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調查局三等申論題 110年 [化學鑑識組] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
以下的化合物 A 和化合物 B 分別在進行消除反應中被加入鹼(NaOEt)以後, (圖示:A為順式-1-氯-2-異丙基環己烷 cis-1-chloro-2-isopropylcyclohexane,B為反式-1-氯-2-異丙基環己烷 trans-1-chloro-2-isopropylcyclohexane) (一)畫出化合物 A 最穩定的椅狀結構(chair form)。(2 分) (二)畫出化合物 B 最穩定的椅狀結構(chair form)。(2 分) (三)那一個化合物,A 或 B,在進行消除反應時只會形成一種最終產物?(1 分)寫出該最終產物。(2 分) (四)那一個化合物,A 或 B,在進行消除反應時會形成兩種最終化合物?(1 分)寫出其中的主要產物。(2 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

畫出化合物 A 最穩定的椅狀結構(chair form)。(2 分)

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先確認 cis-1,2-二取代環己烷的相對空間關係必定是一直立鍵 (axial) 與一赤道鍵 (equatorial)。接著比較取代基立體障礙大小,將體積較大的基團置於赤道鍵以使能量最低、結構最穩定。

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【破題】判斷環己烷構象穩定性需考量取代基立體障礙,較大基團位於赤道鍵(equatorial)以減少 1,3-雙直立鍵排斥力(1,3-diaxial interaction)為最穩定。 【解析】 一、立體化學分析

小題 (二)

畫出化合物 B 最穩定的椅狀結構(chair form)。(2 分)

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面對環己烷取代基的構象穩定度問題,首先判斷立體化學關係(順/反式)對應的椅狀構象位置組合。對於 1,2-反式雙取代,構象必然是 (a, a) 或 (e, e);接著比較取代基的立體障礙(A-value),大體積基團應位於赤道向(equatorial)以減少 1,3-雙直立向交互作用(1,3-diaxial interactions)。

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【解題思路】分析反式 1,2-雙取代環己烷的相對位置特徵,並依據立體障礙極小化原則,推導最穩定的椅狀構象。 【詳解】 已知:化合物 B 為反式-1-氯-2-異丙基環己烷 (trans-1-chloro-2-isopropylcyclohexane)。

小題 (三)

那一個化合物,A 或 B,在進行消除反應時只會形成一種最終產物?(1 分)寫出該最終產物。(2 分)

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思考環己烷系統的 E2 消除反應需滿足「反式共平面(anti-periplanar)」的立體化學條件,亦即離去基(鹵素)與 β-氫必須同時處於軸向(axial)。透過畫出化合物 A 與 B 參與反應的椅型構象,檢視相鄰的 C2 與 C6 上是否具備軸向 β-氫,即可精確判斷消除產物的數量與結構。

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【解題關鍵】環己烷的 E2 消除反應中,離去基(-Cl)與 β-氫必須呈現「反式共平面(anti-periplanar)」排列,亦即兩者皆須位於軸向(axial)。 【解析】 一、 化合物 A(順式-1-氯-2-異丙基環己烷)分析

小題 (四)

那一個化合物,A 或 B,在進行消除反應時會形成兩種最終化合物?(1 分)寫出其中的主要產物。(2 分)

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判斷環己烷衍生物 E2 消除產物數量的關鍵,在於尋找符合「反式共平面(trans-diaxial)」條件的 β-氫。藉由分析化合物 A 與 B 在氯原子位於直立鍵(axial)的構象,確認 β-碳上有幾個直立鍵氫原子,並利用 Zaitsev 規則推導最穩定的主要產物。

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【解題思路】環己烷系統的 E2 消除反應需滿足反式共平面(anti-periplanar)的立體化學條件,即離去基(-Cl)與 β-氫必須同時處於反式直立鍵(trans-diaxial 排列)。 【詳解】 一、 判斷產生兩種產物的化合物

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