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高考申論題 109年 [生物技術] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
一、比較各小題中所列出的二個SN1反應,何者的反應速率較快,並說明理由:(每小題5分,共10分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

(一)1. (CH3)3CCl + H2O → (CH3)3COH + HCl 2. (CH3)3CBr + H2O → (CH3)3COH + HBr

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看到比較 SN1 反應速率的題目,第一步先尋找反應物之間的結構差異。本題中碳骨架皆為三級丁基,唯一差異在於鹵素(Cl 與 Br),因此核心考點為「離去基的離去能力(Leaving group ability)」,可透過比較原子半徑、負電荷分散能力(極化率)或其共軛酸的酸度來切入作答。

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【解題思路】判斷 SN1 反應速率的關鍵在於決速步驟(Rate-determining step)中碳陽離子的生成,而此步驟深受離去基(Leaving group)離去能力的影響。 【詳解】 已知:SN1 反應的第一步為決速步,即碳-鹵素鍵(C-X)異裂形成碳陽離子的過程。離去基離去後形成的陰離子越穩定(鹼性越弱),其離去能力越好,反應活化能越低。

小題 (二)

(二)1. (CH3)3CCl + H2O → (CH3)3COH + HCl 2. C6H5Br + H2O → C6H5OH + HBr

思路引導 VIP

評估SN1反應速率的核心在於比較「碳陽離子中間體的穩定度」。考生須分別畫出兩者脫去離去基後的碳陽離子結構,從超共軛效應、混成軌域特性及空間幾何(空軌域是否能與π系統共振)來論證三級碳陽離子與苯基碳陽離子的穩定性差異。

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【破題】第1個反應($(CH_3)_3CCl$)的反應速率遠快於第2個反應($C_6H_5Br$)。因SN1反應的速率決定步驟為離去基解離形成「碳陽離子」,碳陽離子愈穩定,活化能愈低,反應速率即愈快。 【論述】 一、反應1之碳陽離子(穩定):

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