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高考申論題 110年 [化學工程] 有機化學

第 二 題

📖 題組:
請問下列反應最終預期的主產物結構為何?(25 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (二)

Na2Cr2O7/H2SO4/H2O
excess
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反應物包含芳香環,且旁邊連接著飽和碳鏈(四氫萘 Tetralin 結構)。試劑為二鉻酸鈉與硫酸 (Jones 試劑的條件),這是強烈的氧化條件。關鍵考點在於「苄位氧化 (Benzylic Oxidation)」。只要與苯環相連的 $\alpha$-碳上至少含有一個氫原子,強氧化劑就會將其所在的整個側鏈氧化斷裂,最終轉化為羧基 (COOH)。

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【考點分析】 芳香環側鏈的苄位氧化反應 (Benzylic oxidation)。 【理論/法規依據】

小題 (一)

BH3·THF
H2O2, NaOH
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看到 BH3·THF 搭配 H2O2, NaOH 的試劑組合,應立刻聯想到這是烯類的「硼氫化-氧化反應 (Hydroboration-Oxidation)」。解題關鍵在於掌握其「反馬可尼可夫 (anti-Markovnikov)」的區位選擇性,此反應會將末端烯類轉化為一級醇。

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【解題思路】本題考查烯類的硼氫化-氧化反應(Hydroboration-Oxidation),需利用反馬可尼可夫法則判斷主產物的區位選擇性(Regioselectivity)。 【詳解】

  1. 試劑與反應類型:第一步加入 BH3·THF 進行硼氫化;第二步加入 H2O2, NaOH 進行鹼性氧化。此為標準的將烯類進行水合轉化為醇類的反應。

小題 (三)

HO OH
H2SO4
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看到分子內同時具備酮基與兩個端醇基,且在酸性(H2SO4)條件下,應直覺想到「縮酮(ketal)」的形成。由於醇基與酮基的距離剛好能形成兩個熱力學穩定的六員環,此題考查的是分子內連續親核攻擊生成「螺縮酮(spiroketal)」的反應機構與結構判斷。

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【解題思路】本題考查酸催化下的分子內縮酮化反應(Intramolecular ketalization),透過連續兩次分子內醇對羰基的親核攻擊,形成熱力學最穩定的雙六員環螺縮酮(Spiroketal)。 【詳解】 已知:

小題 (四)

NaOCH2CH3
H3O+
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看到對稱的二酯類化合物與強鹼(如 NaOCH2CH3)的作用,應立刻聯想到「Dieckmann 縮合反應」(分子內 Claisen 縮合)。解題的關鍵在於正確判讀主鏈碳數(本題為 6 碳),進而推導出熱力學上穩定的 5 員環 β-酮酸酯產物,並注意第二步的酸性條件主要用於中和以得到中性產物。

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【解題思路】 利用 Dieckmann 縮合反應原理(分子內 Claisen 縮合),分析起始物碳鏈長度以決定成環大小(6 碳二酯形成 5 員環),並推導最終產物。 【詳解】 一、 試劑與反應物分析:

小題 (五)

過量 LiAlH4
H2O
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看到此題,首先應盤點分子中所有可能被還原的官能基(羧酸、醯胺、酯基)。接著運用氫化鋁鋰 (LiAlH4) 的強還原特性,將羧酸與酯基還原為一級醇,醯胺還原為胺。最後需注意,還原過程未破壞掌性中心,作答繪圖時必須完全保留原有的立體化學組態(如楔形鍵)。

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【解題思路】依據過量氫化鋁鋰 (LiAlH₄) 的強還原特性,判斷分子中各官能基的還原產物,並維持原掌性中心的立體組態。 【詳解】 已知:起始物為阿斯巴甜 (Aspartame),含有羧酸 (-COOH)、醯胺 (-CONH-)、甲酯 (-COOCH₃) 及一級胺 (-NH₂) 等官能基,並具備兩個掌性中心。

📝 芳香環側鏈氧化
💡 具有苄位氫之烷基側鏈經強氧化劑作用,將斷裂並氧化為羧酸基。

🔗 苄位氧化反應判定與生成流程

  1. 1 檢查苄位氫 — 確認側鏈與苯環連接的第一個碳是否有氫原子
  2. 2 強氧化劑反應 — 加入Na2Cr2O7或KMnO4於酸性/鹼性環境加熱
  3. 3 側鏈斷裂氧化 — 側鏈其餘碳原子被切除,苄位碳氧化為羧基
  4. 4 產物確認 — 四氫萘轉化為鄰苯二甲酸(Phthalic acid)
🔄 延伸學習:延伸學習:若苄位碳為三級碳(如 tert-butyl),則反應不會發生。
🧠 記憶技巧:有氫變酸,沒氫不動;鏈長不論,通通COOH。
⚠️ 常見陷阱:容易忘記檢查苄位是否有氫(三級烷基不反應),或在處理環狀側鏈時,遺漏將兩個苄位碳都轉化成羧基。
過錳酸鉀氧化反應 自由基取代反應 酚的合成法

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