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高考申論題 105年 [化學工程] 有機化學

第 三 題

📖 題組:
寫出下列反應之產物及反應機構。(每小題 5 分,共 20 分) (一) 1,2-Dimethyl-1,2-epoxycyclohexane + $CH_3OH, H^+$ (二) 1-Bromo-4-methylcyclohexane + $HS^-$ (三) Anisole + 1-chloropropane, $AlCl_3$ (四) 2-Methyl-1,3-cyclohexanedione + Methyl vinyl ketone + $OH^-$
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (三)

苯甲醚的傅-克烷基化
題目圖片

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此為傅-克烷基化反應(Friedel-Crafts alkylation)。需注意一級鹵代烷(1-chloropropane)與路易斯酸($AlCl_3$)作用時會發生碳陽離子重排(1,2-氫轉移),生成較穩定的二級碳陽離子(異丙基碳陽離子)。此外,苯甲醚上的甲氧基($-OCH_3$)為活化基與鄰/對位導向基,主要生成對位取代產物。

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【解題關鍵】傅-克烷基化反應中,一級鹵代烷會發生碳陽離子重排;甲氧基($-OCH_3$)為鄰、對位導向基。 【解答】 主要產物:對-異丙基苯甲醚(1-isopropyl-4-methoxybenzene 或 p-isopropylanisole)。

小題 (一)

環氧化合物酸催化開環
題目圖片

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首先確認圖片反應物為異丁烯(Isobutylene)與甲醇,而非文字題幹所述之環氧化合物。解題核心為烯類的酸催化親電性加成反應,需遵循馬可尼可夫法則(Markovnikov's rule)形成最穩定的三級碳陽離子,最後由甲醇進行親核攻擊生成醚類(MTBE)。

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【解題思路】 觀察圖片內容,反應物為異丁烯(2-Methylpropene)與甲醇(Methanol)在酸($H^+$)催化下進行反應。此為典型的烯類親電性加成反應,需透過馬可尼可夫法則判斷碳陽離子中間體的穩定度來推導產物。 【詳解】

小題 (二)

環烷基溴與硫氫根反應
題目圖片

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拿到這題,首先觀察反應物為具有特定椅型構象的二級環己基溴,且親核試劑 HS⁻ 為強親核、弱鹼,判斷將以 SN2 機構進行。接著分析立體化學:離去基 -Br 位於 axial 位置,親核試劑必從背面 equatorial 位置進攻,導致組態反轉,進而推導出產物的雙赤道 (diequatorial) 椅型構象。

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【解題思路】利用 SN2 反應的背面進攻 (backside attack) 特性與立體中心組態反轉原則,推導椅型環己烷的取代產物。 【詳解】 已知:

小題 (四)

Robinson Annulation (前段)
題目圖片

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看到 1,3-二酮(具強活性次甲基)與 α,β-不飽和酮在鹼性條件下反應,應立即聯想到羅賓遜環化反應(Robinson Annulation)。解題需分兩階段操作:先進行麥克加成(Michael addition)生成 1,5-二酮中間體,再進行分子內醛醇縮合(Intramolecular Aldol condensation)並脫水,構建出雙環 α,β-不飽和酮產物。

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【解題思路】本題考查經典的羅賓遜環化反應(Robinson Annulation)。透過先進行麥克加成(Michael Addition)形成 1,5-二酮中間體,再藉由分子內醛醇縮合(Intramolecular Aldol Condensation)及脫水反應,構建出具 α,β-不飽和酮的雙環產物。 【詳解】 產物結構特徵:

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