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調查局三等申論題 108年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 三 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 (三)

反應(三) 光化學反應
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看到環酮與光照 (hν) 條件,且對比產物結構發現失去一個羰基碳,應立刻聯想到「Norrish Type I 裂解」引發的去羰基作用 (decarbonylation)。接著觀察產物中的兩個雙鍵與直鏈結構,推知脫去一氧化碳後產生的 1,4-雙自由基,會透過 C-C 鍵均裂來釋放三元環的環張力,進行開環重排並形成最終的二烯產物。繪製反應機構時,全程需使用半箭頭(魚鉤箭頭,fishhook arrows)來準確表示單電子的轉移。

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【解題思路】利用光化學 Norrish Type I 裂解產生雙自由基並脫去一氧化碳,接著透過三元環開環釋放張力,進行自由基重排生成二烯化合物。 【詳解】 為方便文字描述反應機構,先對反應物(1-isopropyl-4-methylbicyclo[3.1.0]hexan-3-one)的碳原子進行編號:

小題 (一)

反應(一) 自由基加成反應
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看到過氧化物 (ROOR) 與加熱條件,應立即聯想為「自由基反應」。硫醇對烯烴的加成在自由基條件下會進行反馬氏加成(Anti-Markovnikov addition),因過程中會優先形成較穩定的三級碳自由基。解題時務必使用「單倒鉤箭頭(Fishhook arrows)」精確描繪單電子轉移。

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【解題思路】利用自由基連鎖反應與反馬氏加成(Anti-Markovnikov addition)原理進行推導。 【詳解】 本反應為硫醇-烯自由基加成反應,作答時須全程使用「單倒鉤箭頭(Fishhook arrow)」表示單電子的轉移過程。反應機構(Mechanism)包含以下步驟:

小題 (二)

反應(二) Wolff-Kishner reduction
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看到 Wolff-Kishner 還原反應的腙(hydrazone)中間體在強鹼(KOH)條件下,應聯想到酸鹼反應(去質子化)與共振轉移。重點在於利用鹼拔去端基氮上的質子,形成共振穩定的碳負離子再進行質子化,重複此步驟後釋放高穩定性的氮氣(N2)作為熱力學驅動力,最終生成烷烴。

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【解題思路】Wolff-Kishner 還原反應的後半段核心在於強鹼拔除腙端基氮上的質子,經由共振產生碳負離子並質子化,最終釋放氮氣(N2)推動反應生成烷烴。 【詳解】 本題為 Wolff-Kishner reduction 中由腙(Hydrazone)轉化為烷烴的反應機構,作答時須使用雙鉤彎曲箭頭(Double-headed curved arrows)精確表示電子對轉移方向。具體推演步驟如下:

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有機化學反應機構解析與應用:自由基反應與環加成
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