Analysis of Organic Chemistry Questions in the 28th National Senior High School Chemistry Contest (Final) Outline: JI Cong-Bin , ZHENG Xiao-Bin 【解题策略】(a)(b)与(c)3个反应式均是关于苯甲酰胺肟与氯代脲盐酸盐衍生物的缩合反应，该题关键之处是中间体A的结构式的确定，由反应式(a)的产物与反应物的结构特点对比及中间体消除的小分子二甲胺可知：苯甲酰胺肟上的羟基与氨基作为亲核位点均在氯代脲盐酸盐的中心碳原子上发生了亲核加成和亲核取代反应而得到中间体化合物A，中间体A脱去1分子NH ( CH ₃ ) ₂ 进行芳构化得到目标产物，具体反应过程如 图 2 所示。 对于反应(b)与(c)而言，氯代脲盐酸盐与苯甲酰胺肟形成的中间体与反应(a)类似，在中间体芳构化这一步过程中由于二甲胺分子量小，沸点低(7.4 ℃)，故易离开体系而逸出促进反应进行。反应方程式如 图 3 所示。 近年来，对可再生资源——生物质及其衍生物的研究愈来愈受到人们的重视。尤其是D-葡萄糖的加氢产物山梨醇(A)，已经成为重要的生物质转化平台化合物。如 图 4 所示，A经分子内脱水生成主要产物为手性化合物B，B经多步转化生成化合物F，F是一种治疗心绞痛的药物。 【解题策略】9-1：该题比较简单，考查范围属于有机化学的静态立体化学中的Fisher投影式的理解，D-葡萄糖是有机化学中重要的一种有机物，是参赛选手都应该熟知的。D-葡萄糖中的醛基氢化还原后得到山梨醇A，其Fisher投影式如 图 5 所示。 9-2：该题的重点是要确定化合物B的结构，而化合物B立体结构式的确定就得从山梨醇A的立体结构式及反应的特点开始分析。利用不饱和度(Ω)可以初步确定有机化合物的大致结构。不饱和度又称缺氢指数，对于只含C、H、O三种元素的有机化合物，不饱和度计算公式为Ω= N _C +1-( N _H /2) ( N _C 、 N _H 分别表示分子式中碳原子和氢原子个数)，因此B的Ω=2，这说明B结构中可能存在2个环(由山梨醇分子内脱2分子水形成)、2个双键或者1个三键，根据山梨醇的结构特点，化合物B是由山梨醇A通过分子内脱2分子水形成二环化合物，进一步分析还得知化合物B中存在2个羟基。一般地，分子内成环大小主要以五、六元环为主，因此山梨醇A的脱水缩合方式为C1-OH与C4-OH、C3-OH与C6-OH进行缩合成环得到化合物B(异山梨醇)。异山梨醇B在吡啶存在下与乙酸酐反应，实现了羟基的乙酰化，反应过程如 图 6 所示。 如异山梨醇B的立体结构模型如B′所示( 图 7 )，C5位的羟基(a处)受到的位阻比C2位的羟基(b处)位阻要大很多，因此(CH ₃ CO) ₂ O发生乙酰化反应主要在C2位的羟基上，即b处反应为主要结果。若a处羟基发生乙酰化反应，则产物为化合物D，立体结构如 图 7 所示。因此，在有机反应中也常利用化合物的位阻效应实现官能团的区域选择性合成。 9-3：结合反应条件，通过分析化合物C与E的分子式的区别，说明C与HNO ₃ 发生了酯化反应而得到E。同理分析可知E到F发生的是水解反应，反应过程如 图 8 所示。从化合物B到F的合成过程是利用了羟基的保护与去保护来实现反应的选择性合成。 二酯类化合物E在水解过程中，体系中OH ^- 可分别催化水解硝酸酯与羧酸酯，催化水解硝酸酯的过程为OH ^- 进攻E分子结构的c处 ^{[ 2 ]} ，催化水解羧酸酯的过程为OH ^- 进攻羧酸酯的羰基碳(d处)，由于羧酸酯的碱性水解活化能 ^{[ 3 ]} 比硝酸酯的活化能 ^{[ 2 ]} 低，故E水解得到主产物F，如 图 9 所示。 【解题策略】10-1：该题考查的是基于Reissert反应 ^{[ 4 ]} 的喹啉衍生物合成与以Morita-Baylis-Hillman (以下简称MBH)反应机理推测为背景而设置的。根据Reissert反应机理可知A的结构为 。其反应机理过程如下：喹啉与苯甲酰氯首先形成亚胺离子中间体I，接着与氰基负离子发生亲电加成反应得到产物A，如 图 11 所示。 产物A在H ⁺ 存在下发生水解，首先A中羰基被质子化后形成化合物Ⅲ，再经1，3-氢迁移之后继续水解得到2-氰基喹啉Ⅴ及苯基甲二醇Ⅵ，Ⅵ易脱水得到苯甲醛C。反应机理如 图 12 所示。 10-2：考查MBH反应的反应历程，该反应在小分子药物以及天然产物的合成中应用非常广泛。传统的MBH反应机理是在叔胺、叔膦或者Lewis酸的催化下，贫电子烯烃与催化剂形成两性离子α，然后α作为亲核试剂再进攻亲电底物，生成两性离子β，然后通过质子转移并脱去催化剂得到目标产物，机理过程如 图 14 所示。 由于催化剂DABCO与烯丙基碳酸酯不能形成两性离子，因此在此情况下的反应历程与传统的MBH有所不同，此时中间体Ⅶ仍然作为亲电试剂与Reissert产物A参与反应。具体过程为苯甲醇负离子攫取化合物A中与氰基相连碳的活泼氢形成中间体化合物Ⅷ，作为亲核试剂继续与中间体Ⅶ作用生成F，四丁基氰化铵(TBACN)释放出氰负离子，催化F进行重排得到化合物G，重排过程如 图 16 所示。