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調查局三等申論題 113年 [化學鑑識組] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
根據下列 2-methylbut-2-ene 的反應,請回答下列問題: (圖示 2-methylbut-2-ene 經 Reagent 1 及 Reagent 2 的反應途徑)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

寫出如果 2-methylbut-2-ene 在酸性的水溶液中(H3O+)所得到的主要產物。(2 分)

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看到烯類與酸性水溶液(H3O+)反應,應直覺聯想到「酸催化水合反應(Acid-catalyzed hydration)」。解題關鍵在於運用馬可尼可夫法則(Markovnikov's rule)推導碳陽離子中間體,找出最穩定的碳陽離子位置,再讓水分子親核攻擊該位置即可得解。

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【解題思路】烯類的酸催化水合反應(Acid-catalyzed hydration),反應遵循馬可尼可夫法則(Markovnikov's rule)。 【詳解】

  1. 質子化(Protonation):2-methylbut-2-ene 的雙鍵首先攻擊 H+,為了形成最穩定的碳陽離子中間體,H+ 會加在含氫較多(或取代基較少)的碳原子上(C3位置),從而在 C2 位置形成最穩定的三級碳陽離子(3° carbocation)。

小題 (二)

寫出由 2-methylbut-2-ene 合成 3-methylbutan-2-ol 的試劑(Reagent 1)。(6 分)

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解題時首先比對起始物與產物的結構差異,發現反應為烯類的「加水」反應。接著觀察 OH 基團加成的位置,判斷出 OH 接在取代基較少的二級碳上,屬於反馬可尼可夫加成(anti-Markovnikov addition),由此可直接聯想到必須使用「硼氫化-氧化反應」的專屬試劑。

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【解題關鍵】本反應為烯類的反馬可尼可夫(anti-Markovnikov)加水反應。 【解答】 Reagent 1 為硼氫化-氧化試劑(Hydroboration-oxidation reagents),必須分兩步驟加入:

小題 (三)

寫出由 3-methylbutan-2-ol 合成 2-chloro-3-methylbutane 的試劑(Reagent 2)。(2 分)

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觀察反應前後,二級醇(3-methylbutan-2-ol)轉化為二級氯烷(2-chloro-3-methylbutane),且碳骨架並未改變。由於受質鄰位具備三級碳,若使用酸性條件(如 HCl)會生成碳陽離子並引發 1,2-氫轉移(hydride shift)重排;因此必須選定不經過游離碳陽離子機制(走 SN2)的鹵化試劑。

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Reagent 2 應為 SOCl₂(亞硫醯氯,Thionyl chloride) 加 pyridine,或 PCl₃(三氯化磷)。 【補充說明】 本反應將二級醇轉換為氯烷。由於 3-methylbutan-2-ol 產生碳陽離子後,極易發生 1,2-氫轉移而重排為更穩定的三級碳陽離子(最終主要生成 2-chloro-2-methylbutane)。為了避免重排發生並專一地得到 2-chloro-3-methylbutane,必須使用 SOCl₂ 或 PCl₃ 等經由 SN2 機制反應的試劑。

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