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調查局三等申論題 108年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 四 題

📖 題組:
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 (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。
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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。

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【破題】 本題旨在探討 $S_N1$ 溶劑分解反應中,遠端雙鍵對碳陽離子中間體穩定性的影響(鄰基參與 vs 誘導效應)。 【論述】

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。
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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。

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【破題】 順式(cis)-1-溴-4-三級丁基環己烷的消去反應速率遠快於反式(trans)異構物。此反應在強鹼(KOH)與加熱條件下,主要遵循 E2(雙分子消去)反應機構。 【論述】

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。
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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。

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【破題】本題測驗胺類化合物鹼性之判斷,需綜合考量脂肪族與芳香族的差異,以及苯環上取代基的誘導效應 (-I)、共振效應 (-R) 與鄰位效應 (ortho effect)。 【解答】 鹼性由強至弱依序為:A > B > D > E > C

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。
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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。

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【解題關鍵】本題需運用 Felkin-Anh model(費爾金-安赫模型)預測相鄰手性中心對羰基親核加成的立體選擇性。 【解答】 主產物為 化合物 A

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?

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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)。

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【解題思路】利用碳骨架分類法,系統性找出所有醇類異構物,再逐一分析級數與立體化學特性。 【詳解】 已知分子式為 C5H12O,不飽和度 (DOU) = 5 - (12/2) + 1 = 0,故所有異構物皆為飽和鏈狀醇。

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