2025年大學《應用化學》專業(yè)題庫——化學催化劑在有機合成中的應用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項前的字母填在答題卡相應位置）1.下列關于催化劑的敘述中，錯誤的是：A.催化劑可以改變化學反應的平衡常數(shù)B.催化劑能降低反應的活化能C.催化劑在催化反應前后自身的質量和化學性質不變D.催化劑能改變反應速率2.在均相催化反應中，催化劑和反應物處于相同的相態(tài)，下列哪種催化劑不屬于均相催化劑？A.濃硫酸B.Pd/CC.氯化鋁D.BF?·Et?O3.下列反應中，通常需要使用金屬催化劑的是：A.烯烴的酸催化加氫B.醇的氧化成醛C.酚的溴代D.酯的堿性水解4.Suzuki偶聯(lián)反應是指：A.醛與格氏試劑反應生成醇B.碳烯與烯烴加成生成環(huán)狀化合物C.?；u化物與有機硼酸在Pd催化下偶聯(lián)生成芳烴D.醛或酮在強堿作用下與烯醇負離子縮合生成β-酮醇5.催化劑表現(xiàn)出區(qū)域選擇性的主要原因是：A.催化劑不同活性位點的存在B.底物分子結構的不同C.反應溫度的選擇D.催化劑自身的穩(wěn)定性6.實現(xiàn)對映選擇性催化反應的關鍵是：A.使用過量的反應物B.控制反應壓力C.使用具有手性特征的催化劑或輔劑D.選擇合適的溶劑7.下列哪項不屬于綠色化學在催化劑設計中的要求？A.原子經(jīng)濟性高B.催化劑用量少且可回收C.催化劑選擇性好，副產(chǎn)物少D.催化劑成本極高8.負載型金屬催化劑（如Pt/C）與均相金屬催化劑相比，其主要優(yōu)點之一是：A.催化活性通常更高B.催化劑容易回收和重復使用C.反應的選擇性更好D.操作條件更溫和9.在有機合成中，相轉移催化劑的主要作用是：A.降低反應活化能B.提高反應溫度C.將反應物從一種相轉移到另一種相，使反應能夠進行D.提供手性中心10.鑒于酶催化具有高選擇性和高效率的特點，其在有機合成中的應用主要面臨的最大挑戰(zhàn)是：A.反應條件要求過于苛刻B.酶的成本較高且穩(wěn)定性差C.酶的底物范圍有限D.酶的催化量通常很大二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在答題卡相應位置）1.催化劑能夠改變反應速率，但______________化學反應的平衡常數(shù)。2.催化劑的作用本質是______________反應的活化能。3.金屬催化劑的催化活性與其電子結構和______________密切相關。4.有機路易斯酸如______________常用于促進烯烴的聚合反應。5.實現(xiàn)化學選擇性的關鍵是催化劑對______________的敏感性不同。6.在有機合成中，利用催化劑實現(xiàn)對映選擇性的方法主要有使用______________和______________。7.原子經(jīng)濟性是衡量反應綠色程度的重要指標，其定義為產(chǎn)物的總摩爾質量除以______________的總摩爾質量。8.常用的負載型金屬催化劑制備方法包括______________法和浸漬法。9.生物催化在有機合成中的優(yōu)勢在于其條件溫和、環(huán)境友好和______________。10.催化劑的穩(wěn)定性是評價其應用價值的重要參數(shù)，主要包括______________和______________兩個方面。三、名詞解釋（每小題4分，共16分。請將答案填在答題卡相應位置）1.催化活性2.立體選擇性3.原子經(jīng)濟性4.均相催化四、簡答題（每小題5分，共10分。請將答案填在答題卡相應位置）1.簡述金屬催化劑在有機氫化反應中發(fā)揮作用的機理要點。2.簡述綠色化學理念對催化劑設計提出的主要要求。五、論述題（每小題7分，共14分。請將答案填在答題卡相應位置）1.比較均相催化和非均相催化在應用中的主要區(qū)別和優(yōu)缺點。2.試述手性催化劑在不對稱有機合成中的重要性，并舉例說明其應用原理。六、分析題（每小題7分，共14分。請將答案填在答題卡相應位置）1.某有機合成反應需要選擇合適的催化劑。已知反應底物含有碳碳雙鍵，目標產(chǎn)物是相應的鹵代烷。請列舉至少兩種可能有效的催化劑，并簡述選擇理由。2.在評價一種新型有機金屬催化劑時，研究者考察了其在不同溶劑和溫度下的催化活性及選擇性。請分析溶劑性質和溫度變化可能對該催化劑性能產(chǎn)生的影響。七、綜合應用題（每小題8分，共16分。請將答案填在答題卡相應位置）1.以一種常見的醇為原料，經(jīng)過至少兩步催化反應，合成一種含有手性中心的二元醇。請寫出關鍵的反應步驟，并指出每步需要使用的主要催化劑類型及其作用。2.設計一個利用催化加氫反應，將一種含有碳碳雙鍵和羰基的化合物轉化為飽和醇的方案。請寫出目標化合物的結構簡式，并說明選擇合適的加氫催化劑的重要性。八、研究進展討論題（每小題8分，共16分。請將答案填在答題卡相應位置）1.簡述光催化在有機合成中的應用前景及其面臨的挑戰(zhàn)。2.串聯(lián)催化（TandemCatalysis）技術在有機合成中有何優(yōu)勢？請舉例說明其在一個合成路線中的應用。---試卷答案一、選擇題1.A2.B3.A4.C5.A6.C7.D8.B9.C10.B二、填空題1.不改變2.降低3.表面性質4.AlCl?5.不同反應路徑或中間體6.手性催化劑，手性輔劑/誘導劑7.參與反應的所有反應物8.共沉淀9.高底物轉化率10.化學穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性三、名詞解釋1.催化活性：指催化劑在單位時間內(nèi)、單位表面積或單位量下促使化學反應達到一定轉化率的能力，通常用反應速率來衡量。2.立體選擇性：指催化劑促使反應朝特定立體異構體方向進行的程度，包括區(qū)域選擇性和非區(qū)域選擇性（如對映選擇性、非對映選擇性）。3.原子經(jīng)濟性：指反應中產(chǎn)物的總摩爾質量占所有反應物總摩爾質量的百分比，衡量反應物原子轉化為目標產(chǎn)物原子的效率，是綠色化學的重要指標之一。4.均相催化：指催化劑與反應物處于同一相態(tài)（如液相或氣相）的催化過程。四、簡答題1.機理要點：金屬催化劑（通常為過渡金屬）提供電子給反應物（如烯烴、炔烴或含有雜原子的底物），使其活化；金屬中心與活化后的底物形成中間體（如金屬-碳鍵）；金屬中心將氫原子傳遞給中間體；中間體重新生成金屬催化劑，完成催化循環(huán)，并釋放產(chǎn)物。2.主要要求：提高原子經(jīng)濟性（減少副產(chǎn)物）；使用高選擇性的催化劑（化學選擇性和立體選擇性）；開發(fā)可重復使用或可回收的催化劑；使用環(huán)境友好的溶劑和條件；發(fā)展高效、低成本的催化劑。五、論述題1.區(qū)別與優(yōu)缺點：*區(qū)別：均相催化中催化劑與反應物為同一相態(tài)，易于分離純化；非均相催化中催化劑為固體，通常易回收。*優(yōu)點（均相）：反應速率通?？欤x擇性可能較高，催化劑易均勻分散。*優(yōu)點（非均相）：催化劑易回收利用，可處理量大，通常對設備要求不高。*缺點（均相）：催化劑不易分離，可能需要溶劑，產(chǎn)物易發(fā)生副反應。*缺點（非均相）：反應速率可能較慢，選擇性可能受載體影響，傳質可能受限。2.重要性與應用原理：手性催化劑能夠選擇性地與底物相互作用，誘導反應生成具有特定構型的立體異構體，從而在非手性底物上構建手性中心。應用原理通常是手性催化劑（如手性配體或有機小分子）與其非手性底物形成非對映性絡合物，由于空間位阻或電子效應的差異，導致一個對映異構體上的反應路徑比另一個更易進行，最終得到單一對映異構體或非對映選擇性產(chǎn)物。六、分析題1.催化劑與理由：*醋酸鈷（Co(OAc)?）：鈷是常用的烯烴氫化催化劑，醋酸根是配體，可調節(jié)活性。理由：能有效催化烯烴加氫生成鹵代烷（通過氫轉移機理）。*氯化釕（RuCl?）：釕催化劑在選擇性加氫中表現(xiàn)出色。理由：可在溫和條件下選擇性加氫烯烴，對鹵代烷的生成有較好的選擇性。*（其他合理答案如鉑、鈀、鎳等金屬催化劑也可，需說明其加氫活性及對鹵代烷生成的選擇性）。2.影響分析：*溶劑：溶劑會影響催化劑的溶解度、分散度以及反應物的溶解度。極性溶劑可能有利于極性中間體的形成；非極性溶劑可能有利于非極性底物的溶解和與固體催化劑的接觸。溶劑的極性、介電常數(shù)、質子性等都會影響反應速率和選擇性。*溫度：溫度升高通常會增加反應速率，但也可能促進副反應的發(fā)生，導致選擇性下降。對于放熱反應，適當提高溫度可能有利于主產(chǎn)物生成；對于吸熱反應，則需降低溫度。溫度還可能影響催化劑的活性和穩(wěn)定性。七、綜合應用題1.合成步驟與催化劑：*原料：乙醇*步驟1：乙醇在強氧化劑（如CrO?/H?SO?）作用下氧化為乙醛。催化劑：酸性氧化劑體系。*步驟2：乙醛在催化劑（如Cu或Ag）作用下進行分子間羥醛縮合反應，生成具有手性中心的γ-羥基丁醛或其內(nèi)酯。催化劑：銅或銀催化劑。*（其他合理的多步合成路線，使用不同催化劑類型如路易斯酸促進縮合等，只要邏輯通順、催化劑選擇合理均可）2.方案設計與重要性：*目標化合物結構簡式：R-CH=CH-CO-R'（其中R,R'可為H或烴基）*催化劑選擇的重要性：不同的加氫催化劑（如鉑、鈀、鎳、銅等）具有不同的選擇性。例如，鉑或鈀通常能將烯烴和羰基完全加氫成烷烴，而鎳催化劑（如RaneyNi）通常對烯烴加氫活性高，對羰基加氫選擇性較低，可能只加氫烯烴。選擇合適的催化劑（如鉑系催化劑）可以確保烯烴和羰基都被完全加氫，得到所需的飽和醇。選擇不當?shù)拇呋瘎┛赡軐е虏糠旨託浠驘o法完全加氫，影響產(chǎn)率和目標產(chǎn)物的純度。八、研究進展討論題1.前景與挑戰(zhàn)：*前景：利用可見光或近紅外光，在溫和條件下（常溫常壓、水或綠色溶劑介質）實現(xiàn)多種有機反應，如C-C鍵形成、氧化還原等，具有環(huán)境友好、條件溫和、選擇性好等優(yōu)點。*挑戰(zhàn)：光