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普考申論題 111年 [化學工程] 有機化學概要

第 二 題

📖 題組:
請寫出下列反應所需的化學試劑:(每小題 2 分,共 10 分) (一) [圖示:1-phenylhexan-1-one 轉換為 hexylbenzene] (二) [圖示:Benzaldehyde 轉換為 Benzoic acid] (三) [圖示:1-methyl-1-(triethylammonium)cyclohexane 轉換為 methylenecyclohexane] (四) [圖示:1,3-dimethyl-2-vinylbenzene 轉換為 1-(2,6-dimethylphenyl)ethanol] (五) [圖示:2-methyl-1,4-dihydronaphthalene 衍生物轉換為含 -CH2C(=O)CH3 與 -CH2CHO 側鏈之苯衍生物]
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (二)

[圖示:Benzaldehyde 轉換為 Benzoic acid]
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看到醛基(-CHO)轉換為羧酸基(-COOH),應立即聯想到這是典型的氧化反應。只需使用標準的強氧化劑,如過錳酸鉀(KMnO4)或鉻酸系試劑(K2Cr2O7/H2SO4 或 CrO3/H+)即可完成此轉換。

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【解題關鍵】本題為醛類(Aldehyde)氧化為羧酸(Carboxylic acid)的反應,需加入氧化劑。 【解析】 苯甲醛(Benzaldehyde)極易被氧化成苯甲酸(Benzoic acid)。由於苯環本身相當安定,不受一般氧化劑影響,因此可直接使用典型的強氧化劑來進行醛基的氧化。

小題 (一)

[圖示:1-phenylhexan-1-one 轉換為 hexylbenzene]
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觀察反應前後的結構變化,發現本題目的是將芳香族酮類的羰基 (C=O) 徹底還原為亞甲基 (-CH2-)。由於反應物結構中沒有其他對酸或鹼敏感的官能基,因此可以考慮使用酸性條件的克萊門森還原 (Clemmensen reduction) 或鹼性條件的沃爾夫-基施納還原 (Wolff-Kishner reduction)。

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【解題思路】觀察官能基變化,本題需將酮類的羰基 (C=O) 徹底還原為亞甲基 (-CH₂-)。 【詳解】 反應物:1-phenylhexan-1-one(芳香酮)

小題 (三)

[圖示:1-methyl-1-(triethylammonium)cyclohexane 轉換為 methylenecyclohexane]
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觀察反應物為帶有龐大離去基的四級銨鹽,產物為取代基最少的末端烯烴,應立刻聯想到 Hofmann 消除反應(Hofmann elimination)。此反應需先將鹵化銨鹽轉化為強鹼性的氫氧化銨,接著再加熱進行 E2 消除反應。

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【解題思路】利用 Hofmann 消除反應(Hofmann elimination)生成取代基最少的烯烴。 【詳解】 已知:反應物為四級銨鹽,產物為雙鍵位於環外的 methylenecyclohexane(即取代基最少的 Hofmann 產物,而非 Zaitsev 產物)。

小題 (四)

[圖示:1,3-dimethyl-2-vinylbenzene 轉換為 1-(2,6-dimethylphenyl)ethanol]
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  1. 觀察反應前後官能基的變化:末端烯烴(乙烯基)轉變為二級醇,且羥基位於靠近苯環的苄位碳上。2. 判斷反應類型:此為符合馬可尼可夫法則(Markovnikov's rule)的烯烴水合反應。3. 選擇試劑:由於反應中生成的苄位碳陽離子具高度共振穩定性,無重排風險,故直接使用酸催化水合試劑或氧汞化-還原試劑皆可。
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【解題關鍵】利用馬可尼可夫法則(Markovnikov's rule)進行烯烴的水合反應。 【解析】 一、反應物側鏈為末端烯烴(乙烯基),產物為二級醇。羥基(-OH)接在取代度較高、靠近苯環的苄位(benzylic position)碳上,氫原子加在末端碳上,符合馬可尼可夫法則。

小題 (五)

[圖示:雙鍵環狀化合物轉換為開環的二羰基(酮與醛)化合物]
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觀察反應前後結構變化,環狀烯烴的雙鍵發生斷裂,且生成物含有酮基與醛基,代表發生了碳碳雙鍵的氧化斷裂反應。為保留醛基而不被進一步氧化成羧酸,必須使用臭氧化反應(Ozonolysis)配合還原性後處理(如二甲基硫或鋅粉)。

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【解題思路】判斷官能基轉換與碳骨架變化:環狀烯烴的雙鍵斷裂並開環產生醛基與酮基,屬於臭氧化反應伴隨還原性後處理。 【解答】 本反應將 2-methyl-1,4-dihydronaphthalene 轉化為含有甲基酮及醛基側鏈的苯衍生物,為典型的烯烴斷裂反應。

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