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基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)機(jī)理題強(qiáng)化訓(xùn)練89題(含答案)
1螺戊烷在光照條件下與氯氣反應(yīng)是制備氯代螺戊烷的最好方法。
Cl
2Cl
light
解釋在該反應(yīng)條件下,為什么氯化是制備這一化合物的如此有用的方法并寫出反應(yīng)歷程。
解:
.H
Cl.
該反應(yīng)條件下螺戊烷氯化是自由基反應(yīng),形成圖示的平面型或近似于平面型的自由基中間
體,中心碳原子為sp2雜化,未參與雜化的p軌道只有一個未配對電子,垂直于三個sp2雜化軌
道,并被另一個環(huán)丙烷的彎曲鍵所穩(wěn)定,活化能低,反應(yīng)速度快,是制備該化合物有效的方法。
鏈引發(fā):
light
Cl2Cl.
2
鏈傳遞:
..
Cl++HCl
Cl
.+ClCl+Cl.
鏈終止:
.
2ClCl2
..Cl
Cl+
2.
2解釋:甲醇和2-甲基丙烯在硫酸催化下反應(yīng)生成甲基叔丁基醚CH3OC(CH3)3(該過程
與烯烴的水合過程相似)。
+..H
H
+CH3OH+
O+-HO
CHCH
解:33
3下面兩個反應(yīng)的位置選擇性不同
1
HCl
HCl(CHOCHClCH
CFCH=CHCFCHCHCl2)CH3OCH=CH233
(1)32322
解:
+
三氟甲基是強(qiáng)吸電子基,存在強(qiáng)的–I效應(yīng)。生成穩(wěn)定中間體碳正離子CF3CH2CH2。
δ+δ–δ–
連在烯鍵上的甲氧基存在強(qiáng)的+C、弱的–I效應(yīng),即CH3OCH=CH2,氫離子進(jìn)攻CH2
+
,得到中間體碳正離子CH3OCHCH3也較穩(wěn)定。
4
+
H3O
解兩次親電加成,第一次是氫離子加到烯鍵上,第二次是分子內(nèi)加成(碳正離子加到烯鍵
上),每次都生成較穩(wěn)定的碳正離子。
88
8
642
+6++
H471-H
7+3
5763
32554H
1H2
1
5
COCH
23CO2CH3
Hg(OAc)2
AcOHg
解+HgOAc對烯鍵親電加成后,接著經(jīng)過一系列親電加成,再失去氫離子,得最終產(chǎn)物.
COCHCOOCH3
23CO2CH3
++
HgOAc
Hg
+
HgOAc
OAc
COOCH3
-H+
Hg
OAc
6
Cl
HCl
2
解碳正離子1發(fā)生重排。不重排的產(chǎn)物是1-異丙基-1-氯環(huán)己烷。本題碳正離子重排由氫
遷移造成。
+-
H+Cl
Cl
1
-
ClCl
++
H
1
7
HCl
Cl
解
發(fā)生碳正離子重排。第一步得到的碳正離子已是叔碳正離子,但分子中有五元環(huán)。重排時,
碳正離子α-位環(huán)戊基的一條鍵帶一對電子移到碳正離子上,生成六員環(huán)(1,2-遷移,碳正離
子是1-位,2-位基團(tuán)遷到1-位上)。
-
+Cl
++
HCl
8
H2SO4
解環(huán)外雙鍵在質(zhì)子酸催化下易重排為熱力學(xué)更穩(wěn)定的環(huán)內(nèi)雙鍵。
加上的氫
+++
HH-H
H
原來的氫
9
BrO
2Br
CH2=CHCH2CH2CH2OH
解
H
+
OHBrBr+..+-HO
OHO
BrBr
-Br-
Br
3
10解釋乙烯和異丁烯加溴各經(jīng)過不一樣的中間體
乙烯加溴得到溴翁離子,其穩(wěn)定性大于開鏈的伯碳正離子。
BrBrBrBr+
Br+
Br
異丁烯CH2=C(CH3)加溴后得到的開鏈?zhǔn)逄颊x子穩(wěn)定。
+-
BrBrBrBr
Br
Br
11解釋:環(huán)戊二烯在室溫時生成一個不帶雙鍵的聚合物,加熱后又生成環(huán)戊二烯單體。
+
環(huán)戊二烯室溫下很容易二聚(Diels-Alder反應(yīng)),得到的產(chǎn)物有雙鍵,還可與環(huán)戊二烯反應(yīng),
這樣得到的聚合物只有單鍵。Diels-Alder反應(yīng)可逆,加熱時解聚。
2nn
n
12解釋:3-溴環(huán)己烯和HBr反應(yīng)生成一個產(chǎn)物反-1,2-二溴環(huán)己烷,而3-甲基環(huán)己
烯同樣反應(yīng)后生成四個產(chǎn)物順-和反-1-溴2-甲基環(huán)己烷及順-和反-1-溴-3-甲基環(huán)己烷。
解:
氫離子加到烯鍵的1-位碳原子時,正電荷在溴原子的β-位,溴孤對電子向碳正離子靠近可
以形成穩(wěn)定的環(huán)狀溴翁離子,接下去溴負(fù)離子對溴翁離子進(jìn)攻,得到反-1,2-二溴環(huán)己烷。
Br
BrBr:-
H++Br
Br
+Br
3-甲基環(huán)己烯與氫離子加成,得到兩種碳正離子穩(wěn)定性差不多,碳正離子平面結(jié)構(gòu),溴負(fù)離
子可從環(huán)上下方進(jìn)攻碳正離子,故可得4種產(chǎn)物。
CH
CH+CH3CH3
3H-3
Br+
+
BrBr
CH
CH+CH3CH3
3H-3
Br+
+
Br
Br
134R-甲基己烯與HBr反應(yīng)后生成不等量的2S,4R-2-溴-4-甲基己烷和2R,4R-2-溴-4-甲基
己烷。
4
解:
RR
EtEtEtEt
+
HHCH-HCHH3CH
H3CH3Br3
+
CHCHCH2
CH222
+HBrBrH
CH3R
CH3S
B
A
溴負(fù)離子進(jìn)攻平面三角形碳正離子,從位阻小的氫原子一側(cè)容易些,所以得到產(chǎn)物以A占優(yōu)
勢。
14解釋:在相同反應(yīng)條件下,乙烯、丙烯和2-甲基丙烯發(fā)生水合反應(yīng)的相對速率分別是1、
1.6×106及2.5×1011。
解:
H+
HCCH+
22H3CCH2
H++
HCCCHHCCHCH
3H233
H3CH+CH3
CH+
2H3C
H3CCH
3
因?yàn)榉磻?yīng)中間體分別是伯碳正離子,仲碳正離子,叔碳正離子,穩(wěn)定性依次增大。
15
+
NMe2
OH2SO4
+NMe2
NH
HN
H
解:
H
++
OHO
NMeNMeN
22H
HH
..
+
NMeNMe
22NMe2
+-
+-H-OH
NN
HN
HOHHOHH
16
苯肼與丁酮在Fischer吲哚合成法條件下反應(yīng),生成兩個吲哚異構(gòu)體,給出它們的結(jié)構(gòu)并解
釋原因。
5
解:丁酮羰基兩側(cè)都有α–氫,在Fischer吲哚合成法中都可用于成環(huán),所以產(chǎn)物有兩種異
構(gòu)體1和2。
CH3
CH3CH3
H2CCH3
HCCH++
23HHH
OHOAcCH3
heatN重排
NH2N
NNHNH
HHH
HCHCCH
33H3
HHCH+
H3-NH
CH34
CH3CH
+H3CH
+HN3
N+NHN
NHHNHHN2
2H1H
H
H
C2H5H
H2CH
HCCH+
225+HH
OHOAcHC2H5
NHheatN重排
2NN
NHNH
HHH
HH
HH
HHHH+
C2H5-NH
C2H5CH4
+25CH
+HH25
NN+NH
NHHNHHN2N
2H2H
H
17請比較α-皮考啉和β-皮考啉硝化反應(yīng)活性并說明原因,給出硝化反應(yīng)的主要產(chǎn)物。
解:
吡啶親電取代反應(yīng)發(fā)生在β-位。α-皮考啉硝化中間體的共振結(jié)構(gòu)中,1和2有給電子基甲基
連在碳正離子上的結(jié)構(gòu),比較穩(wěn)定;β-皮考啉硝化中間體無這種穩(wěn)定共振結(jié)構(gòu)。所以前者
反應(yīng)活性大。
NOON
HNO322
+
CHHSO
N324NCHNCH
33
CHCH
3O2N3
HNO3
NHSO
24N
6
HHH
+NO+NO
NO2NO222
+
+
NCH3
NCH3NCH3NCH3
1
HHH
ON+ON
2O2N2
or
++
NCHNCH3
3NCH3
2
NONO
22NO
++2
CHHCH3
NO2HCH3H3
+
NCH+N
3NN
18吡啶N-氧化物的芳香族親電取代反應(yīng)通常發(fā)生在4-位,而不是3-位,從碳正離子的穩(wěn)
定性解釋其原因。
解因?yàn)橛H電試劑進(jìn)攻吡啶N-氧化物4-位得到的碳正離子中間體,所有原子全部滿足8電子
構(gòu)型的極限式1參與共振,比較穩(wěn)定,對雜化體貢獻(xiàn)最大,進(jìn)攻3-位得到的碳正離子中間體沒
有這種穩(wěn)定的極限式,所以吡啶N-氧化物親電取代在4-位發(fā)生而不在3-位發(fā)生。
E
E
EH
H+
+-H
E++
[]
+++N
NN-
NO
-O-O1
O
19喹啉在進(jìn)行硝化反應(yīng)時會生成兩個不同的單硝化產(chǎn)物,給出它們的結(jié)構(gòu)并解釋原因。
解:
喹啉是苯環(huán)和吡啶環(huán)稠合,氮的電負(fù)性使吡啶環(huán)電子云密度比苯環(huán)小,親電取代反應(yīng)發(fā)生在
苯環(huán)上,酸性條件下氮接受質(zhì)子后更是如此。喹啉硝化時,硝酰正離子進(jìn)攻5-或8-位碳,
各有兩個保留吡啶環(huán)系的穩(wěn)定極限式參與共振;硝酰正離子進(jìn)攻6-或7-位碳,各只有一個
保留吡啶環(huán)系的穩(wěn)定極限式參與共振。硝酰正離子進(jìn)攻5-或8-位碳得到的中間體正離子穩(wěn)
定,過渡態(tài)勢能低,所以硝化產(chǎn)物是5-硝基喹啉和8-硝基喹啉。
7
ONHONHNO2
+22
+
NO2+-H
+[]
+++
NNNN
HHH
+++
NO2-H
[]
+++
N+NNN
HO2NHON
H2HHNO2
20給出4-氯吡啶與甲醇鈉反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu),并用箭頭描述該反應(yīng)機(jī)理,包括所有的中間
體。
解
ClCl
ClClOMe
OMe
--OMeOMe-
OMe--Cl
-
NNNN
N
214-溴吡啶與3-溴吡啶哪個可與酚基負(fù)離子發(fā)生取代反應(yīng)?給出產(chǎn)物結(jié)構(gòu)并解釋原因。
解:
-
O
Br
NO
N
機(jī)理:
BrBr
BrBrOPh
OPh
--OPhOPh-
OPh--Br
-
NN
NNN
1
反應(yīng)實(shí)質(zhì)是親核加成-消去。酚基負(fù)離子與4-溴吡啶反應(yīng)的中間體負(fù)離子有一種負(fù)電荷在氮
原子上的穩(wěn)定極限式1參與共振,負(fù)離子穩(wěn)定,過渡態(tài)勢能低,所以酚基負(fù)離子與4-溴吡
啶易反應(yīng)。酚基負(fù)離子與3-溴吡啶的反應(yīng)中間體負(fù)離子沒有這種穩(wěn)定極限式,所以兩者不
易反應(yīng)。
22解釋下列反應(yīng)過程:
NBSBr
解
8
.
CH2CHBr
NBS2
.
23(S)-3-甲基己烷進(jìn)行自由基溴代反應(yīng)主要生成一個非光學(xué)活性的3-溴-3-甲基己烷,從中
你可以得出什么有關(guān)自由基中間體的結(jié)構(gòu)信息及反應(yīng)過程。
解:
EtEtEt
Br2
HMeBrMe+MeBr
Pr-nlight
Pr-nPr-n
Et
.
-nMe
因?yàn)楫a(chǎn)物為外消旋體,無光學(xué)活性,可以知曉此反應(yīng)中間體自由基Pr有平面結(jié)構(gòu)。
24解釋3-溴-1-丁烯和1-溴-2-丁烯和NaOCH3/CH3OH反應(yīng)有相同的反應(yīng)速率和產(chǎn)物
組成。
解:
--
Br-Br-Br
++
Br
NaOCH
3/CH3OH
O+
O
中間體碳正離子存在共振,產(chǎn)物為CH3OCH2CH=CHCH3以及CH2=CHCH(OCH3)CH3
25解釋全氟叔丁基氯(CF3)3CCl很難進(jìn)行親核取代反應(yīng)。
解
因?yàn)槿谆菑?qiáng)吸電子基,如果該氯代烴進(jìn)行SN1反應(yīng),得到的碳正離子會很不穩(wěn)定;如
果進(jìn)行SN2反應(yīng),三個三氟甲基位阻又大。所以進(jìn)行SN1,SN2反應(yīng)都很困難。
26解釋光學(xué)純的Z-4-氯-2-戊烯受熱時發(fā)生消旋化。
解
9
.
heat.Cl
HClHCl+ClH
-Cl.
CHHCH3CHCH
333
27以2-戊烯為原料和NBS反應(yīng)來制備1-溴-2-戊烯的合成路線是否可行,為什么?
解:
.
CHCHCHCHCH
不可行,反應(yīng)將主要得到4-溴-2-戊烯。因?yàn)橹虚g體33
較·CH2CH=CHCH2CH3穩(wěn)定。
Br.
.
.
BrBrBr
.
-HBr-Br.
Br
28CH3CH=CHCH=CHCH2Cl發(fā)生水解反應(yīng)能生成幾個產(chǎn)物?它們的相對比例如何?
解:
-
-Cl+++
Cl
---
OHOHOH
OHOH
OH
123
2較少,因?yàn)樗鼰o共軛烯鍵。3中間體碳正離子最穩(wěn)定(既是烯丙,又是仲),所以3比1
稍多。
29解釋R-3-溴環(huán)己烯和溴加成后生成兩個產(chǎn)物,一個有光學(xué)活性,另一個無光學(xué)活性。
解
BrBr
BrBr-
BrBrBrBr
Br+
-Br-
+
BrBrBr
1
2
產(chǎn)物1有光學(xué)活性,2無光學(xué)活性(有對稱面)。
10
30解釋將2-或3-氯戊烷置于溶解有ZnCl2的濃鹽酸中都得到2:1的2-和3-氯戊烷的混合物
解:
++
CHCHCHCHCHCHCHCHCHCH
碳正離子重排,3223(1)重排為3223(2),同樣(2)重排為(1),
(1)因5根C-H鍵參與σ-p共軛,比(2)4根C-H鍵參與σ-p共軛多點(diǎn),更穩(wěn)定,所以
得到2-氯戊烷比3-氯戊烷多。
Cl
-Cl-+
+
2
H
1-
Cl
Cl
31解釋Z-1,2-二氯乙烯消除氯化氫的反應(yīng)速度比E-式異構(gòu)體快。
解:
H
HCl
B-
HCl-BH
-
-ClCl
Z-1,2-二氯乙烯,氫與氯處于反式共平面,所以易消除氯化氫。E-1,2-
二氯乙烯被消除的氫與氯不處于反式共平面,所以難消除些。
32解釋內(nèi)消旋2,3-二溴丁烷脫溴化氫給出E-2-溴-2-丁烯而光學(xué)活性的原料給出Z-式產(chǎn)
物。
反式消除
11
BrH
HCBr
HCHHCBr3
33-HBr
H3CHH3CH
HCH
BrBr3
E-式
H
BrCH
BrCH3
3-HBr
H3CH
HCH
Br3
Z-式
33解釋鹵原子接在橋頭碳原子上的橋環(huán)鹵代烴不易發(fā)生親核取代反應(yīng)。
解:
-
Nu
S2
ClN
--
-ClNu
+SN1
Cl
如果起SN1反應(yīng),得到中間體碳正離子平面型結(jié)構(gòu),而橋環(huán)鹵代烴存在剛性結(jié)構(gòu),橋頭碳不易形
2
成sp雜化的平面構(gòu)型;如果起SN2反應(yīng),要求親核試劑從橋頭碳背后進(jìn)攻,高度空間障礙又
妨礙了這一點(diǎn)。所以不論SN1、SN2反應(yīng)都不容易,也就是不易起親核取代反應(yīng)。
34釋仲丁基氯脫氯化氫生成順-和反-2-丁烯,二者之比為1:6(假如只有反式消除機(jī)理)。
CHCl
3H3CH
ClH
HCH3-HCl
HH
HHCH
H3CH3
CH3
A
CH
3ClH3CH
ClH
H3CH-HCl
HH
HCHHCH
3H3
CH3
B
以構(gòu)象A消除,得到反-2-丁烯;
以構(gòu)象B消除,得到順-2-丁烯。
A構(gòu)象只有兩個大基團(tuán)相鄰,B構(gòu)象有三個大基團(tuán)相鄰,反應(yīng)底物以A構(gòu)象存在幾率大得
12
多,所以主要得到反-2-丁烯。此外反-2-丁烯也比順-2-丁烯熱力學(xué)穩(wěn)定。
35順-和反-4-溴-1-叔丁基環(huán)己烷進(jìn)行消除反應(yīng),何者更快一點(diǎn),為什么?
順-和反-2-溴-1-甲基環(huán)己烷呢?
解先說產(chǎn)物。鹵代環(huán)己烷消除要滿足反式消除條件,在此前提下如有兩種可能(如順-1-
甲基-2-溴環(huán)己烷的消除)以得到穩(wěn)定烯烴(Zaytseff烯烴)為主。
Br
-HBr
H
CH3CH3
Br
-HBr+CH
CH3
CH3
H3
H(主)(次)
再說本題的難易程度。反-1-甲基-2-溴環(huán)己烷比順-1-甲基-2-溴環(huán)己烷難消除,因反式消除
所需構(gòu)象兩個大基團(tuán)都在a鍵。反-1-叔丁基-4-溴環(huán)己烷,叔丁基體積特別大,更難在a
鍵,所以更難消除,比順-1-叔丁基-4-溴環(huán)己烷難。
Br
-HBr
H
Br
-HBr
H
36指出化合物1反式消除HBr或DBr后得到的2-丁烯產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。
為什么2同樣反應(yīng)主要得到消除HBr的產(chǎn)物?
CH3CH3
HBr-HBrHBr
+CHONa?+?+CHONa-HBr
HD25或-DBrDH25
CH3CH3
12
解:
2消除溴化氘時,所需中間體兩個相鄰甲基之間的扭轉(zhuǎn)張力較
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