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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

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看到這題,首先認出是 Friedel-Crafts 烷基化反應,必須警覺一級鹵代烷在生成碳陽離子時會發生 1,2-氫轉移(hydride shift)重排為更穩定的二級碳陽離子。其次,判斷苯甲醚上的甲氧基(-OCH3)為強活化基且具鄰/對位導向(o,p-directing),考量立體障礙,主要產物將在對位發生異丙基化。

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【解題思路】利用 Friedel-Crafts 烷基化反應的親電芳香取代(EAS)機制,結合碳陽離子重排(1,2-hydride shift)與取代基導向效應(立體障礙)來推導產物。 【詳解】 已知:反應物為苯甲醚(Anisole),試劑為 1-氯丙烷(1-chloropropane)與路易斯酸催化劑($AlCl_3$)。

小題 (一)

環氧化合物酸催化開環

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看到環氧化合物在「酸性條件」下開環,應立即想到「親核劑會攻擊取代基較多(能穩定部分正電荷)的碳原子」。同時,必須注意立體化學,親核劑強制從斷鍵處的背面攻擊(back-side attack),因此必得到反式開環(anti-addition)產物。

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【解題思路】環氧化合物酸催化開環之區域選擇性與立體化學 【詳解】 一、 最終產物

小題 (二)

環烷基溴與硫氫根反應

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首先判斷反應物特性與試劑種類:二級鹵烷(1-Bromo-4-methylcyclohexane)與強親核試劑/弱鹼(HS⁻)。這兩個條件強烈指向 SN2 取代反應而非脫去反應。接著考慮立體化學,因為是 SN2 反應,必須發生組態反轉(inversion of configuration),需在機構推導中特別標註背面攻擊(backside attack)。

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【解題思路】判斷試劑親核性與鹼性,確定反應途徑為 SN2,並考量立體化學的組態反轉。 【詳解】 已知:起始物為二級鹵代環烷(1-Bromo-4-methylcyclohexane),試劑為硫氫根離子(HS⁻)。

小題 (四)

Robinson Annulation (前段)

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看到 β-二酮與 α,β-不飽和酮在鹼性環境下作用,應立即聯想 Robinson 環化反應。題目指明「前段」,故核心為 Michael 加成反應:先尋找 β-二酮最酸的 α-氫形成穩定的烯醇陰離子 (enolate),再對 α,β-不飽和酮的 β-碳進行共軛加成 (1,4-加成)。

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【解題思路】本題考查 Robinson Annulation(羅賓森環化反應)之前段步驟,即 Michael 加成反應(Michael addition)。利用鹼拔除 β-二酮之高酸性 α-質子形成親核性烯醇陰離子,再對 α,β-不飽和酮進行共軛加成。 【詳解】 已知:2-Methyl-1,3-cyclohexanedione 為含高度酸性 α-氫的 β-二酮(親核試劑前驅物);Methyl vinyl ketone (MVK) 為 α,β-不飽和酮(Michael acceptor,親電試劑);$OH^-$ 作為鹼。

🏷️ 相關主題

親核取代、加成與羰基化合物反應
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