📚 Ed Discussion 4 - 期末考试复习要点

覆盖范围: Discussion #7458458 - #7463914 (共10个问题)

🔬 有机化学期末复习问答

🔸 问题 1: Markovnikov反应与共振产物 [#153]

📝 自然编号: 1 🔗 链接编号: #153
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Q: How common are these products from the reaction of HCl with 2-methyl-1,3-butadiene? I assumed that because of Markovnikov's rule only the circled products would be formed. However, do anti-Markovnikov products form often enough?
问: HCl与2-甲基-1,3-丁二烯反应的这些产物有多常见?我以为根据马氏规则只有画圈的产物会形成。反马氏产物会经常形成吗?
A: The other products you didn't circle arise from the resonance structures. None of these are non-Markovnikov. After adding HCl, you will first form a carbocation before the chlorine attacks. Try drawing the resonance structure for that carbocation. (You will notice the double bond moving around).
答: 你没画圈的其他产物来自共振结构,都不是反马氏产物。加HCl后先形成碳正离子,然后氯离子进攻。试着画碳正离子的共振结构,会发现双键在移动。
📖 详细解释
烯丙基碳正离子的共振
1. 二烯与HCl反应形成烯丙基碳正离子
2. 烯丙基碳正离子可以共振,正电荷在不同碳上移动
3. 氯离子可以进攻任一带正电荷的碳,形成多个产物
4. 这些都是马氏规则产物,不是反马氏!

关键:看到二烯反应时,一定要考虑烯丙基碳正离子的共振!

🔸 问题 2: Br₂加成的重排问题 [#154]

📝 自然编号: 2 🔗 链接编号: #154
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Q: Why would this first product occur? I thought X₂ addition would occur through a bromonium ion intermediate and not a carbocation, so why would rearrangement occur?
问: 为什么会有这个第一个产物?我以为X₂加成通过溴鎓离子中间体而不是碳正离子进行,为什么会发生重排?
A: You're correct, it does not form a carbocation. However, the bromide anion can attack the double bond instead of the bromonium intermediate. This is obviously more challenging than attacking the strong partial positive carbon, so we see we need more ambient energy (higher temperatures).
答: 你说得对,不会形成碳正离子。但溴负离子可以进攻双键而不是溴鎓离子中间体。这比进攻强部分正电荷的碳更困难,所以需要更高温度。
📖 详细解释
Br₂加成的特殊情况
1. 正常情况:形成溴鎓离子中间体,然后Br⁻背面进攻
2. 特殊情况(高温):Br⁻可以直接进攻另一个双键
3. 这会导致双键"移动",产生不同产物

注意:这是有机化学II的内容,考试可能不会特别深入考察。但要知道溴鎓离子不会像碳正离子那样发生重排。

🔸 问题 3: E1/E2和SN1/SN2试剂选择 [#155]

📝 自然编号: 3 🔗 链接编号: #155
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Q: I am using Organic Chemistry as a second language to study. Are these reagents okay to use on the exam (except for the Hydride anion as a base)?
问: 我在用《有机化学第二语言》复习。这些试剂可以在考试中使用吗(氢负离子作为碱除外)?
A: These are fine. Cyanide (NaCN) and Azide (NaN₃) are also common nucleophiles used in SN2.
答: 这些都可以。氰化物(NaCN)和叠氮化物(NaN₃)也是SN2反应中常见的亲核试剂。
📖 详细解释
常见SN2亲核试剂
• I⁻, Br⁻, Cl⁻(卤素离子)
• OH⁻, RO⁻(羟基、烷氧基)
• CN⁻(氰化物)- 可引入CN基团
• N₃⁻(叠氮化物)- 可用于后续反应
• RS⁻(硫醇盐)

注意:H⁻作为碱太强,通常不用于简单取代反应。

🔸 问题 4: 炔负离子的形成与端位炔烃 [#156]

📝 自然编号: 4 🔗 链接编号: #156
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Q: About the formation of an alkene: which product would be more prevalent? Would it be better to use a terminal dichloride to make an acetylide anion?
问: 关于烯烃的形成:哪个产物会更多?用端位二氯化物来制备炔负离子会更好吗?
A: The one in the box would be the dominant product. You could form terminal halogens, or you can use a bulky base like tBuOK to force a terminal alkyne.
答: 框内的产物是主要产物。可以形成端位卤素,或者用位阻大的碱如tBuOK来生成端位炔烃
📖 详细解释
E2消除生成炔烃
1. 从二卤代物两次E2消除可生成炔烃
2. 内部炔烃比端位炔烃更稳定(更多取代)
3. 但端位炔烃可形成炔负离子进行后续反应

获得端位炔烃的方法
• 使用位阻大的碱(如tBuOK)
• 动力学控制:大碱优先脱去端位氢

🔸 问题 5: 酸催化水合与碳正离子重排 [#157]

📝 自然编号: 5 🔗 链接编号: #157
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Q: Would acid catalyzed hydration work here instead and count as correct?
问: 这里用酸催化水合可以吗?算正确吗?
A: Acid catalyzed hydration doesn't work here because the carbocation will shift to the tertiary position.
答: 酸催化水合不行,因为碳正离子会重排到三级位置
📖 详细解释
酸催化水合的陷阱
1. 酸催化水合经过碳正离子中间体
2. 碳正离子会重排到更稳定的位置(3°>2°>1°)
3. 重排后OH会加到错误的位置

避免重排的方法
• 使用硼氢化-氧化(hydroboration-oxidation)
• 不经过碳正离子,无重排
• 始终得到反马氏加成产物

🔸 问题 6: 卤化反应的外消旋产物 [#158]

📝 自然编号: 6 🔗 链接编号: #158
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Q: How is this racemic? I thought that halogenation is anti always?
问: 这个怎么是外消旋的?我以为卤化反应总是反式加成?
A: Yes, it's always anti. But all that tells you is one position will be R, the other S. You can still flip which one is R or S. (This is just because you can form your bromonium intermediate on top of the alkene or underneath the alkene. These will lead to different R/S pairs, and thus are racemic).
答: 是的,总是反式加成。但这只说明一个位置是R,另一个是S。你可以翻转哪个是R哪个是S。因为溴鎓离子可以在烯烃上方或下方形成,产生不同R/S对,因此是外消旋的。
📖 详细解释
反式加成与外消旋
1. 反式加成:两个取代基从双键的相反两面加成
2. 外消旋:两种对映体等量形成

关键理解
• 溴可以从烯烃"上面"或"下面"进攻
• 从上面进攻:得到(R,S)产物
• 从下面进攻:得到(S,R)产物
• 两种进攻概率相等 → 外消旋混合物

结论:反式加成≠手性纯产物!

🔸 问题 7: HBr+ROOR反马氏加成 [#159]

📝 自然编号: 7 🔗 链接编号: #159
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Q: Are we allowed to use HBr + ROOR to add Br anti-Markovnikov? Or do we have to do hydroboration oxidation and then PBr₃?
问: 可以用HBr + ROOR反马氏加溴吗?还是必须先硼氢化氧化再用PBr₃?
A: I think HBr + ROOR is fine.
答: HBr + ROOR可以使用
📖 详细解释
反马氏加溴的方法
1. HBr + ROOR (过氧化物)
• 自由基机理
• 直接得到反马氏溴代物
• 一步完成

2. 硼氢化-氧化 + PBr₃
• 先得到反马氏醇
• 再用PBr₃转化为溴代烷
• 两步完成

两种方法都可以,HBr+ROOR更简单直接。

🔸 问题 8: NMR中醇羟基的化学位移 [#160]

📝 自然编号: 8 🔗 链接编号: #160
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Q: I see that there is broad stretch past 3000, which leads me to think -OH is in the molecule. However, the chemical shift of 9.98 (HNMR) corresponds to aldehyde, not alcohol as written in the HW solution. Can you clarify?
问: 我看到IR在3000以上有宽峰,认为分子中有-OH。但NMR化学位移9.98对应醛基而不是醇。能解释一下吗?
A: Alcohols have highly variable chemical shifts. In general, I don't recommend identifying them by the chemical shift; instead, focus on the appearance (broad) and the integration value (1H).
答: 醇的化学位移变化很大。一般不建议通过化学位移识别醇,应该关注峰形(宽峰)和积分值(1H)
📖 详细解释
识别醇羟基-OH的方法
1. IR光谱:3200-3600 cm⁻¹宽吸收峰
2. ¹H NMR特点
• 化学位移变化大(1-5 ppm都可能)
• 峰形:宽峰(broadened)
• 积分:1H
• 与D₂O交换后消失

不要用化学位移识别-OH:因为受氢键、浓度、温度影响很大!

🔸 问题 9: Diels-Alder的endo vs exo产物 [#162]

📝 自然编号: 9 🔗 链接编号: #162
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Q: When predicting the product for a Diels-Alder reaction, can we just put the endo product, or should we indicate both the exo and endo products?
问: 预测Diels-Alder反应产物时,只写endo产物可以吗?还是要写exo和endo两个?
A: You can just write the endo product unless specified otherwise by the question.
答: 只写endo产物就可以,除非题目特别要求。
📖 详细解释
Diels-Alder产物的endo规则
1. Endo产物:亲二烯体取代基指向二烯环内侧
2. Exo产物:亲二烯体取代基指向二烯环外侧
3. Endo优势:由于次级轨道相互作用,endo是动力学产物(主产物)

考试策略
• 默认写endo产物
• 如果题目问"主要产物",写endo
• 只有明确要求时才写两个产物

🔸 问题 10: 环状产物vs消除产物 [#163]

📝 自然编号: 10 🔗 链接编号: #163
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Q: Why would this reaction cause the formation of a cyclic product, and not just replace the Br with a double bond through an elimination reaction?
问: 为什么这个反应会形成环状产物,而不是通过消除反应把Br换成双键?
A: Acid-base reactions have a much lower energy barrier than elimination reactions, so they will occur much faster.
答: 酸碱反应的能垒比消除反应低得多,所以会更快发生。
📖 详细解释
反应优先级
1. 酸碱反应最快:质子转移几乎瞬间完成
2. 分子内反应优先:分子内成环比分子间反应更有利(熵效应)
3. 消除较慢:需要特定构象和较高温度

关键原则
• 碱性条件下,先发生酸碱反应
• 如果有分子内亲核进攻的可能,优先成环
• 消除通常需要加热或强碱
🎯 考点快速总结
烯丙基共振
二烯+HX多个产物
都是马氏规则产物
溴鎓离子
不会像碳正离子重排
高温有特殊情况
SN2亲核试剂
CN⁻、N₃⁻常见
H⁻不用作亲核试剂
端位炔烃
用大碱如tBuOK
动力学控制
碳正离子重排
酸催化水合会重排
用硼氢化避免
反式+外消旋
两面进攻概率相等
不是手性纯产物
HBr+ROOR
反马氏加溴
自由基机理
醇-OH NMR
看宽峰和积分
不看化学位移
DA的endo
只写endo产物
除非特别要求
反应优先级
酸碱>成环>消除
能垒决定速率
📌 重要提醒