Question

14．金剛烷結構如圖，其結構非常對稱，¹H-NMR譜中只有兩個信號．
（1）請寫出金剛烷的分子式C₁₀H₁₆，其二氯取代物的同分異構體有6種．
（2）四氮金剛烷（烏洛拖品）是金剛烷中的四個碳原子被氮原子取代的產物，其結構也具有很好的對稱性．將甲醛水溶液與氨水混合蒸發(fā)可制得烏洛拖品．甲醛的分子式為CH₂O，合成時甲醛與氨的物質的量之比為3：2．
（3）金剛乙烷、金剛乙胺等已經(jīng)被批準用于臨床治療人感染禽流感，已知金剛乙烷可通過下列轉化生成金剛乙胺；
$→_{I}^{Cl_{2}}$M$→_{II}^{NH_{3}}$
①金剛乙烷的一氯取代有5種．
②若反應I、II均為取代反應，且M的分子式為C₁₂H₁₉Cl．寫出反應II生成的另一種產物是HCl．

Answer 1

分析 （1）由結構可知分子式，金剛烷為正八面體結構，二氯取代存在面上的相鄰、相對及體心相對；
（2）將甲醛水溶液與氨水混合蒸發(fā)可制得烏洛托品，若原料完全反應生成烏洛托品，每個烏洛托品分子中含有6個C原子、4個N原子，根據(jù)C原子、N原子守恒判斷甲醛和氨的物質的量之比；
（3）①金剛乙烷中存在5種化學環(huán)境不同的H原子；
②金剛烷與氯氣可發(fā)生取代反應，取代產物與氨氣反應生成金剛乙胺和氯化氫．

解答 解：（1）金剛烷的分子式為C₁₀H₁₆，金剛烷的結構可看作是由四個等同的六元環(huán)組成的空間構型，分子中含4個-CH-，6個-CH₂，共2種位置的H，所以該物質的一氯代物有2種，當次甲基有一個氯原子取代后，二氯代物有3種，當亞甲基有一個氯原子取代后，二氯代物有3種，共6種，故答案為：C₁₀H₁₆；6；
（2）將甲醛水溶液與氨水混合蒸發(fā)可制得烏洛托品，若原料完全反應生成烏洛托品，每個烏洛托品分子中含有6個C原子、4個N原子，每個甲醛分子中含有1個C原子、每個氨氣分子中含有1個N原子，根據(jù)C原子、N原子守恒知，要形成一個烏洛托品分子需要6個甲醛分子、4個氨氣分子，則需要甲醛和氨氣分子個數(shù)之比=6：4=3：2，根據(jù)N=nN_A知，分子數(shù)之比等于物質的量之比，所以甲醛與氨的物質的量之比3：2，
故答案為：3：2；
（3）①金剛乙烷中存在5種化學環(huán)境不同的H原子，則一氯代物有5種，故答案為：5種；
②金剛烷與氯氣可發(fā)生取代反應，取代產物與氨氣反應生成金剛乙胺和氯化氫，另一種產物為HCl，故答案為：HCl．

點評 本題考查有機物的結構和性質，為高頻考點，側重考查學生的分析能力，難度中等，需要學生熟練掌握官能團的性質與轉化，注意把握同分異構體的判斷．