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調查局三等申論題 111年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 九 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5 分,共50 分) (圖示十個獨立化學反應)
📝 此題為申論題,共 10 小題

小題 (九)

(圖示:3,4-dimethoxybenzyl alcohol + Et3N, SOCl2)
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看到醇類與 SOCl2 及鹼(如 Et3N 或 Pyridine)作用,應立即聯想到這是將醇轉化為氯代烷的經典反應。苄醇的羥基會被氯原子取代,且因未涉及手性中心,無須考量立體化學倒轉問題。

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【解題關鍵】醇的氯化反應 (Chlorination of Alcohols) 【解析】 已知條件:

小題 (一)

(圖示:(S)-Epichlorohydrin + HC≡C- Li+)
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看到此題,首先判斷底物為一級鹵代烷(含有氘同位素標記的手性中心),試劑為強親核試劑乙炔鋰,因此反應將以 SN2 機制進行。接著應用 SN2 的核心特徵「背面攻擊」,推導出產物必須發生立體構型的完全翻轉(Walden Inversion),繪圖時將離去基替換為親核試劑,並互換 H 與 D 的楔形/虛線鍵以呈現構型反轉即可。

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【解題思路】本題考查強親核試劑對一級鹵代烷的 SN2 反應,以及其伴隨的立體構型翻轉(Walden Inversion)。 【詳解】

  1. 反應物與機制判斷

小題 (二)

(圖示:4-Bromoacetanilide + FeBr3, Br2)
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  1. 判斷反應類型為親電性芳香族取代反應(EAS)中的溴化反應。 2. 評估環上既有取代基的強弱與導向效應:乙醯胺基(-NHCOCH3)為中度活化基,溴(-Br)為弱去活化基,親電試劑的進攻位置將由較強活化基(-NHCOCH3)主導。 3. 乙醯胺基為鄰/對位導向(ortho/para director),因其對位已被原有的溴原子佔據(立體阻礙),故親電試劑(Br+)將進攻其鄰位生成主要產物。
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【解題關鍵】親電性芳香族取代反應(EAS)中,多取代苯環的位向選擇性由較強的活化基決定。 【解析】 一、 反應類型

小題 (三)

(圖示:1-isopropyl-4-methylcyclohexene + 1. O3, CH2Cl2, -78°C 2. (CH3)2S)
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看到試劑 O₃ 搭配 (CH₃)₂S,應立即辨識為「烯烴的臭氧化-還原斷裂反應」。此反應會將碳碳雙鍵 (C=C) 完全切斷,並在斷裂處接上氧原子形成羰基 (C=O)。由於反應物為環烯烴,雙鍵斷裂會導致「開環」,分析雙鍵兩端碳原子的取代情形即可推知產物是一端為醛、另一端為酮的直鏈化合物。

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【解題關鍵】烯烴的臭氧化還原斷裂 (Ozonolysis with reductive workup) 【解析】

  1. 試劑作用:第一步 O₃ 在低溫下與雙鍵反應生成臭氧化物 (Ozonide),第二步使用二甲硫醚 ((CH₃)₂S, 亦稱 DMS) 作為還原試劑進行處理,將其中間體分解為兩個羰基化合物(不會過度氧化成羧酸)。

小題 (四)

(圖示:Ketone + cat. H2SO4, HO-NH2)
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看到酮類(Ketone)與羥胺(Hydroxylamine, HO-NH2)在酸催化下的反應,應立即聯想到親核性加成-脫水反應,產物為肟(Oxime)。此題特別強調「表示正確的立體化學」,因此核心考點在於非對稱酮反應後會產生 E/Z 兩種幾何異構物(立體異構物)。

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【解題思路】酮類與一級胺衍生物(如羥胺)在酸催化下進行親核加成與脫水反應,生成含碳氮雙鍵的肟(Oxime)化合物,並須注意產物的幾何異構物。 【詳解】 已知:起始物為非對稱酮 1-(4-bromophenyl)-3-phenylpropan-1-one,試劑為羥胺(HO-NH2)與催化量硫酸。

小題 (五)

(圖示:Cyclohex-2-enone + nBu2CuLi ; H2O)
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觀察反應物為 α,β-不飽和酮(環己-2-烯酮),試劑為 Gilman 試劑(二正丁基銅鋰)。考生應立即聯想到 Gilman 試劑作為軟性親核基(soft nucleophile),會選擇性地對 α,β-不飽和系統進行 1,4-共軛加成反應(而非 1,2-加成),隨後經水解質子化生成 β-烷基化的飽和酮。

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【解題關鍵】Gilman 試劑(R₂CuLi)對 α,β-不飽和羰基化合物的 1,4-共軛加成(1,4-Conjugate Addition)。 【解析】 一、 反應區位選擇性(Regioselectivity):

小題 (六)

(圖示:4-phenylbutanoic acid + 少量P, Br2)
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看到羧酸與「少量 P, Br2」的試劑組合,應立即聯想到 Hell-Volhard-Zelinsky (HVZ) 反應。解題核心在於準確找出 α-碳進行溴化取代。此外,題目特別強調「表示正確的立體化學」,因此需回想反應過程中會經過平面的烯醇中間體,溴分子從平面兩側攻擊的機率相等,最終必得到外消旋混合物 (Racemic mixture),在繪製結構時務必明確標示。

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【解題關鍵】本題考查 Hell-Volhard-Zelinsky (HVZ) 反應,藉由少量磷(P)與溴(Br₂)選擇性地將羧酸的 α-碳進行溴化。 【解析】 一、反應機制與位點

小題 (七)

(圖示:p-Aminophenol + Acetic anhydride)
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考生看到此題應立刻聯想到「化學選擇性(Chemoselectivity)」。反應物同時具備親核性的胺基(-NH₂)與酚羥基(-OH),需比較兩者的親核性強弱。因為氮的電負度小於氧,胺基的親核性較強,故會優先與親電試劑醋酸酐發生反應。

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【解題關鍵】親核性強弱比較與化學選擇性(Chemoselectivity):-NH₂ > -OH。 【解答】 主要產物名稱:對乙醯氨基苯酚 (Acetaminophen / Paracetamol),IUPAC 命名為 N-(4-hydroxyphenyl)acetamide。

小題 (八)

(圖示:Diethyl adipate derivative + 1.05當量 NaOEt; H3O+)
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看到對稱的雙酯化合物與對應的強鹼(NaOEt),應立刻想到發生分子內 Claisen 縮合,即 Dieckmann 縮合反應(Dieckmann Condensation)。解題關鍵在於正確計算碳數以決定成環大小:己二酸二乙酯(Diethyl adipate,二酸主鏈含 6 碳)經去質子化後,由 α-碳攻擊另一端羰基,將形成熱力學較穩定的五員環 β-酮酯。

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【解題思路】應用 Dieckmann 縮合反應(分子內 Claisen 縮合)機構,推導環狀 β-酮酯產物。 【詳解】 已知:起始物為己二酸二乙酯(Diethyl adipate),其主幹含 6 個碳(兩個酯基加上中間 4 個亞甲基)。反應條件為 1.05 當量的強鹼乙醇鈉(NaOEt)與後續的 $H_3O^+$ 酸性後處理。

小題 (十)

(圖示:Benzaldehyde + NaH, Diethyl benzylphosphonate)
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看到磷酸二酯與強鹼 (NaH) 搭配醛類的條件,應立即聯想到 Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) 反應。分析膦酸酯 α-碳上的取代基為苯環,屬於能共軛穩定的碳陰離子,故該反應具備高度的 (E)-烯烴立體選擇性,最終生成反式雙鍵產物。

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【解題思路】本題考查 Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) 反應,利用強鹼與磷酸二酯生成穩定型碳陰離子,再與醛類進行親核加成與消除,主要生成具 (E)-立體選擇性的烯烴。 【詳解】 已知:反應物為苯甲醛 (Benzaldehyde),試劑為強鹼 NaH 與 Diethyl benzylphosphonate。

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