2）对于手性药物，一个异构体可能是有效的，而另一个异构体可能是无效甚至是有害的。以前由于对此缺少认识，人类曾经有过惨痛的教训。例如德国一家制药公司在上世纪五十年代开发的一种缓解妊娠反应的药物：“反应停”（R和S构型混用），药效很好，但很快发现服用了反应停的孕妇生出的婴儿很多是四肢残缺。虽然各国当即停止了反应停的销售，但已经造成了数以千计的儿童畸形。后来发现反应停中只有R构型具有镇静作用，而S构型有强烈致畸作用。所以我们要把有益的物质从它的物质结构中分离出来。很明显，研究手性化合物对于科学研究以及人类健康有着重要意义。“反应停”学名沙利度胺，结构式如右：试作图画出这种药物的R构型和S构型的立体结构（3）某萜烯醇A（C10H18O）经选择性氧化得到的产物是一个十碳原子的醛，或是一个十碳原子的羧酸；A与二摩尔的溴反应，生成一个四溴化合物，分子式为C10H18OBr4（B）；A经臭氧解、氧化反应后，生成下述三个化合物：化合物A也能与氢溴酸（HBr）反应，生成几种化合物，包括分子式为C10H17Br的两个开链的溴化物。①画出化合物A的结构；②画出化合物B的结构，它只有一种结构吗？为什么？③画出分子式为C10H17Br的两个开链溴化物的结构（请选择具有光学活性的标明手性碳原子）25．某化合物A（C5H11Br）有光学活性，A能和NaOH水溶液共热后生成B，B在室温下易被KMnO4氧化，又能和Al2O3共热生成C（C5H10）。C经K2Cr2O7（H＋）作用后生成丙酮和乙酸。（1）写出A、B、C的可能结构式；（2）写出除C以外，分子式为C5H10的所有可能异构体（包括立体异构