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热点情境专练(四)　超分子的组装与识别创新考法
(选择题每小题3分)
创新考法1　基于超分子组装的创新考查
1.(2025·湖北部分市州联考)分子X在光照时不发出荧光,当其与Na+和H+结合后形成超分子Y,Na+刚好被识别,该过程如图所示。分子Y是荧光分子,可以作为由光引发的分子开关。下列说法错误的是(　　)
A.在该过程中分子X中N原子与H+形成配位键
B.加入碱和合适配体可使分子Y不能发射荧光
C.分子X可以增大NaCl在有机溶剂中的溶解度
D.K+和H+的共同作用也可以打开该分子开关
2.(2025·湖北云学名校联盟联考)C60在材料学、医学等领域用途广泛。世界上第一辆单分子“纳米小车”的四个轮子是C60,其运行情况如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.C60是由非极性键构成的非极性分子
B.轴中碳原子通过σ键与C60相连,能绕键轴旋转
C.纳米小车可作运输载体,将药物送到病变部位
D.纳米小车通过共价键与药物分子形成超分子
3.机械互锁分子是由一个或多个分子结构单元经互锁或互穿等方式相互缠结,而非通过化学键连接在一起所形成的分子。TY型质子化咪唑盐与冠醚形成的机械互锁分子,可形成对Li+匹配的空腔环境,进而负载Li+,进行穿梭运动,实现金属离子对分子穿梭运动行为的调控。
当取代基R1、R2不同时,TY型质子化咪唑盐与冠醚的结合常数如下表所示。
R1 H —CH3 —NO2 —COOCH3
R2 H H H H
结合常数 1 670 1 180 5 970 3 720
下列说法错误的是(　　)
A.机械互锁分子对Li+的负载,是冠醚与Li+形成了配位键
B.TY型质子化咪唑盐上的取代基,吸电子效应越强,结合常数越大
C.加入Li+后冠醚在机械互锁分子内的移动受R1、R2的推(吸)电子效应的影响
D.负载Li+的机械互锁分子容易向阳离子浓度高的区域穿梭
创新考法2　基于超分子识别的创新考查
4.(2025·浙江新阵地教育联盟联考)实验室将KF溶入18-冠-6(结构如图1)的乙腈(CH3CN)溶液中可轻松实现氯的取代,反应过程如图2所示:
下列说法不正确的是(　　)
A.18-冠-6可循环使用
B.KF与18-冠-6形成的化合物熔点比KF低
C.KF与18-冠-6形成化合物的过程体现超分子自组装的特征
D.相同条件下,比更快被取代生成相应的氟化物
5.(2025·湖北七市州联考)我国化学家合成出一种超分子,在链状分子A上同时含有两个不同的识别位点。在碱性条件下,环状分子B与带有正电荷的位点1相互作用较强;在酸性条件下,环状分子B与位点2的相互作用增强。下列说法错误的是(　　)
A.酸性条件下,位点2的亚氨基结合H+而带正电荷,与环状分子B的作用力增强
B.酸性条件下,分子B与位点2之间存在氢键N—H…O
C.分子B内部有很大的空间,能与所有碱金属离子发生作用,把无机物带入有机物中
D.通过加入酸或碱,可以实现该超分子在两种不同状态之间切换
6.(2025·安徽六安二模)某种杯芳烃分子(如图甲)具有空腔结构,可包合H2O2分子形成超分子;它同时还可以识别对甲基苯乙烯分子中的乙烯基,引导对甲基苯乙烯分子进入其空腔内(如图乙),进而将对甲基苯乙烯氧化为(4-甲基苯基)环氧乙烷(如图丙)。下列说法错误的是(　　)
A.该杯芳烃分子腔外具有疏水性,而腔内具有亲水性
B.对该杯芳烃分子腔内羟基进行成酯修饰,可改变其分子识别能力
C.该杯芳烃分子可以防止H2O2将对甲基苯乙烯分子中的甲基氧化
D.(4-甲基苯基)环氧乙烷分子中的氧原子来自该杯芳烃分子
7.(2025·黑龙江哈尔滨二模)葫芦脲(cucurbituril,CB)是一类由甘脲单元通过亚甲基桥连形成的大环化合物,根据甘脲单元数的不同,可将其命名为CB[n](n=5~8,10,13~15),CB[5]的结构如图1。某研究团队将抗癌药物阿霉素(其结构如图2)包合在CB[7]的空腔中。已知CB[7]的空腔直径约为5.3A°(1A°=10-10 m),阿霉素分子的最大截面直径为7.2A°。下列说法正确的是(　　)
图1
图2
A.葫芦脲CB[5]是一种两端开口较小、中间空腔较大的超分子
B.阿霉素分子中有5个手性碳原子
C.阿霉素分子中有羟基、氨基,故阿霉素分子极易溶于水
D.阿霉素在CB[7]中需以质子化形式存在,可能是改变了分子构象,增强结合能力
参考答案
1.D　解析:氮原子有孤电子对,H+有空轨道,N与H+形成配位键,A正确;加入碱和合适配体,可从荧光分子Y中除去Na+和H+,破坏了工作结构,使其不再发射荧光,B正确;分子X为有机物,易溶于有机溶剂,能与Na+形成超分子,可以增大NaCl在有机溶剂中的溶解度,C正确;K+的半径大于Na+,K+的直径与超分子的冠醚结构空腔直径不适配,无法识别K+,不可以打开该分子开关,D错误。
2.D　解析:C60是由非极性键(碳碳键)构成的非极性分子,A正确;由图可知,轴中碳原子通过σ键与C60相连形成碳碳单键,能绕键轴旋转,B正确;纳米小车能运动且能装载药物,可作运输载体,将药物送到病变部位,C正确;超分子是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体,纳米小车不是通过共价键与药物分子形成超分子,D错误。
3.D　解析:冠醚分子中氧提供孤电子对、锂离子提供空轨道,两者形成配位键,A正确;由表可知,R1为—NO2时,TY型质子化咪唑盐与冠醚的结合常数最大,—NO2为吸电子基团,R1为—CH3时,TY型质子化咪唑盐与冠醚的结合常数最小,—CH3为推电子基团,说明TY型质子化咪唑盐上的取代基,吸电子效应越强,结合常数越大,B正确;R1、R2的推(吸)电子效应会导致电荷分布得不均匀,在加入Li+或脱离Li+后,冠醚在机械互锁分子内移动,其移动受R1、R2的推(吸)电子效应的影响,C正确;Li+本身带正电荷,则负载Li+的机械互锁分子容易向阴离子浓度高的区域穿梭,D错误。
4.C　解析:18-冠-6是一种可以循环使用的化学物质,A正确;KF与18-冠-6形成的化合物中阳离子半径更大,离子晶体熔点由离子所带电荷量及离子半径决定,电荷量越多,离子半径越小,熔点越高,B正确;KF与18-冠-6形成化合物的过程体现超分子的分子识别特征,C错误;中C—Br较中C—Cl更容易断裂,则相同条件下,用代替参与题中反应,反应速率会加快,D正确。
5.C　解析:由题可知,在酸性条件下,A分子中位点2的亚氨基结合H+而带正电荷,与环状分子B的作用力增强,A正确;位点2有N—H,分子B存在氧原子,在酸性条件下,分子B与位点2之间存在氢键N—H…O,B正确;分子B只能与直径适合的碱金属离子发生作用形成超分子,不能与所有的碱金属离子作用,C错误;在碱性条件下,环状分子B与带有正电荷的位点1的相互作用较强,通过加入酸或碱,可实现该超分子在两个不同状态之间的切换,D正确。
6.D　解析:该杯芳烃分子腔外为苯环和烷基,具有疏水性,腔内有4个羟基,具有亲水性,A正确;对该杯芳烃分子腔内羟基进行成酯修饰,可改变其分子腔的大小和亲水性,从而改变其分子识别能力,B正确;该杯芳烃可以包合H2O2形成超分子,同时使对甲基苯乙烯的乙烯基进入腔内被H2O2氧化,因此能使H2O2只氧化乙烯基而不会氧化甲基,C正确;反应产物中的氧原子来自该杯芳烃包合的H2O2,D错误。
7.D　解析:葫芦脲CB[5]是大环化合物,能与具有空轨道的阳离子以配位键形式形成超分子,但本身不是超分子,A错误;阿霉素分子中有6个手性碳原子,B错误;阿霉素分子中虽有羟基、氨基,会和水分子间形成氢键,但还存在较大的疏水基团,故阿霉素分子不是极易溶于水,C错误;阿霉素在CB[7]以质子化形式存在,可能是改变了分子构象,以适应CB[7]的空腔直径,增强结合能力,D正确。
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