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普考申論題 111年 [化學工程] 有機化學概要

第 三 題

📖 題組:
請寫出下列反應之主要反應產物:(請表示正確的立體化學,每小題 2 分,共 10 分) (一) [圖示:Phenyl allyl ether 加熱] (二) [圖示:1-fluoro-2-nitro-4-cyanobenzene + NaOEt, 加熱] (三) [圖示:Ethyl cinnamate + Me2CuLi; H2O] (四) [圖示:3-cyclopentylpropanoic acid + 少量 P, Br2] (五) [圖示:3,5-dimethylbenzyl alcohol + SOCl2, pyridine]
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (三)

[圖示:Ethyl cinnamate + Me2CuLi; H2O]
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看到 α,β-不飽和酯類與 Gilman 試劑 (R₂CuLi),應立刻想到「1,4-共軛加成 (conjugate addition)」。Gilman 試劑為軟性親核試劑,不會直接攻擊羰基碳,而是將烷基專一性地加在 β-碳上,形成烯醇負離子後經水質子化得到飽和產物。

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【解題思路】辨別試劑特性並決定加成位置(1,4-共軛加成)。 【詳解】 已知:起始物為 Ethyl cinnamate(α,β-不飽和酯類);反應試劑為 Me₂CuLi(Gilman 試劑,屬於軟性親核試劑)。

小題 (一)

[圖示:Phenyl allyl ether 加熱]
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看到烯丙基芳基醚(allyl aryl ether)加上加熱條件,應直覺聯想到「克萊森重排反應(Claisen rearrangement)」。此為一種類型的 [3,3]-σ遷移反應,烯丙基會轉移至苯環的鄰位,接著透過互變異構恢復芳香性,形成對應的酚。

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【解題思路】利用克萊森重排反應(Claisen rearrangement)原理進行結構推導。 【詳解】 已知:反應物為對甲基苯基烯丙基醚(p-tolyl allyl ether),反應條件為加熱。

小題 (二)

[圖示:1-fluoro-2-nitro-4-cyanobenzene + NaOEt, 加熱]
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看到鹵素苯環(特別是氟)的鄰、對位接有強吸電子基(如 -NO2, -CN),且加入強親核試劑(如 NaOEt)並加熱,應立刻聯想到親核芳香族取代反應(SNAr)。由於氟原子高電負度及其鄰、對位吸電子基能極大穩定中間體(Meisenheimer complex),氟將作為離去基被乙氧基(-OEt)取代。

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【解題思路】判斷反應類型為親核性芳香族取代反應(SNAr)。 【詳解】 已知:反應物為含氟苯環,且氟的鄰位與對位分別有強吸電子基(-NO2 與 -CN)。試劑 NaOEt 可提供強親核試劑乙氧基陰離子(EtO-)。

小題 (四)

[圖示:3-cyclopentylpropanoic acid + 少量 P, Br2]
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看到羧酸與「少量 P, Br2」的試劑組合,應立刻聯想到 Hell-Volhard-Zelinsky (HVZ) 反應。該反應具高度區域選擇性,會專一性地在羧酸的 α-碳上進行溴化。思考時需特別注意產物新生成的手性中心及其立體化學特徵(外消旋體)。

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【解題思路】利用 Hell-Volhard-Zelinsky (HVZ) 反應,在羧酸的 α-碳上進行溴化取代。 【詳解】 已知:反應物為含有 α-氫的羧酸。依據圖示結構為六元環接上四個碳的直鏈,即 4-cyclohexylbutanoic acid(註:題目背景文字可能誤植為 3-cyclopentylpropanoic acid,解析以原圖為準)。試劑為少量磷 (P) 與溴 (Br2)。

小題 (五)

[圖示:3,5-dimethylbenzyl alcohol + SOCl2, pyridine]
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看到試劑 SOCl₂(亞硫醯氯)與 pyridine(吡啶)作用於醇類,應立即聯想到這是將醇轉化為氯代烷的經典反應。觀察反應物可知反應部位為一級醇(苄醇)的羥基(-OH),該基團會直接被取代為氯原子(-Cl)。

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【解題思路】利用 SOCl₂ 將醇類的羥基 (-OH) 取代為氯 (-Cl)。 【詳解】 已知:反應物為具有苄醇結構的芳香族化合物(依圖示為 2,4-dimethylbenzyl alcohol),試劑為亞硫醯氯 (SOCl₂) 和吡啶 (pyridine)。

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