浙江省2001年高中化学竞赛初赛试题解析

（第18题）CH₄分子为正四面体结构，若CH₄分子中的氢原子能被F、Cl、Br、I四种卤原子取代，那么所得卤代烃有多少种？

A 68 B 69 　C 70　 D 71　　　　　　　　　　　　　　　　 　

【解析】本题根据97年全国化学竞赛初赛第五题改编，可用数学中的排列组合方法进行分类讨论解答第。一种思路是CH₄中依次被一个、二个、三个、四个四种卤素原子取代，分类很复杂；第二种思路是将H、F、Cl、Br、I五种元素放入C的四个位置（正四面体的四个顶点），分类讨论：

①XA₄型：－1＝4（四个位置上为同一种卤素原子）

②XA₃B型：＝20（从五种元素中选出A，5种可能；剩下四种元素中选出B，4种可能，共5×4＝20种）

③XA₂B₂型：＝10（同②，但选出的A、B互换位置是重复的，应除2）

④XA₂BC型：＝30（五种元素中选出A，5种可能；余下四种选会重复的B、C，同③，为4×3÷2）

⑤XABCD型：＝5（五种元素中选四种，余下一种，共5种可能），这种构型有旋光性，还应包括对映体，即10种。

学过排列组合，以上分类计算很容易理解，但高二学生此时在数学上可能并未学过排列组合，本题也太难为他们了。

第二种思路是值得推广，例如当19种取代基取代正四面体的四个位置时，也可轻易求解。本题答案应74种，由于无这个选项，则不考虑对映体，本题可选B，69种。

【习题选编】

1964年Eaton合成了一种新奇的烷，叫立方烷，化学式为C8H8 (A)。20年后，在Eaton研究小组工作的博士后XIONG YUSHENG (译音熊余生)合成了这种烷的四硝基衍生物(B), 是一种烈性炸药。最近，有人计划将B的硝基用19种氨基酸取代，得到立方烷的四酰胺基衍生物(C)，认为极有可能从中筛选出最好的抗癌、抗病毒，甚至抗爱滋病的药物来。回答如下问题：(1)四硝基立方烷理论上可以有多种异构体，但仅只一种是最稳定的，它就是(B)，请画出它的结构式。(2)写出四硝基立方烷(B)爆炸反应方程式。(3)C中每个酰胺基是一个氨基酸基团。请估算，B的硝基被19种氨基酸取代，理论上总共可以合成多少种氨基酸组成不同的四酰胺基立方烷(C)？(4) C中有多少对对映异构体？（来源：1997年全国高中学生化学竞赛(初赛)）

由、、和、、六种原子最多可构成　　　 种不同单质分子和　　　 种不同化合物分子。（来源：全国化学竞赛预赛模拟试卷－98－5）

有机化学中常用各种投影式表示分子中各原子关系。下面是D和L一甘油醛的投影式（图中A和B式），它们表示，如果以2—位碳原子为中心放在纸平面上，则该碳原子分别向纸后方向连接了—CHO和—CH₂OH，向纸前方向连接了—H和—OH（横线表示向前，竖线表示向后），A式和B式非常相似互为镜像，但不能叠合（恰如左右手的关系），所以它们互为对应异构体。本题中2—位碳原子属于手性碳原子（碳原子连接的四个基团各不相同）。
　　　

1．请指出下面（1）～（6）哪几个跟A式完全相同　　 （多一个或少一个各扣两分）

（1）　　　　 （2）　　 （3）　　　 （4）　　 （5）　　 （6）

2．某化合物C分子式为C₆H₁₀，催化氢化后得化合物D，分子式C₆H₁₂，C有手性，D没有。请写出C的所有可能结构，用*表示其手性碳原子。

3．右图是一种刚合成的有机化合物，用*表示出手性碳原子，并计算该化合物理论上的异构体数目　　　　　　　　

（来源：全国化学竞赛预赛模拟试卷－98－3）