《ART》章末总结1

最近开始看《The Art of Writing Reasonable Organic Reaction Mechanisms》,简称《ART》。当初学竞赛的时候就一直想着看,但是没看多少还是弃了,现在打算补上来,算是了结心愿。每章看完写个post复盘一下。

1.7 Summary

Getting started is usually the most difficult part of drawing a mechanism.Follow these simple steps, and you will be well on your way.

  • Label the heavy atoms in starting material and product. 把反应物和产物的对应重原子(除H之外的原子)标号。
  • Make a list of which σ bonds between non-H atoms are made or broken in going from starting material to product. Do not list π bonds or bonds to H, as they are easier to make and break at will. 将反应物转化为产物过程中非H原子间σ键的断裂和形成列表记录。不用记录π键和C-H键,因为它们很容易随意形成/断裂。
  • Balance the reaction. 配平反应。
  • Classify the overall reaction by looking at the starting materials and products, including by-products. Is the reaction an additon, an elimination, a substitution, or a rearrangement? Some reactions may combine two or more of these types. 通过观察反应物,产物和副产物给反应从整体上分类。该反应是加成,消去,取代还是重排?有一些反应可能包括两种及以上的反应类型。
  • Classify the mechanism by looking at the reaction conditions. Is it polar under basic conditions, polar under acidic conditions, free-radical, pericyclic, or metal-mediated? Some reactions, especially pericyclic ones, may combine two or more of these types. 通过观察反应条件判断机理类型。该反应是在碱性/酸性条件的极性机理,自由基机理,周环机理还是金属有机?一些反应(尤其是周环反应)可能涉及两种及以上机理类型。
    (Once you have classified the overall reaction and the mechanism, you may have a short series of mechanistic choices. For example, substitution of an aromatic ring under basic conditions generally occurs by one of three mechanisms. 一旦你已经确定反应类型和机理,你就有了一系列的机理选择。例如,碱性条件下的芳环上的(亲核)取代通常是三选一(加成消除、苯炔中间体、SRN1)。)
  • If the mechanism is polar, determine the nucleophilicity, electrophilicity, and acidity of the atoms to which σ bonds are made and broken. Under basic conditions, the first step is often deprotionation of an acidic atom, rendering it nucleophilic. Under acidic conditions, the first step may be protonation of a leaving group or a π bond. 如果是极性机理,确定(试剂)的亲核性、亲电性,以及成/断键的原子的酸性。碱性条件下,第一步通常是酸性原子的去质子化,使其亲核性增加。酸性条件下,第一步通常是离去基团或π键质子化。

When faced with a mechanism problem, students often ask, How does one know that a particular nucleophile attacks a particular electrophile to give a particular product? 面对一个机理问题时,学生们常问,我怎么知道哪个亲核试剂进攻哪个亲电试剂然后生成什么产物?

The answer to this question is relatively straightforward. A mechanism is a story that you tell about how compound A is transformed into compound B. 问题的答案其实相当朴实无华。一个机理就是你讲一个化合物A如何变成化合物B的故事。

To tell the story, you need to know what the product is! If you do not know what the product is, your story will sound something like the game in which 15 children in turn add one paragraph to a continuing story, and the final version wanders all over the known universe. 要讲这个故事,你得知道产物是什么!如果你不知道的话,你的故事就会听起来像是15个小孩的故事接龙,结果离谱到像是在漫游宇宙。

Sometimes the product will be a minor or unexpected product, but a mechanism problem will always give you the product. 有些时候产物是次要产物或者在预期之外,但是机理题总是会给你产物。

Organic chemists do need to learn how to predict the product of a reaction, but this skill is deemphasized in this text, whose purpose is to help you to learn how to write mechanisms. Only occasionally will you be asked to predict the course of a reaction. 有机化学家们确实需要学习如何预测反应产物,但是这个技巧在该书被淡化,因为本书目的是为了帮助你学习写机理。只是偶尔可能会让你预测反应过程。


第一章都是一些基础概念,和邢大本上东西异曲同工。不过国外教材有一点好处是解释很详细,不厌其烦地举例和阐释,便于加深理解。

写机理的步骤也是十分详细,但是一些简单反应其实用不到一步一步来。比如说标号,如果遇到碳骨架变化很大或者结构复杂的题,一眼看不明白的话,就可以按照他的思路标号对照了。

再就是质子化的问题,国内教材很多机理都不很标准,经常漏步,有时也不写质子化,我当时练机理还是做的福山题,足够详细严谨。

课后习题有空的话挑几道写写。


Chapter Ⅰ

2. Indicate which of each pair of compound is likely to be more acidic and why.

art-1-2(d)

Ans

art-1ans-2(d)

去质子化后,左侧物质10π电子,符合4n+2芳香性;右侧物质12π电子,反芳香性,不稳定。


art-1-2(e)

Ans

art-1ans-2(e)

左侧吡啶环去质子化后,N变为sp2杂化,孤对电子进入sp2杂化轨道,相比于右侧去质子化后的sp3杂化轨道,轨道s成分更多,轨道离核近,重叠部分大,更稳定。


art-1-2(k)

Ans

art-1ans-2(k)

炔烃端基H酸性比较强,即使左侧物质去质子化后有苯环参与共轭,也没有右侧物质端基H酸性更强。


3. Classify each of the following reactions as polar, free-radical, pericyclic, or transition-metal-catalyzed or -mediated. For the polar reactions, determine whether the conditions are basic or acidic.

art-1-3(a)

Ans

本来我以为是极性机理的,但催化剂是二叔丁基过氧化物,常用作引发剂,所以应为自由基机理。


art-1-3(j)

Ans

网上查了一下,催化剂二氯二茂锆是Kaminsky型催化体系的主催化剂,该类催化剂催化烯烃高聚的活性和等规度都很高,催化烯烃齐聚亦有文献报道。二氯二茂锆也是Negishi试剂的主要组分,该试剂可用于分子内双烯的成环反应和分子间炔烃与烯烃的成环反应。所以应该是过渡金属媒介的反应。


4. Most of the heavy atoms in the starting material(s) in each of the following reactions are numbered. Classify each reaction as polar acidic, polar basic, pericyclic, or free-radical. Then, number the atoms in the product(s) appropriately, and make a list of bonds made and broken between heavy atoms. Assume aqueous workup in all cases.

art-1-4(d)

Ans

art-1ans-4(d)

催化剂三苯基膦是Lewis碱,所以机理类型是碱性条件下的极性反应。

标号是比较容易的,可以从左侧反应物入手,苯基很显眼,容易看出产物左下的部分就是C1,O2,然后环右侧骨架即为右侧反应物。


art-1-4(g)

Ans

art-1ans-4(g)

机理是酸性条件的极性反应,酶催化的反应常能获得特定立体结构的产物,具有特定的生物活性。

产物的骨架是比较复杂的,可以从反应物左下的C1入手,因为有两个甲基很显眼。然后通过反应物中的有甲基的碳,如C5,C9,C13,来在环上标号。

这个题有意思的地方就是这几个甲基的位置很有迷惑性,在环上还有一种走法可以对上甲基碳的号,即从C1向下再向右绕。但是这个标号在(正确答案的)键C9-C14的位置是不合理的。


art-1-4(h)

Ans

art-1ans-4(h)

首先反应物是有机锂试剂,所以应该是碱性条件极性机理,但产物有扩环和增环,所以实际上还包含周环机理。

我个人思路和答案略有区别。我注意到反应物和产物都有一个酮羰基,但是反应物中羰基的四元环应该是扩环了,所以可能会破坏羰基,同时三甲基硅最后也下掉了,所以我猜测产物中的羰基应该不是O13,而是O7。

所以可知产物左侧两个五元环就是反应物的五元和四元环形成的,也有C5的甲基可以验证猜测。然后最右边新形成的第三个环就是有机锂试剂加上去的,从而判断出C14,C15,C16。


art-1-4(i)

Ans

art-1ans-4(i)

从反应物的苯甲酸得出机理是酸性条件极性机理。

基团特征很明显,通过-Bn,-Ph和甲基容易标号。容易搞错的是几个氧的标号,不过我感觉O3,O5应该可以互换,毕竟羧酸可以写共振式。


art-1-4(k)

Ans

art-1ans-4(k)

臭氧化,其实是周环机理。广泛接受的机理是Criegee机理,即先发生1,3-偶极环加成生成一级臭氧化物,再裂环后环加成生成二级臭氧化物,即图中产物结构。

标号依然从明显的基团入手,如C8的两个甲基,然后可以以此确定下面环的标号,和反应物基本没有变化。比较复杂的依然是氧的标号,臭氧是和烯烃发生环加成,所以猜测O4-C3没有断裂,所以就确定了O4位置。也就确定了剩下三个氧都来自臭氧。

如果不清楚臭氧化机理的话,剩下三个氧是无法判断标号的,不过我们直到臭氧端基氧和中间的氧是不一样的,所以可以猜测那个羟基里的氧应该是端基氧,即O9或O11。


art-1-4(m)

Ans

art-1ans-4(m)

首先试剂是溴,又看到产物上了个溴,条件里又没写明光照,所以应该是烯烃亲电加成,机理是酸性条件极性机理。

产物结构发生了比较大的变化,不过羰基结构还在,可以从C6入手。然后答案给出了观察二级碳的方法,反应物中二级碳只有C4,C7,产物中只有一个二级碳,且不与C6相邻,所以猜测是C4。

溴与烯烃反应,所以与溴相连的应该是C2或C3,再结合刚判断出的C4可知应为C3,然后最后就剩一个C1是产物里环上方的那个碳。


写完了,第一章结束。


《ART》章末总结1
http://argon-gas.top/p/11441.html
作者
Sun
发布于
2022年8月8日
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