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調查局三等申論題 107年 [化學鑑識組] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
四、請寫出下列反應之反應機構。(每小題 15 分,共 45 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

(一) 1-甲基環戊烯 + Br2, CH3CN / H2O 產物為反式-2-溴-1-甲基環戊醇
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本題為典型的烯烴鹵醇反應(Halohydrin formation)。解題時先想到烯烴雙鍵會先攻擊溴分子,形成帶正電的「環溴鎓離子(Bromonium ion)」中間體;接著,弱親核基水分子(H2O)會從立體障礙較小且具有較強碳陽離子特性的碳(即取代基較多的三級碳)進行「背面攻擊(Anti-attack)」,最後去質子化即可得到反式加成的產物。

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【解題思路】本反應為烯烴的鹵醇合成(Halohydrin Formation),關鍵在於生成環溴鎓離子中間體,且水分子自取代基較多之碳原子進行背面攻擊(Anti-attack),具備高度的區域選擇性(馬可尼可夫法則)與立體選擇性(反式加成)。 【詳解】 反應機構(Reaction Mechanism)步驟推導如下:

小題 (二)

(二) N-乙醯苯丙胺酸 + 甘胺酸乙酯 + DCC (N,N'-二環己基碳二亞胺) 生成雙胜肽
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本題考查使用 DCC(N,N'-二環己基碳二亞胺)進行胜肽鍵結的反應機構。看到 DCC 應立即聯想到它是胜肽合成中的脫水偶聯劑,解題關鍵在於清楚畫出羧酸如何先被活化,生成具良好離去基的「O-醯基異脲」中間體,隨後再由胺基進行親核醯基取代的完整電子流向。

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【解題思路】利用 DCC 作為胜肽偶聯劑(Coupling agent),核心機制是將反應性較低的羧酸活化為 O-醯基異脲(O-acylisourea)中間體,將 -OH 轉化為極佳的離去基,再由胺進行親核醯基取代反應。 【詳解】 本反應為典型之胜肽合成偶聯反應,作答時須精確畫出電子轉移箭頭(Curved arrows),詳細機構推導如下:

小題 (三)

(三) 酮酯衍生物 + 乙二醇 + 催化量TsOH 生成縮酮保護基
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看到分子內同時存在酮基與酯基,應立刻反應出酮基的親電性較強,會優先與醇類發生反應。本題為標準的酸催化縮酮化(Ketalization)反應,解題時需依序畫出質子化、親核加成(形成半縮酮)、脫水(形成氧鎓離子)、分子內關環及去質子化的完整機構,並留意以彎曲箭頭正確標示電子流動與形式電荷。

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【解題關鍵】酮基的親電性大於酯基,在酸(TsOH)催化下優先與乙二醇發生縮酮化反應(Ketalization),形成穩定的五元環縮酮,而酯基保持不變。 【詳解】 本反應為典型的酸催化環狀縮酮生成反應,完整反應機構推導步驟如下:

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