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調查局三等申論題 108年 [化學鑑識組] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
請以彎曲箭頭表示電子對(或電子(~)移動方向,寫出下列反應之反應機構(mechanism)。(每小題5分,共15分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

[圖示] (過氧化物與CH3CH2SH加熱反應)
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看到過氧化物(peroxide)及加熱條件,應立刻聯想到「自由基反應」。雙鍵與硫醇在過氧化物存在下,會進行反馬可尼可夫加成(anti-Markovnikov addition)。作答時須明確畫出單電子轉移的「單倒鉤箭頭(fishhook arrow)」,並將機構分為引發(Initiation)與傳播(Propagation)步驟。

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【解題思路】過氧化物引發的自由基加成反應,遵循反馬可尼可夫法則(anti-Markovnikov's rule)。 【詳解】 本反應為硫醇對烯類進行的自由基加成反應(Radical addition)。反應機構包含引發(Initiation)與傳播(Propagation)步驟,電子單鍵斷裂與單電子轉移須以單倒鉤箭頭(fishhook arrow, ↿/⇂)表示。

小題 (二)

[圖示] (酮腙與NH2NH2 KOH 180 °C (Wolff-Kishner reduction)反應)
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看到 Wolff-Kishner 還原反應,核心概念為「強鹼去質子化與生成氮氣驅動反應」。解題時需依序畫出機構:強鹼拔去腙端基質子、共振轉移電子至碳上、碳負離子奪取質子,接著重複去質子化促使氮氣(N₂)離去,最後碳負離子再度質子化生成烷烴產物。

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【解題思路】利用強鹼與高溫條件促使腙(Hydrazone)進行連續的酸鹼反應與共振,最終以熱力學極穩定的氮氣(N₂)作為離去基,驅動不可逆反應生成烷烴。 【詳解】 本反應為 Wolff-Kishner reduction 由腙(Hydrazone)轉化為環己烷之反應機構,請於考卷上繪製結構並標示彎曲箭頭(Curved arrows),詳細電子轉移步驟如下:

小題 (三)

[圖示] (甲基環丙基酮在hv(照光)下反應)
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看到酮類化合物在光照 (hν) 條件下反應,應立即聯想到 Norrish 反應。對比反應物與產物結構,發現總碳數由 10 減少為 9,且酮基 (=O) 消失,可確認發生了 Norrish Type I 脫羰反應 (-CO)。剩餘的雙自由基包含一個環丙基結構,極易發生 β-裂解開環並偶合,形成最終的二烯產物。解題關鍵在於全程使用「單倒鉤箭頭」正確描繪自由基的電子轉移。

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【解題思路】本題考查光化學 Norrish Type I 反應伴隨脫羰,以及環丙基甲基自由基的 β-裂解開環重排。需準確標示單電子轉移的箭頭方向。 【詳解】 一、 反應類型與核心觀念

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