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調查局三等申論題 106年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 五 題

📖 題組:
七、寫出下列反應式的主要產物。(每小題 3 分,共 15 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (五)

(圖略,含有酮基與氮雜環的分子與 Zn(Hg) / HCl 反應)
題目圖片

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看到反應試劑 Zn(Hg)/HCl,應立即聯想到克萊門森還原反應(Clemmensen reduction)。此反應專門用於將醛基或酮基(C=O)還原為亞甲基(-CH2-),且分子中的三級胺在酸性條件下雖會質子化,但骨架結構穩定,不受還原影響。

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【解題關鍵】克萊門森還原反應(Clemmensen reduction)。 【解析】

  1. 反應條件與功能:使用鋅汞齊與濃鹽酸 (Zn(Hg) / HCl) 作為還原劑,可在強酸環境下將醛或酮的羰基 (C=O) 徹底還原成亞甲基 (-CH2-)。

小題 (一)

(圖略,環己基甲基酮與 CF3CO3H 反應)
題目圖片

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看到含有三級丁基醚(tert-butyl ether)的結構與強酸(如 TFA, CF3CO2H)的組合,應直覺聯想到醇類的「去保護反應(Deprotection)」。反應經由質子化後,透過 SN1 機構脫去穩定的三級丁基碳陽離子,最終得到對應的醇類。

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【解題關鍵】酸催化的三級丁基醚裂解(醇類的去保護反應)。 【解析】 已知:題目圖片所示反應物為環戊基三級丁基醚(cyclopentyl tert-butyl ether),試劑為三氟乙酸($\text{CF}_3\text{CO}_2\text{H}$, TFA)。(註:題幹文字描述與圖片不符,解題以圖片所示真實結構為準)

小題 (二)

(圖略,具掌性之醯胺與 Br2, NaOH 反應)
題目圖片

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看到一級醯胺與溴(Br₂)、氫氧化鈉(NaOH)的試劑組合,應立即聯想到「霍夫曼重排反應(Hofmann rearrangement)」。解題關鍵在於拔除羰基(C=O),使烷基直接接到氮原子上形成少一個碳的一級胺,且需注意遷移基團的立體組態在過程中會完全保留(retention)。

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【解題關鍵】霍夫曼重排/降解反應(Hofmann rearrangement / degradation) 【解析】 一、反應機制:一級醯胺(Primary amide)在鹵素(Br₂)與強鹼(NaOH)水溶液的作用下,會發生霍夫曼重排反應。反應過程中,醯胺氮原子先被溴化,接著在鹼性條件下失去質子形成異氰酸酯(Isocyanate)中間體,伴隨烷基從羰基碳遷移至氮原子上。異氰酸酯水解後脫去羰基(轉化為碳酸根 CO₃²⁻),最終生成比原反應物少一個碳原子的一級胺(Primary amine)。

小題 (三)

(圖略,芳香硼酸與芳香溴化物鈀催化偶合)
題目圖片

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看到芳基硼酸與芳基鹵化物在零價鈀催化劑(Pd(PPh3)4)下進行反應,應立即辨識出此為鈴木偶聯反應(Suzuki Coupling)。解題關鍵在於將硼酸基團與鹵素原子脫去,形成新的碳-碳單鍵,連接兩個芳香環。

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【解題關鍵】本反應為鈴木偶聯反應(Suzuki-Miyaura Coupling),由鈀金屬催化芳基硼酸與芳基鹵化物的交叉偶聯,生成聯芳基化合物。 【解析】

  1. 氧化加成(Oxidative Addition):零價鈀 Pd(0) 插入 2-溴吡啶的 C-Br 鍵,形成芳基鈀(II)中間體。

小題 (四)

(圖略,鄰二溴化物與 CH3ONa/CH3OH 反應)
題目圖片

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這題的核心在於區分分子中的兩個鹵素位點:芳基溴與一級烷基溴的反應性差異。看到強親核試劑甲醇鈉(CH3ONa),應立刻想到在一級烷基鹵化物且無加熱條件下,主要會發生 SN2 親核取代反應生成醚類,而芳香環上的溴則保持惰性。

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【解題思路】首先辨識分子中的兩個反應位點:芳基溴(aryl bromide)與一級烷基溴(primary alkyl bromide)。芳香環上的鹵素在無強拉電子基存在且非極端條件下不會反應,故反應僅發生在側鏈的一級烷基溴,與強親核試劑進行 SN2 反應。 【解析】 一、反應位點分析

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