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高考申論題 109年 [生物技術] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
五、請寫出D-galatose與下列試劑反應的產物:(每小題3分,共15分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

(一)Br2和H2O

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看到溴水(Br2/H2O)與單醣反應,應立即聯想到「溫和氧化反應」。該試劑具有高度選擇性,僅會將醛糖C1的醛基(-CHO)氧化成羧基(-COOH),而不會氧化C6的一級醇,進而生成對應的醛糖酸(Aldonic acid)。

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【解題思路】溴水為溫和氧化劑,可將醛糖C1的醛基選擇性氧化成羧基,生成對應的醛糖酸(Aldonic acid)。 【詳解】 反應物:D-galactose (D-半乳糖) 是一種醛糖,C1具有醛基 (-CHO)。在立體結構上,它是葡萄糖的 C4 差向異構物 (epimer)。

小題 (二)

(二)過量CH3I,Ag2O

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看到醣類與過量 CH3I/Ag2O 反應,應立即聯想到「完全甲基化反應」(Exhaustive methylation)。解題關鍵在於辨識出不僅分子內所有的醇羥基會轉變為甲醚(-OCH3),異頭碳(anomeric carbon)上的半縮醛羥基也會發生反應形成縮醛(acetal,即糖苷鍵),最終生成五個位置皆被甲基化的產物。

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【解答】 產物為 Methyl 2,3,4,6-tetra-O-methyl-D-galactopyranoside(甲基-2,3,4,6-四-O-甲基-D-半乳哌喃糖苷)。 (註:因未指定起始物異頭碳立體組態,產物通常為 α 與 β 異構物的混合物)

小題 (三)

(三)H2/Ni

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看到單醣與 H2/Ni 反應,應立即聯想到「催化加氫還原反應」。D-galactose 開鏈形式的 C1 醛基會被還原成一級醇,生成對應的醣醇(alditol),作答時需特別點出產物為內消旋(meso)化合物的立體化學特徵以獲取高分。

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【破題】D-galactose (D-半乳糖) 在 H2/Ni 催化下發生還原反應,其 C1 醛基會被還原為一級醇。 【論述】 一、反應試劑與作用

小題 (四)

(四)CH3OH,H+

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看到還原糖(D-galactose)與醇類(CH3OH)在酸性(H+)條件下反應,應立即聯想到「Fischer 醣苷化反應」。此反應的重點在於:只會針對 C1 異頭碳(anomeric carbon)的半縮醛羥基進行縮醛化反應,形成糖苷鍵(-OCH3),其餘碳上的羥基不反應,且產物必然是 α 與 β 兩種異構物的混合物。

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【反應類型】Fischer 醣苷化反應(Fischer glycosidation) 【產物】 Methyl α-D-galactopyranoside 與 Methyl β-D-galactopyranoside 的混合物

小題 (五)

(五)過量HIO4

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看到 D-半乳糖與過量 HIO₄ 反應,應立刻聯想到「過碘酸氧化裂解反應(Periodate cleavage)」。接著分析 D-半乳糖的直鏈結構,找出會被切斷的相鄰羥基與羰基(C-C 鍵),並判斷:醛基與被上下雙重切斷的二級醇會生成甲酸,而末端的一級醇則生成甲醛。

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【解題思路】利用過碘酸(HIO₄)對多羥基化合物進行氧化裂解,判斷各碳原子的斷鍵位置與氧化最終產物。 【詳解】 已知:D-galactose(D-半乳糖)在水溶液中以直鏈與環狀結構達成平衡,過碘酸會與其直鏈醛己糖(aldohexose)結構反應。其結構包含一個醛基(C1)、四個二級醇(C2~C5)與一個一級醇(C6),具備五個可被斷裂的連續 C-C 鍵。

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