第 一 題
請寫出下列反應的主要產物(表示正確的立體化學,每小題 5 分,共 50 分) (一) 3-nitrophthalic acid + H2N-NH2 (二) Hexan-2-ol derivative + ZnCl2, HCl (三) 4-methylacetophenone + (1)過量I2, NaOH(水溶液) (2) H3O+ (四) 1-allyl-2-methylbenzene ether derivative heated to 160°C (五) (E)-hept-4-en-3-one + nBu2CuLi; H2O (六) (E)-1-(4-methoxyphenyl)propene + Zn/Cu, CH2I2 (七) Trans-decalin derivative + Et3N, SOCl2 (八) 3-methylcyclohex-2-enone + iPr2CuLi; H2O (九) Cyclohexanone + Phenylhydrazine + 催化量 H2SO4 (十) Isoprene + Maleic anhydride + Toluene, 加熱
小題 (一)
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看到鄰苯二甲酸衍生物與聯氨 (hydrazine),應立刻聯想到雙官能基的脫水縮合環化反應。此為法醫化學中合成血跡檢測發光試劑魯米諾 (Luminol) 的經典第一步,聯氨的兩個氮原子會分別與兩個羧基反應,脫水形成六元環。
小題 (二)
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看到二級醇與 ZnCl2/HCl,應立刻聯想到盧卡斯試劑 (Lucas reagent) 進行親核性取代反應。二級醇在此條件下主要走 SN1 反應機構,生成碳陽離子中間體,因此解題關鍵在於指出若起始物具手性,產物立體中心將發生消旋化 (racemization)。
小題 (三)
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看到甲基酮(Methyl ketone)結構與 I2/NaOH 試劑組合,應立即聯想到「碘仿反應(Iodoform reaction / Haloform reaction)」。反應機制中,甲基會被完全鹵化並作為離去基脫落生成碘仿(黃色沉澱),剩餘的芳香醯基結構經第二步酸處理後,會轉化為對應的羧酸。
小題 (四)
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看到「烯丙基芳香醚(allyl aryl ether)」加上高溫(160°C)的反應條件,應立刻聯想到 Claisen 重排反應([3,3]-sigmatropic rearrangement)。解題的關鍵在於觀察苯環鄰位(ortho)是否被佔據;因反應物的 C2 位置已被甲基阻擋,烯丙基將遷移至另一個未取代的鄰位(C6),隨後經互變異構化恢復芳香性。
小題 (五)
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看到 Gilman 試劑(R2CuLi)與 α,β-不飽和酮的組合,立刻聯想到「1,4-共軛加成(Conjugate addition)」。判斷出親核試劑(正丁基)會攻擊 β-碳,最後經水淬滅生成飽和酮,並留意新產生的手性中心會形成外消旋混合物。
小題 (六)
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看到 Zn/Cu 與 CH2I2 應立刻聯想到 Simmons-Smith 反應,這是由烯烴合成環丙烷的經典方法。解題關鍵在於掌握類卡賓的「立體專一性順式加成 (syn addition)」特性,由於起始物為 (E)-烯烴,故產物環丙烷上的兩個取代基必定保持反式 (trans) 的立體關係。
小題 (七)
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看到 SOCl2 與鹼(如 Et3N 或 pyridine)的組合,應立刻想到這是將醇類轉化為氯代烷的標準試劑。接著需注意立體化學:在有外加鹼的條件下,反應依循 SN2 機構,會造成立體中心發生構形翻轉(Inversion of configuration)。
小題 (八)
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看到 α,β-不飽和酮與 Gilman 試劑(二烷基銅鋰),應立即聯想到進行選擇性的 1,4-共軛加成反應(軟親核加成)。異丙基會攻擊 β-碳,隨後經由水淬滅質子化,在 β-位建立一個含有兩種不同烷基的新四級碳手性中心。
小題 (九)
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看到酮類與苯肼在酸性條件下反應,首要反應是親核加成-消除生成「苯腙」(Phenylhydrazone)。此外,身為進階有機化學考生,必須具備警覺性:此試劑組合是經典的「Fischer 吲哚合成」條件,若伴隨加熱將進一步重排生成吲哚衍生物(四氫咔唑)。
小題 (十)
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看到共軛雙烯 (Isoprene) 與帶有吸電子基的親雙烯體 (Maleic anhydride) 在加熱條件下反應,應立即想到 Diels-Alder [4+2] 環加成反應。解題關鍵在於辨識產物為六元環己烯衍生物,並根據立體專一性與內向法則 (Endo rule),確保由 Maleic anhydride 形成的雙環系統交接處呈現順式 (cis) 立體化學。