第37屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)有機(jī)試題解析

第37屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)有機(jī)試題解析摘要：從學(xué)生解題角度出發(fā)，對(duì)第37屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)試題中的有機(jī)化學(xué)第9和10題進(jìn)行了全面詳盡的分析，這可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，進(jìn)而提高學(xué)生解決有機(jī)化學(xué)問(wèn)題的效率。同時(shí)，通過(guò)深入學(xué)習(xí)反應(yīng)機(jī)理，幫助學(xué)生體會(huì)題目背后的科學(xué)思維，感受有機(jī)化學(xué)的魅力與樂(lè)趣。關(guān)鍵詞：化學(xué)奧林匹克競(jìng)賽；有機(jī)化學(xué)；試題解析；反應(yīng)機(jī)理中圖分類(lèi)號(hào)：G64；O6AnalysisofOrganicQuestionsinthe37thChineseChemistryOlympiad(Preliminary)1TheAffiliatedHighSchooltoJiangsu2SchoolofEducationScience,JiangsuNormalUniversity,Xuz3DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Dalian116023,Abstract:Fromtheviewpointofstudents’studentsbuildtheirlogicaltthoughtsbehindthetopicandfeelthecharma第37屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)于2023年9月3日在全國(guó)各地舉行[1]。總體來(lái)看，全卷的難度與往年相比變化不大。有機(jī)化學(xué)模塊側(cè)重于化學(xué)反應(yīng)選擇性和多組分反應(yīng)，重點(diǎn)考查學(xué)生有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)的靈活運(yùn)用及推理能力，這對(duì)參賽選手的綜合能力提出了較高的要求。本文對(duì)第37屆全國(guó)化學(xué)初賽的第9、10題進(jìn)行分析(表1)，從遇到題目、分析題目、如何推測(cè)反應(yīng)機(jī)理等方面幫助選手形成有機(jī)化學(xué)解題思維，在掌握解題技巧的同時(shí)鞏固基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)中的常見(jiàn)知識(shí)與基本原理，進(jìn)而幫助學(xué)生體會(huì)有機(jī)化學(xué)背后的科學(xué)思維，更為即將參加下一年選拔賽的學(xué)生和競(jìng)賽培訓(xùn)教師在備考或教學(xué)指導(dǎo)上提供一些參考依據(jù)[2–6]。表1第37屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)第9、10題考情細(xì)目表題號(hào)涉及知識(shí)點(diǎn)難度指數(shù)環(huán)氧化反應(yīng)；化學(xué)選擇性+親核加成；Ireland-Claisen重排反應(yīng)；烯醇互變異構(gòu)；SN2’；R,S構(gòu)型++++化學(xué)選擇性；傅克反應(yīng)；芳構(gòu)化；立體化學(xué)+++++親核取代；Brook重排反應(yīng)；+++Brook重排反應(yīng)離子穩(wěn)定性；親核取代；脫硅試劑；R,S構(gòu)型++Brook重排反應(yīng)；親核加成；立體異構(gòu)++羥醛縮合；Zimmerman-Traxler椅式過(guò)渡態(tài)；Brook重排反應(yīng)；親核加成；R,S構(gòu)型+++++立體化學(xué)；立體異構(gòu)體概念++的數(shù)目代表相對(duì)難度的大小，+越多，相對(duì)難度越大有機(jī)合成涉及的選擇性主要有化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性和立體選擇性等，是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。[9-1]畫(huà)出以下兩個(gè)氧化反應(yīng)主要產(chǎn)物A和B的結(jié)構(gòu)式：Ae'OH202NaotB[9-2]烯基環(huán)氧化合物(烯基與環(huán)氧直接相連)是重要的合成前體。如下由消旋底物C為原料制備烯基環(huán)氧化合物E的路線具有很好的非對(duì)映選擇性(非對(duì)映選擇性過(guò)量值>10:1)。隨后，可以在酸的作用下轉(zhuǎn)化為內(nèi)酯G1和G2。KKOMeOMeG1G2[9-2-1]畫(huà)出產(chǎn)物D的立體結(jié)構(gòu)式，并判斷哪些屬于主要產(chǎn)物(在所畫(huà)的結(jié)構(gòu)式上圈出即可)。[9-2-2]由D到E的轉(zhuǎn)化過(guò)程屬于哪類(lèi)重排反應(yīng)類(lèi)型？[9-2-3]畫(huà)出關(guān)鍵中間體F的立體結(jié)構(gòu)式，并判斷產(chǎn)物G1中三個(gè)手性中心的絕對(duì)構(gòu)型。[9-3]烯基環(huán)氧化合物H在Lewis酸(LA)催化下中間體I和J轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物：但不同的Lewis酸會(huì)形成不同的產(chǎn)物，如LA為BF3.Et2O主要產(chǎn)物為K；而TMSOTf催化下則為L(zhǎng)。Meo、心MeoMeoJkorLH[9-3-1]依據(jù)以上信息，畫(huà)出關(guān)鍵中間體I和J及產(chǎn)物K和L的立體結(jié)構(gòu)式(分離后沒(méi)有得到六元環(huán)并六元環(huán)的產(chǎn)物，K含氧雜氮雜五元環(huán)，L含六元環(huán)并七元環(huán))。[9-3-2]簡(jiǎn)述為何在BF3.Et2O催化下的產(chǎn)物為K。本題目提示是氧化反應(yīng)，而烯烴在過(guò)氧化物條件下的反應(yīng)就是環(huán)氧化，進(jìn)一步分析結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，圖中化合物是1,3-丁二烯，作為最簡(jiǎn)單的共軛二烯，當(dāng)其上連有不同的取代基時(shí)，會(huì)影響共軛二烯中烯烴為富電子雙鍵。圖1間氯過(guò)氧苯甲酸易形成分子內(nèi)氫鍵，進(jìn)而形成親電子的氧原子，傾向于與富電子的C3＝C4反應(yīng)生成3,4-環(huán)氧化合物A。在堿性條件下，EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up4(?),2)氧原子，更傾向于與缺電子的C1＝C2反應(yīng)，生成1,2-環(huán)氧化合物B。phOSO4A3Hph43Hph4electronelectronrichelectrondeficient3SH202/NaoH3S3S3S3So2o2phOSB圖12-苯磺?；?1,3-丁二烯與不同過(guò)氧化物的環(huán)氧化反應(yīng)機(jī)理[9-2-1]畫(huà)出產(chǎn)物D的立體結(jié)構(gòu)式，并判斷主要產(chǎn)物。首先對(duì)C進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析可得以下結(jié)論：(1)在C中存在多種官能團(tuán)，碳碳雙鍵、羰基、縮酮、環(huán)醚鍵、醚鍵和碳鹵鍵；(2)C中有兩個(gè)手性中心，與氧形成三元環(huán)，則手性有兩種可能的取向(C1和C2)。因此，在反應(yīng)過(guò)程中引入其他基團(tuán)時(shí)，原有手性結(jié)構(gòu)會(huì)影響引進(jìn)基團(tuán)新形成的手性碳的構(gòu)型。對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行分析：C到D反應(yīng)條件分兩步，第一步與親核試劑烯基鋰反應(yīng)，第二步和酸酐反應(yīng)。綜合對(duì)C和反應(yīng)條件的分析，可以推斷出第一步反應(yīng)是烯基鋰對(duì)羰基的加成反應(yīng)，會(huì)形成新的手性中心，因而需要考慮反應(yīng)過(guò)程手性中心對(duì)反應(yīng)的影響。圖2分析了C到D的反應(yīng)機(jī)理過(guò)程：消旋底物C包含等量的對(duì)映異構(gòu)體C1和C2，分別以C1和C2去進(jìn)行反應(yīng)，在與烯基鋰的加成反應(yīng)中，因?yàn)榄h(huán)氧的取向不同，會(huì)形成四種中間體Int-1?Int-4，四種中間體后續(xù)與酸酐反應(yīng)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆N產(chǎn)物(D1?D4)。以C1為例，羰基所在六元環(huán)為平面，環(huán)氧位于平面右側(cè)，那么烯基鋰進(jìn)攻羰基的時(shí)候，右側(cè)進(jìn)攻位阻較大，因而烯基鋰優(yōu)先從左側(cè)進(jìn)攻得到主要中間體Int-1；類(lèi)似地，對(duì)于C2與烯基鋰的加成反應(yīng)，Int-4是主要中間體，最后與丙酸酐反應(yīng)生成的D1和D4則為主要產(chǎn)物。[9-2-2]由D到E的轉(zhuǎn)化過(guò)程屬于哪類(lèi)重排反應(yīng)類(lèi)型?題目中提示“重排反應(yīng)”，有機(jī)中重排是常見(jiàn)的改變骨架連接方式的方法。已學(xué)過(guò)的重排反應(yīng)有很多種，為了進(jìn)一步確定是哪種重排反應(yīng)，可以通過(guò)對(duì)比反應(yīng)物和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)。如圖3所示，對(duì)比D和G1結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，虛線框內(nèi)碳鏈排列方式發(fā)生了改變，化合物G1中C3和C3’直接相連，并且每個(gè)碳上有個(gè)甲基，而D結(jié)構(gòu)中C3和C3’上連有甲基，但它們并沒(méi)有直接相連。由此可以發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)有可能是發(fā)生[3,3]-σ重排，但其結(jié)構(gòu)并TMSCl可以結(jié)合形成的烯醇氧負(fù)離子，形成穩(wěn)定的烯醇式結(jié)構(gòu)，從而使D轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂衃3,3]-σ重排的條件。因而可以判斷D到E為[3,3]-σ重排(Ireland-Claisen重排)。以D1為例，展示了D轉(zhuǎn)變?yōu)镋的反應(yīng)機(jī)理。在強(qiáng)堿和TMSCl條件下，D1先轉(zhuǎn)變成烯醇硅醚中間體Int-5，隨后經(jīng)過(guò)六元環(huán)過(guò)渡態(tài)完成[3,3]-σ重排。六元環(huán)過(guò)渡態(tài)有兩種可能的構(gòu)象Int-6和Int-7，由于Int-6中的溴與OTMS的排斥作用，其會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為穩(wěn)定的Int-7。隨后，在酸性條件下，脫去TMS得到酸E1。類(lèi)似地，另一種構(gòu)型D4經(jīng)過(guò)相同過(guò)程可以生成E4。CC1C2MeoOMeMeoOMeMeoCC1C2D1majorD2D3D4majorLinucleoplhilicLinucleoplhilic圖2C轉(zhuǎn)變?yōu)镈的反應(yīng)機(jī)理323\3 v廠MeoOMeD323\3 v廠MeoOMeDOMeHOMeoOMeH\OMeoOMeDK-N、1.sisi、TMSCI,Et2O-780c-rtMeoOMeMeoOMeE41'323=、2MeoOMe:lnt-5BrBrMeoOMe:lnt-6ssOTMISMeoOMelnt-7HBrMeoOMeMeoD4圖3D轉(zhuǎn)變?yōu)镋的[3,3]-σ重排反應(yīng)機(jī)理[9-2-3]畫(huà)出關(guān)鍵中間體F的立體結(jié)構(gòu)式，并判斷產(chǎn)物G1中三個(gè)手性中心的絕對(duì)構(gòu)型。本題要求畫(huà)出F的立體結(jié)構(gòu)，而前一問(wèn)中只要求回答重排方式，在不知道E結(jié)構(gòu)的前提下，如何利用已知條件推測(cè)F的結(jié)構(gòu)成了本題的關(guān)鍵。如圖4所示，分析信息可得：(1)已知F的分子式，同時(shí)已知G的結(jié)構(gòu)式就可以寫(xiě)出G的分子式，對(duì)比F和G的分子式發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)到G的轉(zhuǎn)化少了一分子甲醇；(2)根據(jù)C的結(jié)構(gòu)式以及推測(cè)出D的結(jié)構(gòu)式，可以推斷出脫除的甲醇來(lái)源于C4位上的甲氧基與C5位上的氫；(3)將脫去的甲醇再重新加成到G的C4與C5位上，可以得到F的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以推斷出E的圖5展示了由E轉(zhuǎn)變?yōu)镕的反應(yīng)機(jī)理：以E1為例，在醋酸條件下，環(huán)氧被質(zhì)子化，得到中間體Int-8，隨后由于與烯基相連碳上的甲基和環(huán)氧碳上的氫之間的位阻效應(yīng)，Int-8會(huì)通過(guò)單鍵旋轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為穩(wěn)定的中間體Int-9，之后羧酸發(fā)生分子內(nèi)親核進(jìn)攻烯基環(huán)氧官能團(tuán)得到F1。需要指出的是，該親核進(jìn)攻模式屬于SN2’反應(yīng)，即羧酸進(jìn)攻碳碳雙鍵，然后烯丙位的環(huán)氧作為離去基團(tuán)發(fā)生開(kāi)環(huán)，并且進(jìn)異構(gòu)體E4也經(jīng)過(guò)syn-SN2’反應(yīng)得到F4，最后再脫去甲醇芳構(gòu)化分別生成產(chǎn)物G1和G2。BrBrCBrBrCHBro4CHBro4MeoOMeMeoOMeMeoOMeMeoOMeOMelnt-8lnt-9MeoOMeMeoOMeMeoOMeOMeE4Int-11Int-1'F4G2圖5E轉(zhuǎn)變?yōu)镕和G的反應(yīng)機(jī)理手性中心絕對(duì)構(gòu)型的判斷是有機(jī)中的基礎(chǔ)知識(shí)，將碳上最小的基團(tuán)放在離眼睛最遠(yuǎn)的地方，其他三個(gè)基團(tuán)按照次序規(guī)則從大到小的方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針的，手性碳為R構(gòu)型，旋轉(zhuǎn)方向是逆時(shí)針的，手性碳為S構(gòu)型[7]。G1中有三個(gè)手性碳，對(duì)于C1位，最小的取代基為氫，另外三個(gè)取代基按照從大到小順序?yàn)楱DC＝O(C,O)、(C,CH3,CH,H)、―CH3(C,H)，逆時(shí)針為S構(gòu)型；C2位，最小基團(tuán)是氫，另外三個(gè)取代基按照從大到小順序?yàn)?C,O,H)、(C,CO,CH3,H)、―CH3(C,H)，順時(shí)針為R構(gòu)型；C3位，最小基團(tuán)是氫，另外三個(gè)取代基按照從大到小順序?yàn)?O)、(C,＝CH,＝CBr)、(C,CH,CH3,H)，順時(shí)針為R構(gòu)型。[9-3-1]畫(huà)出關(guān)鍵中間體I和J及產(chǎn)物K和L的立體結(jié)構(gòu)式。為了方便分析，對(duì)H進(jìn)行編號(hào)。首先對(duì)H進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，包含有酯基，環(huán)氧，碳氮鍵，苯環(huán)上有強(qiáng)供電子基團(tuán)甲氧基，則甲氧基的鄰對(duì)位反應(yīng)活性較強(qiáng)。反應(yīng)是在LA條件下，極有可能發(fā)生環(huán)氧開(kāi)環(huán)，苯環(huán)上取代反應(yīng)等。根據(jù)題目信息，可以分析得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1)H，K和L的分子式相同，說(shuō)明是分子內(nèi)的反應(yīng)，沒(méi)增加元素，沒(méi)減少元素，LA是作為催化劑；(2)K和L是經(jīng)過(guò)相同的中間體，說(shuō)明J有多個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)，有兩種可能反應(yīng)方式；(3)K是既包含氧原子又包含氮原子的五元環(huán)，說(shuō)明反應(yīng)連接位點(diǎn)在C3-N7或O4-C8；(4)L是六元環(huán)并七元環(huán)，H本身是包含一個(gè)六元環(huán)的，那六元環(huán)并七元環(huán)，說(shuō)明反應(yīng)連接位點(diǎn)在C3和C10位。根據(jù)以上分析，L的結(jié)構(gòu)如圖6所示(先不考慮立體結(jié)構(gòu))。由H到L的機(jī)理有兩種可能，首先Lewis酸活化環(huán)氧得到中間體Int-12，之后發(fā)生傅克反應(yīng)，由于苯環(huán)上有兩個(gè)甲氧基，所以在發(fā)生反應(yīng)時(shí)有兩種可能。路徑a：苯環(huán)上的C10位作為親核位點(diǎn)，進(jìn)攻環(huán)氧C3位得到I1，直接形成六元環(huán)并七元環(huán)，之后脫氫芳構(gòu)化得到J1，最后質(zhì)子解Lewis酸離去，得到產(chǎn)物L(fēng)；另一種路徑b：傅克反應(yīng)發(fā)生在苯環(huán)C9位，進(jìn)攻環(huán)氧形成螺環(huán)I2，再芳構(gòu)化開(kāi)環(huán)得到亞胺鹽J2，J2可以再發(fā)生一次傅克反應(yīng)，其苯環(huán)C10位進(jìn)攻亞胺C8位，再脫氫芳構(gòu)化與質(zhì)子解，生成產(chǎn)物L(fēng)。J2還可以發(fā)生另一種環(huán)化，O4親核進(jìn)攻C8形成含氮含氧的五元雜環(huán)Int-13，Lewis酸離去得到產(chǎn)物K。而根據(jù)分析結(jié)論第2條，我們可以排除路徑a，因此，確定I2與J2是題中中間體I和J的正確結(jié)構(gòu)。pathaMeoocpathaMeoocXHMeoocMeooc1Meooc1SNTSMeo7HMeooc1COOMepathvbCOOMe44Meo4-O6MeoNTSMeo4-O6MeoNTSMeoNMeoNInt-12MeoNTSMeoNTS6MeoSS4KMeoNTSMeoNTS6MeoSS4KCOOMeJ2COOMeJ2MeoNTSMeoSMeoocInt-13COOMeMeoNTSMeoMeoNTSMeoSMeoocInt-13COOMeMeoNTSMeo圖6H轉(zhuǎn)變?yōu)镵和L的反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)過(guò)程中，環(huán)氧發(fā)生了開(kāi)環(huán)反應(yīng)，涉及兩個(gè)手性碳C3和C5，接下來(lái)我們對(duì)反應(yīng)過(guò)程中手性中心碳的構(gòu)型進(jìn)行分析。首先，對(duì)底物H中兩個(gè)手性中心的絕對(duì)構(gòu)型進(jìn)行判斷，C3位的構(gòu)型為S[(O),(C,O),(C,C),逆時(shí)針]，C5位構(gòu)型是S[(O),(C,O),(C,N),逆時(shí)針]。如圖6反應(yīng)機(jī)理所示，H中氧和LA結(jié)合形成氧鎓離子，手性碳構(gòu)型保持不變，之后發(fā)生傅克反應(yīng)，從環(huán)氧C3位的背面進(jìn)攻，C3―O斷裂得到中間體I，此時(shí)中間體I中C3的構(gòu)型仍是S[(C,O),(C,C,C,C),(C,C,C,H),逆時(shí)針]，C5并未參與反應(yīng)，但是C5上四個(gè)取代基大小由于C3―O鍵斷裂發(fā)生改變，根據(jù)新的基團(tuán)大小排列其構(gòu)型為R[(O),(C,N),(C,C),順時(shí)針]。隨后，氮上孤對(duì)電子轉(zhuǎn)移，C8―C9鍵斷裂，苯環(huán)芳構(gòu)化得到中間體J，J分別通過(guò)兩種不同環(huán)化反應(yīng)得到產(chǎn)物K和L。[9-3-2]簡(jiǎn)述為何在BF3.Et2O催化下的產(chǎn)物為K。解釋在BF3.Et2O催化下的產(chǎn)物為K，而在TMSOTf中得到L，本質(zhì)上是對(duì)中間體J在不同催化劑條件下，氧的親核性比較。三氟化硼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，硼上連著三個(gè)氟，氟的吸電子作用比較強(qiáng)，且硼上還有一個(gè)空的p軌道，因而可以接受一對(duì)電子，作為強(qiáng)Lewis酸催化劑，與氧原子是通過(guò)配位鍵結(jié)合在一起。相比下，在TMSOTf中，氧會(huì)與其反應(yīng)，生成硅醚共價(jià)鍵形式TMSOR。因此，RO…BF3和TMSOR比較，在三氟化硼催化下，氧的親核性更強(qiáng)，更易發(fā)生氧環(huán)化反應(yīng)生成產(chǎn)物K。本題主要考查了有機(jī)反應(yīng)中的化學(xué)選擇性和立體選擇性：[9-1]為烯烴環(huán)氧化反應(yīng)選擇性。題目的素材源自目前就職于英國(guó)金斯頓大學(xué)JanE.B?ckvall教授的論文[8]，該題目主要是對(duì)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的考查，難度不大；[9-2]羰基加成中的立體選擇性，[3,3]-σ重排(Ireland-Claisen重排)六元環(huán)過(guò)渡態(tài)選擇性，syn-SN2’選擇性[9]等。題目的素材源自美國(guó)阿肯色大學(xué)MatthiasC.McIntosh教授的論文[10]，該題目具有一定綜合性，涉及多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，尤其是立體化學(xué)的考查；[9-3]推斷反應(yīng)中間體和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)是歷年初賽在有機(jī)化學(xué)模塊的高頻考點(diǎn)。本題目的素材源自日本工學(xué)院大學(xué)ShinjiNagumo教授的2第10題解析2.1考試題目利用陰離子傳遞(ARC)的多組分反應(yīng)可以高效構(gòu)筑復(fù)雜分子的骨架體系。[10-1]如下反應(yīng)步驟是基于ARC的多組分反應(yīng)(ASG為碳負(fù)離子穩(wěn)定基團(tuán)，E為親電試劑)，寫(xiě)出此反應(yīng)關(guān)鍵中間體M、N、以及O的結(jié)構(gòu)式。ASCLisiR3NMNE*ER1[10-2]根據(jù)以上信息，畫(huà)出下列反應(yīng)主要產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)式(要求立體化學(xué))。[10-3]依據(jù)以上信息，畫(huà)出構(gòu)建如下產(chǎn)物所需三個(gè)反應(yīng)原料的結(jié)構(gòu)式(要求立體化學(xué))。SSSSTBSOTBSSSSSTBSBnoBno[10-4]將ARC策略和醛縮合反應(yīng)相結(jié)合，可以一鍋法高效構(gòu)筑雙環(huán)骨架(如下圖所示)。-78C,0.5h-78C,0.5hHOTB:S到產(chǎn)物5。[10-4-1]寫(xiě)出中間體P、Q及R的結(jié)構(gòu)式(要求立體化學(xué))。[10-4-2]判斷S–V中的哪一個(gè)為此轉(zhuǎn)換的主要產(chǎn)物。HOTBSSHOTBSTHOTBSU H HOTBSV[10-5]S和T兩者之間的關(guān)系為：a)對(duì)映異構(gòu)體；b)差向異構(gòu)體；c)非對(duì)映異構(gòu)體。2.2考題解析如圖7所示，首先對(duì)反應(yīng)物1進(jìn)行分析，ASG為碳負(fù)離子穩(wěn)定基團(tuán)，1結(jié)構(gòu)中的C1具有親核性，環(huán)氧被親核試劑進(jìn)攻，有兩種進(jìn)攻方式，進(jìn)攻C2位或者C3位，一般優(yōu)先進(jìn)攻位阻小的C2位。對(duì)產(chǎn)物2分析發(fā)現(xiàn)：(1)2結(jié)構(gòu)中存在反應(yīng)物C1位與環(huán)氧C2位相連的鍵，可以確定是1中的C1位親核進(jìn)攻環(huán)氧的C2位，形成中間體M；(2)親電試劑E與C1直接相連，那將E―C1鍵斷裂，可以推斷出中間體O的結(jié)構(gòu)，ASG的存在能夠穩(wěn)定C1負(fù)離子；(3)對(duì)比M和O的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)M中的C1―Si和O負(fù)離子，變成了O中的O―Si鍵和C1負(fù)離子，推測(cè)N應(yīng)該是C1―Si和O―Si同時(shí)存在的環(huán)狀負(fù)離子，進(jìn)一步斷裂C1Si形成的O，至此推斷出N的結(jié)構(gòu)。需要指出的是，環(huán)氧中R1不等于氫的時(shí)候，存在手性碳C3，但反應(yīng)過(guò)程中并未直接在手性碳處發(fā)生反應(yīng)，也并未形成新的手性中心，反應(yīng)過(guò)程中手性碳構(gòu)O31NO31NsiR3AsciO O2R3si *\圖7M,N和O的結(jié)構(gòu)推測(cè)根據(jù)10-1的分析結(jié)果，可以得到化合物3的反應(yīng)機(jī)理(圖8)：首先化合物3在強(qiáng)堿丁基鋰作用下，脫去質(zhì)子，形成鋰鹽Int-14，二硫縮醛作為碳負(fù)離子穩(wěn)定基團(tuán)ASG。Int-14親核進(jìn)攻(R)-環(huán)氧丙烷開(kāi)環(huán)得到中間體Int-15，單鍵旋轉(zhuǎn)形成環(huán)狀負(fù)離子Int-16，斷開(kāi)C―Si得到Int-17，實(shí)現(xiàn)了硅的1,4-遷移(Brook重排)。隨后，再和另一分子的(R)-環(huán)氧丙烷生成Int-18，再得質(zhì)子，在氟化鈉作用下脫除硅得到目標(biāo)產(chǎn)物4。在整個(gè)過(guò)程中都不涉及手性碳原子的反應(yīng)，手性碳的構(gòu)型保持。分為紅框部分和藍(lán)框部分。紅框部分是類(lèi)似[10-2]的反應(yīng)，是1和環(huán)氧化合物的反應(yīng)，兩個(gè)紅框?yàn)閷?duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，而藍(lán)框部分屬于親電試劑E。逆合成分析，斷開(kāi)產(chǎn)物5中的C3―C4和C8C9得到2分子中間體O1和E+，E+的前體是環(huán)氧化合物8。由O1逆推可以推出反應(yīng)物為芐氧甲基環(huán)氧6和TBS二硫縮醛7。具體反應(yīng)過(guò)程是，二硫縮醛7首先在丁基鋰作用下得到鋰鹽M1，再親核進(jìn)攻環(huán)氧化合物6，經(jīng)歷1,4-硅遷移轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g體O1。兩分子的O1從兩側(cè)親核進(jìn)攻雙環(huán)氧化合物8，使環(huán)氧開(kāi)環(huán)，再捕獲質(zhì)子得//SS/1)1)H2OSSSSHSiMe33 HSiMe33lnt-15Int-16lnt-15Int-16nBULinBULiInt-14Int-17/2)NaFSS4圖83轉(zhuǎn)變?yōu)?的反應(yīng)機(jī)理ASGOsiR3ERl2!ASG7S8325S457S8325S45//nBULiHTBS2SS72!8Bnov3O122!8Bnov3O12TBSooSSOTBeSo18o1Int-192HSSOTBSOBnBno、、SSOTBSOBnOBno·6S√SHTBS75圖95的逆合成分析和合成過(guò)程SSSS如圖10所示，對(duì)反應(yīng)物9結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，官能團(tuán)只有羰基，反應(yīng)物10中有醛基、硫縮酮結(jié)構(gòu)(可以穩(wěn)定碳負(fù)離子)和硅基。對(duì)產(chǎn)物11進(jìn)行分析，11的分子式是9和10分子式之和，且11中有三個(gè)手性中心。對(duì)具體反應(yīng)條件分析得到以下結(jié)論：環(huán)己酮在強(qiáng)堿性條件下轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐?，?duì)于環(huán)狀結(jié)構(gòu)只能得到E-烯醇鋰P。然后，與10中醛基發(fā)生縮合反應(yīng)，經(jīng)過(guò)六元環(huán)過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)式Int-20、Int-20’或Int-21、Int-21’，大基團(tuán)處于平伏鍵的中間體最穩(wěn)定，通過(guò)對(duì)應(yīng)的紐曼投影式可以更直觀地發(fā)現(xiàn)Int-21、Int-21’為優(yōu)勢(shì)過(guò)渡態(tài)(Zimmerman-Traxler椅式過(guò)渡態(tài)[12])，主要生成anti-加成產(chǎn)物Q和Q’，得到一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體。隨后再發(fā)生[10-1]中的1,4-硅遷移，得到中間體R，隨后碳負(fù)離子分子內(nèi)同側(cè)進(jìn)攻羰基環(huán)化得到產(chǎn)物11。Int-22的碳負(fù)離子與環(huán)己酮羰基發(fā)生親核加成時(shí)，從同側(cè)下方進(jìn)攻得到產(chǎn)物，根據(jù)機(jī)理則可以給出11的立體結(jié)構(gòu)中主產(chǎn)物為T(mén)。考察對(duì)立體結(jié)構(gòu)中幾個(gè)概念的理解。對(duì)于含有多個(gè)手性中心的立體異構(gòu)體中，所有手性中心的絕對(duì)構(gòu)型都是對(duì)應(yīng)相反的異構(gòu)體即為對(duì)映異構(gòu)體，反之則為非對(duì)映異構(gòu)體。差向異構(gòu)體則是一種特殊的非對(duì)映異構(gòu)體，對(duì)于兩個(gè)含有