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調查局三等申論題 110年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 三 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 和 B 為取代基空間位向不同的 1-chloro-2-isopropylcyclohexane 衍生物。根據化學邏輯,此為經典的 cis/trans 消除選擇性問題) (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 (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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E2 消除反應的立體化學要求是「反式共平面(anti-periplanar)」,在環己烷系統中這意味著離去基與被拔除的 β-氫必須同時處於「雙軸向(diaxial)」。解題時,先將 A 與 B 的構象轉換為 Cl 處於軸向,再檢查兩側 β-碳是否有反式軸向氫。圖 B(Menthyl chloride 骨架)在 Cl 為軸向時,異丙基所在的碳沒有軸向氫,因此只能單向消除;而圖 A(Neomenthyl chloride)兩側皆有軸向氫,可形成兩種產物。

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【解題關鍵】環己烷的 E2 消除反應必須滿足「反式共平面(anti-periplanar)」條件,即離去基(Cl)與被拔除的 β-氫必須同時處於「雙軸向(diaxial)」位置。 【解析】 一、 立體構象分析

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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  1. 確定各取代基的立體相對關係:判斷圖中異丙基與甲基為反式 (trans-1,4),異丙基與氯為順式 (cis-1,2)。
  2. 從構象穩定性出發,將體積最大的異丙基優先置於立體障礙最小的平伏鍵(equatorial)。
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【解題關鍵】體積較大的取代基(如異丙基、甲基)應優先佔據立體阻礙較小的平伏鍵(equatorial),再依據相對的立體位向推斷其他基團的鍵結位置。 【推導分析】

  1. 確認立體關係:

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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面對環己烷構象題,第一步先釐清各取代基的相對立體位置(順反關係),並找出體積最大者(此題為異丙基)。接著將大體積基團置於赤道位(equatorial)以降低 1,3-雙軸交互作用,最後依序推導其他基團的位向以確認最穩定構象。

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【解題關鍵】讓立體阻礙最大的基團(異丙基)佔據赤道位(equatorial),並依據分子的平面順反關係推導其他取代基的軸向/赤道向。 【解析】 一、立體化學分析

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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這是一道經典的環己烷 E2 消除立體選擇性問題(Menthyl/Neomenthyl chloride 衍生物)。解題核心在於 E2 消除必須滿足「反式共平面(anti-periplanar)」立體要求,即離去基(-Cl)和相鄰質子(-H)都必須互為反式且處於軸向(axial)。透過畫出最大的 isopropyl 基團在赤道向的最穩定椅型構象,判斷相鄰碳是否有軸向氫可供拔除,並依據 Zaitsev 規則(查依采夫規則)定出主要產物。

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【解題關鍵】環己烷的 E2 消除反應嚴格要求「反式共平面(anti-periplanar)」的立體條件,即離去基(-Cl)與相鄰被拔除的質子(-H)必須互為反式,且同時處於軸向(axial)位置。 【解析】

  1. 判斷消除方向

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