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高考申論題 105年 [化學工程] 有機化學

第 三 題

📖 題組:
畫出下列化合物之結構:(每小題 2 分,共 10 分)
(一) (2S,3S)-3-methyl-2-pentanamine
(二) Ortho-chlorobenzoic acid
(三) (Z)-4-bromo-4-hexene-3-ol
(四) (2R,4R)-5-mercapto-4-methylpentan-2-ol
(五) Meso-2,3-difluorobutane
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (三)

(Z)-4-bromo-4-hexene-3-ol

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看到此類化合物繪圖題,應採用「由後往前」的拆解法。首先從字尾找出主鏈與主官能基(6碳、C3有OH),接著定位不飽和鍵與取代基(C4雙鍵、C4接Br),最後運用 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 規則分析 C4=C5 雙鍵的 (Z) 幾何構型(高優先基團同側)。同時要敏銳地發現 C3 雖為手性碳,但題目未指定立體組態,故畫一般平面的實線鍵即可。

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【解題思路】依序拆解 IUPAC 命名字尾(主鏈與官能基)→ 字首(取代基與雙鍵位置)→ 立體符號(CIP 規則決定 Z 構型)。 【詳解】 已知條件拆解:

小題 (一)

(2S,3S)-3-methyl-2-pentanamine

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首先確定主鏈長度(pentane,5個碳)與主官能基(2-amine)。接著標出取代基位置(3-methyl),最後依據 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 規則,分別在 C2 與 C3 推導出 (S) 組態對應的楔形(Wedge)與虛線(Dash)立體結構。

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【解題思路】依據 IUPAC 命名找出主鏈與取代基,再利用 CIP 優先順序規則決定手性碳的立體化學鍵結(楔形與虛線)。 【解答】 一、碳骨架與官能基確認:

小題 (二)

Ortho-chlorobenzoic acid

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看到「benzoic acid」,首先畫出母體結構苯甲酸(苯環上連接一個羧基 -COOH,定為 C1)。接著看到「ortho-」(鄰位),代表在與羧基相鄰的 C2 位置加上氯(-Cl)取代基即可。

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【解題思路】確認母體與取代基相對位置(1,2-取代) 【解答】 繪製步驟如下:

小題 (四)

(2R,4R)-5-mercapto-4-methylpentan-2-ol

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首先確立主鏈為戊烷(pentane),並從靠近主官能基羥基(-OH)的一端開始編號,定出2-戊醇的骨架。接著在C4標上甲基、C5標上巰基(-SH)。最後依據 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 規則檢驗 C2 與 C4 的立體中心,將主鏈畫為鋸齒狀後,分配楔形鍵(朝前)與虛線鍵(朝後)以精確符合 (2R, 4R) 的絕對組態。

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【解題思路】運用 IUPAC 命名法確立主鏈與取代基位置,並嚴格遵循 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 優先順序規則推導立體中心的空間組態。 【詳解】 Step 1. 確立主鏈與編號

小題 (五)

Meso-2,3-difluorobutane

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看到「Meso」需立刻聯想到分子內部存在對稱面(內消旋化合物),其兩個立體中心的組態必須剛好抵銷,即 (2R, 3S)。在繪製標準鋸齒狀(zig-zag)碳骨架時,2號位與3號位上的相同取代基(氟原子)必須分別以「一楔形鍵(朝前)」與「一虛線鍵(朝後)」標示,旋轉重疊後方能滿足內消旋對稱面的要求。

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【解題關鍵】Meso 化合物含有立體中心,但因具內部對稱面而為非掌性分子,其立體中心組態必為 (2R, 3S) 或 (2S, 3R)。 【結構特徵與繪圖指引】 一、 鋸齒狀鍵線式(Zig-zag conformation,最建議的標準畫法):

📝 IUPAC命名與結構繪製
💡 精確拆解 IUPAC 名稱並應用 CIP 規則決定立體異構物結構。

🔗 結構繪製標準作業流程

  1. 1 解析字尾 — 確定主鏈碳數與主官能基位置。
  2. ↓
  3. 2 標註支鏈 — 依編號填入取代基與多鍵位置。
  4. ↓
  5. 3 立體判定 — 套用 CIP 規則決定 Z/E 或 R/S 空間排列。
  6. ↓
  7. 4 完整繪圖 — 檢查鍵角、氫原子隱含與空間鍵結(楔形/虛線)。
🔄 延伸學習:進階學習:練習含多個對掌中心之 meso 化合物對稱性判定。
🧠 記憶技巧:VIP 會員可查看這題的記憶口訣與速記法
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Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 規則 官能基優先順序表 對掌性中心 (R/S) 判定 Meso 化合物特徵

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