医学八高等有机化学作业题2011

1、高等有机化学典型问答题1、关于酸碱性1-1比较以下两个化合物的酸性强弱，并给出合理解释 答：B的酸性比A强。当t-Butyl在邻位时，把羧基挤出了与苯环所在平面，苯基的+C效应消失，从而一方面增大了O-H键的极性，另一方面又增强了氧负离子的稳定性。 1-2丙二酸的pKa1值（2.8）明显小于乙酸的pKa(4.76)；而它的pKa2值(5.85) 明显大于pKa1，试解释之。答：由图可知丙二酸一级电离后，产物稳定性较高，主要原因有两点。第一，羧基的-I效应，分散了氧负离子的负电荷；第二，可以形成分子内氢键。 而二级电离后，生成的产物空间上排斥力较大，不稳定，故pKa2的值明显偏小。 1-3顺式丁

2、烯二酸的第一级和第二级电离常数分别为K1Z=1.1710-2和K2Z=2.610-7，而反式丁烯二酸的第一级和第二级电离常数分别为K1E=9.310-4和K2E=2.910-5，试说明其原因。答：顺式丁烯二酸电离： A A1 A2反式丁烯二酸电离： B B1 B2 K1ZK1E的原因：A的空间效应比B大，故A比B不稳定，易发生电离；其次由于生成的产物A1比B1更加稳定（形成了分子内氢键）。 K2Z伯醇仲醇叔醇,而不同结构的醇所形成的烷氧负离子的碱性强度与其共轭酸的强度成反比，所以就碱性而言。 同时，烃基为推电子基团，与a碳上相连烃基越多，氧原子上的负电荷越集中，碱性越强。所以氧原子上的电子云密

3、度大小顺序为，故碱性强弱顺序为虽然氧原子上电荷越集中，亲核性越越 好，但此时空间效应的影响更大。A碳上相连的烷基越多，整个负离子的体积也越大，影响负离子对中心原子的进攻，是亲核性下降。1-7. 一个思考不周的研究生想利用乙酰乙酸乙酯与乙基溴化镁反应制取化合物A（结构式如下），当他把乙基溴化镁的乙醚溶液在低温下加入乙酰乙酸乙酯中时，发生了剧烈的反应并放出大量气体。但是经过处理，他只回收得到了原料乙酰乙酸乙酯，而没有得到产品。反应放出的气体是什么？为什么不能采用乙酰乙酸乙酯与乙基溴化镁反应来制取目标产物A？由于乙酰乙酸乙酯具有-酮酸酯结构，可以发生酮-烯醇互变异构，而且乙基溴化镁是一种Grigna

4、rd试剂。因此，乙基溴化镁遇到烯醇中的醇羟基便会分解，从而只回收得到原料乙酰乙酸乙酯。反应放出的气体应该是乙烷。 1-8.下列化合物表现为一个酰胺（无碱性，无羰基一般反应）化合物中，氮原子，氧原子，羰基碳原子，双建两边的碳原子共面，形成p- 共轭。同理， 化合物中，中心碳原子为sp3杂化，氮原子，氧原子，羰基碳原子共面，形成p- 共轭。其效果使体系的电子云分散。所以氮原子上的电子云密度下降，无法体现碱性。同时，羰基碳原子的正电荷下降，无法发生亲核等反应，无羰基一般反应。1-9. 比较酸性强弱，并说明理由1）硝基是吸电子基团，甲氧基是供电子基。故有NO2 则使环上电子云密度降低， 有OCH3使其

5、电子云密度升高。电子云密度越大，会使O的负电性增强，使得OH键极性降低，碱性减弱。故 和 酸性强于 和 1-10.嘧啶和吡啶哪一个碱性大？哪一个SEAr（亲电取代）反应活性大？哪一个SNAr（亲核取代）反应活性大？为什么？碱性：吡啶嘧啶吡啶只含有一个N，此N原子上有一对未共用电子对，使得吡啶表现出碱性和亲核性。嘧啶是六原子六电子闭合共轭体系，虽有碱性，但由于有两个N的强烈的-I作用远大于其共轭作用，使得其环上电子云密度小于吡啶，因而其碱性更弱。故 吡啶的亲电取代活性嘧啶的亲电取代活性 吡啶的亲核取代活性 +C 总体苯环的电子云密度减小。 但由于共轭效应的存在使苯环的邻、对位电子云密度增加，所以

6、总的结果使苯环邻、对位电子云密度下降的较少。亲电试剂主要进攻电子云密度较高的邻、对位。甲氧基为强的活化基，活化邻对位。 氧为饱和原子，含有2对孤对电子，与苯环上的电子形成p-共轭，氧上的一对未共用的电子对向苯环转移，产生给电子的共轭效应。（+C效应）同时氧的电负性比碳强，使共轭体系的电子云移向甲氧基。（-I效应） 总体+C -I使苯环上的电子云密度升高，特别是邻位和对位增加的更多，容易发生亲电取代。3-4下列反应中，-NHCOCH3显示为间位定位基，为什么？（4分） 由于空间效应，氮原子的孤电子对与苯环不平行，使-NHCOCH3的+C效应不易发挥，只有-I效应，而具有-I效应的定位基为间位定位

7、基。-CH3为邻对位定位基。3-5. 二苯环丙酮的偶极矩（=5.08D）远大于二苯酮的偶极矩（=2.97D）因为苯丙烯正离子比较稳定，致使羰基碳正电性增强使带电量增加。又因为,所以偶极矩大于二苯酮。4、关于溶剂效应4-1卤素负离子在极性非质子溶剂性中亲核性次序为：F- Cl- Br- I- ；而在极性质子性溶剂中则相反。试解释之。在极性非质子溶剂中，负离子的电荷密度越高，亲核性越强。在极性质子溶质中，负离子的溶剂化通过离子-偶极相互作用。被溶剂化的负离子的电荷密度越高，溶剂化的趋势越显著，从而导致负离子的亲核性愈弱。在质子溶剂中的溶剂化顺序为：F- Cl- Br- I-故亲核性次序相反。4-2

8、对于如下反应：若将极性质子溶剂CH3OH 换成极性非质子溶剂(CH3)2SO, 反应速度可增大4.5104倍。该反应是一个SN2反应，质子性溶剂易使N3- 溶剂化，降低其基态的能量，即降低了亲核能力，而对过渡态溶剂化作用较小。极性非质子性溶剂不能稳定负离子，使其呈自由状态，因而有利反应。4-3对于反应的相对反应速率为Cl-(7.8)Br(3.2)I (1.0),若分别在上述反应中加入9%的水, 再与LiCl反应,反应速率比不加水时慢24倍, 而与KI反应, 反应速率只慢2倍,试解释之。（4分）原因是：加入的9%的水会产生溶剂化效果，形象的表示为包裹住反应的离子，使电荷集中同时降低反应速率。对于

9、给出的反应，锂化卤首先要产生卤离子（氯离子和碘离子），溶剂产生的效果主要是降低反应速率，相比之下，氯离子的半径比碘元素的半径要小得多，使得溶剂化的效果更为明显，被包裹的更为彻底，所以反应速率降低的比碘离子要高得多。4-4.电荷类型不同的有机反应需选择不同极性的溶剂反应介质。举例说明极性溶剂与非极性溶剂分别适合什么电荷类型的反应。二反应的电荷分布变化都趋于分散，但E2反应更趋分散。非极性溶剂能加快SN2反应，但更利于E2反应竞争使得率降低, 所以仍选用极性溶剂减小E2反应竞争。但更重要的是通过控制反应温度和使用催化剂来控制竞争反应, 因为不同反应各有不同的反应温度。二类极性溶剂对阴离子的溶剂化差

10、异, 对负离子亲核反应的影响很大, 质子性溶剂在电中性基物的SN1反应中 可与离子基团形成氢键促进反应的进行。在阳离子基物的SN1反应中,二种极性溶剂对阳离子溶剂化差别不大反应可在非质子极性溶剂或质子性溶剂中进行。但在小阴离子试剂的SN2反应中质子性溶剂使小阴离子强烈溶剂化使小阴离子的稳定性和进攻缺电子碳的位阻（溶剂笼产生）增加得很多、对小阴离子的SN2反应不利.非质子极性溶剂对小阴离子溶剂化很弱, 对大阴离子溶剂化稍强, 所以在小阴离子的SN2反应中选用非质子极性溶剂。大阴离子（；等）等生成氢键的能力弱。实际上在质子性溶剂中仍有较大反应活性。在阳离子基物的反应中, 反应可选用质子性溶剂也可以

11、选非质子极性溶剂这样可把亲核取代反应溶剂选用概括为下表5、关于反应机理哪个反应速度更快？为什么？更快。因为 具有反式氢，过渡态时两个被消除基团处于反式共平面的构象，消除速度更快。 而 处于反式的氢在e键上，与OTs不在一个平面上，反应按E1机理进行，反应速率较慢。 5-2以下化合物中的两个羧基，在加热条件下哪个更易脱去？用反应历程给出合理解释。加热条件下，b上羧基更易消去。在脱羧基的过程中，首先是质子从羧基转移到羰基上，然后脱去二氧化 碳，同时形成一个含有双键的中间体，并很快进行转化，最后脱去羧基。由于双 环结构的影响，上面的羧基在脱去二氧化碳时形成双键中间体的能量会很高，不 利于形成，所以不

12、容易发生。同时，第一步反应进行质子转移，需要有一个六元 环的结构，由于空间因素的影响，下面的羧基也更容易进行质子转移。5-3比较以下两个化合物在乙醇中的溶剂解速度，并用反应历程给出合理解释。后者反应快，因为反应中s与c+发生邻基参与，有利于反应。其反应历程为：5-4-氯代二乙硫醚的水解速度比相应的-氯代二乙基醚快10000倍，为什么？S上有未共用电子对，作为亲核试剂取代了邻基Cl，形成环状化合物。由第二步反应得，水解速度大大加快。5-5一般叔卤代烷容易发生亲核取代反应，为什么1-溴二环2.2.1庚烷 （结构式如下） 既难发生SN1,也难发生SN2，为什么？ （4分）答：卤代烷的亲核取代反应是按

13、SN1还是SN2反应机理进行，反应活性如何，这与卤代烷的结构、亲核试剂、离去基团和溶剂的性质有很大的关系。1-溴二环2.2.1庚烷自身由于溴原子与相邻碳原子形成 P超共轭，非常稳定，不易发生亲核取代反应。这是原因之一。不能进行SN2 反应：在SN2反应中，亲核试剂从离去基团背后进攻中心碳原子。中心碳原子所连接基团的电子效应和空间效应直接影响亲核试剂的进攻。中心碳原子所连接的烃基越多、体积越大，其空间位阻就越大，越不利于亲核试剂的接近，反应越难进行。同时，中心碳原子所连接的烷基越多，其正电性越弱，也不利于亲核试剂的进攻。这里空间效应起着主要作用。而题目所给的反应物不仅是叔卤代烷而且是环烷烃，中心

14、碳原子的空间效应显著，极不利于SN2反应的进行。不能进行SN1反应：SN1反应要形成碳正离子，但是1-溴二环2.2.1庚烷所形成的碳正离子由于是二环烷烃的缘故，中心碳原子不能由SP3杂化转化为SP2杂化，各烷基间分布角度也不能变为120度，无法形成空助效应，也就无法形成稳定的碳正离子。而且当亲核基团进攻碳正离子时也会受到空间效应的阻碍。所以不能进行SN1反应。5-6对于取代氯化苄的水解反应，若得到反应常数为负值，其反应历程应为SN1还是SN2？为什么？（4分）答：由于该反应常数为负，则表示在过渡态时侧链反应中心上负电荷密度增加对反应有利。反应常数支持了卤化物在反应中的决定反应速度步骤中具有电离

15、作用。所以取代氯化苄的水解反应历程应为SN1。5-7. 简述E1CB的特点及底物结构对E1CB反应历程的影响。答：E1CB的特点是：在碱的作用下，先去掉质子生成碳负离子中间体，然后离去基团再离去。结构对E1CB反应历程的影响：有利于形成碳负离子的因素促进按此机理反应，如-碳上联有吸电子基团；离去基团难离去。5-8 下列合成包括了羟醛缩合和Michael加成等多个反应步骤，请写出该合成过程中的各步反应式。5-9.根据苯环上的亲核取代机理，说明下列反应过程。-CN为间位定位基，为什么产物为对-氨基苯甲腈？答:在反应物与亲核试剂起加成反应时，苯环上原有的取代基将主要通过诱导效应对加成的区域选择性产生

16、影响。此时反应中的活泼体为:由于从诱导效应来说，CN具有-I效应，所以:因为前者比后者稳定，所以主要产物为4-氰基苯胺。5-10.碳正离子、碳负离子是两个重要的有机反应中间体，它们各具有什么结构和性质？举例说明。答:碳正离子含有带正电荷的三价碳原子的原子团。如以下结构:碳正离子为有机反应重要中间体，具有亲电性，也具有一定的稳定性，影响其稳定性的因素有：试剂的亲核性，容积效应，离去基团，空间效应。碳负离子含有带负电荷的三价碳原子的原子团,例如以下结构: 6、关于重排6-1以下四个化合物用HNO2处理分别得到什么产物？用构象解释这些产物是如何形成的？反应物在HNO2作用下生成碳正离子， -NH2与

17、-H反式共平面， -H便从背面进攻迁移至碳正离子上，得到产物。反应物在HNO2作用下生成碳正离子，但没有可迁移的基团与-NH2反式共平面，所以只能发生环碳迁移，先断裂什么健，后与碳正离子相连形成五元环。叔丁基与羟基在平面上的相对位置不发生改变。6-2. 写出下列反应机理(1)类比亲和重排中的Pinacol重排。甲基迁移(2)同样类比Pinacol重排。反式共平面，迁移顺利进行。环碳迁移(3)Favorskii重排，-卤代酮在OH-或RO-的作用下，重排得到羧酸或羧酸酯。7、关于周环反应7-1. 下列反应包含了多个电环化反应，试指出其立体化学的进程（顺旋还是对旋） 7-2. 2，4，6，8-癸四烯的三个立体异构体A，B和C，其中两个进行热闭环反应生成同一个二甲基环辛三烯，第三个立体异构体生成一个不同的二甲基环辛三烯。（1）试问哪一种癸四烯生成哪一种环辛三烯？（2）试预测A，B和C光化学闭环反应的产物。 7-3用前线分子轨道