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調查局三等申論題 109年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
七、 (一)請使用五個碳以下的任何醇類(例如:環戊醇、環丁甲基醇)當作原料完成下列化合物的合成。(7分) (二)請以乙炔及1-溴-2-甲基丙烷(又稱異丁基溴)當作原料完成(±)-2, 7-雙甲基-4, 5-辛二醇的合成。你可以使用任何無機試劑。(7分) (三)使用任何有機、無機試劑完成下列的合成。(6分) (圖示略,為三題有機合成題)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

請使用五個碳以下的任何醇類(例如:環戊醇、環丁甲基醇)當作原料完成下列化合物的合成。(7分)
題目圖片

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  1. 逆合成分析:目標分子為四取代環氧化物,可推導由對應的四取代烯烴經 mCPBA 環氧化而來。
  2. 烯烴切割:切開雙鍵,左側為環戊基 (由環戊醇轉換),右側連接環丁基與正丁基,推導出前驅物為 1-環丁基戊-1-酮。
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【解題思路】利用逆合成分析(Retrosynthetic Analysis),四取代環氧乙烷可由對應的四取代烯烴經 mCPBA 環氧化而得;將烯烴從雙鍵斷開,兩側前驅物可設計為「環戊基磷葉立德(Wittig 試劑)」與「1-環丁基戊-1-酮」。結合題目對碳數的限制,可善用提示的「環丁甲基醇」來構建碳骨架。 【詳解】 全合成路徑可分為三個主要階段,所使用的碳源原料皆為五個碳以下的醇類(正丁醇 4C、環丁甲基醇 5C、環戊醇 5C):

小題 (二)

請以乙炔及1-溴-2-甲基丙烷(又稱異丁基溴)當作原料完成(±)-2, 7-雙甲基-4, 5-辛二醇的合成。你可以使用任何無機試劑。(7分)

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看到目標物為外消旋的(±)鄰二醇,應立刻聯想到由「烯烴」進行雙羥基化(dihydroxylation)。碳骨架有10個碳,剛好由乙炔(2C)加上兩分子異丁基溴(4C)透過兩次SN2烷基化反應建構。為了得到(±)外消旋混合物而非內消旋(meso)化合物,關鍵在於必須先將炔類還原成「反式烯烴(trans-alkene)」,再進行「同側雙羥基化(syn-addition)」。

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【解題思路】利用乙炔陰離子的兩次 S_N2 烷基化建構 10 碳骨架,再藉由炔類的溶解金屬還原與立體專一性的同側雙羥基化,精準控制產物的立體化學。 【詳解】 已知:起始物為乙炔(2碳)與 1-溴-2-甲基丙烷(4碳),目標物為 10 碳的外消旋 (±) 鄰二醇。

小題 (三)

使用任何有機、無機試劑完成下列的合成。(6分)
(圖示:2-bromocyclohexanone 轉換為 2-benzylidenecyclohexanone,即環己酮在阿法碳上有一個環外的=CH-Ph雙鍵)
題目圖片

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看到這題,首先需根據圖片釐清結構:起始物含有一碳側鏈(-CH2Br),產物含有兩碳加苯環的側鏈(-CH=CH-Ph),而非文字誤述的 2-benzylidenecyclohexanone。核心策略為利用「Wittig 反應」與苯甲醛偶合進行碳鏈延長。實務上,由於起始物中活潑酮基容易被強鹼干擾,必須嚴格遵守「先保護酮基 → 進行 Wittig 偶合 → 脫保護」的合成邏輯。

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【結構釐清與破題】 根據題目圖示,起始物的側鏈為 -CH₂Br(含 1 個碳),產物的側鏈為 -CH=CH-Ph(新增了 1 個碳與 1 個苯環,來自苯甲醛),且雙鍵並非直接連接在六元環上。因此,本題為標準的 Wittig 反應碳鏈延長合成題,而非文字描述中的 2-benzylidenecyclohexanone。 【解題思路】

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