第 四 題
寫出下列反應之產物。(每小題 2 分,共 10 分) (一) Acetophenone + $Br_2, HOAc$ (二) 5-hydroxy-2-pentanone + $H^+$ (產物為 hemiketal) (三) $CH_3COOH + CH_3O^{18}H + H^+$ (四) Cyclopentyl magnesium bromide + propanal, then $H_3O^+$ (五) Cyclopentanone + 1,2-ethanediol + $H^+$
小題 (四)
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看到 Grignard 試劑與醛酮的反應,優先想到親核加成反應(Nucleophilic addition)。Grignard 試劑提供碳親核劑攻擊羰基,接著酸洗(水解)生成醇類。記住通則:甲醛生成一級醇,其他醛生成二級醇,酮則生成三級醇。
小題 (一)
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看到酮類與鹵素在酸性條件(HOAc)下反應,應直覺聯想到「酸催化的 α-鹵化反應」。此反應經由烯醇(enol)中間體進行,且因引入鹵素原子的吸電子效應會降低進一步烯醇化的速率,故反應會停留在單取代產物。
小題 (二)
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看到同一分子內同時具有羥基(-OH)與酮基(>C=O),且在酸催化條件下,應立刻聯想到分子內半縮酮(hemiketal)的形成。由圖片結構判斷,羥基氧會作為親核基攻擊羰基碳,形成熱力學穩定的五元含氧環。
小題 (三)
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看到羧酸、醇及酸催化劑,應立即聯想到 Fischer 酯化反應。此題核心考點在於同位素追蹤,需透過反應機構判斷脫水過程是脫去羧酸的 -OH 與醇的 -H,因此醇上的同位素 O18 會保留在產物酯鍵的單鍵氧位置。
小題 (五)
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看到酮類(Cyclopentanone)與 1,2-二醇(1,2-ethanediol)在酸性(H⁺)環境下的反應,應立即聯想到「環狀縮酮 (cyclic ketal) 的生成」。這是有機合成中極為常見的羰基保護基 (protecting group) 反應,反應會脫去一分子水並形成包含兩個氧原子的五元環結構。
小題 (六)
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看到胺類(二級胺)與酸酐的組合,應立刻聯想到親核醯基取代反應(醯化反應)。二級胺作為親核試劑攻擊酸酐的羰基,脫去一分子羧酸根,最終在氮原子上形成穩定的醯胺鍵。
小題 (七)
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看到 HNO3/H2SO4 應直覺想到芳香環的硝化反應(親電芳香取代,EAS)。接著分析雙取代苯環的導向效應:甲氧基 (-OCH3) 是強活化基,氯 (-Cl) 是弱去活化基,親電體進擊位置由較強的活化基決定。由於 -OCH3 的對位已被佔據,硝基 (-NO2) 將接在 -OCH3 的鄰位。
小題 (八)
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看到酮與二級胺(如吡咯烷)的反應,應立即聯想到「烯胺(Enamine)」的生成。反應會先形成亞胺離子中間體,因氮上無質子可脫去,轉而由 α-碳脫去質子形成碳碳雙鍵,同時伴隨脫去一分子水。
小題 (九)
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本題為經典的一級胺合成法(疊氮化物還原)。看到一級鹵代烷(溴化物)與疊氮化鈉(NaN3)反應,應先判斷其發生 SN2 親核取代生成疊氮化物。接著,疊氮基(-N3)在強還原劑 LiAlH4 作用下,會被還原並經水解最終生成一級胺(-NH2)。
小題 (十)
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看到重氮鹽與帶有推電子基(三級胺)的芳香族化合物,應直覺想到「重氮偶合反應(Azo coupling)」。由於重氮鹽是弱親電體,只能與強活化的芳香環反應,且受限於立體阻礙,取代位置會優先發生在推電子基的對位(para position)。