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硕士研究生招生考试业务课考研大纲 考试科目: 有机化学Ⅰ 科目代码: 626 一、参考书目: 《基础有机化学》第 3 版,刑其毅主编,高等教育出版社 2005 年 二、考试内容范围: 有机化学研究有机化合物的性质、结构、合成方法、有机化合物之间的相互转变以 及根据这些事实资料归纳出来的规律和理论等。这些基本内容在基础有机化学中都有所 反映,所以都是考察的内容。包括对基础概念和基础理论的掌握,对有机化学反应的掌 握和运用(包括熟悉反应的机理,尤其是典型反应的机理,应用有机反应进行有机合成 等),能够熟练地应用化学方法和波谱学方法解决有机化合物的结构问题,等等。在考研大纲 部分我们仍按官能团分类逐章说明,但考生在复习时也应从反应类型上理解、掌握各类 反应,这样便于对机理的了解和深入认识。 有机合成是对有机化学反应的综合运用,也是对学生的有机化学知识的重要考察依 据。这一部分通常是考生的薄弱环节,一是反应不熟练,甚至张冠李戴;二是对一给定 的目标分子不知如何下手,即不知道如何设计一条合理的合成路线去合成目标分子,这 就要求考生不仅要熟练掌握必要的有机反应,还要学一些有机合成设计方面的知识。 三、试卷结构及题型比例: 正如在说明部分所述,考生应了解有机化学的基本概念,基本理论和反应,以及运 用这些知识解决有机化学问题(像运用有机反应和波谱方法解决有机化合物的结构问题, 进行有机合成等),试题是按照上述基本要求设计的。试题类型包括: 1. 回答一些问题或选择正确答案 这部分是考察考生对基本理论,基本概念的理解,例如命名,解释概念,比较一些性 质像酸碱性、亲电性、亲核性等等。 2. 有机化学反应 这部分主要是考察考生对基本有机化学反应的掌握程度,通常是要求写一些典型的 产物,包括产物的立体化学,也可能给出反应物和产物,要求考生给出反应条件。 3. 反应机理 对一些典型的反应,要求掌握其反应机理,这样才能对反应有深入的理解,所以在试 卷中通常会出现这类试题。 4. 有机合成 这部分考察考生综合运用有机反应的能力,可能会给出某种原料,也可能仅给出目标 分子,由考生自选适当的起始原料。首先必须有一条合理的合成路线,其次是要正确地 运用反应,包括条件。 5.推测有机物的结构 这部分也是考察考生的综合能力,应用一系列反应或波谱方法或是二者的结合推断未 知有机物的结构。 6. 分离或鉴别 这部分主要考察考生对各类化合物性质的了解,不一定在试卷中出现,但是要求掌握 这方面内容。 四、考试刚要: 这部分内容按官能团分章叙述,将烷烃和环烷烃放在一章。 (一)绪论 1. 共价键 价键理论(杂化轨道理论);分子轨道理论;共振论。 共价键的属性:键能;键长;键角;键的极性。 键的极性和分子极性的关系;分子的偶极矩。 2. 有机化合物的特征 (二)烷烃和环烷烃 1. 基本概念 烃及其分类;同分异构现象;同系物;分子间作用力;a 键,e 键;构型,构象,构象分析,构象异构体; 烷基;碳原子和氢原子的分类(即 1,2,3碳,氢;4碳);反应机理,活化能。 对于基本概念,不是要求记住其定义,而是要求理解它们,应用它们说明问题。 2. 命名 开链烷烃和环烷烃的 IUPAC 命名,简单的桥环和螺环的命名。 3. 烷烃和环烷烃的结构 碳原子 sp 3 杂化和四面体构型;环烷烃的结构(小环的张力)。 4. 烷烃的构象 开链烷烃的构象,能量变化;环烷烃的构象:重点理解环己烷和取代环己烷的构象及能 量变化,稳定构象,十氢萘及其它桥环的稳定构象。 5. 烷烃的化学性质 自由基取代反应—卤代反应及机理;碳游离基中间体—结构,稳定性;不同的卤素在反应中的活性和 选择性;反应过程中的能量变化。 6. 环烷烃的化学性质 自由基取代反应(与烷烃一致);小环(3,4 元环)性质的特殊性—加成。 (三)烯烃 1. 烯烃的结构特点 碳的 sp 2 杂化和烯烃的平面结构;键和键。 2. 烯烃的同分异构、命名 碳架异构,双键位置异构,顺反异构(Z,E)。 3. 烯烃的物理和化学性质 烯烃的亲电加成及其机理,马氏规则;碳正离子中间体—结构,稳定性,重排。 其它加成反应:催化加氢(立体化学,氢化热);硼氢化—氧化(加成取向,立体化学);羟汞化—脱 汞(加成取向);与 HBr/过氧化物加成(加成取向);其它游离基加成。 氧化反应:羟基化反应—邻二醇的形成;KMnO 4 /H + 的氧化,臭氧化反应,烯烃结构的测定。 α -位取代反应:烯丙基型取代反应(高温卤代和 NBS 卤代)及机理—烯丙基自由基。 (四)炔烃和二烯烃 1. 炔烃 ①结构:碳的 sp 杂化和碳-碳三键;sp 杂化,sp 2 杂化 和 sp 3 杂化的碳的电负性的差异及相应化合物的 偶极矩。 ②同分异构体 ③化学性质:末端炔烃的酸性及相关的反应;三键的加成:催化加氢,亲电加成,亲核加成;碳—碳 三键与 H2/Lindlar 催化剂反应(顺式烯烃);碳—碳三键与 Na/液氨的反应(反式烯烃);加卤素;加 HX(马 氏规则);加 H2O(羰基化合物的形成);加 HBr/过氧化物;硼氢化—氧化;加 HCN 及乙炔的二聚;氧化 反应:KMnO4 氧化和臭氧化。 2. 二烯烃 ①共轭二烯烃的稳定性:键能和键长平均化,共轭效应。 ②二烯烃的化学反应:1,2-加成和 1,4-加成(反应机理);反应的动力学控制和热力学控制(反应 过程中的能量变化);烯丙型碳正离子的稳定性(p-共轭);Diels-Alder 反应。 (五)波谱分析 1. 紫外光谱 理解各种跃迁(,n,,n)和各自的吸收能量波长;发色团和助色团;溶剂效 应;最重要的是能够从一张 UV 谱图中得到有用的信息(判断结构)(不要求利用经验规则去计算某化合 物之吸收波长)。 2. 红外光谱 理解 IR 光谱之基本原理,最重要的是利用 IR 光谱(结合其它波谱)推测有机分子的结构,这就要求 对各类官能团的红外吸收范围有清楚的了解,并清楚影响峰位置变化的因素。 3. 核磁共振谱( 1 H NMR)(碳谱不要求) 了解基本原理;基本概念:化学位移,内标,外标,偶合,偶合常数,屏蔽,去屏蔽等。清楚不同类 型的枝质子的化学位移范围及影响因素;最重要的是利用 NMR 谱(结合其它波谱)推测有机分子的结构。 4. 质谱 了解基本原理;几种重要的开裂方式(包括重要的重排开裂如麦氏重排,逆 Diels-Alder 重排等);最 重要的是利用 MS 得出的分子离子峰(并结合其它波谱方法)推测有机分子的结构。 本章最重要的是利用几种波谱方法结合推测有机分子的结构。 (六)芳香烃 1. 苯的结构和芳香性 理解芳香性的概念和判断芳香性的 Hückel 规则,能用此规则判断一给定的分子(或离子)是否是芳香 性的。 2. 苯的异构,同系物和命名 3. 苯及其同系物的物理性质和波谱性质 主要了解其波谱特征,例如芳香烃的 NMR 谱学特征,不同取代苯在 IR 指纹区的特征等。 4. 化学性质 亲电取代反应及机理;傅氏反应的特点及局限;氯甲基化反应;Gatterman-Koch 反应;芳香环上取代 基的定位效应;其它反应:侧链氧化;侧链取代;芳香环上的还原:催化加氢,Birch 还原。 5. 萘的结构和化学性质 (七)立体化学 1. 基本概念 对映异构(体);手性分子;镜像;旋光性,旋光度;对映体;非对映体;差向异构体;内消旋体; 外消旋体;手征性;手性中心。 2. 对映异构体构型的表示法 R/S 法(次序规则)。 3. 熟悉各类手性分子 含 1—3 个手性碳原子的手性分子;不含手性碳原子的手性分子;环状化合物。 4. 立体异构体的制备和反应 熟悉能产生立体异构体的化学反应及机理,象烯烃与卤素的反式加成,环氧乙烷的开环,羰基化合物 的加成(Cram 规则)等等。 (八)卤代烃 1. 异构,分类,命名 2. 波谱性质,尤其是 NMR 谱 3. 化学性质 亲核取代反应及机理(SN1,SN2);影响亲核取代及机理的因素;亲核试剂的亲核性;SN2 反应的立体 化学;SN1 反应中的重排;邻基参与。 消除反应及机理(E1,E2,E1cb):消除反应的取向(Saytzeff 规则)和立体化学;消除反应和取代反 应的竞争。 卤代烃与 Mg,Li,Na 等的反应:Grignard 试剂、有机锂试剂及其应用。 (九)醇、酚、醚 1. 结构、分类、命名 2. 醇的物理性质和光谱性质 氢键对其物理性质的影响;IR 光谱和 NMR 谱的特征。 3. 醇的化学性质 醇的酸性(与其它类型化合物如 H2O,酚,羧酸酸性的比较);与酸性有关的反应(与金属如 Na, Mg,Al的反应);醇的氧化(形成醛/酮,羧酸);熟悉各种氧化剂;醇的成酯反应:与无机酸成酯,与 有机酸成酯(机理);卤化反应;用 SOCl2 卤化的立体化学及机理;用 HX 的卤代反应(Lucas 试剂用来区 别六个碳原子以下 1,2和 3醇);Wagner-Meerwein 重排。 醇的脱水反应:反应机理/扎依切夫规律;反应活性;重排;分子间脱水成醚。 多元醇的反应:与 HIO4 或 Pb(OAc)4 的反应;片呐醇重排反应及机理。 4. 酚的物理性质和光谱性质 5. 酚的化学性质 酸性及与之相关的反应;Fries 重排;芳环上的亲电取代:卤代,硝化,磺化;其它亲电取代:与醛的 作用;与 CO2 的作用;Reimer-Tiemann 反应;酚的氧化反应。 6. 酚的制备方法 异丙苯氧化法;氯苯水解法;苯磺酸碱熔法。 7. 醚的反应 与 HX 的反应(醚键断裂)及机理;Claisen 重排;环氧乙烷的反应。 8. 醚的合成方法 Williamson 合成法。 (十)醛和酮 1. 醛酮的反应 ①加成反应,亲核加成 OC C N OC C N H2 O + _ _ O HC C N + O H _ OC Na HSO3 O HC SO3 Na + 以上反应适用于醛、脂肪族甲基酮和八个碳原子以下的环酮。 OC R Mg X O Mg XC R + O HC R OC H2 NB NC+ H,H2 O + B B= -O H,-NHC6 H5 ,-NHCO NH2 ,-Ar 等 OC RO H+ C(O R)2 2 ②—碳原子上 2 RC H2 C HO O H RC H2 C HO H C HC HOR RC H2 C H=CC HO R _ _ H2 O 卤仿反应: RCO C H3 NaO X RCO O Na C HX3+ ③氧化和还原 RC HO [O ] RCO O H OC OC [H] C HO H [Zn Hg+ HCl] [NH2 NH2 + NaO H] C H2或 2. 醛酮的制法 ①烃类氧化 CH3 CH O [O ] ②醇的氧化及去氢 RC H2 O H RC HO RC HO HR' RCOR' [O] [O] ③Friedel-Crafts 酰化反应 C6 H5 COCl C6 H6 AlCl3 C6 H5 COC6 H5+ 3.,—不饱和醛、酮的反应: C=C C=O R Mg X C=C C-O Mg X R C=C C=O + C=C C-O H R H2 O C-O Mg X H2 O C R C C=OC R C H HC N C=O C N C HC 1,2-加 成 1,4-加 成 (十一)羧酸及其衍生物 1. 羧酸的反应: ①酸性:羧酸的酸性比碳酸强,比无机酸弱。 ②羧酸中羟基的取代反应 _ RCO O H PCl3 RCO Cl RCO O H R'O H RCO O R' NH3 RCO O NH4 RCO NH2 RCO O H + + + H2 O ③还原 LiAlH4 RCH2 OHRCOO H + 2. 羧酸的制法 ①氧化法 RC H2 O H RC HO [O ] RCO O H RCO C H3 ArC H3 K MnO4 ,H ArCO O H RCO O H 卤 仿 反 应 + ②水解法 ++RCN H RCOO H NH4 + H2 O + ③Grignard 试剂与二氧化碳作用 RCO O H+R Mg X CO2 RCO O Mg X H2 O 3. 羧酸衍生物的反应 ①水解都生成羧酸 ②醇解 酰氯、酸酐和酯的醇解都生成酯,酯与醇作用生成原酸酯或酯。 ③氨解 酰氯、酸酐和酯的氨解都生成酰胺 ④酸解 生成平衡混合物 4. 羧酸衍生物的制法 ①酰氯:羧酸与无机酰氯作用;②酸酐:酰氯与羧酸盐作用;③酯:直接酯化: ④酰胺:羧酸的铵 盐去水或酯的氨解;⑤腈:酰胺去水或卤代烃与氰化钠作用。 (十二)取代羧酸 1. 卤代酸的反应 ①与碱的反应,产物与卤素和羧基的相对位置有关。 -卤代酸羟基酸 -卤代酸,-不饱和酸 或-卤代酸内酯 ②Darzen 反应 R2 C=O XCH2 COOC2 H5 B O R2 C CHCOOC2 H5 + _ 2. 诱导效应 + Y CR3 H CR3 X CR3 I I (C H3 )3 N F Cl Br C H3 O (C H3 )3 C (C H2 )2 C H C H3 C H2 CH3 _ + + I I _ : : > > > > > > > 标 准 3. 共轭效应 _ + _ : : > >N O O + > > >OC C=N > > C=C NC N .. ... . .. ... .O F Cl Br> >.. .. .... . . ... .. I . C C .. 4. 醇酸的反应 ①去水,产物与羟基的相对位置有关 -醇酸交酯 -醇酸,-不饱和酸 -醇酸内酯 ②分解: H2 ORCHO HCOO H H2 SO4 RCHO CO2+ + 5. 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用 ①合成甲基酮: C H3 CO C H2 CO O C2 H5 C H3 CO C HRCO O C2 H5 C H3 CO C H2 R 成 酮 水 解 ① ②C2 H5 O Na R X ②合成酮酸 C H3 CO C H2 CO O C2 H5 C2 H5 O Na,RC H XCO O C2 H5 C H3 CO C HCO O C2 H5 RC HCO O C2 H5 C H3 CO C H2 C HCO O H R 6. 丙二酸酯在合成上的应用 ①合成一元羧酸 C H2 (CO O C2 H5 )2 RC H(CO O C2 H5 )2 RC H2 CO O H CO2 R2 C(CO O C2 H5 )2 R2 C HCO O H 水 解 水 解 _ _ CO2 ① ②C2 H5 O Na R X ②合成二元羧酸 C H2 (CO O C2 H5 )2 CO2 水 解 _ C H(CO O C2 H5 )2 RC HCO O C2 H5 C H2 CO O H C HCO O HR C H2 (CO O C2 H5 )2 C2 H5 O Na CO2 水 解 _ n+2(C H2 ) C H(CO O C2 H5 )2 C H(CO O C2 H5 )2 n+2(C H2 ) C H2 CO O H C H2 CO O H ① ② RC HXCO O C2 H5 C2 H5 O Na① ② RC HXCO O C2 H5 (十三)胺和含氮化合物 1. 胺的化学性质 ①碱性 _ R NH2 HX R N H3 X+ + ②烃化 + + R NH2 R X R X R X R2 NH R3 N R2 N H2 X HXR3 N R4 N X + + + + _ _ _ ③酰化(Hinsberg 反应) R NH2 R2 NH R3 N + + + + (C H3 CO)2 O R NHCOC H3 p-C H3 C6 H4 SO2 Cl NaO H p-C H3 C6 H4 SO2 NR2 p-C H3 C6 H4 SO2 Cl p-C H3 C6 H4 SO2 N R Na p-C H3 C6 H4 SO2 Cl R NH2 NaO H NaO H + _ 不 生 成 磺 酰 胺 ④与亚硝酸的反应 等 +R NH2 HX Na NO2 RO H N2 ArNH2 HX Na NO2 ArN NX R2 NH R3 N R2 N-N=OHX Na NO2 HX Na NO2 HX Na NO2 + + + + + + + + + + + _ 噻吩>吡咯>呋喃 离域能(kJ/mol —1 ) 150.6,121.3,87.6,66.9 3. 呋喃、噻吩、吡咯的性质 ①亲电取代:卤代,硝化,磺化,乙酰化;②呋喃易发生;Diels-Alder 反应;③吡咯的弱碱性;④吡 啶的碱性;⑤吡啶的氧化、还原性质;⑥Fischer 吲哚合成法和 Skraup 喹啉合成法。 (十六)周环反应 1. 在协同反应中轨道对称性守恒 2. 电环化反应的选择规律 电子数 基态 激发态 4n 顺旋 对称 4n+2 对旋 顺旋 3. 环化加成反应的选择规律(同一边) 电子数 基态 激发态 4n 禁阻 允许 4n+2 允许 禁阻 4. 迁移反应的选择规律(同一边) i+j 4n 4n+2 基态 禁阻 允许 5. Cope 重排 C H2 -C H=C H2 C H2 -C H=C H2 C H2 =C H C H2 C H2 C H2 =C H 6. Claisen 重排 O-C H 2 -C H =C H 2 OH C H 2 -C H =C H 2 O-C H 2 -C H =C H 2 C H 3 CH 3 CH 3 C H 3 OH C H 2 -C H =C H 2 * * * * (十七)碳水化合物 1. 单糖的结构与构型 ①Fischer 构型式的写法:羰基必须写在上端;②构型:编号最大手性碳原子上 OH 在竖线右边为 D- 型,在左边为 L-型;③Haworth 式:己醛糖的 Haworth 式中 C1 上的 OH 与 C5 上的 CH2OH 在环同一边为 位异构体。 2. 单糖的反应 ①氧化:醛糖用溴水氧化生成糖酸,用稀硝酸氧化生成糖二酸 ②还原:用 NaBH4 还原生成多元醇 ③脎的生成:糖与苯肼作用——成脎。 (十八)氨基酸、多肽、蛋白质 1.①氨基酸的基本结构 C CO O H HNH2 R 天然的-氨基酸,只有 R 取代基的差别。 ②等电点:等电点时氨基酸以两性离子存在,氨基酸溶解度最小;③氨基酸-茚三酮的显色的反应;④Sanger 试剂及应用;⑤氨基酸的制备:a. -卤代酸的氨解,b. 醛和酮与氨、氢氰酸加成物水解,c. 二丙酸酯合成 法;⑥多肽的合成方法。 (十九)萜类和甾体化合物 ①掌握萜类化合物的基本结构:碳骨架由异戊二烯单位组成的;会划分萜类化合物中的异戊二烯单位。 ②掌握一些重要的萜类天然产物常规性质:如法尼醇;牛儿酮;栊牛儿奥;山道年;维生素 A;叶绿 醇;角鲨烯。-胡萝卜素。 ③了解甾体化合物的四环结构和命名。 ④了解萜类和甾体化合物的生物合成。
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