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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:
請寫出下列反應之反應機構:(每小題 10 分,共 20 分) (一) [圖示:1-isopropylcyclobutanol 在 H2SO4, 加熱下轉化為 1,2-dimethylcyclopentene] (二) [圖示:反式十氫萘酮衍生化合物在催化量 H2SO4, iPr2NH 下轉化為 Enamine]
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

[圖示:反式十氫萘酮衍生化合物在催化量 H2SO4, iPr2NH 下轉化為 Enamine]
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看到酮與二級胺在酸催化下的反應,應立即想到「烯胺 (enamine)」的生成機制。解題關鍵在於依序推導:親核加成、質子轉移、脫水形成亞胺離子,最後因二級胺的氮上已無氫,需拔除 α-碳上的質子生成碳碳雙鍵。同時須留意反式十氫萘的立體結構,理解為何雙鍵生成於 C1-C2 而避免在橋頭碳生成雙鍵以防產生極大環張力。

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【解題思路】酮類與二級胺在酸催化下進行縮合反應,會生成烯胺(Enamine)。機構核心為:親核加成 → 質子轉移 → 脫水形成亞胺離子 → α-質子脫去。 【詳解】 本題為反式-1-十氫萘酮(trans-1-decalone)與二異丙胺形成烯胺的反應,詳細反應機構(電子推移與中間體變化)如下:

小題 (一)

[圖示:1-isopropylcyclobutanol 在 H2SO4, 加熱下轉化為 1,2-dimethylcyclopentene]
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本題考查酸催化下的醇類脫水及碳陽離子重排反應。解題關鍵在於辨識四元環的環張力,當側鏈生成碳陽離子時,會自發發生「擴環重排」(ring expansion)形成張力較小的五元環,接著透過氫轉移形成最穩定的三級碳陽離子,最後依 Zaitsev 規則消去質子產生目標產物。

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【解題思路】本題考查酸催化醇脫水及碳陽離子重排(擴環)反應。關鍵在於四元環的高環張力驅動擴環,並經氫轉移產生最穩定的三級碳陽離子,最後依 Zaitsev 規則生成烯類。 【詳解】 (註:依圖示結構,反應物為 1-cyclobutylethan-1-ol,產物為 1-methylcyclopentene)反應機構(Reaction Mechanism)逐步推導如下:

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