調查局三等申論題
110年
[化學鑑識組] 有機化學
第 一 題
📖 題組：
考慮以下的反應， (圖示：化合物A (2-methyl-2-butanol) 加入 HBr 成為化合物B (2-bromo-2-methylbutane) + H2O) (一)以上的反應是化合物 A 被加入 HBr 以後的取代反應而成為化合物 B，此反應是進行所謂的雙分子親核取代反應（bimolecular nucleophilic substitution reaction, SN2）或單分子親核取代反應（unimolecular nucleophilic substitution reaction, SN1）？（2 分） (二)寫出以上反應的速率方程式。（2 分） (三)若將 HBr 的濃度提高兩倍，會加快、減慢或者不影響反應的速率？（1 分）為什麼？（2 分） (四)寫出以上化合物 A 形成化合物 B 的反應機制。（3 分）
考慮以下的反應， (圖示：化合物A (2-methyl-2-butanol) 加入 HBr 成為化合物B (2-bromo-2-methylbutane) + H2O) (一)以上的反應是化合物 A 被加入 HBr 以後的取代反應而成為化合物 B，此反應是進行所謂的雙分子親核取代反應（bimolecular nucleophilic substitution reaction, SN2）或單分子親核取代反應（unimolecular nucleophilic substitution reaction, SN1）？（2 分） (二)寫出以上反應的速率方程式。（2 分） (三)若將 HBr 的濃度提高兩倍，會加快、減慢或者不影響反應的速率？（1 分）為什麼？（2 分） (四)寫出以上化合物 A 形成化合物 B 的反應機制。（3 分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
以上的反應是化合物 A 被加入 HBr 以後的取代反應而成為化合物 B，此反應是進行所謂的雙分子親核取代反應（bimolecular nucleophilic substitution reaction, SN2）或單分子親核取代反應（unimolecular nucleophilic substitution reaction, SN1）？（2 分）
思路引導 VIP
看到醇類與鹵化氫的取代反應，首先判斷醇類的級數。此題中化合物A為三級醇（2-methyl-2-butanol），因具有極大的立體障礙阻礙背面攻擊，且離去基脫去後可形成相對穩定的三級碳陽離子，故可直接判斷反應循單分子親核取代反應（SN1）機制進行。
小題 (二)
寫出以上反應的速率方程式。（2 分）
思路引導 VIP
考生看到此題應先辨別這是一個三級醇與強酸的親核取代反應，必定走 SN1 機制。雖然 SN1 稱為單分子反應，但其真正的受質是「質子化的醇」而非醇本身；因此速率決定步驟（脫水形成碳陽離子）的速率取決於質子化醇的濃度，推導回反應物即與醇和酸的濃度均成正比。
小題 (三)
若將 HBr 的濃度提高兩倍，會加快、減慢或者不影響反應的速率？（1 分）為什麼？（2 分）
思路引導 VIP
考生在此題極易掉入「SN1 速率僅與受質濃度有關，與親核試劑無關」的直覺陷阱而回答不影響。但必須敏銳地注意到受質是「醇類」，其發生解離前必須先經過酸鹼反應質子化以產生好離去基（-OH2+）。此質子化的前置平衡受 HBr（提供 H+）濃度的直接影響，故提高酸濃度會增加中間體濃度，進而加快反應。
小題 (四)
寫出以上化合物 A 形成化合物 B 的反應機制。（3 分）
思路引導 VIP
看到三級醇（2-methyl-2-butanol）與強酸（HBr）反應，應立即判定為 SN1 機制。解題時須依序寫出「氧原子質子化」、「水分子離去形成三級碳陽離子（速率決定步驟）」以及「溴離子親核攻擊」三個核心步驟，若在試卷上作答必須畫出完整結構式並用彎曲箭頭（curved arrows）標示電子轉移方向。