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高考申論題 110年 [化學工程] 有機化學

第 四 題

📖 題組:
請問完成下列反應所需的反應試劑為何?(20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (四)

溴代環戊烷 變成 2-環戊基乙醇
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觀察反應物與產物結構,發現產物比反應物多出一個碳原子,且官能基為一級醇。此類「增加一個碳的一級醇」合成,首選策略是將鹵代烷製備為格林納試劑(Grignard reagent),再與甲醛(Formaldehyde)進行親核加成反應,最後酸性水解。

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【解題思路】利用格林納試劑(Grignard reagent)與羰基化合物的親核加成反應來延長碳鏈。 【詳解】 觀察圖示結構變化,反應物為溴代環戊烷(Bromocyclopentane),產物為環戊基甲醇(Cyclopentylmethanol)。產物比反應物多出一個碳原子,且為一級醇。最直接的高產率合成途徑為:

小題 (一)

Br 變成 Br 偕二溴物
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觀察反應物與產物結構,本題為一級溴代烷轉換為二級溴代烷的官能基位置異構化。解題關鍵為採用「先消去、後加成」的兩步驟策略:先透過 E2 脫去反應將溴代烷轉為末端烯類,再利用氫溴酸進行馬可尼可夫加成反應(Markovnikov addition),即可將溴原子精準放置於二級碳上。

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【解題思路】利用「先消去(E2)、後加成(Electrophilic Addition)」的兩步驟合成策略,完成一級鹵代烷向二級鹵代烷的轉化。 【詳解】 本題圖示反應為 1-溴-4-甲基戊烷(1-bromo-4-methylpentane)轉化為 2-溴-4-甲基戊烷(2-bromo-4-methylpentane),溴原子的位置從一級碳移動到二級碳。合成路徑分為以下兩個步驟:

小題 (二)

苯 變成 丙基苯
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看到苯環接上三個碳以上的直鏈烷基,必須立刻警覺「不能直接使用 Friedel-Crafts 烷基化」,因為會發生碳陽離子重排產生支鏈烷基苯。解題關鍵在於採用「先醯基化 (Acylation),後還原 (Reduction)」的兩步合成策略。

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【解題思路】為避免碳陽離子重排導致非預期的異構物,苯環接直鏈烷基需透過「Friedel-Crafts 醯基化」搭配「羰基還原反應」兩步驟完成。 【詳解】 一、 錯誤路徑分析(為何不能直接烷基化):

小題 (三)

苯 變成 對硝基氯苯 (1-chloro-4-nitrobenzene)
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看到雙取代苯合成題,首要考量是取代基的「導向效應」來決定反應的先後順序。此題目標產物為對位取代(para-substituted),故必須先引入鄰/對位導向基(-Cl),再引入間位導向基(-NO2),否則反應順序錯誤會得到間位產物。

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【解題思路】利用親電性芳香族取代反應(Electrophilic Aromatic Substitution, EAS)的取代基導向效應來設計反應路徑。 【詳解】 已知:

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