調查局三等申論題
108年
[醫學鑑識組] 有機化學
第 一 題
📖 題組:
請回答下列各題:(每小題 6 分,共 30 分)
請回答下列各題:(每小題 6 分,共 30 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題
小題 (一)
試比較順與反 1-溴-4-三級丁基環己烷的兩個立體異構物,在氫氧化鉀/乙醇溶液中加熱進行消去反應之速率快慢,並請說明理由。
思路引導 VIP
看到 KOH/EtOH 及加熱,直覺為 E2 消去反應。環己烷上的 E2 反應核心條件為離去基與被拔除的質子必須處於「反式雙直立鍵(trans-diaxial)」。接著分析三級丁基的構象鎖定效應(必佔據 equatorial 位置),判斷順式與反式中 Br 的位置是否能滿足 E2 條件,即可比較反應速率。
小題 (二)
比較下列各化合物(A~E)之鹼性強弱,請由強鹼至弱鹼依序排列,並說明理由。
思路引導 VIP
判斷胺類鹼性強弱,首要區分「脂肪族」與「芳香族」:脂肪胺無共振效應,鹼性必大於芳香胺。接著評估芳香環上取代基的電子效應,硝基為強吸電子基(含 -I 與 -R 效應),再根據其位於鄰、間、對位之差異(結合共振效應的有無與鄰位效應)來排定最終順序。
小題 (三)
(S)-2-苯基丙醛與格任亞試劑(CH3MgBr)反應可得 A 與 B 兩種構型的產物,那一化合物為主要產物?請說明理由。
思路引導 VIP
本題測驗羰基親核加成反應中的非對稱誘導(Asymmetric induction)與立體化學。應首先確認反應物手性碳上各基團的相對體積大小,接著應用費爾金-安赫模型(Felkin-Anh model),找出使過渡態立體障礙最小的親核攻擊路徑,最後將預測之產物紐曼投影轉換並比對選項 A 與 B。
小題 (四)
化合物 A 和 B 皆有良好的脫離基,-OSO2CH3 (-OMs),在 2,2,2-三氟乙醇溶液中加熱至 65℃,那一化合物之溶劑分解(solvolysis)速率比較快?請說明理由。
思路引導 VIP
看到「溶劑分解(TFE)」應立刻判定為 $S_N1$ 機制,反應速率取決於碳陽離子的穩定度。接著對比結構:A 具環外雙鍵,需先評估有無 $\pi$ 電子鄰基參與(因跨環參與會形成高張力結構而排除);最後比較 $sp^2$ 與 $sp^3$ 碳的誘導效應(-I 效應),即可得出結論。
小題 (五)
分子式為 C5H12O 之醇類化合物共有幾種?其中屬於 2 級醇有幾個?具有掌性碳之醇有幾個?
思路引導 VIP
先計算不飽和度確認為飽和鏈狀醇。接著畫出五碳的三種烷類碳骨架(正戊烷、異戊烷、新戊烷),依序將羥基 (-OH) 接在不同位置以找出所有異構物。最後逐一判斷其醇的級數(羥基所接碳的取代度)與是否具備掌性碳(連接四個不同基團的碳原子,注意掌性碳不一定是接羥基的碳)。
環己烷消去反應立體化學
💡 E2反應須符合反式共平面,藉構象鎖定效應判斷離去基是否處於直立鍵。
| 比較維度 | 順式 (cis) 異構物 | VS | 反式 (trans) 異構物 |
|---|---|---|---|
| t-Bu 基團鍵向 | 赤道鍵 (e) | — | 赤道鍵 (e) |
| Br 原子鍵向 | 直立鍵 (a) | — | 赤道鍵 (e) |
| 符合反式共平面 | 是 (與 H 成 axial) | — | 否 |
| 反應速率 | 極快 | — | 極慢 |
💬順式異構物因溴原子天生處於直立鍵,符合 E2 反應幾何要求,故速率遠大於反式。