走進高考新“寵兒”

摘要：《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》在《物質結構與性質》中新增對超分子知識的要求.本文以高考中常見的以冠醚為載體考查超分子的用途，以及融合有機化學基礎、物質結構與性質、影響反應機理等角度的考查，走進超分子冠醚，以期對其組成、結構與性質有所了解.

關鍵詞：新寵兒；超分子；冠醚；用途；結構；機理

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2025）07-0128-03

兩種或兩種以上分子由分子間相互作用結合的聚集體稱為超分子，具有明確的微觀結構和宏觀特性.目前了解的超分子有多種，其中冠醚作為相轉移催化劑、“識別”搬運金屬離子而在化學中發揮重要作用，以冠醚為載體的高考試題高頻出現，稱為高考新“寵兒”.

1以冠醚為載體考查超分子的用途

例1下列有關物質結構和性質的說法錯誤的是（）.

A．（2024年江西南昌預測）超分子冠醚（18-冠-6）

，其空穴與K+尺寸適配，兩者能通過弱相互作用（非化學鍵）形成超分子

B．（2024年廣東卷）某冠醚與Li+能形成超分子，與K+則不能，是因為Li+與K+的離子氧化性的不同

C．（2024年浙江卷）冠醚18-冠-6空腔直徑（260～320 pm）與K+直徑（276 pm）接近，冠醚18-冠-6可識別K+，能增大KMnO4在有機溶劑中的溶解度

D．（2023年湖南卷）冠醚（18-冠-6）的空穴與K+尺寸適配，兩者能通過弱相互作用形成超分子

解析冠醚（18-冠-6）的空穴與K+尺寸適配，兩者能通過弱相互作用形成超分子，A正確；冠醚最大的特點就是能與正離子，尤其是與堿金屬離子形成超分子，并且隨環的大小不同而與不同的金屬離子形成超分子，某冠醚與Li+能形成超分子，與K+則不能，則說明Li+與K+的離子半徑不同，B錯誤；冠醚18-冠-6空腔直徑（260～320 pm）與K+直徑（276 pm）接近，可識別K+，使K+存在于其空腔中，進而能增大KMnO4在有機溶劑中的溶解度，C正確；超分子是由兩種或兩種以上的分子通過分子間作用力形成的分子聚集體，分子間作用力是弱相互作用，根據冠醚（18-冠-6）的空穴大小，可以適配K+、Rb+（304 pm），冠醚與離子之間形成配位鍵，通過弱相互作用形成超分子，D正確；故答案選B.

考點分析：近幾年的新高考中考查超分子冠醚的空穴結構對陽離子（特別是堿金屬離子）有選擇作用，是分子（離子）識別功能的重要體現.“冠醚”的命名規則是“環上原子的個數-冠（醚）-氧原子的個數”，常見的有12-冠-4、15-冠-5、18-冠-6.空穴與堿金屬離子尺寸適配時，兩者能通過弱相互作用形成超分子，科學家借用C60核心，成功實現了高效且選擇性可精準定制的離子跨膜運輸，機理如圖1所示，幾種冠醚與識別的堿金屬離子的有關數據如表1.

2以冠醚為載體考查有機化學基礎

例2（2023年遼寧卷改編）冠醚分子結構形如皇冠而得名，某冠醚分子c可識別K+，其合成方法如下：

下列說法不正確的是（）.

A．c的核磁共振氫譜有4組峰

B．a、b均可與NaOH溶液反應

C．該冠醚能發生取代反應、加成反應和氧化反應

D．冠醚絡合哪種陽離子取決于氧原子與陽離子的配位能力

解析本題以超分子冠醚考查多官能團有機物的結構與性質、核磁共振氫譜等核心知識.

c有4種不同化學環境的H，如圖編號所示：

，核磁共振氫譜有4組峰，A正確；a含有酚羥基，具有弱酸性，能與NaOH發生中和反應，b含有碳氯鍵，能在NaOH溶液中發生水解反應，B正確；該冠醚含有苯環，能發生取代反應、加成反應，能發生氧化反應，C正確；冠醚絡合哪種陽離子由環的大小、氧原子的數目、氧原子間的空隙大小共同決定，D錯誤；故答案選D.

考點分析冠醚的合成有多種途徑，如例題中通過a、b間的取代反應，某些冠醚分子中含有苯環如例題中的c，故可發生硝化、溴代、酯化、氧化、加成、與甲醛等縮聚反應等.在有機合成中，冠醚的重要特性是和金屬陽離子形成絡合物，多用作相轉移的催化劑.以冠醚及合成中有機物為載體，主要考查常見官能團的性質，特別是酚羥基、鹵代烴、醚等結構及其性質.另外注意取代、加成、消去、氧化等有機反應類型的考查.

3以冠醚為載體考查物質結構與性質

例3（2024年山西太原二模）冠醚因分子結構形如皇冠而得名，基于18-冠-6（結構如圖2所示）的吸附劑可用于分離Sr2+（鍶離子）.下列說法正確的是（）.

A．電負性：Ogt;Cgt;Srgt;H

B．18-冠-6（空穴適配K+）可增加KI在苯中的溶解度

C．18-冠-6中C和O原子的雜化軌道類型不同

D．18-冠-6可與Sr2+形成超分子，該超分子中存在配位鍵、氫鍵等化學鍵

解析本題考查元素性質與電負性的關系、雜化軌道、簡單配合物的成鍵、氫鍵考點，電負性Ogt;Cgt;Hgt;Sr，A錯誤；18-冠-6空穴適配K+即與K+形成超分子，有利于KI溶于苯，B正確；該分子中C、O均為sp3雜化，C錯誤；氫鍵不屬于化學鍵，D錯誤.故答案選B.

考點分析以冠醚為載體考查物質結構與性質模塊知識的核心考點，因其“獨特”結構特點，在高考及模擬試題中高頻出現，常見的考查角度有依據冠醚的結構，利用雜化軌道理論判斷雜化類型、配位鍵、鍵角、電子的運動狀態、電負性、氫鍵等核心考點的考查.

4以冠醚為載體考查反應機理

例4（2024年湖南長沙高三調研）冠醚能與堿金屬離子結合（如圖3），是有機反應很好的催化劑，如能加快KMnO4與環己烯的反應速率.

用結合常數表示冠醚與堿金屬離子的結合能力，結合常數越大、兩者結合能力越強.

冠醚A、冠醚B的結合常數與Na+、K+直徑數據如表2.

下列說法不正確的是（）.

A．K+與冠醚結合后，K+的配位數為6

B．冠醚通過與K+結合將MnO-4攜帶進入有機相，起到催化劑的作用

C．為加快KMnO4與環己烯的反應速率，選擇冠醚A比冠醚B更合適

D．如圖實驗中，水溶液中的c（Na+）：①＞②＞③

解析冠醚中6個帶負電荷的氧原子與K+作用，K+的配位數為6，A正確；冠醚通過與K+結合將MnO-4攜帶進入有機相，使有機相中MnO-4濃度增大，反應速率加快，同時冠醚起到催化劑作用，B正確；根據題目信息可知，冠醚A對K+的結合常數大于冠醚B對K+的結合常數，所以選擇冠醚A更好，C正確；從②到③過程，K+與冠醚A結合，釋放出大部分Na+，使Na+濃度增大，所以c（Na+）：③gt;②，D錯誤.

考點分析超分子冠醚中以醚鍵形式連接起配位作用的4～12個氧原子，有時氮原子替換氧原子，是高選擇性的螯合劑，廣泛地應用于制作性能優異的高分子螯合劑，分析化學中的光度分析試劑.新高考中以冠醚為載體考查對反應機理、反應本質的理解，如冠醚通過與K+結合將MnO-4攜帶進入有機相，使MnO-4濃度增大，同時冠醚也起到催化劑作用，加快KMnO4與環己烯的反應速率.

5結束語

綜上所述，以超分子冠醚為載體、立足于必備知識、關鍵能力與核心素養考查的新高考化學試題將會頻繁出現，試題依然秉承“基礎性、綜合性、應用性、創新性”[1]的要求.因此在高考備考時，夯實基礎，打破不同模塊知識間的“壁壘”，融會貫穿，才能事半功倍，高效備考.

參考文獻：

［1］"教育部考試中心. 中國高考評價體系說明[M]. 北京：人民教育出版社，2019：1.

［責任編輯：季春陽］