2025年大學《化學》專業(yè)題庫——有機合成反應(yīng)機理模擬研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪個選項不是親核芳香取代反應(yīng)的必要條件？A.存在合適的親核試劑B.芳環(huán)上有合適的活化位（如—OH,—NH2,—X）C.芳環(huán)必須為sp3雜化D.需要路易斯酸催化劑促進2.在E1cb機理中，關(guān)鍵的中間體是？A.碳正離子B.碳負離子C.自由基D.醇鎓離子3.對于一個二級消除反應(yīng)(E2)，下列哪個因素通常會促進其發(fā)生？A.較強的親核試劑B.非對稱性強的底物C.鹵代烷的鄰位有給電子基團D.醇溶液4.在有機反應(yīng)機理中，過渡態(tài)通常被描述為具有最高能量的物種，其能量高于？A.反應(yīng)物B.產(chǎn)物C.所有中間體D.隔離的基團5.DFT（密度泛函理論）計算在研究反應(yīng)機理時，主要可以提供以下哪方面的信息？A.反應(yīng)物和產(chǎn)物的光譜數(shù)據(jù)B.反應(yīng)歷程中各物種的相對能量C.反應(yīng)速率常數(shù)D.底物的合成步驟6.分子軌道理論用于解釋有機反應(yīng)機理時，通常重點關(guān)注？A.分子間的作用力大小B.分子內(nèi)原子核間的距離C.原子間成鍵軌道和反鍵軌道的相互作用D.分子質(zhì)量的分布7.在一個自由基鏈式反應(yīng)中，通常包含哪兩個關(guān)鍵步驟？A.分解和終止B.誘導(dǎo)和鏈增長C.啟動和終止D.活化和終止8.當一個反應(yīng)具有高度區(qū)域選擇性時，意味著？A.反應(yīng)只能發(fā)生在一種特定的立體異構(gòu)體上B.反應(yīng)傾向于生成一種區(qū)域異構(gòu)體，而非其他可能的異構(gòu)體C.反應(yīng)速率與所有可能位點的反應(yīng)速率都相同D.反應(yīng)歷程中只涉及一種類型的中間體9.基于過渡態(tài)理論，反應(yīng)的活化能主要取決于？A.反應(yīng)物和產(chǎn)物之間的熵變B.反應(yīng)物和產(chǎn)物之間的焓變C.過渡態(tài)與反應(yīng)物之間的能量差D.催化劑與反應(yīng)物之間的相互作用10.計算化學模擬可以幫助預(yù)測反應(yīng)的哪個方面？A.產(chǎn)物是否具有手性B.反應(yīng)是否能夠發(fā)生C.反應(yīng)發(fā)生的相對速率或立體選擇性D.反應(yīng)所需的實際時間二、填空題（每空2分，共20分）1.羰基化合物（如醛、酮）發(fā)生親核加成反應(yīng)時，通常首先形成______中間體。2.在SN1反應(yīng)中，反應(yīng)速率僅取決于______的濃度。3.醇脫水生成烯烴的E1機理中，關(guān)鍵的中間體是______。4.根據(jù)分子軌道理論，當成鍵軌道的節(jié)點數(shù)為______時，形成的鍵最強。5.在有機合成中，利用手性催化劑或試劑來控制反應(yīng)的______稱為不對稱合成。6.計算化學中的能量面圖（EnergyProfileDiagram）可以用來表示反應(yīng)物、中間體、過渡態(tài)和產(chǎn)物的______關(guān)系。7.確定反應(yīng)機理時，除了分析反應(yīng)物、產(chǎn)物和可能的中間體，還需要關(guān)注______的結(jié)構(gòu)和能量。8.某反應(yīng)在加熱條件下主要發(fā)生取代反應(yīng)，而在光照條件下主要發(fā)生消去反應(yīng)，這體現(xiàn)了反應(yīng)的______。9.對于涉及共軛體系的有機反應(yīng)，可以運用______進行解釋和預(yù)測。10.常用的計算化學軟件包如GAUSSIAN、VASP等，可以幫助研究人員進行______、過渡態(tài)搜索和反應(yīng)路徑分析等。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述親核取代反應(yīng)SN2機理的特征，并舉例說明哪些類型的底物更適合發(fā)生SN2反應(yīng)。2.解釋什么是反應(yīng)的立體選擇性，并說明影響反應(yīng)立體選擇性的主要因素有哪些。3.簡述使用計算化學方法研究反應(yīng)機理的一般步驟（至少列出三個主要步驟）。四、機理繪制題（共15分）請繪制以下反應(yīng)的詳細機理圖，并標注所有關(guān)鍵中間體、過渡態(tài)、官能團的變化以及電子轉(zhuǎn)移過程。苯酚與溴在FeBr3催化下發(fā)生溴代反應(yīng)。五、計算分析題（共20分）假設(shè)通過計算化學模擬得到某反應(yīng)A→B的過程數(shù)據(jù)如下：*反應(yīng)物A的能量：-200.5kcal/mol*產(chǎn)物B的能量：-205.0kcal/mol*關(guān)鍵中間體M的能量：-197.8kcal/mol*過渡態(tài)TS的能量：-194.5kcal/mol請根據(jù)以上數(shù)據(jù)回答：1.該反應(yīng)的標準反應(yīng)焓變（ΔH°）是多少？2.該反應(yīng)的活化能（Ea）是多少？3.比較中間體M和過渡態(tài)TS的能量，哪個能量更高？這說明了什么？4.如果該反應(yīng)同時存在另一條路徑，其過渡態(tài)能量為-195.0kcal/mol，請判斷哪條路徑更可能發(fā)生？為什么？試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.A5.B6.C7.A8.B9.C10.C二、填空題1.醛醇（或烯醇負離子）2.反應(yīng)物3.碳正離子4.零5.立體選擇性（或?qū)τ尺x擇性）6.能量7.過渡態(tài)8.光學異構(gòu)選擇性（或條件選擇性）9.共軛效應(yīng)（或電子轉(zhuǎn)移理論）10.分子結(jié)構(gòu)（或幾何構(gòu)型）三、簡答題1.SN2機理是雙分子親核取代反應(yīng)，反應(yīng)是一步完成的，親核試劑從離去基團的背面進攻，使底物發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化（或構(gòu)象翻轉(zhuǎn)）。該機理對二級和三級鹵代烷效果好，因為空間位阻小，有利于背面進攻；對一級鹵代烷和烯丙式、烷基鋰等也可發(fā)生。空間位阻大的四級鹵代烷幾乎不發(fā)生SN2反應(yīng)。2.反應(yīng)的立體選擇性是指反應(yīng)物在轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物時，對生成特定立體異構(gòu)體（如區(qū)域異構(gòu)體、順反異構(gòu)體、對映異構(gòu)體）的偏好程度。影響立體選擇性的主要因素包括：反應(yīng)物的空間結(jié)構(gòu)、反應(yīng)機理（如SN1與SN2、E1與E2的立體差異）、反應(yīng)中間體的穩(wěn)定性、以及溶劑、溫度、催化劑等反應(yīng)條件的影響。3.使用計算化學方法研究反應(yīng)機理的一般步驟通常包括：*建立反應(yīng)物、中間體、過渡態(tài)和產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)模型。*選擇合適的計算方法和基組進行幾何優(yōu)化，獲得各物種的穩(wěn)定構(gòu)型。*計算各物種的能量，并繪制能量剖面圖（能量面圖），確定反應(yīng)路徑和活化能。*（可選）進行頻率計算以確認過渡態(tài)是否為真正的過渡態(tài)（振動頻率為虛數(shù)）。*（可選）分析分子軌道、電子密度分布等，深入理解反應(yīng)機理。四、機理繪制題（此處應(yīng)繪制出苯酚與溴在FeBr3催化下發(fā)生溴代反應(yīng)的SNAr機理圖。包括：苯酚結(jié)構(gòu)，溴原子被FeBr3活化，親核的Br?進攻苯環(huán)的活化位（鄰位、對位），生成環(huán)狀過渡態(tài)，過渡態(tài)結(jié)構(gòu)，后續(xù)環(huán)開，生成2,4-二溴苯酚，并釋放Br?，最后FeBr3被再生。圖中需清晰標注苯酚、Br?、FeBr3、中間體（如活化后的Br）、過渡態(tài)、產(chǎn)物（2,4-二溴苯酚）以及電子轉(zhuǎn)移過程，如溴的極化、親核進攻等。）五、計算分析題1.標準反應(yīng)焓變（ΔH°）=產(chǎn)物能量-反應(yīng)物能量=-205.0kcal/mol-(-200.5kcal/mol)=-4.5kcal/mol。2.活化能（Ea）=過渡態(tài)能量-反應(yīng)物能量=-194.5kcal/mol-(-200.5kcal/mol)=6.0kcal/mol。（或者，Ea=過渡態(tài)能量-中間體能量=-194.5kcal/mol-(-197.8kcal/mol)=3.3kcal/mol。如果題目要求的是總活化能，則取前者。假設(shè)題目問的是從反應(yīng)物到過渡態(tài)的直接能壘，則用前者。）3.過渡態(tài)TS的能量（-194.5kcal/mol）高于中間體M的能量（-197.8kcal/mol）。這說明了過渡態(tài)是反應(yīng)過程中能量最高的物種，是反應(yīng)發(fā)生必須克服的能量勢壘。4.能量更低的過渡態(tài)對應(yīng)的反應(yīng)路徑更可能發(fā)生。因為過渡態(tài)能量為-195.0kcal/mol的路徑，其活化能（Ea=-194.5kcal/mol-