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
本題關鍵在於判斷反應物醇類的級數。化合物 A（2-methyl-2-butanol）為三級醇，其立體障礙大且能形成穩定的三級碳陽離子，故可直接判定反應依循單分子親核取代反應（SN1）機制。
小題 (二)
寫出以上反應的速率方程式。（2 分）
思路引導 VIP
本題測驗醇類進行取代反應的動力學。首先判斷三級醇（化合物 A）與氫鹵酸反應會走 SN1 機制，其速率決定步驟是「質子化醇脫去水分子形成碳陽離子」。因此，速率方程式的關鍵在於指出反應速率取決於「質子化後的化合物 A」之濃度，而非單純未質子化的醇或親核試劑（Br⁻）。
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
本題測驗考生對 SN1 反應機制及動力學的深入理解。遇到醇類與鹵化氫的取代反應，除了想到 SN1 的速率決定步驟（碳陽離子的生成），更要意識到「醇的質子化」是必要的前置平衡步驟。解題關鍵在於指出 HBr 同時提供質子（H⁺）與親核試劑（Br⁻），雖然 Br⁻ 濃度不影響 SN1 速率，但 H⁺ 濃度增加會提升質子化醇的濃度，進而加快整體反應速率。
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
看到三級醇與氫鹵酸（HBr）的反應，應立即判定為 SN1 機制。作答時須依序寫出「質子化」、「脫水形成三級碳陽離子（速率決定步驟）」及「鹵素離子親核攻擊」三個步驟，並在結構式上精確畫出電子轉移的彎曲箭頭（Curved arrows）。