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地特四等申論題 111年 [化學工程] 有機化學概要

第 五 題

📖 題組:
請寫出下列反應的主要產物:(請表示正確的立體化學,每小題 2 分,共 20 分) (圖形題,以下文字為題目圖形之描述)
📝 此題為申論題,共 10 小題

小題 (五)

反應物:1-propylcyclohex-1-ene,試劑:(1) O3, CH2Cl2, -78°C (2) (CH3)2S

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臭氧解還原條件。雙鍵完全斷裂,帶有烷基取代的雙鍵碳變成酮,帶有氫的雙鍵碳變成醛。

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【解題關鍵】還原性臭氧解會將環烯烴開環,生成末端為醛與酮的雙羰基化合物。 【解答】 環己烯骨架斷開,1號碳(連著丙基)轉變為酮基,2號碳(帶一個質子)轉變為醛基。總碳數不變,為 6(環) + 3(丙基) = 9個碳的直鏈化合物。

小題 (一)

反應物:1-氯代十六烷 (CH3-(CH2)14-CH2-Cl),試劑:吡啶 (Pyridine),加熱條件

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這是一個典型的 SN2 反應。吡啶的氮原子上的孤對電子作為親核試劑,攻擊一級鹵代烷生成季銨鹽。

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【解題關鍵】一級鹵代烷與吡啶發生 SN2 親核取代反應,生成吡啶鎓鹽。 【解答】 產物為十六烷基吡啶氯化物 (1-hexadecylpyridinium chloride)。

小題 (二)

反應物:苯甲醯甲酸異丙酯 (Ph-CO-CO2iPr),試劑:H2SO4, H2O, 150°C

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酸性條件下發生酯水解產生 α-酮酸 (苯甲醯甲酸),由於反應溫度高達 150°C,α-酮酸極易發生脫羧反應 (decarboxylation)。

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【解題關鍵】酸催化酯水解生成 α-酮酸,高溫下 α-酮酸隨即發生脫羧反應。 【解答】 Step 1:酯基水解。Ph-C(=O)-C(=O)O-CH(CH₃)₂ 在酸性水溶液中水解為苯甲醯甲酸 (Ph-C(=O)-COOH) 與異丙醇。

小題 (三)

反應物:2-methylcyclohex-2-en-1-one,試劑:nBu2CuLi ; H3O+

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Gilman 試劑 (二烷基銅鋰) 對 α,β-不飽和酮進行 1,4-共軛加成反應。需注意產物的立體化學,新引入的丁基會與原有的甲基呈現反式 (trans) 較為穩定。

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【解題關鍵】Gilman 試劑對 α,β-不飽和羰基化合物進行 1,4-共軛加成。 【解答】 親核性的丁基進攻雙鍵的 β-碳,隨後經酸液質子化得到飽和酮。基於立體障礙與熱力學穩定性,新加成的丁基與相鄰的甲基傾向於形成反式 (trans) 構型。

小題 (四)

反應物:N-phenylpropionamide (苯丙醯胺),試劑:濃 H2SO4, 加熱

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強酸條件下加熱,醯胺會發生水解反應,生成相應的羧酸與胺的質子化鹽類。

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【解題關鍵】醯胺在強酸加熱條件下發生水解,生成羧酸及銨鹽。 【解答】 醯胺鍵斷裂,羰基側生成丙酸 (Propionic acid),胺基側生成苯胺。因在濃硫酸環境下,苯胺會被質子化形成硫酸苯胺鹽 (Anilinium hydrogen sulfate)。

小題 (六)

反應物:cyclohexene,試劑:(1) Hg(OAc)2, iPrOH (2) NaBH4, NaOH(水溶液)

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烷氧汞化-脫汞反應 (Alkoxymercuration-Demercuration)。這是將烯烴轉化為醚的反應,因環己烯對稱,不需考慮馬氏法則的位置選擇性。

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【解題關鍵】烯烴與汞鹽及醇類反應,經還原脫汞後生成醚類。 【解答】 異丙醇 (iPrOH) 作為親核試劑加成到環己烯的雙鍵上,隨後用 NaBH₄ 還原脫去汞基,整體相當於將一分子的異丙醇加成到雙鍵上。

小題 (七)

反應物:cyclopentanone,試劑:對甲苯磺酸 (p-TsOH), CH3CH2OH

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酮與過量醇在酸催化下發生反應,生成縮酮 (Ketal)。此處為環戊酮與乙醇反應。

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【解題關鍵】酮與兩當量的醇在酸催化下脫水形成縮酮。 【解答】 環戊酮的羰基氧與兩分子的乙醇發生親核加成與脫水,羰基碳接上兩個乙氧基 (-OCH₂CH₃)。

小題 (八)

反應物:對甲基苯重氮氯鹽 (p-CH3-C6H4-N2+ Cl-),試劑:CuCl, 60°C

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Sandmeyer 反應。芳香族重氮鹽在氯化亞銅催化下,重氮基 (-N2+) 被氯原子取代。

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【解題關鍵】Sandmeyer 反應,利用亞銅鹽將芳香族重氮基替換為鹵素。 【解答】 重氮基以氮氣 (N₂) 形式脫去,氯原子取代其原本在苯環上的位置。甲基不受影響。

小題 (九)

反應物:3,4-dihydronaphthalen-2(1H)-one (2-四氫萘酮),試劑:(1) NaH, H3C-PPh3+ Br- (2) H3O+

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Wittig 反應。強鹼 NaH 與甲基三苯基溴化鏻反應生成 Wittig 試劑 (ylide),再與酮反應將羰基 (C=O) 轉換為末端雙鍵 (C=CH2)。

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【解題關鍵】Wittig 反應將酮的羰基轉換為亞甲基 (Methylene) 雙鍵。 【解答】 Step 1:NaH 奪取 H₃C-PPh₃⁺ 的質子,生成亞甲基三苯基磷內鎓鹽 (H₂C=PPh₃)。

小題 (十)

反應物:(E)-1-phenylprop-1-ene (反式-1-苯基丙烯),試劑:Zn/Cu, CH2I2

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Simmons-Smith 反應。生成卡賓的等價物,對雙鍵進行立體專一性的環丙烷化反應 (保持原本雙鍵的立體化學)。

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【解題關鍵】Simmons-Smith 試劑對雙鍵進行立體專一性的環丙烷化。 【解答】 由 Zn/Cu 和 CH₂I₂ 生成的類卡賓 (carbenoid) 與雙鍵進行順式加成形成環丙烷環。因反應物為反式 (E) 烯烴,產物中苯基與甲基在環丙烷環上仍保持反式關係。

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