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高考申論題 105年 [化學工程] 有機化學

第 一 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 6 小題

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 (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 (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):

小題 (六)

化合物 (六) 結構:4-氯-2-戊醇 (4-Chloro-2-pentanol)

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命名時首先尋找優先級最高的官能基(此處為 -OH 醇基),並以此決定編號方向使官能基數字最小。接著必須找出包含該官能基碳的「最長碳鏈」,左側看似異丙基的結構容易讓人誤判為主鏈 5 個碳,實則主鏈應延伸至其中一端,總長為 6 個碳(己醇)。最後將取代基依英文字母順序(Chloro 優先於 Methyl)排列。

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【解題關鍵】判斷主官能基(醇基)、選取最長碳鏈(需特別注意末端分岔),並依英文字母順序排列取代基。 【解答】

  1. 決定主官能基與編號:結構中含有羥基 (-OH),母體字尾為「醇」。為使主官能基編號最小,需從右端開始向左編號,使 -OH 位於 C2 位置。

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