2025年大學(xué)《化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——有機(jī)合成新材料應(yīng)用研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述親核芳香取代反應(yīng)（如硝化、磺化、傅克?；┌l(fā)生的主要條件，并說(shuō)明溶劑、催化劑等對(duì)反應(yīng)選擇性（位阻、電子效應(yīng)）的影響。二、設(shè)計(jì)合成路線(xiàn)，以苯甲酸和乙炔為起始原料，通過(guò)至少兩步有機(jī)反應(yīng)合成化合物（寫(xiě)明主要步驟、反應(yīng)條件和關(guān)鍵產(chǎn)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）。要求每步反應(yīng)只生成一種主要產(chǎn)物。三、已知化合物A（C?H?O）經(jīng)氧化得到化合物B（C?H?O?），B不能使溴的四氯化碳溶液褪色，但能與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)?；衔顰能與濃硫酸共熱發(fā)生消去反應(yīng)。請(qǐng)寫(xiě)出化合物A和B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，并寫(xiě)出A生成B的主要氧化反應(yīng)方程式。四、簡(jiǎn)述“保護(hù)-去保護(hù)”策略在有機(jī)合成中的意義，并舉例說(shuō)明其在合成含有醇羥基和羧基的二元醇時(shí)的應(yīng)用（寫(xiě)出關(guān)鍵步驟和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）。五、聚合物P由單體A加聚而成，單體A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如下：請(qǐng)寫(xiě)出聚合物P的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，并說(shuō)明聚合物P可能具有哪些主要的物理性質(zhì)（至少列舉三種）。六、有機(jī)半導(dǎo)體材料通常具有特定的能帶結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)述有機(jī)半導(dǎo)體在電致發(fā)光器件（如OLED）中的作用原理，并說(shuō)明影響其發(fā)光顏色的主要因素。七、設(shè)計(jì)一種合成有機(jī)籠狀化合物（如富勒烯或杯狀化合物）的策略，簡(jiǎn)要說(shuō)明其合成思路和可能涉及的關(guān)鍵反應(yīng)類(lèi)型。八、某新型有機(jī)光電材料Q的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如下：該材料具有較好的光電轉(zhuǎn)換效率。請(qǐng)推測(cè)材料Q可能呈現(xiàn)的顏色，并說(shuō)明理由。該材料分子中可能存在哪些非共價(jià)相互作用（如氫鍵、π-π堆積），這些相互作用可能對(duì)其光電性能產(chǎn)生什么影響？九、查閱相關(guān)文獻(xiàn)（此處假設(shè)學(xué)生能查閱），簡(jiǎn)述近年來(lái)有機(jī)合成在開(kāi)發(fā)高效、環(huán)境友好的催化體系方面取得的進(jìn)展，并舉例說(shuō)明該催化體系在合成某一類(lèi)新型有機(jī)材料中的應(yīng)用。十、設(shè)想一種利用有機(jī)合成方法制備具有特殊光學(xué)性質(zhì)（如光致變色、熒光猝滅）的有機(jī)材料的方案，闡述其基本原理和可能的合成路徑。試卷答案一、親核芳香取代反應(yīng)主要條件：供電子基團(tuán)存在、催化劑（如FeCl?,AlCl?等路易斯酸）、適當(dāng)?shù)娜軇O性非質(zhì)子溶劑如DMSO,DMF或冰醋酸）。溶劑影響：極性非質(zhì)子溶劑（如DMSO,DMF）能增強(qiáng)親核試劑的親核性，促進(jìn)反應(yīng)；同時(shí)能溶劑化親電試劑，降低其親電性，提高選擇性。冰醋酸能活化親電試劑，促進(jìn)反應(yīng)，但選擇性可能較差。催化劑影響：路易斯酸催化劑能活化苯環(huán)，增加親電取代位阻，并可能誘導(dǎo)特定取代方向（如FeCl?常促進(jìn)鄰位取代）。催化劑對(duì)親電試劑的活化程度和選擇性影響顯著。二、合成路線(xiàn)：1.苯甲酸與乙炔在Pd催化下發(fā)生Sonogashira偶聯(lián)，生成苯乙二酸（或其衍生物），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：Ph-CH=CH-COOH。2.苯乙二酸（或其衍生物）與格氏試劑（如PhMgBr）反應(yīng)，發(fā)生親核加成，生成Ph-CH?-CH?-COOH（或其衍生物）。主要產(chǎn)物：Ph-CH=CH-COOH或其衍生物；Ph-CH?-CH?-COOH或其衍生物。解析思路：以苯甲酸為起始，引入乙炔基，可選用Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)；然后利用乙炔基的α-氫，通過(guò)格氏反應(yīng)引入另一個(gè)烴基。三、化合物A：CH?-CH=CH-CH?-OH；化合物B：CH?-C(=O)CH=CH?；氧化反應(yīng)方程式：CH?-CH=CH-CH?-OH+[O]→CH?-C(=O)CH=CH?+H?O。解析思路：A氧化為B，且B能與氫氣加成，說(shuō)明B含有碳碳雙鍵且不再有其他可被氧化的基團(tuán)；A能發(fā)生消去，說(shuō)明相鄰碳上有氫，且A為醇；結(jié)合分子式C?H?O，A為烯丙醇，B為其氧化產(chǎn)物順式-3-己烯酸甲酯（或直接氧化為反式-3-己烯酸甲酯）。四、意義：保護(hù)-去保護(hù)策略允許在分子中存在多種反應(yīng)性官能團(tuán)時(shí)，選擇性地對(duì)某一官能團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，避免不同官能團(tuán)之間發(fā)生副反應(yīng)，從而提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度。舉例：1.保護(hù)：R-CH?-OH+PBr?→R-CH?-Br+3HBr（醇羥基轉(zhuǎn)化為溴代烴）2.合成：R-CH?-Br+NaCN→R-CH?-CN（溴代烴與氰化鈉反應(yīng)）3.去保護(hù)：R-CH?-CN+H?O/Pd-C→R-CH?-OH+HCN（腈轉(zhuǎn)化為醇）解析思路：醇羥基與羧基相比，反應(yīng)活性較高，易參與多種反應(yīng)。保護(hù)醇羥基使其不反應(yīng)，完成羧基相關(guān)反應(yīng)后，再脫保護(hù)得到目標(biāo)二元醇。五、聚合物P結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：[-CH?-CH(CH?)-]n；主要物理性質(zhì)：熱塑性（可加熱熔融加工）、一定的機(jī)械強(qiáng)度、絕緣性（通常）、可燃性。解析思路：根據(jù)單體A結(jié)構(gòu)，判斷其為一種烯烴，其加聚產(chǎn)物為聚丙烯。聚丙烯是常見(jiàn)的熱塑性塑料，具有上述典型性質(zhì)。六、作用原理：有機(jī)半導(dǎo)體材料具有合適的能帶結(jié)構(gòu)（如較窄的帶隙），在電場(chǎng)或光照作用下，電子可以從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生自由移動(dòng)的電子和空穴，這些載流子能夠遷移并復(fù)合，產(chǎn)生光（電致發(fā)光）或參與導(dǎo)電過(guò)程。影響因素：發(fā)光顏色主要取決于材料的帶隙寬度（Eg）。根據(jù)Eg值，特定波長(zhǎng)（顏色）的光子將被發(fā)射（Eg≈hν）。帶隙越窄，發(fā)射光波長(zhǎng)越長(zhǎng)（顏色越紅）；帶隙越寬，發(fā)射光波長(zhǎng)越短（顏色越藍(lán)）。解析思路：理解有機(jī)半導(dǎo)體的能帶理論，明白電子躍遷與光子能量的關(guān)系，從而推斷帶隙對(duì)發(fā)光顏色的影響。七、合成策略：1.利用自組裝或模板法，使小分子單元在特定條件下有序排列，形成超分子籠狀結(jié)構(gòu)。2.通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合或縮聚反應(yīng)，在分子內(nèi)引入支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)單元，構(gòu)建大分子籠。關(guān)鍵反應(yīng)類(lèi)型：可能涉及縮聚反應(yīng)（如酸催化下的二元醇/二元酸縮聚）、開(kāi)環(huán)聚合（如環(huán)氧化物開(kāi)環(huán)聚合）、點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)等。解析思路：籠狀化合物通常具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，合成方法需考慮如何構(gòu)建這種空間限制性結(jié)構(gòu)，自組裝和模板法、大分子合成策略是常見(jiàn)途徑。八、可能顏色：深藍(lán)色或藍(lán)紫色。理由：根據(jù)分子結(jié)構(gòu)，可能存在共軛體系，其π-π*躍遷能量決定吸收和發(fā)射光譜。若共軛鏈較長(zhǎng)或存在推電子基團(tuán)，可能吸收可見(jiàn)光長(zhǎng)波區(qū)域，發(fā)射短波區(qū)域光（藍(lán)光）。結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)和氰基等可能形成π-π堆積，影響能級(jí)。非共價(jià)相互作用：氫鍵（分子內(nèi)或分子間，若存在給電子基團(tuán)和吸電子基團(tuán)）、π-π堆積（芳香環(huán)或含有π電子的基團(tuán)之間）。影響：氫鍵可能影響分子堆積密度和晶態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響電荷傳輸；π-π堆積是影響有機(jī)半導(dǎo)體和光電材料性能的關(guān)鍵因素，影響分子間相互作用力、有序度和電子能級(jí)。解析思路：分析分子結(jié)構(gòu)中的電子給體和受體、共軛體系、氫鍵供體/受體、π電子富集區(qū)域，推測(cè)其對(duì)光吸收和發(fā)射的影響，以及可能的非共價(jià)相互作用類(lèi)型及其作用。九、進(jìn)展：手性催化asymmetricsynthesis（如不對(duì)稱(chēng)氫化、氧化、偶聯(lián)等）、生物催化酶催化、光催化、電催化、固載化催化、綠色溶劑（如水、超臨界CO?）的應(yīng)用、催化轉(zhuǎn)化一鍋法（one-pot）等。應(yīng)用舉例：利用手性催化不對(duì)稱(chēng)合成手性有機(jī)發(fā)光材料，用于OLED；利用光催化在溫和條件下合成有機(jī)太陽(yáng)能電池材料；利用酶催化合成具有生物活性的有機(jī)藥物分子。解析思路：關(guān)注有機(jī)合成領(lǐng)域的前沿報(bào)道，了解新型催化技術(shù)和方法在高效、綠色合成中的應(yīng)用實(shí)例，特別是與功能材料合成相關(guān)的案例。十、方案：1.設(shè)計(jì)一個(gè)含有光敏基團(tuán)（如吲哚、苯并噻唑等）和特定響應(yīng)基團(tuán)（如偶氮苯、螺吡喃等）的有機(jī)分子。2.合成該分子，使其光敏基團(tuán)能吸收特定波長(zhǎng)光，引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)（如異構(gòu)化、氧化還原）。3.光化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致響應(yīng)基團(tuán)構(gòu)型或電子狀態(tài)改變，進(jìn)而影響其光學(xué)性質(zhì)（如吸收光譜、熒光強(qiáng)度、熒光顏色發(fā)生變化）。合成路徑