地特三等申論題
107年
[衛生檢驗] 有機化學
第 六 題
📖 題組:
二、寫出下列反應的主要產物:(每小題 3 分,共 24 分)
📝 此題為申論題,共 8 小題
小題 (六)
Methylenecyclooctane 反應物:HBr
思路引導
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看到烯類與 HBr 的反應,首先想到親電性加成反應(Electrophilic addition)。接著套用馬可尼可夫法則(Markovnikov's rule),評估碳陽離子中間體的穩定度來決定氫原子加成的位置。最後由溴離子攻擊最穩定的碳陽離子生成產物。
【解題思路】利用馬可尼可夫法則(Markovnikov's rule)判斷烯類親電性加成反應的區域選擇性。
【詳解】
反應物 methylenecyclooctane(亞甲基環辛烷)為含有環外雙鍵的烯類。
小題 (一)
Methylenecyclopentane 反應物:1. O3, 2. Zn/H+
思路引導
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本題考查烯類的臭氧解反應(Ozonolysis)。看到試劑 1. O3 與 2. Zn/H+,應立刻聯想到這是雙鍵的還原性切斷反應,會將 C=C 雙鍵截斷並轉化為羰基(C=O)。環狀烯類被切斷後會發生開環反應。
【解題思路】利用臭氧解的還原性水解機制,將碳碳雙鍵切斷並分別接上氧原子形成羰基。
【詳解】
已知:依圖片所示,反應物為環戊烯(Cyclopentene)。(註:題幹文字雖有 Methylenecyclopentane,但圖片結構為環戊烯,故依圖片真實結構作答)
小題 (二)
Nitrobenzene 反應物:Br2 / AlBr3
思路引導
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首先辨識反應類型為親電性芳香族取代反應(EAS)中的溴化反應。接著分析苯環上原有取代基(-NO₂)的特性,硝基為強拉電子基,具去活化作用且為間位(meta)導向,據此可預測親電體攻擊的位置。
【解題思路】利用芳香環上既有取代基的電子效應與導向性,預測親電性芳香族取代反應(EAS)的主要產物。
【詳解】
- 試劑分析:Br₂ 在路易斯酸(Lewis acid)催化劑 AlBr₃ 的存在下,會極化並產生強親電體溴離子(Br⁺),進行芳香環的溴化反應。
小題 (三)
三級醯胺 (由 Piperidine 與 Isobutyryl chloride 構成) 反應物:1. LiAlH4/ether, 2. H2O/H+
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看到 LiAlH4 與醯胺的組合,應立即聯想到「醯胺還原反應」。強還原劑 LiAlH4 會將醯胺的羰基 (C=O) 徹底還原成亞甲基 (CH2),生成對應的胺類化合物,且碳骨架與立體結構維持不變。
【解題關鍵】氫化鋁鋰(LiAlH₄)還原三級醯胺為三級胺,將羰基(C=O)轉換為亞甲基(CH₂)。
【解析】
已知:反應物為三級醯胺(N-isobutyrylpiperidine),試劑為強還原劑 LiAlH₄。
小題 (四)
1-bromo-3-ethoxypropane 反應物:1. NaN3, 2. LiAlH4, 3. H2O
思路引導
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看到一級鹵烷與 NaN3 反應,應立刻聯想到 SN2 取代反應生成疊氮化物(alkyl azide)。接著看到還原劑 LiAlH4 與 H2O,代表將疊氮基還原為一級胺。這是一套將鹵素轉換為一級胺的經典合成序列。
【解題思路】利用疊氮化物合成一級胺(Azide synthesis of primary amines)。
【詳解】
第一步($NaN_3$):疊氮根離子($N_3^-$)作為良好的親核試劑,對一級鹵烷(1-bromo-3-ethoxypropane)進行 $S_N2$ 取代反應,溴原子作為離去基離去,生成中間產物 1-azido-3-ethoxypropane($CH_3CH_2OCH_2CH_2CH_2N_3$)。
小題 (五)
1-phenylpropane-1,2-dione 反應物:2 eq. NH2OH.HCl
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看到羰基化合物與羥胺 (NH2OH) 反應,應直覺想到會生成「肟 (oxime)」。題目特別給定「2 eq. (兩當量)」,代表 1,2-二酮分子中的兩個酮羰基都會發生反應,最終生成二肟 (dioxime)。
【解題思路】羰基化合物與羥胺會發生親核加成與脫水反應生成肟。題目提供2當量試劑,表示1,2-二酮的兩個羰基皆會反應。
【詳解】
已知:反應物為 1-phenylpropane-1,2-dione (Ph-C(=O)-C(=O)-CH3),試劑為 2 eq. NH2OH·HCl。
小題 (七)
2-ethoxypropanal 反應物:1. NaBH4, 2. H2O/H+
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看到這題先辨認反應物上的官能基與試劑特性:反應物含醚鍵與醛基,而 NaBH4 為溫和的還原劑,專門將醛或酮還原成對應的醇。接著考慮化學選擇性,NaBH4 不影響醚鍵,故只有醛基會被還原。
【解題思路】評估試劑對分子中各官能基的化學選擇性以推導反應產物。
【詳解】
已知:反應物 2-ethoxypropanal 具有一個醛基 (-CHO) 與一個醚鍵 (-OR)。
小題 (八)
3-bromoaniline 反應物:1. NaNO2/HCl (0℃), 2. KI
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看到 NaNO2/HCl (0℃) 應立即聯想到芳香族一級胺的重氮化反應(生成重氮鹽),接著加入 KI 則為重氮鹽的碘代反應。此反應會將原先的 -NH2 基團替換為 -I 基團,而苯環上其他的鹵素基團不受影響。
【解題思路】芳香族一級胺的重氮化反應(Diazotization)及後續的親核取代反應。
【詳解】
Step 1(重氮化反應):3-bromoaniline(間溴苯胺)在低溫(0℃)下與 NaNO2 及 HCl 作用產生亞硝酸(HONO),將氨基(-NH₂)轉化為重氮鹽基團(-N₂⁺Cl⁻),生成中間體 3-bromobenzenediazonium chloride。