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調查局三等申論題 107年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 二 題

📖 題組:
請寫出下列反應式之主要產物。(請表示正確的立體化學,每小題 5 分,共 40 分)
📝 此題為申論題,共 8 小題

小題 (二)

圖示:3,4-二甲基環戊-2-烯酮 + (1) Me2CuLi, Et2O (2) NH4Cl, H2O
題目圖片

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看到 Gilman 試劑 (Me₂CuLi) 與 α,β-不飽和酮的組合,應立即聯想 1,4-共軛加成反應。首先確認圖片反應物為 5,5-二甲基環戊-2-烯酮,試劑中的甲基親核體將攻擊 β-碳 (C3)。接著評估立體化學:因分子上下兩面位阻相等,新生成的手性中心將形成外消旋混合物,答題時需以楔形鍵標示並註明 (±)。

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【解題關鍵】Gilman 試劑(二烷基銅鋰)作為軟親核試劑,對 α,β-不飽和羰基化合物進行 1,4-共軛加成。 【解析】 壹、反應物結構釐清

小題 (一)

圖示:對甲氧基苯基與正己基相連之酮類 + H2N-NH2, NaOH, HOCH2CH2OH, reflux
題目圖片

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看到肼(H2N-NH2)、強鹼(NaOH)及高溫迴流(reflux)條件,應立即聯想到 Wolff-Kishner 還原反應。此反應的作用是將醛或酮的羰基(C=O)完全去氧還原為亞甲基(CH2),解題時需一併確認分子中其他官能基(如甲氧基)對強鹼的穩定性。

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【解題關鍵】Wolff-Kishner 還原反應 (Wolff-Kishner Reduction) 【解析】 一、反應條件分析:本題使用肼 (hydrazine, H2N-NH2) 與強鹼 (NaOH),並在乙二醇 (HOCH2CH2OH) 等高沸點溶劑中加熱迴流,此為標準的 Wolff-Kishner 還原反應條件。

小題 (三)

圖示:環戊二烯 + 巴豆醛 (Crotonaldehyde) + 120°C
題目圖片

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看到環戊二烯與具吸電子基的烯類在加熱條件下反應,應直覺想到 Diels-Alder [4+2] 環加成反應。解題關鍵在於判斷親雙烯體的立體化學(圖示為順式 cis)以及運用內型規則(Endo rule);此外需考量 120°C 的高溫條件是否可能導致逆反應從而產生熱力學控制的 exo 產物,作答時宜展現此一深度思維。

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【解題思路】利用 Diels-Alder 反應的立體專一性(syn-addition)、內型加成規則(endo rule)及熱力學/動力學控制原理推導產物立體結構。 【詳解】 已知:本反應為環戊二烯(Diene)與巴豆醛(Dienophile)進行的 Diels-Alder [4+2] 環加成反應。

小題 (四)

圖示:Diethyl pimelate (庚二酸二乙酯) + 1.02 當量 NaOEt; H3O+
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看到長鏈雙酯類(Diester)加上對應的醇鹽強鹼(NaOEt),應直覺聯想「分子內克萊森縮合(Dieckmann Condensation)」。計算分子鏈長確認是否能形成熱力學穩定的五元或六元環,隨後透過酸處理(Workup)即可得到環狀的 β-酮酸酯(β-Keto ester)產物。

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【解題關鍵】狄克曼縮合反應(Dieckmann Condensation)形成熱力學穩定的六元環。 【解析】 一、反應機構(Mechanism):

小題 (五)

圖示:苯乙炔 + (1) PhMgBr, THF (2) CH3CH2-Br; H3O+
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這題考查末端炔烴的酸鹼反應與後續的碳-碳鍵形成。首先辨認末端炔氫具微酸性,會被強鹼格林納試劑(PhMgBr)拔除形成炔基陰離子。接著,該親核性陰離子對一級烷基鹵化物(溴乙烷)進行 SN2 雙分子親核取代反應,達到延長碳鏈的目的。

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【解題思路】利用末端炔烴的酸性生成炔基親核試劑,再進行 SN2 取代反應以延長碳鏈。 【詳解】 Step 1(酸鹼反應):苯乙炔(Phenylacetylene)的末端炔氫具有微酸性(pKa ≈ 25)。第一步加入格林納試劑(PhMgBr)時,格林納試劑作為強鹼,拔除末端炔氫,生成具強親核性的「苯乙炔基鎂陰離子(Phenylethynylmagnesium bromide, Ph-C≡C⁻ + MgBr⁺)」與副產物苯(Benzene)。

小題 (六)

圖示:己二腈 (Adiponitrile) + aq.KOH, Δ; H3O+
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看到腈基 (-CN) 在鹼性水溶液並加熱的條件下,應立即聯想到腈的水解反應。反應會先生成羧酸鹽,接著看到第二步的酸性條件 (H3O+) 進行酸化,即可推知最終產物為對應的羧酸。雙腈化合物兩端都會發生相同反應。

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【解題思路】腈基(-CN)的鹼性水解與後續酸化反應(Nitrile hydrolysis)。 【詳解】

  1. 反應物己二腈 (Adiponitrile) 具有兩個端位的腈基 (-CN)。

小題 (七)

圖示:反式烯烴 (trans-alkene) + Zn/Cu, CH2I2, THF, reflux
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  1. 辨識反應條件:Zn/Cu, CH2I2 為 Simmons-Smith 反應試劑,功能是將烯烴轉化為環丙烷。2. 判斷立體化學:此反應為協同的順式加成 (syn-addition),具高度立體專一性。3. 分析圖示結構:觀察鍵線式,雙鍵兩側碳鏈皆指向雙鍵軸同側,實為順式 (cis) 烯烴。產物必為順式-1,2-二取代環丙烷,繪圖時需將兩主鏈基團用同為楔形鍵或同為虛線鍵標示。
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【解題關鍵】Simmons-Smith 環丙烷化反應 (Cyclopropanation),具備立體專一性之順式加成 (stereospecific syn-addition) 特徵。 【解析】 壹、 反應試劑與活性物種

小題 (八)

圖示:環己酮 + NaH, NC-CH2-PPh3Br, DMF; H3O+
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看到含磷的鏻鹽(Phosphonium salt)與強鹼(NaH),應立即聯想到 Wittig 反應,鹼會拔去 α-氫形成磷葉立德(Phosphorus ylide)。接著磷葉立德與環己酮發生反應,將羰基(C=O)轉化為碳碳雙鍵(C=C)。由於環己酮具有對稱性,產物不涉及 E/Z 立體異構問題,最後的 H3O+ 僅為常規的酸性後處理。

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【解題思路】利用強鹼與鏻鹽生成磷葉立德(Wittig 試劑),再與酮類進行 Wittig 反應形成碳碳雙鍵。 【詳解】 已知:反應物為環己酮(cyclohexanone),試劑為氰甲基三苯基溴化鏻(NC-CH₂-PPh₃⁺ Br⁻)、氫化鈉(NaH)及溶劑 DMF。

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