全国高中化学奥赛作为中学一项重要的赛事活动，其目的是推动中学基础化学素质教育。根据《全国高中学生化学竞赛大纲》的要求，有机化学一直是竞赛内容的重要部分，难度也较大^[1]。对2014年全国高中生化学竞赛(决赛)有机试题进行详细解析，以期与中学化学同行们一起分享和交流。

画出图 1反应(a)中的A、反应(b)中主产物B、(c)中主产物C的结构简式。

【解题策略】(a)(b)与(c)3个反应式均是关于苯甲酰胺肟与氯代脲盐酸盐衍生物的缩合反应，该题关键之处是中间体A的结构式的确定，由反应式(a)的产物与反应物的结构特点对比及中间体消除的小分子二甲胺可知：苯甲酰胺肟上的羟基与氨基作为亲核位点均在氯代脲盐酸盐的中心碳原子上发生了亲核加成和亲核取代反应而得到中间体化合物A，中间体A脱去1分子NH ( CH₃)₂进行芳构化得到目标产物，具体反应过程如图 2所示。

对于反应(b)与(c)而言，氯代脲盐酸盐与苯甲酰胺肟形成的中间体与反应(a)类似，在中间体芳构化这一步过程中由于二甲胺分子量小，沸点低(7.4 ℃)，故易离开体系而逸出促进反应进行。反应方程式如图 3所示。

【评析】本题要求学生能分析反应物与产物的结构差异，从官能团转化的视角认识新物质。考查关于杂环化合物1,2,4-噁二唑衍生物的合成，运用有机反应中亲核加成与亲核取代反应、共振论、消除反应机理理论解决杂环化合物合成的问题。

近年来，对可再生资源——生物质及其衍生物的研究愈来愈受到人们的重视。尤其是D-葡萄糖的加氢产物山梨醇(A)，已经成为重要的生物质转化平台化合物。如图 4所示，A经分子内脱水生成主要产物为手性化合物B，B经多步转化生成化合物F，F是一种治疗心绞痛的药物。

9-1利用Fisher投影式示出A的结构。

9-2 B主要生成C及少量的D(C的非对映异构体)，画出B、C和D的立体结构式，并说明B主要生成C的具体原因。

9-3画出E和F的立体结构式。

【解题策略】9-1：该题比较简单，考查范围属于有机化学的静态立体化学中的Fisher投影式的理解，D-葡萄糖是有机化学中重要的一种有机物，是参赛选手都应该熟知的。D-葡萄糖中的醛基氢化还原后得到山梨醇A，其Fisher投影式如图 5所示。

9-2：该题的重点是要确定化合物B的结构，而化合物B立体结构式的确定就得从山梨醇A的立体结构式及反应的特点开始分析。利用不饱和度(Ω)可以初步确定有机化合物的大致结构。不饱和度又称缺氢指数，对于只含C、H、O三种元素的有机化合物，不饱和度计算公式为Ω= N _C+1-( N _H/2) ( N _C、 N _H分别表示分子式中碳原子和氢原子个数)，因此B的Ω=2，这说明B结构中可能存在2个环(由山梨醇分子内脱2分子水形成)、2个双键或者1个三键，根据山梨醇的结构特点，化合物B是由山梨醇A通过分子内脱2分子水形成二环化合物，进一步分析还得知化合物B中存在2个羟基。一般地，分子内成环大小主要以五、六元环为主，因此山梨醇A的脱水缩合方式为C1-OH与C4-OH、C3-OH与C6-OH进行缩合成环得到化合物B(异山梨醇)。异山梨醇B在吡啶存在下与乙酸酐反应，实现了羟基的乙酰化，反应过程如图 6所示。

如异山梨醇B的立体结构模型如B′所示(图 7)，C5位的羟基(a处)受到的位阻比C2位的羟基(b处)位阻要大很多，因此(CH₃CO)₂O发生乙酰化反应主要在C2位的羟基上，即b处反应为主要结果。若a处羟基发生乙酰化反应，则产物为化合物D，立体结构如图 7所示。因此，在有机反应中也常利用化合物的位阻效应实现官能团的区域选择性合成。

9-3：结合反应条件，通过分析化合物C与E的分子式的区别，说明C与HNO₃发生了酯化反应而得到E。同理分析可知E到F发生的是水解反应，反应过程如图 8所示。从化合物B到F的合成过程是利用了羟基的保护与去保护来实现反应的选择性合成。

二酯类化合物E在水解过程中，体系中OH^-可分别催化水解硝酸酯与羧酸酯，催化水解硝酸酯的过程为OH^-进攻E分子结构的c处^[2]，催化水解羧酸酯的过程为OH^-进攻羧酸酯的羰基碳(d处)，由于羧酸酯的碱性水解活化能^[3]比硝酸酯的活化能^[2]低，故E水解得到主产物F，如图 9所示。

因此，从化合物B到F的合成过程是利用了羟基的保护与去保护来实现异山梨醇B的选择性酯化反应。

【评析】此题主要考查了官能团的转化关系、立体化学(立体化学选择性合成)、羟基的保护与脱保护等相关问题。解答此题应积极追根溯源，寻找竞赛题在高中阶段的衔接点(催化氢化、无机酸参与的酯化、酯的水解等)，以应对陌生的信息，用迁移的思维方法解决问题。本题为有机结构推导题，命题风格类似于高考试题，但由于试题提供条件的限制，使得难度较大，需要参赛同学思维活跃，知识面宽，能根据题意展开广泛联想，解答该题就会顺手很多。

喹啉、酰卤和氰化钾3组分反应是合成喹啉衍生物的重要方法之一。如图 10所示。

10-1喹啉、苯甲酰氯、氰化钾反应生成中间体A，A在一定的条件下与水反应生成喹啉衍生物B、另一个有机化合物C和无机化合物D。画出A、B和C的结构简式，写出D的分子式。

10-2 A与E反应生成F，F在四丁基氰化胺(TBACN)催化下发生重排反应生成G。画出F的结构简式。写出F重排生成G的反应机理(用箭头标出电子的流向)，说明重排反应的驱动力。

(注：原试卷试题中化合物编号有误，根据题目内容进行了修正。)

【解题策略】10-1：该题考查的是基于Reissert反应^[4]的喹啉衍生物合成与以Morita-Baylis-Hillman (以下简称MBH)反应机理推测为背景而设置的。根据Reissert反应机理可知A的结构为。其反应机理过程如下：喹啉与苯甲酰氯首先形成亚胺离子中间体I，接着与氰基负离子发生亲电加成反应得到产物A，如图 11所示。

产物A在H⁺存在下发生水解，首先A中羰基被质子化后形成化合物Ⅲ，再经1，3-氢迁移之后继续水解得到2-氰基喹啉Ⅴ及苯基甲二醇Ⅵ，Ⅵ易脱水得到苯甲醛C。反应机理如图 12所示。

2-氰基喹啉V中的氰基经水解得到2-喹啉甲酸B与氨气D，反应式如图 13所示。

10-2：考查MBH反应的反应历程，该反应在小分子药物以及天然产物的合成中应用非常广泛。传统的MBH反应机理是在叔胺、叔膦或者Lewis酸的催化下，贫电子烯烃与催化剂形成两性离子α，然后α作为亲核试剂再进攻亲电底物，生成两性离子β，然后通过质子转移并脱去催化剂得到目标产物，机理过程如图 14所示。

根据MBH反应过程可知，DABCO首先与E作用，生成中间体Ⅶ、CO₂、苯甲醇负离子。如图 15所示。

由于催化剂DABCO与烯丙基碳酸酯不能形成两性离子，因此在此情况下的反应历程与传统的MBH有所不同，此时中间体Ⅶ仍然作为亲电试剂与Reissert产物A参与反应。具体过程为苯甲醇负离子攫取化合物A中与氰基相连碳的活泼氢形成中间体化合物Ⅷ，作为亲核试剂继续与中间体Ⅶ作用生成F，四丁基氰化铵(TBACN)释放出氰负离子，催化F进行重排得到化合物G，重排过程如图 16所示。

因此，从F在被四丁基氰化铵(TBACN)催化下重排反应生成G的过程来看，喹啉环的形成(即芳构化)是形成G的反应驱动力。

【评析】本题属于有机综合推断题，虽然也是以有机物转化路线图的形式给出，但是反应情境较陌生，不是简单考查官能团的转化关系，而是考查相关反应的反应机理，尤其是关于分子骨架重排的机理是有机化学中的难点，包括很多有机化学专业的学生有时候也难以准确分析。作为压轴题，综合强度大，具有较大难度也是情理之中的事。试题对竞赛选手的逻辑推理能力、官能团转化的分析能力、反应机理的理解均有较高要求。

由于竞赛试题大多不是常规试题，没有现成的解答模式，需要选手自己探究问题的解法，解题的途径是需要自己对题给信息进行综合分析与加工，对竞赛选手的综合素质提出了更高的要求。因此认真分析、研究已经考过的赛题，对今后竞赛培训的启示作用是不言而喻的。遵循《全国高中学生化学竞赛大纲》要求的前提下，只要关注命题热点、把握反应的电子效应在有机反应历程中的运用，才能有效突破有机化学中的难点——有机反应机理。