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普考申論題 106年 [化學工程] 有機化學概要

第 一 題

📖 題組:
一、請寫出下列反應方程式的主要產物結構式。(每小題 2 分,共 10 分) (一) [圖示:2,6-庚二酮 (2,6-heptanedione) 在 OH- 條件下反應] (二) [圖示:環戊基甲基醚 (cyclopentyl methyl ether) 在過量 HI 條件下反應] (三) [圖示:苯乙酮 (acetophenone) 與 Br2 在 CH3COOH 條件下反應] (四) [圖示:δ-戊內酯 (δ-valerolactone) 與 NH3 反應] (五) [圖示:吡啶 (pyridine) 與 H2SO4, HNO3 反應]
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

(一) [圖示:2,6-庚二酮 (2,6-heptanedione) 在 OH- 條件下反應]
題目圖片

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看到具有兩個羰基的化合物在鹼性 (OH⁻) 條件下反應,應立刻聯想到「分子內醇醛縮合 (Intramolecular Aldol Condensation)」。解題關鍵在於判斷拔除哪個 α-氫能形成最穩定的環狀結構(優先形成無張力的五或六元環),最後再脫水得到穩定的共軛 α,β-不飽和酮。

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【解題思路】看到二酮化合物在鹼性環境中,應應用「分子內醇醛縮合反應」,並依據熱力學穩定性原則優先形成五元或六元環。 【詳解】 已知:反應物為 2,6-庚二酮 (2,6-heptanedione),反應條件為 OH⁻(鹼性環境)。

小題 (二)

(二) [圖示:環戊基甲基醚 (cyclopentyl methyl ether) 在過量 HI 條件下反應]
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看到這題首先辨識反應物與試劑:依圖片所示,反應物為二乙醚(Diethyl ether),試劑為「過量」的強酸 HI。醚類在強酸下會發生質子化並進行裂解(Ether Cleavage),解題關鍵在於「過量」條件,此時中間產物(醇類)會繼續被質子化並被鹵素離子取代,使氧原子兩側的烷基均轉化為對應的鹵代烷。

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【解題思路】醚類在強酸(如 HI 或 HBr)條件下會發生裂解反應;若給予過量試劑,反應會徹底進行,使醚兩端的烷基皆轉化為碘代烷。 【詳解】 已知:依據題目圖片所示,反應物為二乙醚(CH3CH2-O-CH2CH3),試劑為過量 HI。

小題 (三)

(三) [圖示:苯乙酮 (acetophenone) 與 Br2 在 CH3COOH 條件下反應]
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看到酮類與鹵素在酸性條件(如醋酸)下反應,應立即想到「酮的 α-碳鹵化反應」。需注意在酸催化下會經由烯醇中間體進行,主要發生「單鹵化」;且因無路易斯酸催化加上羰基對苯環的去活化作用,苯環本身不會發生親電取代反應。

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【解題思路】酮類在酸性條件下的 α-單鹵化反應。 【詳解】 已知:反應物為苯乙酮 (acetophenone, Ph-CO-CH₃),試劑為 Br₂ / CH₃COOH(酸性條件)。

小題 (四)

(四) [圖示:δ-戊內酯 (δ-valerolactone) 與 NH3 反應]
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辨識反應物為內酯(環狀酯),試劑為氨(NH3)。這是一個典型的親核醯基取代反應(胺解),氨會攻擊羰基碳導致開環,最終生成一端為羥基、另一端為醯胺的直鏈化合物。

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【解題關鍵】內酯(環狀酯類)的胺解反應(親核醯基取代與開環反應)。 【解答】

  1. 反應物分析:δ-戊內酯(δ-valerolactone)為六元環內酯,包含 5 個碳原子與 1 個氧原子。

小題 (五)

(五) [圖示:吡啶 (pyridine) 與 H2SO4, HNO3 反應]
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看到吡啶與混酸(硝化試劑)反應,應聯想到親電芳香取代反應(EAS)。須注意吡啶為缺電子環,且在強酸中易質子化導致反應性極低,若發生反應,親電體將優先攻擊共振中間體相對較穩定的 C-3(間位/β位)。

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【解題思路】判斷吡啶(缺電子芳香環)進行親電芳香取代反應(EAS)的活性與位向。 【詳解】 已知:吡啶 (pyridine) 與硝化試劑 (H2SO4, HNO3) 反應,試劑會產生親電體硝醯陽離子 (NO2+)。

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