2025年下學(xué)期高二化學(xué)分子的手性與物質(zhì)性質(zhì)試題一、理論解析（一）手性分子的基本概念手性分子是指與其鏡像不能重疊的分子，如同左手和右手的關(guān)系。這種分子具有特殊的空間結(jié)構(gòu)，其核心特征是分子中存在手性碳原子。手性碳原子是指連有四個(gè)不同原子或原子團(tuán)的碳原子，通常用星號(hào)（*）標(biāo)記。例如，乳酸分子（CH?CH(OH)COOH）中的中間碳原子就是手性碳原子，它連接了甲基（-CH?）、羥基（-OH）、羧基（-COOH）和氫原子（-H）四個(gè)不同的基團(tuán)，因此乳酸分子是手性分子，存在兩種對(duì)映異構(gòu)體。手性分子的對(duì)映異構(gòu)體具有相同的分子組成和原子排列順序，但在三維空間中的構(gòu)型不同，互為鏡像關(guān)系。這種異構(gòu)現(xiàn)象稱為對(duì)映異構(gòu)，屬于立體異構(gòu)的一種。對(duì)映異構(gòu)體的物理性質(zhì)（如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等）基本相同，但在旋光性和生物活性等方面存在顯著差異。（二）手性分子的判斷方法判斷一個(gè)分子是否為手性分子，主要有以下兩種方法：尋找手性碳原子：如果分子中存在至少一個(gè)手性碳原子，且分子的整體結(jié)構(gòu)不具有對(duì)稱面或?qū)ΨQ中心，則該分子為手性分子。需要注意的是，含有多個(gè)手性碳原子的分子不一定是手性分子，如果分子中存在對(duì)稱因素（如對(duì)稱面），可能會(huì)形成內(nèi)消旋體，此時(shí)分子沒(méi)有手性。例如，酒石酸分子中含有兩個(gè)手性碳原子，但由于分子內(nèi)存在對(duì)稱面，因此存在內(nèi)消旋體，該內(nèi)消旋體不是手性分子。實(shí)物與鏡像是否重疊：通過(guò)構(gòu)建分子的三維模型，觀察其是否能與鏡像完全重疊。如果不能重疊，則為手性分子。這種方法雖然直觀，但對(duì)于復(fù)雜分子來(lái)說(shuō)，構(gòu)建模型較為困難，因此實(shí)際應(yīng)用中常結(jié)合手性碳原子的判斷方法。（三）手性分子對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響旋光性：手性分子具有旋光性，即能使平面偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。對(duì)映異構(gòu)體的旋光方向相反，一個(gè)使偏振光向右旋轉(zhuǎn)（右旋體，用“+”表示），另一個(gè)使偏振光向左旋轉(zhuǎn)（左旋體，用“-”表示），且旋轉(zhuǎn)角度相同。等量的左旋體和右旋體混合形成的混合物稱為外消旋體，外消旋體沒(méi)有旋光性。物理性質(zhì)：在非手性環(huán)境中，對(duì)映異構(gòu)體的物理性質(zhì)（如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度、溶解度等）基本相同。但在chiral環(huán)境（如手性溶劑、手性催化劑）中，它們的物理性質(zhì)可能會(huì)有所差異?；瘜W(xué)性質(zhì)：在非手性試劑和非手性條件下，對(duì)映異構(gòu)體的化學(xué)性質(zhì)基本相同。但在手性試劑、手性催化劑或生物體內(nèi)酶的作用下，它們的化學(xué)反應(yīng)速率和產(chǎn)物可能會(huì)有很大差異。例如，某些手性藥物的對(duì)映異構(gòu)體中，只有一種具有藥效，而另一種可能無(wú)效甚至有毒副作用。生物活性：手性分子在生物體中往往表現(xiàn)出不同的生物活性。這是因?yàn)樯矬w內(nèi)的酶、受體等都是手性分子，它們與手性藥物的結(jié)合具有高度的立體選擇性。例如，青霉素類抗生素的抗菌活性與分子的手性密切相關(guān)；沙利度胺（反應(yīng)停）的R-異構(gòu)體具有鎮(zhèn)靜作用，而S-異構(gòu)體則會(huì)導(dǎo)致胎兒畸形。二、試題示例及解析（一）選擇題下列分子中，不含手性碳原子的是（）A.CH?CH(OH)COOH（乳酸）B.CH?CH(NH?)COOH（丙氨酸）C.CH?OHCH(OH)CH?OH（甘油）D.CH?CHClCH?CHO答案：C解析：手性碳原子是指連有四個(gè)不同原子或原子團(tuán)的碳原子。選項(xiàng)A中，乳酸分子的中間碳原子連接了-CH?、-OH、-COOH、-H四個(gè)不同基團(tuán)，是手性碳原子；選項(xiàng)B中，丙氨酸分子的中間碳原子連接了-CH?、-NH?、-COOH、-H四個(gè)不同基團(tuán)，是手性碳原子；選項(xiàng)C中，甘油分子的三個(gè)碳原子分別為：第一個(gè)碳原子連接2個(gè)-H和1個(gè)-CH(OH)CH?OH，第二個(gè)碳原子連接2個(gè)-CH?OH和1個(gè)-H，第三個(gè)碳原子連接2個(gè)-H和1個(gè)-CH(OH)CH?OH，均不存在連有四個(gè)不同基團(tuán)的碳原子，因此不含手性碳原子；選項(xiàng)D中，CH?CHClCH?CHO分子的第二個(gè)碳原子連接了-CH?、-Cl、-CH?CHO、-H四個(gè)不同基團(tuán)，是手性碳原子。下列關(guān)于手性分子的說(shuō)法正確的是（）A.含有手性碳原子的分子一定是手性分子B.手性分子的對(duì)映異構(gòu)體性質(zhì)完全相同C.手性分子都具有旋光性D.外消旋體是純凈物答案：C解析：選項(xiàng)A錯(cuò)誤，含有多個(gè)手性碳原子的分子如果存在對(duì)稱面或?qū)ΨQ中心，可能形成內(nèi)消旋體，此時(shí)分子沒(méi)有手性，如內(nèi)消旋酒石酸；選項(xiàng)B錯(cuò)誤，手性分子的對(duì)映異構(gòu)體在旋光性和生物活性等方面存在差異；選項(xiàng)C正確，手性分子具有旋光性，能使平面偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)；選項(xiàng)D錯(cuò)誤，外消旋體是等量的左旋體和右旋體的混合物，屬于混合物，不是純凈物。下列現(xiàn)象不能用“相似相溶”規(guī)律解釋的是（）A.蔗糖易溶于水B.萘易溶于四氯化碳C.氯氣易溶于氫氧化鈉溶液D.酒精易溶于水答案：C解析：“相似相溶”規(guī)律是指極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑。選項(xiàng)A中，蔗糖是極性分子，水是極性溶劑，因此蔗糖易溶于水，符合“相似相溶”規(guī)律；選項(xiàng)B中，萘是非極性分子，四氯化碳是非極性溶劑，因此萘易溶于四氯化碳，符合“相似相溶”規(guī)律；選項(xiàng)C中，氯氣易溶于氫氧化鈉溶液是因?yàn)槁葰馀c氫氧化鈉發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)（Cl?+2NaOH=NaCl+NaClO+H?O），而不是因?yàn)椤跋嗨葡嗳堋币?guī)律；選項(xiàng)D中，酒精（乙醇）是極性分子，且能與水分子形成氫鍵，因此酒精易溶于水，符合“相似相溶”規(guī)律（同時(shí)存在氫鍵的影響）。（二）填空題手性分子是指與其________不能重疊的分子，其核心特征是分子中存在________。答案：鏡像；手性碳原子乳酸分子（CH?CH(OH)COOH）的手性碳原子是________（填序號(hào)，以結(jié)構(gòu)式中碳原子從左到右的順序?yàn)?、2、3），該分子存在________種對(duì)映異構(gòu)體。答案：2；2解析：乳酸分子的結(jié)構(gòu)式為CH?-CH(OH)-COOH，其中第二個(gè)碳原子（序號(hào)2）連接了-CH?、-OH、-COOH、-H四個(gè)不同的基團(tuán)，是手性碳原子。由于存在一個(gè)手性碳原子，因此乳酸分子存在兩種對(duì)映異構(gòu)體（左旋體和右旋體）。對(duì)映異構(gòu)體的________性質(zhì)（如旋光性）不同，而________性質(zhì)（如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)）在非手性環(huán)境中基本相同。答案：光學(xué)；物理（三）簡(jiǎn)答題簡(jiǎn)述手性分子在藥物研發(fā)中的重要性。答案：手性分子在藥物研發(fā)中具有至關(guān)重要的作用。許多藥物的有效成分是手性分子，其對(duì)映異構(gòu)體在生物體內(nèi)的藥效、毒性等方面可能存在顯著差異。例如，某些手性藥物只有一種對(duì)映異構(gòu)體具有治療作用，而另一種可能無(wú)效甚至產(chǎn)生毒副作用。因此，在藥物研發(fā)過(guò)程中，需要對(duì)藥物的手性進(jìn)行控制和研究，以獲得高效、低毒的手性藥物。通過(guò)手性合成、手性拆分等方法，可以獲得單一的對(duì)映異構(gòu)體，提高藥物的療效和安全性。例如，在抗生素的研發(fā)中，通過(guò)控制分子的手性，可以增強(qiáng)藥物與細(xì)菌靶標(biāo)的結(jié)合能力，提高抗菌活性；在激素類藥物的研發(fā)中，手性控制可以減少藥物對(duì)人體內(nèi)分泌系統(tǒng)的不良影響。判斷下列分子是否為手性分子，并說(shuō)明理由。（1）CH?CH?CH(CH?)?（2）CH?=CHCH(CH?)COOH答案：（1）不是手性分子。該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH?CH?CH(CH?)?，分子中所有碳原子均不滿足手性碳原子的條件（連有四個(gè)不同的原子或原子團(tuán)）。其中，中間的碳原子連接了兩個(gè)-CH?和一個(gè)-CH?CH?、一個(gè)-H，有兩個(gè)相同的-CH?基團(tuán)，因此不是手性碳原子，該分子沒(méi)有手性。（2）是手性分子。該分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH?=CHCH(CH?)COOH，從左到右第四個(gè)碳原子（與-CH?和-COOH相連的碳原子）連接了-CH=CH?、-CH?、-COOH、-H四個(gè)不同的基團(tuán)，是手性碳原子，且分子不存在對(duì)稱面或?qū)ΨQ中心，因此該分子是手性分子。（四）推斷題某有機(jī)物A的分子式為C?H??O?，具有酸性，能與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)。A分子中含有一個(gè)手性碳原子，且A的水解產(chǎn)物之一能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。（1）寫(xiě)出A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。（2）判斷A是否為手性分子，并說(shuō)明理由。（3）寫(xiě)出A與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)的化學(xué)方程式。答案：（1）A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH?CH(CH?)CH(OH)COOH。（2）A是手性分子。A分子中與-OH相連的碳原子連接了-CH(CH?)?、-OH、-COOH、-H四個(gè)不同的基團(tuán)，是手性碳原子，且分子不存在對(duì)稱面或?qū)ΨQ中心，因此A是手性分子。（3）CH?CH(CH?)CH(OH)COOH+CH?CH?OH?CH?CH(CH?)CH(OH)COOCH?CH?+H?O（條件：濃硫酸、加熱）解析：由A的分子式C?H??O?且具有酸性，能與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)，可知A是羧酸，含有羧基（-COOH）。A的水解產(chǎn)物之一能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，說(shuō)明水解產(chǎn)物中含有醛基（-CHO），由于A是羧酸，其水解可能是指酯的水解，但A本身是羧酸，因此可能是A分子中含有羥基（-OH）和羧基（-COOH），即A是羥基羧酸，其自身可以發(fā)生酯化反應(yīng)形成內(nèi)酯，水解后生成含有醛基的產(chǎn)物。又因?yàn)锳分子中含有一個(gè)手性碳原子，結(jié)合分子式C?H??O?，可推出A的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH?CH(CH?)CH(OH)COOH。該分子中與-OH相連的碳原子為手性碳原子，因此A是手性分子。A與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)時(shí)，羧基與乙醇的羥基反應(yīng)生成酯和水。三、綜合應(yīng)用題青蒿素是一種重要的抗瘧疾藥物，其分子結(jié)構(gòu)如圖所示（此處省略圖片，可根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)充）。青蒿素分子中含有多個(gè)手性碳原子，具有手性。（1）指出青蒿素分子中含有的手性碳原子的數(shù)目。（2）青蒿素的對(duì)映異構(gòu)體是否具有相同的抗瘧疾活性？為什么？（3）如何利用手性合成的方法獲得具有單一構(gòu)型的青蒿素類似物？答案：（1）青蒿素分子中含有7個(gè)手性碳原子（具體數(shù)目需根據(jù)實(shí)際分子結(jié)構(gòu)確定，此處以常見(jiàn)的青蒿素分子結(jié)構(gòu)為例）。（2）青蒿素的對(duì)映異構(gòu)體不一定具有相同的抗瘧疾活性。因?yàn)樯矬w內(nèi)的酶、受體等都是手性分子，它們與藥物分子的結(jié)合具有高度的立體選擇性。青蒿素的抗瘧疾作用是通過(guò)與瘧原蟲(chóng)體內(nèi)的特定靶點(diǎn)結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，對(duì)映異構(gòu)體的構(gòu)型不同，與靶點(diǎn)的結(jié)合能力可能不同，因此抗瘧疾活性可能存在差異，甚至一種有活性，另一種無(wú)活性或有毒性。（3）手性合成是指在合成過(guò)程中利用手性源、手性催化劑或手性試劑等方法，使反應(yīng)主要生成一種對(duì)映異構(gòu)體的合成方法。要獲得具有單一構(gòu)型的青蒿素類似物，可以采用以下方法：使用手性催化劑：在青蒿素類似物的合成反應(yīng)中，加入手性催化劑，通過(guò)催化劑與反應(yīng)