考点18 有机化合物的结构特点与研究方法-2024年高考化学试题分类汇编

这是一份考点18 有机化合物的结构特点与研究方法-2024年高考化学试题分类汇编，共26页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1.(2024·湖北选择考·6)鹰爪甲素(如图)可从治疗疟疾的有效药物鹰爪根中分离得到。下列说法错误的是( )
A.有5个手性碳
B.在120 ℃条件下干燥样品
C.同分异构体的结构中不可能含有苯环
D.红外光谱中出现了3 000 cm-1以上的吸收峰
【解析】选B。连4个不同原子或原子团的碳原子称为手性碳,该分子中有5个手性碳,如图中用星号标记的碳原子:,故A正确;由鹰爪甲素的结构可知,其分子中有过氧键,过氧键热稳定性差,所以不能在120 ℃条件下干燥样品,故B错误;由鹰爪甲素的结构可以得出其不饱和度为3,而苯环的不饱和度为4,因此其同分异构体的结构中不可能含有苯环,故C正确;由鹰爪甲素结构可知,其分子中含羟基,即有氧氢键,所以其红外光谱中会出现3 000 cm-1以上的吸收峰,故D正确。
2.(2024·湖南选择考·2)下列化学用语表述错误的是( )
A.NaOH的电子式:Na+[··O······H]-
B.异丙基的结构简式:
C.NaCl溶液中的水合离子:
D.Cl2分子中σ键的形成:
【解析】选C。NaOH由Na+和OH-构成,电子式:Na+[··O······H]-,故A正确;异丙基的结构简式:,故B正确;Na+半径比Cl-小,水分子的电荷分布情况如图所示,Cl-带负电荷,水分子在Cl-周围时,呈正电性的H朝向Cl-,水分子在Na+周围时,呈负电性的O朝向Na+,NaCl溶液中的水合离子应为、,故C错误;Cl2分子中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的p-p σ键,形成过程:,故D正确。
3.(2024·湖南选择考·4)下列有关化学概念或性质的判断错误的是( )
A.CH4分子是正四面体结构,则CH2Cl2没有同分异构体
B.环己烷与苯分子中C—H键的键能相等
C.甲苯的质谱图中,质荷比为92的峰归属于
D.由R4N+与PF6-组成的离子液体常温下呈液态,与其离子的体积较大有关
【解析】选B。CH2Cl2为四面体结构,其中任何两个顶点都是相邻关系,因此CH2Cl2没有同分异构体,故A项说法正确;环己烷中碳原子采用sp3杂化,苯分子中碳原子采用sp2杂化,杂化方式不同,杂化轨道参与组成的C—H共价键的键能不同,故B项说法错误;带1个单位的正电荷,其相对分子质量为92,因此其质荷比为92,故C项说法正确;当阴阳离子体积较大时,其电荷较为分散,导致它们之间的作用力较低,以至于熔点接近室温,故D项说法正确。
4.(2024·浙江6月选考·3)下列表示不正确的是( )
A.CO2的电子式:··O······C······O······
B.Cl2中共价键的电子云图:
C.NH3的空间填充模型:
D.3,3-二甲基戊烷的键线式:
【解析】选A。A项,CO2的电子式:O········C····O····,故A错误;B项,Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的,共价键电子云图为,故B正确;C项,NH3的中心原子N形成3个σ键和1个孤电子对,为sp3杂化,NH3为三角锥形,空间填充模型:,故C正确;D项,3,3-二甲基戊烷的主链上有5个C,3号碳上连接有2个甲基,键线式为,故D正确。
5.(2024·浙江6月选考·9)有机物A经元素分析仪测得只含碳、氢、氧3种元素,红外光谱显示A分子中没有醚键,质谱和核磁共振氢谱示意图如下。下列关于A的说法正确的是( )
A.能发生水解反应
B.能与NaHCO3溶液反应生成CO2
C.能与O2反应生成丙酮
D.能与Na反应生成H2
【解析】选D。由质谱图可知,有机物A的相对分子质量为60,A只含C、H、O三种元素,因此A的分子式为C3H8O或C2H4O2,由核磁共振氢谱可知,A有4种等效氢,个数比等于峰面积之比为3∶2∶2∶1,因此A为CH3CH2CH2OH。A项,A为CH3CH2CH2OH,A中官能团为羟基,不能发生水解反应,故A错误;B项,A中官能团为羟基,不能与NaHCO3溶液反应生成CO2,故B错误;C项,CH3CH2CH2OH的羟基位于末端C上,与O2反应生成丙醛,无法生成丙酮,故C错误;D项,CH3CH2CH2OH中含有羟基,能与Na反应生成H2,故D正确。
6.(2024·山东等级考·3)下列化学用语或图示正确的是( )
A.的系统命名:2-甲基苯酚
B.O3分子的球棍模型:
C.激发态H原子的轨道表示式:
D.p-p π键形成的轨道重叠示意图:
【解析】选A。含有的官能团为羟基,甲基与羟基相邻,系统命名为2-甲基苯酚,故A正确;臭氧中心O原子的价层电子对数为2+6−2×22=3,属于sp2杂化,有1个孤电子对,臭氧为V形分子,球棍模型为,故B错误;K能层只有1个能级1s,不存在1p能级,故C错误;p-p π键形成的轨道重叠示意图为,故D错误;故选A。
7.(2024·山东等级考·7)我国科学家在青蒿素研究方面为人类健康作出了巨大贡献。在青蒿素研究实验中,下列叙述错误的是( )
A.通过萃取法可获得含青蒿素的提取液
B.通过X射线衍射可测定青蒿素晶体结构
C.通过核磁共振谱可推测青蒿素相对分子质量
D.通过红外光谱可推测青蒿素分子中的官能团
【解析】选C。某些植物中含有青蒿素,可以通过用有机溶剂浸泡的方法将其中所含的青蒿素浸取出来,这种方法也叫萃取,固液分离后可以获得含青蒿素的提取液,A正确;晶体中结构粒子的排列是有规律的,通过X射线衍射实验可以得到晶体的衍射图,通过分析晶体的衍射图可以判断晶体的结构特征,故X射线衍射可测定青蒿素晶体结构,B正确;通过核磁共振谱可推测青蒿素分子中不同化学环境的氢原子的种数及其数目之比,但不能测定青蒿素的相对分子质量,要测定青蒿素相对分子质量应该用质谱法,C不正确;红外光谱可推测有机物分子中含有的官能团和化学键,故通过红外光谱可推测青蒿素分子中的官能团,D正确;综上所述,本题选C。
8.(2024·北京等级考·2)下列化学用语或图示表达不正确的是( )
A.H2O2的电子式:H+[··O······O······]2-H+
B.CH4分子的球棍模型:
C.Al3+的结构示意图:
D.乙炔的结构式:H—C≡C—H
【解析】选A。H2O2是共价化合物,其电子式为H··O······O······H,故A错误;CH4为正四面体形,CH4分子的球棍模型:,故B正确;Al的原子序数为13,即Al3+的结构示意图:,故C正确;乙炔含有碳碳三键,结构式为H—C≡C—H,故D正确。
9.(2024·甘肃选择考·2)下列化学用语表述错误的是( )
A.Ca2+和Cl-的最外层电子排布图均为
B.PH3和H2S的电子式分别为H··P··H··H和H··S······H
C.CH2CHCH2CH2CH3的分子结构模型为
D.612C、613C和 614C互为同位素
【解析】选B。Ca2+和Cl-的核外电子数都是18,最外层电子排布式均为3s23p6,其最外层电子排布图均为,故A正确;PH3中磷原子和每个氢原子共用一对电子,中心原子P原子上的孤电子对数为5−1×32=1,因此PH3的电子式应为H··P··H····H,故B错误;CH2CHCH2CH2CH3分子中存在1个碳碳双键,位于1号碳原子与2号碳原子之间,存在3个碳碳单键,无支链,且氢原子半径小于碳原子半径,其分子结构模型表示为,故C正确;612C、613C和 614C是质子数相同、中子数不同的碳原子,是碳元素的不同核素,互为同位素,故D正确。
二、非选择题
10.(2024·黑、吉、辽选择考·19)特戈拉赞(化合物K)是抑制胃酸分泌的药物,其合成路线如下:
C16H14N2O3 G
已知:
Ⅰ.Bn为,咪唑为;
Ⅱ.和不稳定,能分别快速异构化为和。
回答下列问题:
(1)B中含氧官能团只有醛基,其结构简式为 。
(2)G中含氧官能团的名称为 和 。
(3)J→K的反应类型为 。
(4)D的同分异构体中,与D官能团完全相同,且水解生成丙二酸的有 种(不考虑立体异构)。
(5)E→F转化可能分三步:
①E分子内的咪唑环与羧基反应生成X;
②X快速异构化为Y;
③Y与(CH3CO)2O反应生成F。
第③步化学方程式为
。
(6)苯环具有与咪唑环类似的性质。参考E→X的转化,设计化合物I的合成路线如下(部分反应条件己略去)。其中M和N的结构简式为 和 。
MN
【解析】根据流程,有机物A与有机物B发生反应生成有机物C,根据有机物B的分子式和(1)中的已知条件,可以判断,有机物B的结构简式为;有机物C与有机物D发生反应生成有机物E;有机物E在醋酸酐的作用下发生反应生成有机物F;有机物F发生两步连续反应生成有机物G,根据有机物G的分子式和有机物H的结构可以推出,有机物G的结构为;有机物G发生两步反应生成有机物H,将羧基中的—OH取代;有机物H与有机物I发生取代反应,将有机物H中酚羟基上的氢取代生成有机物J;最后有机物J发生取代反应将结构中的Bn取代为H。据此分析解题。
(1)根据分析,有机物B的结构简式为。
(2)根据分析,有机物G的结构为,其含氧官能团为(酚)羟基和羧基。
(3)根据分析,J→K的反应是将J中的Bn取代为H的反应,反应类型为取代反应。
(4)D的同分异构体中,与D的官能团完全相同,说明有酯基的存在,且水解后生成丙二酸,说明主体结构中含有,根据D的分子式,剩余的C原子数为5,剩余H原子数为12,因同分异构体中只含有酯基,则不能将H原子单独连接在某一端的O原子上,因此将5个碳原子拆分,当一侧连接甲基时,另一侧连接—C4H9,此时—C4H9共有4种同分异构体,当一侧连接乙基时,另一侧连接—C3H7,此时—C3H7共有2种同分异构体,故满足条件的同分异构体有4+2=6种。
(5)根据已知条件和题目中的三步反应,第三步反应为酚羟基与乙酸酐的反应,生成有机物F,则有机物Y为,根据异构化原理,有机物X的结构为,反应第③步的化学方程式为+(CH3CO)2O+CH3COOH。
(6)根据逆推法有机物N发生还原反应生成目标化合物,则有机物N为,有机物M由原料氧化得到,有机物M发生反应生成有机物N,有机物M为。
答案:(1)
(2)(酚)羟基 羧基
(3)取代反应
(4)6
(5)+(CH3CO)2O+CH3COOH
(6)
11.(2024·安徽选择考·18)化合物Ⅰ是一种药物中间体,可由下列路线合成(Ph代表苯基,部分反应条件略去):
已知:
ⅰ)RXRMgX
ⅱ)RMgX易与含活泼氢化合物(HY)反应:
RMgX+HYRH+
HY代表H2O、ROH、RNH2、RC≡CH等。
(1)A、B中含氧官能团名称分别为 、 。
(2)E在一定条件下还原得到,后者的化学名称为 。
(3)H的结构简式为 。
(4)E→F反应中下列物质不能用作反应溶剂的是 (填字母)。
a.CH3CH2OCH2CH3 b.CH3OCH2CH2OH
c. d.
(5)D的同分异构体中,同时满足下列条件的有 种(不考虑立体异构),写出其中一种同分异构体的结构简式 。
①含有手性碳②含有2个碳碳三键
③不含甲基
(6)参照上述合成路线,设计以和不超过3个碳的有机物为原料,制备一种光刻胶单体的合成路线
(其他试剂任选)。
【解析】有机物A中的羟基被MnO2氧化成醛基,有机物B与Ph3CCl发生取代反应生成有机物C;有机物D中的氨基发生取代反应生成有机物E,D中的氨基变为E中的Br,E发生已知条件ⅰ的第一步反应后与有机物C作用最终生成有机物G;有机物G被MnO2氧化生成有机物H,有机物H的结构为,有机物H最终发生已知条件ⅰ的反应生成目标化合物Ⅰ。
(1)根据合成路线中A和B的结构,A中的含氧官能团为羟基,B中的含氧官能团为醛基。
(2)根据题目中的结构,该结构的化学名称为1,2-二甲基苯(或邻二甲苯)。
(3)根据分析,H的结构简式为。
(4)根据已知条件ⅱ,RMgX可以与含有活泼氢的化合物(H2O、ROH、RNH2、RC≡CH等)发生反应,b中含有羟基,c中含有N-H,其H原子为活泼H原子,因此不能用b、c作溶剂。
(5)根据题目所给条件,同分异构体中含有2个碳碳三键,说明结构中不含苯环,结构中不含甲基,说明碳碳三键在物质的两端,同分异构体中又含有手性碳原子,因此,可能的结构有CH≡C—CH2—CH2—CH2—CH(NH2)—C≡CH、CH≡C—CH2-CH2—CH(NH2)—CH2—C≡CH、CH≡C—CH2—CH2—CH(CH2NH2)—C≡CH、CH≡C—CH2—CH(CH2CH2NH2)—C≡CH,共4种。
(6)先将原料中的羰基还原为羟基,后利用浓硫酸脱水生成碳碳双键,随后将物质与Mg在无水醚中反应生成中间产物,后再与CF3COCF3在无水醚中反应再水解生成目标化合物,具体的流程如下:
。
答案:(1)羟基 醛基
(2)1,2-二甲基苯(或邻二甲苯)
(3)
(4)bc
(5)4 CH≡C—CH2—CH2—CH2—CH(NH2)—C≡CH(合理即可)
(6)
12.(2024·河北选择考·18)甲磺司特(M)是一种在临床上治疗支气管哮喘、特应性皮炎和过敏性鼻炎等疾病的药物。M的一种合成路线如下(部分试剂和条件省略)。
回答下列问题:
(1)A的化学名称为 。
(2)B→C的反应类型为 。
(3)D的结构简式为 。
(4)由F生成G的化学方程式为
。
(5)G和H相比,H的熔、沸点更高,原因为
。
(6)K与E反应生成L,新构筑官能团的名称为 。
(7)同时满足下列条件的I的同分异构体共有 种。
(a)核磁共振氢谱显示为4组峰,且峰面积比为3∶2∶2∶2;
(b)红外光谱中存在CO和硝基苯基()吸收峰。
其中,可以通过水解反应得到化合物H的同分异构体的结构简式为
。
【解析】由合成路线可知,A与甲醇发生酯化反应生成B,则A的结构为;B与CH3SH在一定条件下发生加成反应生成C;C在碱性条件下发生酯的水解反应,酸化后生成D,则D的结构简式为;D与SOCl2发生取代反应生成E;由F的分子式可知,F的结构简式为;F在浓H2SO4作催化剂且加热的条件下发生硝化反应生成G,G的结构简式为;G与NaOH和水在加热、加压条件下反应后经酸化生成H,H的结构简式为;H与发生取代反应生成I;I与乙醇钠发生反应生成J;J发生硝基的还原生成K,K的结构简式为;K与E发生取代反应生成L;L与反应生成M。
(1)由A→B的反应条件和B的结构简式可知该步骤为酯化反应,因此A为,其名称为丙烯酸。
(2)B与CH3SH发生加成反应,—H和—SCH3分别加到双键碳原子上生成C。
(3)结合C和E的结构简式以及C→D和D→E的反应条件,可知C→D为C先在碱性条件下发生水解反应后酸化,D为,D与SOCl2发生取代反应生成E。
(4)F→G的反应中,结合I的结构可知,苯环上碳氯键的对位引入硝基,浓H2SO4作催化剂和吸水剂,吸收反应产物中的水,硝化反应的条件为加热,反应的化学方程式是+HO—NO2+H2O。
(5)由分析可知,G的结构简式为,H的结构简式为,H分子中存在羟基,能形成分子间氢键,G分子不能形成分子间氢键,分子间氢键会使物质的熔、沸点显著升高。
(6)根据分析可知,K与E反应生成L为取代反应,反应中新构筑的官能团为酰胺基。
(7)由题给信息,结构中存在“”和CO,I的分子式为C9H9NO4,其不饱和度为6,其中苯环占4个不饱和度,CO和硝基各占1个不饱和度,因此满足条件的同分异构体中除了苯环、CO和硝基之外没有其他不饱和结构,根据核磁共振氢谱显示为4组峰,且峰面积比为3∶2∶2∶2可知,结构中不存在羟基,存在甲基,结构高度对称,硝基、苯基和CO共占用3个氧原子,还剩余1个氧原子,因此剩余的氧原子只能插入2个相邻的C原子之间,不考虑该氧原子,碳骨架的异构有2种,且每种都有3个位置可以插入该氧原子,如图所示:
,(序号表示插入氧原子的位置),因此符合题意的同分异构体共有6种;其中,能够水解生成
的结构为
。
答案:(1)丙烯酸
(2)加成反应
(3)
(4)+HO—NO2+H2O
(5)H分子中存在羟基,能形成分子间氢键
(6)酰胺基
(7)6
13.(2024·湖南选择考·17)化合物H是一种具有生物活性的苯并呋喃衍生物,合成路线如下(部分条件忽略,溶剂未写出):
回答下列问题:
(1)化合物A在核磁共振氢谱上有 组吸收峰;
(2)化合物D中含氧官能团的名称为 、 ;
(3)反应③和④的顺序不能对换的原因是 ;
(4)在同一条件下,下列化合物水解反应速率由大到小的顺序为 (填标号);
①
②
③
(5)化合物G→H的合成过程中,经历了取代、加成和消去三步反应,其中加成反应的化学方程式为 ;
(6)依据以上流程信息,结合所学知识,设计以和Cl2CHOCH3为原料合成的路线(HCN等无机试剂任选)。
【解析】A与氯化剂在加热条件下反应得到B,B在BBr3,0 ℃的条件下,甲基被H取代得到C,C与CH2BrCH2Br在K2CO3的作用下发生取代反应得到D,D被氧化剂氧化为E,E中存在酯基,先水解,再酸化得到F,F与Cl2CHOCH3在TiCl4的作用下可看作是苯环上的一个H被醛基取代得到G,G与ClCH2COCH3经历了取代、加成和消去三步反应得到H。
(1)由A的结构可知,A有6种等效氢,即核磁共振氢谱上有6组吸收峰;
(2)由D的结构可知,化合物D中含氧官能团的名称为醛基、醚键;
(3)反应③和④的顺序不能对换,先进行反应③再进行反应④可以防止酚羟基被氧化;
(4)中F的电负性很强,—CF3为吸电子基团,使得—OOCH中C—O键更易断裂,水解反应更易进行,中—CH3是推电子基团,使得—OOCH中C—O键更难断裂,水解反应更难进行,因此在同一条件下,化合物水解反应速率由大到小的顺序为①③②;
(5)化合物G→H的合成过程中,G发生取代反应羟基上的H被—CH2COCH3取代,得到,中的醛基加成得到,中的羟基发生消去反应得到,其中加成反应的化学方程式为;
(6)和Cl2CHOCH3在TiCl4的作用下发生类似反应⑥的反应得到,与HCN加成得到,酸性水解得到,发生缩聚反应得到,具体合成路线为。
答案:(1)6
(2)醛基 醚键
(3)先进行反应③再进行反应④可以防止酚羟基被氧化
(4)①③②
(5)
(6)
14.(2024·浙江6月选考·21)某研究小组按下列路线合成抗炎镇痛药“消炎痛”(部分反应条件已简化)。
已知:
+
请回答:
(1)化合物F的官能团名称是 。
(2)化合物G的结构简式是 。
(3)下列说法不正确的是 。
A.化合物A的碱性弱于
B.A+B→C的反应涉及加成反应和消去反应
C.D→E的反应中,试剂可用Cl2/FeCl3
D.“消炎痛”的分子式为C18H16ClNO4
(4)写出H→I的化学方程式
。
(5)吲哚-2-甲酸()是一种医药中间体,设计以和CH3CHO为原料合成吲哚-2-甲酸的路线(用流程图表示,无机试剂任选)


。
(6)写出4种同时符合下列条件的化合物B的同分异构体的结构简式
。
①分子中有2种不同化学环境的氢原子;
②有甲氧基(—OCH3),无三元环。
【解析】A与B发生类似已知+
的反应生成C,C为,D可以转化生成E,结合E的分子式和F的结构可知,E为,F与SOCl2反应得到G,结合G的分子式可知,G为,I水解得到消炎痛,结合消炎痛的结构可知,I为
,H与HCl得到I的反应类似已知中的反应,由此可知H为,C与G反应得到H。(1)由F的结构可知,F的官能团为羧基、氯原子(或碳氯键)。(2)由分析可知,G为。(3)A项,的氨基直接连接在苯环上,A中氨基连接在—NH—上,即A中氨基上的N原子更易结合H+,碱性更强,故A错误;B项,A+B→C的反应,是B中羰基先加成,得到羟基,羟基再与相邻N上的H消去得到NC键,涉及加成反应和消去反应,故B正确;C项,D→E是甲苯甲基对位上的H被Cl取代,试剂可为Cl2/FeCl3,故C正确;D项,由“消炎痛”的结构可知,分子式为C19H16ClNO4,故D错误。
(4)H()
与HCl得到I()的反应类似已知中的反应,化学方程式为+HClNH4Cl+。(5)乙醛与HCN加成得到,被O2氧化为,在酸性条件下水解得到,与反应得到,与HCl反应得到,具体合成路线为CH3CHO。
(6)B为CH3COCH2CH2COOCH3,同分异构体中有2种不同化学环境的氢原子,说明其结构高度对称,有甲氧基(—OCH3),无三元环,符合条件的结构简式有、
、、(其他符合条件的结构也可)。
答案:(1)羧基、氯原子(或碳氯键)
(2)
(3)AD
(4)+HClNH4Cl+
(5)CH3CHO
(6)、、、(其他符合条件的结构也可)