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Claisen脂縮合被發現120周年,餘威不散

不掛黑照心裡不爽

----圖片來自wikipedia

就是這個傢伙,於1897年發現了之後由他名字命名的「claisen 脂縮合」,截止至今年,剛好120周年

至於他的黑歷史,就不深究了(保有對長者的尊敬)。當然,對於一些想搞大新聞的同學們,這個地方會告訴你一切:https://en.wikipedia.org/wiki/Rainer_Ludwig_Claisen

比較契合實際的問題,比如高考

---圖片來自學而思官網

上圖就是北京理綜高考的第25題。水印請自動忽略,並沒有找到不帶水印的(深刻懷疑這些機構拿到卷子第一件事不是分析,而是趕快P上一個或者多個水印宣示主權)。

總的來說,前三問並不難,基本上是一起做出來的。C這個物質,算一算不飽和度(就是考察一下雙鍵的比例什麼的,會意即可),發現C裡面一定是有苯環的。像什麼積累多烯烴這樣的物質在高中就當它不存在好了。由於C中還含有氮,掐指一算,估計有兩個氨基(-NH2)。驗證一下氫原子個數發現也沒啥問題(苯環本來6個H,被取代了兩個,還剩四個,2個氨基每個氨基上2個H,加起來一共八個)。所以C就是下面這個樣子(為什麼兩個氨基是間位一會會提到,其實是通過AB推得的)

---圖是自己畫的

這時候,看到A-B的反應條件是混酸加熱,一下子就想到了TNT的製備,硝化的過程,碰巧苯環上連的還是氨基,B-C的過程還是還原,基本上意味著B二硝基苯。由於硝基是間位對位型的取代方式,所以硝基的位置就確定了。

通過上述結構和C-D的反應條件,很容易得到D的結構,發生的是取代反應,或者說Sn1.上去的很顯然是羥基,所以D長這個樣子(為了讓它看起來更像產物,我們把它轉一下)

最後,根據反應條件逆推,很容易得到A是甲苯。

第三問和主題沒啥關係,直接跳過(其實就是把乙醇氧化成乙酸再酯化。標答一定是兩步氧化,但其實用重鉻酸鈉或者高錳酸鉀可以一步氧化成乙酸),另外,這一問說到僅用乙酸,說明E一定是乙酸乙酯。

之後就是這個「有趣」的第四問了。兩個脂之間的反應,沒有任何提示。於是,不知道機理的同學們就可以發揮一下想像力了。唯一的線索就是這玩意的分子式是C6H10O3

標準(錯誤)答案

旁邊這兩個圖自然是很完美的標準(錯誤)答案,其中R『很顯然是乙基,並且分子式也符合題意,同時內部存在羰基。更重要的是,這兩個物質,尤其是上面的,在之後合成羥甲香豆素的過程中,除了和D物質反應時會出些小問題(之後會提到),其他都很正常。

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那麼標答是什麼?

很顯然和之前那個老頭有關

兩個脂反應時所遵守的規則,就是克萊森脂縮合(claisen condensation)

恰好,在《有機人名反應-機理及運用》這本書中所舉的例子就是題目中所出現的,所以最終的產物應該是它(學名叫乙醯乙酸乙酯):

保守估計(一看這語氣就不scholarly是不是),能夠通過claisen脂縮合想到這一步的人並不多。但是能夠猜到的人並不少(畢竟思維能力超強,可以逆推)

之後的事情就不難了,根據題目所提示的幾個反應,照貓畫虎的把幾個R基放對位置就行

三步反應中的第一步產物,就是它:

這一步最簡單,直接寫出來即可

之後比較該物質和產物,很明顯,產物羥甲香豆素右邊的6元環中存在雙鍵。至此,可以有一下兩個推斷:

1).題干中所給的酯交換運用到這裡最終導致了右邊環的形成

2).需要再搞出一個雙鍵

雙鍵的產生,在這個合成中,大概也就是消除比較現實,所以不用說,直接將羥基和旁邊的氫消去,變成雙鍵。形成這個物質:

然後利用題目所給的酯交換反應,最終獲得產物

我不認識Claisen這老頭怎麼辦?

這種情況下,只能選擇相對無奈的方式:拆產物

一般來說,看到產物上的酯鍵,(任何人)想到的都絕不是酯交換這種奇葩,而是酯化反應的產物,所以小編就按照這種思考方式來

第一步,水解產物:

得到這樣的東西以後,看到取代基上只有兩個氧,思考怎樣把第三個氧找回來。找回氧基本上只能從雙鍵下手,而有關雙鍵並且脫氧的反應中,基本上就是消除比較靠譜,將羥基和氫補回來

到了這一步以後,就需要觀察題幹了。第四問中的未知物質F有6個碳,而現在的取代基上只有四個,因此,問題就在於剩下兩個碳去哪了。再次觀察題干,發現R『經過一系列過程後由F上的一個取代基轉化為了一個醇,在本題中轉化為乙醇。乙醇剛好有兩個碳。於是乎最後一步就是把乙醇上的乙基放在物質F上。得到F。

填坑時間

最後,讓小編把之前挖的坑填了,談一談為什麼之前給出的兩個「標準錯誤答案」行不通。

上面這串合成路線看起來很正確對不對?拋開違反了claisen脂縮合不談,別的貌似也沒什麼問題是不是?

從理論上來講,這樣的路線或許有可能合成出羥甲香豆素,但更有可能的是,在第一步翻車。就算第一步沒出問題,最後一步也會有很大的偏差。

那麼先把幾個物質編成ABCDE吧

首先,需要考慮的就是第一步反應得到B的可能性。酚是很活躍的物質,苯酚甚至能在空氣中被氧化(有詩云「北冥有酚,氧化為醌」),而第一步酯化反應若要發生,則需要濃硫酸做催化劑,那麼結果基本上就是A被完全氧化掉。

其次,最後一步所發生的是重排反應,原因是什麼?唯一能找到的理由就是鄰位氧的空間位阻。這個理由是在是牽強的過分,畢竟氧的空間位阻能大到哪去?也就是說由D-E的過程,是幾乎不可能自發發生的。也就意味者逃過濃硫酸氧化的那一小部分分子,最後也會在這裡卡住。

出題老師:

怎麼?做完題知道羥甲香豆素是什麼不?

不知道就對了,我也不知道,也沒想讓你知道

參考文獻

Grossman, R. B. (2011). The art of writingreasonable organic reaction mechanisms. New York: Springer.

Li, J. J. (2009).Name reactions a collection of detailed reaction mechanisms.Dordrecht:Springer.

Wikipedia. (2017, June 06).Rainer Ludwig Clausen[photo]. Retrieved June 12, 2017, from https://en.wikipedia.org/wiki/Rainer_Ludwig_Claisen

刑 其毅,裴 偉偉,徐 瑞秋,&裴 堅. (2015). 有機化學. 北京:高等教育出版社.

學而思. (2017, June 8). 2017北京高考理綜試題 [圖片]. 來自 June 12 2017,http://www.gaokao.com/e/20170512/59158aa934bd2.shtml

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