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普考申論題 108年 [化學工程] 有機化學概要

第 四 題

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

小題 (四)

(四) [環己醇] + [鄰苯二甲酸酐] --Pyridine-->
題目圖片

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觀察題目圖片(注意:圖片內容與文字描述不同,此處以圖片為準),反應物為環戊醇(Cyclopentanol)與乙酸酐(Acetic anhydride),試劑為吡啶(Pyridine)。這是一個典型的醇類醯化反應(Acylation),醇類的氧原子進行親核性醯基取代反應,生成酯類。

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【解題思路】醇類與酸酐在吡啶(Pyridine)催化下發生親核性醯基取代反應(酯化反應)。 【詳解】 已知:依據題目圖片所示(註:圖片反應物與題目文字描述的環己醇不同,以圖片為準),反應物為「環戊醇(Cyclopentanol)」與「乙酸酐(Acetic anhydride)」,反應條件為「吡啶(Pyridine)」。

小題 (一)

(一) [環戊二烯] + [順丁烯二酸酐] → (請標示立體結構)
題目圖片

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看到共軛雙烯與帶拉電子基的烯烴,應立刻聯想到 Diels-Alder [4+2] 環加成反應。注意立體化學,由於親雙烯體具不飽和拉電子基團,動力學上將遵循內型法則 (endo rule) 生成 endo 主產物。

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【解題思路】本題考查 Diels-Alder 反應及其立體化學的「內型法則」(Endo rule)。 【詳解】

  1. 反應分析:環戊二烯作為雙烯體 (diene),順丁烯二酸酐作為親雙烯體 (dienophile),兩者發生 [4+2] 環加成反應。

小題 (二)

(二) [1-己醇] --PBr3-->
題目圖片

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看到一級或二級醇與三溴化磷(PBr3)反應,應立即想到這是將羥基(-OH)取代為溴(-Br)的經典反應。此反應循 SN2 機制進行,不會發生碳陽離子重排,直接將 -OH 換成 -Br 即可。

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【解題思路】醇類與 PBr3 的反應為親核性取代反應(SN2),用於將羥基轉化為溴鹵代烷。 【詳解】 已知:反應物為 1-己醇(一級醇),試劑為三溴化磷(PBr3)。

小題 (三)

(三) [N-甲基-N-環戊基環戊基甲醯胺] --1) LiAlH4, 加熱 2) H2O-->
題目圖片

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看到強還原劑氫化鋁鋰(LiAlH4)與醯胺(Amide)的反應,應立即想到醯胺會被還原為對應的胺(Amine)。解題關鍵在於將結構中的羰基(C=O)直接替換為亞甲基(-CH2-),而氮原子上的取代基保持不變。

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【解題思路】利用強還原劑氫化鋁鋰(LiAlH4)將醯胺還原為胺類的化學特性。 【詳解】 已知:反應物為一醯胺(Amide)類化合物,反應條件為 1) LiAlH4, 加熱 2) H2O。

小題 (五)

(五) [2-茚酮] + [胺基脲 H2N-C(=O)-NHNH2] --H+-->
題目圖片

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看到酮類與胺基脲在酸性條件下的反應,應聯想到生成胺基脲(semicarbazone)的縮合脫水反應。解題關鍵在於判斷胺基脲中親核性最強的氮原子,即遠離羰基且未參與共振的末端 -NH2,由此處與酮的羰基反應形成 C=N 雙鍵。

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【解題關鍵】酮類與胺基脲(Semicarbazide)發生縮合脫水反應,生成胺基脲衍生物(Semicarbazone)。 【解析】

  1. 胺基脲(H₂N-C(=O)-NHNH₂)結構中含有多個氮原子,其中靠近羰基(C=O)的 -NH₂ 及 -NH- 基團,其氮原子的孤對電子會與羰基發生共振(delocalization),導致親核性大幅降低。

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