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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)
題組圖片
📝 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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面對環己烷構象題,首要原則是找尋體積最大的取代基(如異丙基),優先將其放置於平伏鍵(Equatorial)以最小化空間位阻。接著依據題目給定的立體關係(順反/楔形/虛線),推導相鄰取代基是直立鍵(Axial)還是平伏鍵。需特別留意圖示中是否隱含其他取代基(如圖中底部的甲基),並確保整體能量最低。

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【解題思路】體積最大的異丙基必定佔據平伏鍵(Equatorial)以達到最穩定構象,再依相對立體化學推導其他基團位置。 【詳解】 已知:圖示化合物 A 實際為含 4-位甲基的 1-氯-2-異丙基-4-甲基環己烷(neomenthyl chloride 骨架),其中異丙基為楔形(朝上)、氯原子為楔形(朝上)、4-位隱含甲基為虛線(朝下)。(註:題幹文字雖未提及甲基,但實務解題應以圖示結構為準)

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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看到這題,首先要辨識出分子中體積最大的取代基(異丙基),並將其放置於椅狀結構的赤道馬(equatorial)位置以求能量最低。接著,根據題目給定的『反式(trans)』立體關係,推導出相鄰的氯原子也必須位於 equatorial 位置,從而確定最穩定的 (e, e)-構象。

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【解題思路】判斷最大取代基並將其置於赤道馬(equatorial)位置以減少 1,3-雙軸交互作用,再依據立體化學的順反關係推斷其餘取代基的位置。 【解析】 一、 構象穩定性原則

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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  1. 看到環己烷的消除反應,必須立刻聯想到 E2 反應的「反式共平面(anti-periplanar)」先決條件,即離去基與被脫除的氫必須在椅狀結構中同處於「軸向(axial)」。
  2. 畫出 A 與 B 的反應構象(讓 Cl 處於軸向):觀察相鄰碳上是否有軸向氫(Axial-H)。
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【解題思路】利用 E2 消除反應的反式共平面(anti-periplanar)立體電子效應。離去基(-Cl)必須在軸向(axial),且相鄰碳也必須有軸向氫(axial-H)才能反應。 【詳解】 一、立體化學條件分析

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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  1. 確認題型為環己烷的 E2 消除反應,核心考點是「反式共平面 (anti-periplanar)」的立體化學要求。2. 分析椅型構象:E2 消除必須讓離去基 (Cl) 與 β-H 同時位於直立鍵 (axial)。評估 A (順式) 與 B (反式) 在 Cl 處於直立鍵時,鄰碳上有幾個直立鍵的氫可供拔除。3. 針對能產生兩種產物的化合物,運用柴瑟夫規則 (Zaitsev's rule) 判斷取代基較多的雙鍵位置即為主要產物。
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【解題關鍵】環己烷的 E2 消除反應必須符合反式共平面(anti-periplanar)立體電子條件,亦即離去基(-Cl)與相鄰被拔除的質子(β-H)必須同時位於直立鍵(axial)。 【解析】 一、判斷形成兩種產物之化合物:

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