辣 鸡 化学题 | 一切为了蜜蜂
在某个平行时空中，还有四天就是英国化学奥赛了......但很不幸，在我们的时空，这并没有发生。所以，我花了半个小时，研究了一道 辣 鸡 化学题。
由于有机化学还是初学，只对邢其毅的《基础有机化学》（大本）比较熟悉，全文的参考都来自于此。《有机反应机理的书写艺术》（Art）也在看，但还比较陌生......很多机理比较凌乱，跳了加质子、脱质子之类的小步骤，但希望没有大错误。
本题来自英国化学奥赛 UKChO2019 第 4 题。先感受一下：
英奥赛近年来在不停地尝试创新题目，更加综合，更考察素养，更贴合时事；但结果却是越来越难......想想将近十年前的题，还是这样的：
2019 年的有机大题套路相当多变，有一些看起来很想当然的反应，实际上的确存在；还有一些，则是如果题没有读清楚就直接爆炸。我们每个问题分别分析。
(a) 求噻虫嗪的化学式。分子式已经给出，看图说话即可，不可多得的送分题。C8H10ClN5O3S
(b) 首先求甘油 (glycerol) 和三氯氧磷 (phosphorus oxychloride) 反应产物。猜都能猜到， 是氯化羟基的，变成 1,2,3-三氯丙烷。同样没什么难度。（能够方便地卤代羟基的还有 PX5, PX3, SOCl2 等；大本说，二氯亚砜由于发生的是 SNi 反应，并不会翻转）参考：大本 P288
A.
第二个，乍看去考的是取代与消除的竞争反应；但细品，既然生成三个异构体，那就只有消除了（三个取代产物也行；但到了下一问就说不过去了；更何况题目中说 CaO 是一种碱，也算提示不要往亲核试剂上想）。A 的完整结构式长这样：
显然，消除的是 Cl1 与 H2 或者 H4 与 Cl5，分别生成 2,3-二氯丙烯与 1,3-二氯丙烯。B'与 B''几何异构，而细想 2,3-二氯丙烯是没有顺反异构体的，那就只剩顺-1,3-二氯丙烯和反-1,3-二氯丙烯了。顺式占绝大多数，因为对交叉是优势构象。参考：大本 P252
B.
B'.
B''.
（什么扎伊采夫规则？什么产率？都不要想了，出题人说的永远是对的）
(c) 也是送分题，不会共振规则也能蒙出来。
(d) 从此开始，就到处都是坑了……硝酸中的亲电试剂，硝酸本身怎么看都不像能接受孤对电子的样子。
为了从中搞出一个亲电试剂，不得不考虑一些正离子，比如硝酰（氢离子、氧鎓离子这种就不用说了）。拔掉羟基后，NO2+ 是肯定会共振中和电荷的。所以，答案是：
（这是一个极强的亲电试剂，甚至还有一整本书来描述它的作用原理）
(e) 胍 (guanidine) 当亲核试剂使的话，任何一个氮上的孤对电子都可以进攻硝酰，所以答案不止一个。为了和最后产物的结构一致，选择这种路径。
E.
接下来加入甲胺 (CH3NH2, methylamine)，不晓得干什么的，大概猜到是甲基化用的；我们目前处于最后产物的中下方，注意到最左边的氮在产物中同一位置多了一个甲基，考虑是不是此时要添一个甲基，不然就再无机会。（口胡 ×1）为什么不在对称的氮上也加甲基？可以和产物对比，发现两环连接处只有一个碳，容不下多出的一个甲基。
F.
然后加入了甲醛和碳酸氢钠......在碳酸氢钠上纠结了很久，究竟是干什么的？大概是当碱用的吧。还有一个人名反应——曼尼希 (Mannich) 反应——和这个有点相像。但在那里，胺基进攻甲醛生成醇后，还会进一步在酸的作用下脱水。那这里的碱，大概就是防止这一步发生了。所以，是胺基亲核进攻甲醛生成醇的过程。（口胡 ×2）同时，G 的化学式告诉我们，多了 2 个碳和 2 个氧，隐隐感到此处需要在两个对称的氮上同时操作。
G.
最后醇醇缩合成内醚，基本操作。
H.
这样，最后一步简单的 SN2，氯离去，就得到了产物。基本可以确定，口胡的内容都是正确的。
但不止于此，本题还提供了一种替代方案。
(f) 开始的第一问便造成了暴击——溴究竟是如何与丙醛反应的？我以为是溴加成羰基的双键，但显然根据化学式，I 应该是溴代产物；结果翻阅大本，发现了这么一个机理：参考：大本 P480
I.
原来是羰基的活泼的 α-氢发生取代......而且如果此空填错，基本就没有做对的可能性了。
再往后，加入了硫脲 (thiourea) （这题目真是百花齐放），看分子式可以知道是一个简单的取代；但怎么取代就得三思。
Naïve!
第二个坑又紧随其后——如果像这么取代，硫就会在环的外面了，没法进环。为了让它进环，只能这样互变一下，让硫去进攻：
J.
(g) 盲猜从 J 到 K 的脱水是胺基与羰基氧的脱水，而且看起来很像话：
本质上是羰基被胺基亲核加成的机理，再脱水生成席夫碱 (Schiff base，即亚胺)。但 K 还有一个要求，要有芳香性；现在的环上有一个 sp3 碳，无论如何都不会芳香，因此再略一互变。
K.
有了两个双键和一个硫原子，正好六个 π 电子，符合休克尔 (Hückel) 规则。
(h) 随后加入的盐酸与亚硝酸钠，就更加陌生了。这个反应，如果没有接触过，就绝对想不到；但只要晓得，识别度还是很高的，尤其是在后续加热有氮气逸出的情况下：芳香一级胺 Ar-NH2 的叠氮化 (Diazotization) 反应。其中要用到亲电试剂 NO+ ，产生原理和前文的 NO2+ 类似。
L.
然后再加热，氮气逸出。
M.
（如此大费周章，只为了把胺基换成氯......还不如 RMB 置换法）
最后一步加入的N-氯代丁二酰亚胺是一种氯化剂。
能将芳醛氯化而芳环不受影响。在苯胺、N-烷基苯胺的氯代（邻位为主），a-氨基吡啶氯代，a-苯硫基酰胺脱氢氯代和降解氯化，以及环戊二烯单氯化反应中都比用氯气、次氯酸叔丁酯、氯胺 T 等的产率更高。作为氧化剂，可将二醇氧化成内酯，伯(仲)醇氧化为醛（酮），B-羟基酮氧化成 B-二酮等。在酸性条件下能选择性断裂色氨酸形成的肽键。也可用于烯丙胺、B，R-不饱和氨基酸极其衍生物的合成。
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本段可谓是相当难了，很容易被剃光头；而最后一段难度不逊于此。主要原因，在于是史上（至少是从 2003 年起）首次考察自由基反应机理（真正考机理的题目本来就不多）；而在此之前，离子型反应占据了 99%的内容，再加上一些狄尔斯-阿尔德 (Diels-Alder) 之类的极少数协同反应。自由基说起来只是引发-增长-终止三步，但可以做不少文章。
(i) & (j) 由于涉及循环，从何处下手就很成问题。按照 Art 的观点，研究机理的第一步一定是为原子标号。
由于反应在氯气中进行，我们大胆假设 Z 是 Cl·，再来小心求证。注意题中说 Z 和 C 中的硫氰根部分发生化合，进一步限制了可能的反应。既然要成 C2-Cl 这根键，现在又需要 S, C, N 中任何一个和 Cl 化合，那此时不待更待何时？
V.
接着环化——那便是 S1-C5 键了。正好 S1 现在有未成对电子，可以借这个机会把电子转移走。S 要和 C 成键，一个电子由 S 提供，还有一个从哪来？C 周围能提供电子的只有 C5-C6 π 键，所以再次均裂，把未成对电子转移到 C6 上。
W.
再检查列表——还需要加上 C6-Cl，断掉 C5-Cl。Y 到 D 是消去反应，肯定是断键；那只能抓住最后机会，在 W→Y 的时候加 C6-Cl 键了。此时，又是正好 C6 是反应中心。为了产生 Z (依照我们的假设是 Cl·)，加上氯气再好不过了。典型的链增长过程。
Y.
最后的消除，并在 C4-C5 上成双键。
到此结束。
花了三千字，解释了一道三页纸的题目……涉及反应极广，主要是胺类和羰基的考察，掌握了大本的第 10、14、18 章，至少能拿 60%、70%的分数；最后的自由基反应那 20%（6'/27'），则成败都在于假设是否靠谱。