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地特四等申論題 107年 [化學工程] 有機化學概要

第 四 題

📖 題組:
請寫出下列反應方程式的反應物或主要產物結構式:(每小題 2 分,共 10 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (四)

鄰苯二甲酸酐 + 1) 2NH3 2) H3O+ → 產物
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看到酸酐與氨的反應,應立刻聯想到親核醯基取代與開環反應。第一步氨分子攻擊酸酐羰基使其開環,形成半醯胺、半羧酸鹽的結構;第二步加入酸液,將羧酸根質子化還原成羧酸。注意題目未標示加熱(Δ),故反應停留在開環產物,不會進一步脫水閉環形成醯亞胺。

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【解題思路】親核醯基取代反應(酸酐開環)與酸鹼質子化反應。 【詳解】 已知:反應物為鄰苯二甲酸酐 (Phthalic anhydride),試劑為 1) $2NH_3$、2) $H_3O^+$,且無加熱條件。

小題 (一)

環戊烯 + H3C-CO-OOH → 產物
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看到反應物為烯烴(C=C雙鍵),試劑為過氧酸(如本題的過氧醋酸 H3C-CO-OOH),應立刻聯想到「環氧化反應(Epoxidation)」。過氧酸會將雙鍵氧化,進行順式加成(syn addition),生成三元環的環氧化物(epoxide)。

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【解題關鍵】烯烴與過氧酸發生環氧化反應(Epoxidation),雙鍵轉化為環氧化物(三元環醚)。 【詳解】 已知:反應物為 1-甲基環戊烯 (1-methylcyclopentene),試劑為過氧醋酸 (peracetic acid, $\text{CH}_3\text{CO}_3\text{H}$)。

小題 (二)

苯甲醛 + HO-CH2CH2-OH → (H+, -H2O) 產物
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  1. 觀察圖片確認反應物:左側分子為苯乙醛(含有醛基,注意苯環與羰基間有 -CH₂- 基團),右側分子為乙二醇(1,2-二醇),反應條件為酸催化且脫水。2. 聯想反應機理:這是標準的縮醛反應(Acetal formation),在有機合成中常被用來作為醛基或酮基的保護基。3. 預測產物結構:醛基的碳與乙二醇的兩個氧原子發生鍵結並脫去一分子水,形成穩定的五元環狀縮醛(1,3-dioxolane 衍生物)。
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【解題關鍵】醛或酮與 1,2-二醇在酸催化與去水條件下,會進行縮醛化反應(Acetalization)形成穩定的環狀縮醛。 【詳解】 已知:觀察圖片結構,反應物為苯乙醛(Phenylacetaldehyde,題幹文字誤植為苯甲醛,圖示中苯環與羰基間多了一個 -CH₂- 基團)與乙二醇(Ethylene glycol);反應條件為酸催化(H⁺)及去水(-H₂O)。

小題 (三)

2-四氫萘酮 + 1) NH2NH2 2) KOH, 加熱 → 產物
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看到反應條件為聯氨 (NH2NH2) 搭配強鹼 (KOH) 與加熱,應立刻聯想到這是沃爾夫-凱惜納還原反應 (Wolff-Kishner reduction)。該反應的功用是將醛或酮的羰基 (C=O) 徹底還原成亞甲基 (CH2)。

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【解題關鍵】Wolff-Kishner 還原反應(將羰基還原為亞甲基)。 【詳解】 已知:反應物為含酮基的雙環化合物(2-四氫萘酮),反應試劑為 1) NH₂NH₂ 2) KOH, 加熱。

小題 (五)

反應物 + Br2 / CCl4 → 內消旋-2,3-二溴丁烷(meso-2,3-dibromobutane)
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看到 Br2 的鹵素加成反應,應直覺聯想到其機構為反向加成(anti-addition)。接著根據產物為內消旋(meso)化合物,利用立體化學的對應關係(反式烯烴 + 反向加成 → 內消旋產物)來逆推起始物結構。

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【解題思路】烯烴的鹵素加成屬於反向加成(anti-addition),由產物為內消旋(meso)化合物的立體結果,可直接逆推出反應物必須是反式烯烴。 【詳解】 已知:

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