114 年 國立成功大學化學研究所《有機化學》

核心觀念

• 酸度以酸的解離常數 $K_a$（或 $pK_a=-\log K_a$）衡量，$pK_a$ 越小酸性越強。
• 同族酸的酸度受 共軛鹼的穩定性 及 電荷分散、共鳴、誘電效應 影響。
• 在同一條件下，正電荷 的酸通常較弱（因共軛鹼帶負電較不穩定），而 能形成共鳴結構的共軛鹼 使酸更強。

解題方法

1. 直接查詢或記憶常見酸的 $pK_a$：
   • $\ce{CH3CH2OH}$（乙醇） $pK_a \approx 16$
   • $\ce{CH3COOH}$（醋酸） $pK_a \approx 4.76$
   • $\ce{NH4+}$（銨離子） $pK_a \approx 9.25$
   • $\ce{H3O+}$（水合氫離子） $pK_a \approx -1.74$
2. 依照 $pK_a$ 由大到小排列，即 酸度由弱至強：

$\ce{CH3CH2OH} < \ce{CH3COOH} < \ce{NH4+} < \ce{H3O+}$

選項分析

核心觀念

本題考查烷烴與羰基化合物在繞 $\text{C}-\text{C}$ 單鍵旋轉時的**構形分析（Conformational Analysis）與位能曲線（Potential Energy Diagram）**特徵。

1. 位能曲線的週期性與對稱性：
   • 旋轉軸兩端碳原子的對稱性決定位能曲線的週期與極值個數。
   • 若兩端碳原子各擁有三個互不相同的取代基（或不對稱排列），旋轉 $360^\circ$ 會產生 3 個能量極小值（交錯式，staggered）與 3 個能量極大值（重疊式，eclipsed），且可能因位阻不同而出現多種不同能量階層（如正丁烷丁烷 $\text{C}2-\text{C}3$ 旋轉）。
   • 若一端為具有三重對稱性的甲基（$-\text{CH}_3$），另一端為不對稱基團（如醛基 $-\text{CH}=\text{O}$，其 carbonyl carbon 為 $\text{sp}^2$ 混成，僅有兩個方向的鍵：$=\text{O}$ 與 $-\text{H}$），則繞該單鍵旋轉 $360^\circ$ 時，對應的重疊與交錯幾何構形及能量分佈週期會呈現特定特徵。
   • 乙醛（Ethanal, $\text{CH}_3-\text{CHO}$）繞 $\text{C}1-\text{C}2$ 鍵旋轉時，前端 $-\text{CH}_3$ 具備 $C_{3v}$ 局域對稱性，繞軸每轉 $120^\circ$ 即重複一次相同環境，故在 $0^\circ \sim 360^\circ$ 的旋轉中，具有3 個完全等高的能峰（重疊式）與 3 個完全等低的能谷（穩定交錯式），旋轉位能障礙約為 $1.17\text{ kcal/mol}$（或 $\sim 4.9\text{ kJ/mol}$）。
   • 丁烷（Butane）$\text{C}2-\text{C}3$ 旋轉則有不同高低的峰與谷（反式 anti 與鄰位交叉 gauche 能量不同；全重疊 syn-periplanar 與部分重疊 anticlinal 能量不同）。

解題方法

1. 分析圖形特徵：

   • 橫軸代表旋轉雙面角（Dihedral angle, $0^\circ \to 360^\circ$），縱軸代表相對位能。
   • 觀察曲線的波形：
     • 若曲線展現三個完全相同、等高度的能峰與等深度的能谷（即三重對稱之單純正弦波形週期曲線），表示每次旋轉 $120^\circ$ 遇到的空間位阻與扭轉張力（torsional strain）完全等同。
     • 若能峰與能谷有不同高度（例如：1 個最高峰、2 個次高峰；1 個最低谷、2 個次低谷），則是典型的正丁烷（Butane）$\text{C}2-\text{C}3$ 位能曲線。
   • 根據考卷原題經典圖形，該圖呈現出一個全重疊最高峰（$19\text{ kJ/mol}$ 或 $\sim 4.5\text{ kcal/mol}$）、兩個次高的重疊峰（$\sim 16\text{ kJ/mol}$ 或 $\sim 3.8\text{ kcal/mol}$）、兩個次穩定的鄰位交叉谷（gauche, $\sim 3.8\text{ kJ/mol}$ 或 $\sim 0.9\text{ kcal/mol}$）以及一個最穩定的反式谷（anti, $0\text{ kJ/mol}$）。此即為經典的丁烷 $\text{C}2-\text{C}3$ 單鍵旋轉位能圖。

2. 化學結構比對：

   • 丁烷（Butane）結構為 $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3$。
   • 沿 $\text{C}2-\text{C}3$ 鍵觀察時，兩端碳皆接有 $-\text{CH}_3$、$-\text{H}$、$-\text{H}$：
     • 雙面角 $180^\circ$ 為 anti 構形（兩甲基夾角 $180^\circ$），空間位阻最小，能量最低（定義為基準 $0$）。

核心觀念

本題考查：

• 官能基辨識：acetal、醇、胺。
• 醇與胺的級數分類。
• 手性中心與 $R/S$ 絕對構型。
• 芳香性對 $\pi$ 電子的離域穩定作用。

解題方法

逐一辨認 doxorubicin 結構中的官能基：

• Acetal 的中心碳連接兩個氧，容易在酸性水溶液中水解。
• 二級醇的形式為 $R_2CHOH$。
• 二級胺的形式為 $R_2NH$；若氮連接一個碳且帶有兩個氫，則為一級胺 $RNH_2$。
• 胺基所連接的碳若接有四種不同的基團，即為手性中心，再依 CIP 規則判定構型。

選項分析

A）正確

糖苷鍵所在的異頭碳連接環內氧與糖苷氧，形成 acetal moiety。Acetal 在酸性水溶液中會先被質子化，再經水解斷裂，因此對酸性條件敏感。

B）正確

圖中胺基所連接的碳接有：

1. $NH_2$；
2. 氫；
3. 沿糖環其中一側的碳鏈；
4. 沿糖環另一側的碳鏈。

四個取代基不同，所以是 asymmetric carbon。依圖中楔線、虛線及 CIP 優先序判定，其絕對構型為 $(S)$。

核心觀念

芳香性須同時符合：

1. 環狀結構。
2. 每個環原子具有連續重疊的 $p$ 軌域。
3. 分子大致共平面。
4. 環內 $\pi$ 電子數符合 Hückel rule：

若為平面且完全共軛的 $4n$ 個 $\pi$ 電子，則屬於反芳香性，不具芳香穩定性。

解題方法

逐一計算各選項環內的 $\pi$ 電子數：

選項分析

A

A 為帶負電荷的環丙烯基陰離子。環內包含一個雙鍵的 $2$ 個 $\pi$ 電子，以及負電荷孤電子對提供的 $2$ 個電子：

$4=4(1)$，不符合 $4n+2$；若為平面共軛結構，屬於反芳香性，因此錯誤。

B

B 為環戊二烯酮類結構。環內兩個雙鍵提供：

核心觀念

Diels–Alder 反應需要考慮前線分子軌域（FMO）：

• 丁二烯提供其最高佔據分子軌域（HOMO）。
• 乙烯提供其最低未佔據分子軌域（LUMO）。
• 丁二烯的 HOMO 是 $\psi_2$，具有一個節面，位於中央兩個碳原子之間。
• $\psi_2$ 的兩個末端碳原子相位相反，能與乙烯 LUMO 的兩端相位相反而形成建設性重疊。

解題方法

丁二烯有四個 $\mathrm{p}$ 軌域，其分子軌域依能量由低至高排列為：

其中：

• $\psi_1$：無節面
• $\psi_2$：一個節面
• $\psi_3$：兩個節面
• $\psi_4$：三個節面

因此，先找出圖中「中央有一個節面、兩端相位相反」的軌域，即為丁二烯 HOMO。依原圖排列，此軌域為 D。

核心觀念

原卷題幹問的是「哪些敘述正確」，本題正確選項為 A、C、D、E。

本題結合三個觀念：

• Bredt 規則：小型橋環中的橋頭碳受到骨架限制，難以形成一般烯烴所需的平面構形與良好 $p$ 軌域重疊，因此橋頭雙鍵具有高度張力。這類烯烴稱為 反 Bredt 烯烴（anti-Bredt olefin），可短暫生成並立即被捕捉。
• 氟離子誘發脫矽消去：氟離子與矽形成強的 $\mathrm{Si-F}$ 鍵，促使含矽前驅物消去，生成烯烴。
• Diels–Alder 反應：共軛雙烯與親雙烯體進行 $[4+2]$ 環加成，形成兩個新的碳－碳 $\sigma$ 鍵。

解題方法

先辨認反應物的 $\mathrm{Br}$ 與 $\mathrm{SiMe_3}$，再判斷生成的烯烴如何與蒽反應。

第一步：生成橋頭烯烴。
圖中的 $\mathrm{Me_4NF}$ 提供 $\mathrm{F^-}$。氟離子進攻矽，伴隨碳－矽鍵斷裂及 $\mathrm{Br^-}$ 離去，使原先帶有溴與三甲基矽基的相鄰碳形成雙鍵。整體可概括為：

此雙鍵包含橋頭碳，因此生成的是具有高度張力的反 Bredt 烯烴。

第二步：以蒽捕捉中間體。
蒽作為雙烯，反 Bredt 烯烴作為親雙烯體，進行 Diels–Alder 環加成。反應消耗高張力的橋頭 $\pi$ 鍵，得到圖中的多環產物。

選項分析

核心觀念

本題比較五種性質：

• 酸性：共軛鹼越穩定，酸性越強；鹼性越弱的物種，其共軛酸通常越強。
• 鹼性：比較孤電子對是否能自由接受質子。
• 親核性：屬於動力學概念，須考慮溶劑化效應。
• 親電性：酰基化合物的反應性與離去基能力有關。
• 疏水性：非極性碳氫骨架越大、極性官能基越少，疏水性越強。

選項分析

A）酸性：正確

左邊是質子化的環己醇 $\mathrm{C_6H_{11}OH_2^+}$，右邊是質子化的苯酚 $\mathrm{C_6H_5OH_2^+}$。

苯酚中氧原子的孤電子對可與芳香環共振，使苯酚的鹼性低於脂肪族醇。因此，苯酚的共軛酸 $\mathrm{C_6H_5OH_2^+}$ 酸性較強。

所以：

此選項正確。

B）鹼性：錯誤

左邊為吡咯，氮原子的孤電子對參與芳香性的 $6\pi$ 電子系統。若用此孤電子對接受質子，會破壞芳香性，因此吡咯是很弱的鹼。

右邊為脂肪族三級胺，氮的孤電子對未參與芳香共振，且烷基具有推電子效應，鹼性較強。

正確關係應為：

故題目所示「吡咯 > 三級胺」錯誤。

C）親核性：錯誤

親核性不能只看負電荷，還要考慮溶劑化。在水或極性質子溶劑中，體積小且電荷密度高的 $\mathrm{F^-}$ 會被溶劑分子強烈包覆，親核性受到抑制。

核心觀念

• 光學活性 (optical activity)：手性分子能使平面偏振光的振動平面旋轉，旋轉角度稱為 旋光度，其方向以 +（右旋） 或 ‑（左旋） 表示。
• 比旋光度 $[\alpha]$：$[\alpha]=\frac{\alpha}{c\;l}$，其中 $\alpha$ 為觀測旋光角，$c$ 為濃度 (g·mL$^{-1}$)，$l$ 為光程 (dm)。比旋光度的大小與符號皆可直接於儀器讀取。
• 對映異構體 (enantiomer)：互為鏡像且不可重疊的兩種手性分子，$R$ / $S$ 只描述立體構型，與光旋轉方向並不必然相同。
• 外消旋混合物 (racemic mixture)：等比例 ($1\!:\!1$) 的兩個對映異構體的混合，總旋光度為零。
• 不對稱催化 (asymmetric catalysis)：利用手性催化劑（配位金屬配合物、手性有機小分子等）將無手性起始物轉化為手性產物，產率與光學純度均可大幅提升。

解題方法

1. 針對每個選項，根據上述概念判斷其陳述的「真偽」。
2. 若涉及儀器功能（如 polarimeter），檢視其實際測量能力：僅測量旋光角（大小與符號），不直接給出絕對構型。
3. 檢查語句的限定詞（如「近 180°」或「任意混合」），判斷其是否符合化學常識。

選項分析

這題考驗對碳陽離子穩定性順序的理解。碳陽離子的穩定性主要受以下因素影響：

1. 取代基效應 (Substituent Effects)：
   • 烷基取代基：給電子效應 (inductive effect) 和超共軛效應 (hyperconjugation) 穩定碳陽離子。取代基越多，越穩定。
   • 共振效應 (Resonance Effect)：如果碳陽離子可以與相鄰的 pi 鍵（如苯環、雙鍵）形成共振，則負電荷可以分散，大大增加穩定性。
   • 吸電子基團：會使碳陽離子不穩定。
2. 軌域重疊：芳香性體系中的碳陽離子通常非常穩定。

我們需要分析每個選項中的碳陽離子，並比較它們的穩定性。

A) 苯基碳陽離子 (Benzyl carbocation)。苯環的 pi 電子可以與碳陽離子形成共振，分散正電荷。非常穩定。

B) 異丙基碳陽離子 (Isopropyl carbocation)。是一個二級碳陽離子，有兩個甲基提供超共軛穩定。穩定。

核心觀念

本題考消去反應的產物判斷，以及札伊采夫（Zaitsev）與霍夫曼（Hofmann）產物的區別。札伊采夫產物是較多取代、通常較穩定的烯烴；使用小體積強鹼時，通常較容易形成札伊采夫產物。體積較大的鹼則較常形成較少取代的霍夫曼產物。

解題方法

圖中的起始物是三級溴化物，溴連接的碳旁有 β 氫。乙氧基是小體積強鹼，在乙醇中促進消去反應；從 β 碳移除氫並同時脫去溴，可形成兩種烯烴：

• 從乙基一側移除 β 氫，得到選項 i，較多取代的內烯。
• 從甲基一側移除 β 氫，得到選項 ii，較少取代的端烯。

這題考驗對親電加成反應的產物預測，以及 Markovnikov 和 anti-Markovnikov 規則的應用。
反應物是 propene (丙烯)。
反應條件是 HCl。
這是一個烯烴與氫鹵酸的親電加成反應。

親電加成反應的機理是：

1. 烯烴的 pi 電子進攻 H+，形成碳陽離子。
2. 鹵離子 (Cl-) 進攻碳陽離子，形成鹵代烷。

對於丙烯 (CH3-CH=CH2)，當 H+ 加成到雙鍵時，會形成兩種可能的碳陽離子：

• 如果 H+ 加成到末端碳 (CH2)，則形成一個二級碳陽離子 (CH3-CH+-CH3)。
• 如果 H+ 加成到內部碳 (CH)，則形成一個一級碳陽離子 (CH3-CH2-CH2+)。

根據碳陽離子的穩定性，二級碳陽離子比一級碳陽離子更穩定。
因此，主要形成的碳陽離子是二級碳陽離子 CH3-CH+-CH3。
然後 Cl- 進攻這個二級碳陽離子，生成 2-氯丙烷 (CH3-CHCl-CH3)。

Markovnikov's Rule: 在烯烴與極性試劑（如 HX）的親電加成反應中，親電試劑 (如 H+) 的正極部分加成到雙鍵上取代基較多的碳原子上，負極

核心觀念

本題考查二級烷基碘在 $\mathrm{MeOH}$、加熱條件下的 SN1／E1 反應與碳正離子重排。

$\mathrm{I^-}$ 是良好離去基，甲醇是極性質子溶劑、弱親核試劑與弱鹼，因此先發生離子化：

其中 $C_1$ 為原本接 I 的碳，$C_2$ 為相鄰且接有 Me 的碳。

解題方法

初始形成的是位於 $C_1$ 的二級碳正離子。此正離子有兩條主要反應路徑：

1. 甲醇直接進攻 $C_1^+$，經去質子化形成 SN1 醚化產物。
2. $C_2$ 上的氫進行 1,2-氫轉移：

正電荷移至 $C_2$，形成三級碳正離子，再由甲醇進攻。加熱也使 E1 消除成為競爭反應。

選項分析

• A) Me 與 OMe 位於同一個環碳。此產物可由 $C_2$ 向 $C_1$ 進行 1,2-氫轉移，形成 $C_2$ 的三級碳正離子，再由甲醇進攻生成，因

核心觀念

E2 是協同消去反應，離去基與相鄰碳上的 β-H 必須呈**反式共平面（anti-periplanar）**排列。當底物具有立體中心時，E2 的立體專一性會使底物的立體化學決定烯烴的 $E/Z$ 組態。

解題方法

圖中底物的上方碳連有 $H$、$Br$、$Ph$，下方相鄰碳連有 $H$、$Me$、$Ph$；反應條件為鹼、E2。消去的是上方碳的 $Br$ 與下方碳的 β-H，兩個碳之間形成雙鍵。

沿著兩個碳的鍵畫 Newman 投影，將 $Br$ 與 β-H 轉到反式共平面位置。比較雙鍵兩端保留的高優先序基團：每一端的 $Ph$ 優先序都高於 $H$ 或 $Me$。在此反式消去構形中，兩個 $Ph$ 位於雙鍵同側，因此產物為 $Z$ 異構物。

選項分析

• (A) $(E)$-prop-1-ene-1,2-diyldibenzene：錯。 $E$ 表示雙鍵兩端的高優先序基團位於異側；本題反式消去後兩個 $Ph$ 同側。

核心觀念

本題考查烯烴的烷氧基汞化－去汞化反應。試劑 $\mathrm{Hg(OAc)_2}$、$\mathrm{MeOH}$，接著 $\mathrm{NaBH_4}$，使烯烴加上 $\mathrm{MeO}$ 與 $\mathrm{H}$；整體呈馬可尼可夫加成，且不經碳正離子重排。

解題方法

原圖的起始物是甲基環戊烯，甲基連在雙鍵其中一端的碳上；雙鍵另一端沒有甲基取代。反應條件為 $\mathrm{Hg(OAc)_2}$、$\mathrm{MeOH}$，再以 $\mathrm{NaBH_4}$ 處理。

先辨認兩個烯碳的取代程度：帶甲基的烯碳較多取代，因此甲醇提供的 $\mathrm{MeO}$ 加到這個碳；另一個烯碳則加上 $\mathrm{H}$。去汞化步驟以氫取代含汞基團，不會改變上述區域選擇性。故產物中 $\mathrm{OMe}$ 與原有的 $\mathrm{Me}$ 位於同一個環碳，符合選項 (A)。

選項分析

核心觀念

此題要綜合判讀質子核磁共振（¹H NMR）的化學位移、積分與氘交換：

• 積分代表各組訊號所對應的氫數。
• 化學位移可協助判斷氫附近的官能基。
• 與氧相連的羧酸氫可與 D₂O 交換，因此原訊號會消失；羧酸氫通常出現在較低場，約 δ 10–12。

解題方法

原卷圖中可讀到 δ 11 有一組積分為 1 的訊號，加入 D₂O 後消失；其餘訊號約為 δ 2.3（2H）、δ 1.6（2H）及 δ 0.9（3H）。這表示分子含一個可交換氫，且另外七個氫分為 2H、2H、3H 三組。

δ 11 的可交換氫符合羧酸氫。其餘三組訊號則符合直鏈丁酸的三段碳氫：羰基旁的 CH₂ 約在 δ 2.3，中央 CH₂ 約在 δ 1.6，末端 CH₃ 約在 δ 0.9。因此結構為 CH₃CH₂CH₂COOH。

原卷文字印為分子式 C₄H₈O，但選項 (E) 的丁酸分子式為 C₄H₈O₂；分子式文字與選項結構、NMR 資料不一致。依圖示訊號與選項結構判斷，答案為 (E)。

選項分析

核心觀念

本題考查共軛二烯與 HBr 的親電加成，以及動力學產物和熱力學產物的差異。共軛二烯被質子化後形成具有共振穩定性的烯丙基碳正離子，溴離子可在不同位置進攻，形成 1,2-加成與 1,4-加成產物。

低溫、短時間反應通常由活化能較低的路徑控制，主要得到動力學產物；較高溫度下若反應可逆，產物會趨向較穩定的熱力學產物。

解題方法

依原圖，起始物是 s-trans-1,3-丁二烯。在 $40\,^\circ\mathrm{C}$ 時，產物 a 為 85%、b 為 15%；在 $-80\,^\circ\mathrm{C}$ 短時間反應時，a 為 20%、b 為 80%。圖中也顯示將低溫產物升溫至 $40\,^\circ\mathrm{C}$。

由結構判讀，a 是 1,4-加成產物，b 是 1,2-加成產物。低溫短時間以 b 為主，表示 b 是動力學產物；升溫後 a 的比例增加，表示 a 是熱力學產物。形成 a 的碳碳雙鍵位置較有利，產物較穩定。

選項分析

核心觀念

本題考 β-內醯胺的環張力、醯基取代反應，以及反應熱力學與反應速率的區別。判斷熱力學時使用 $\Delta G=\Delta H-T\Delta S$；但「不可逆」描述的是反應在特定時間尺度下難以逆轉的動力學性質，不能單獨用來判定 $\Delta G$ 的正負。

解題方法

圖中青黴素的鍵 a 是 β-內醯胺環中的醯胺鍵，鍵 b 是側鏈醯胺鍵。反應後，β-內醯胺環開環，原本位於鍵 a 的羰基碳與 transpeptidase 的 Ser¹⁹⁵ 氧形成酯鍵；鍵 b 則保留。

判斷選項的關鍵，是辨認 β-內醯胺開環會釋放環張力。β-內醯胺的小環使其反應性高；形成酶－青黴素共價加合物時，開環帶來的張力釋放是本題判斷放熱的依據，因此 $\Delta H<0$。

選項分析

• (A) 錯。 醯胺通常因氮的孤電子對與羰基共振而比酯有較強的共振穩定化。此反應的驅動因素不能簡化成「酯鍵比醯胺鍵穩定」；關鍵在於 β-內醯胺環開環並釋放環張力。

核心觀念

本題考羧酸衍生物的親核醯基取代，以及酯化與酯交換。判斷時要看醯基是否容易受親核試劑攻擊，以及離去基能否穩定存在。羧酸遇到強鹼乙氧基離子時，優先發生酸鹼反應形成羧酸根；羧酸根因共振穩定而不易再被乙氧基離子轉成酯。

解題方法

圖中各選項都是把羧酸衍生物轉成乙酯：A、C 是甲酯轉乙酯；B、D 是丙酸轉乙酯；E 是硫酯轉乙酯。逐一檢查試劑是否能提供酯交換所需的醇解條件，或是否會先發生酸鹼反應。

選項分析

• (A) 可行。 甲酯在乙氧基離子作用下進行酯交換，乙氧基進攻羰基，甲氧基離去，生成乙酯。反應可用親核醯基取代理解。
• (B) 不可行，為本題答案。 丙酸會先與乙氧基離子進行酸鹼反應，生成丙酸根與乙醇：

核心觀念

本題考傅-克烷基化（Friedel–Crafts alkylation）與烷基的定位效應。苯環接上第一個甲基後成為甲苯；甲基會活化苯環，並使後續親電芳香取代主要發生在甲基的鄰位或對位，不能由甲苯直接甲基化得到間二甲苯。

解題方法

圖中反應物是苯，試劑為 $\mathrm{CH_3Br/AlCl_3}$。選項中，A、B 是二甲苯的不同位置異構物；C 也是二甲苯；D、E 則是有更多甲基取代的苯環。逐一判斷第二個甲基能否由甲苯的鄰、對位定位效應導入，再檢查較多甲基的結構能否由後續甲基化形成。

選項分析

核心觀念

這題考環己烷椅式構形中，取代基的軸向／赤道向與同面／異面關係。對於 $1,3$-二取代環己烷，兩個取代基若為 cis，同一椅式中可以同時處於軸向，也可以同時處於赤道向。體積較大的取代基通常偏好赤道向，以減少 $1,3$-雙軸向排斥。

解題方法

題目指定 $1$ 位有 tert-butyl、$3$ 位有 methyl，兩者為 cis；未提供楔形鍵或虛線鍵來指定朝上或朝下，因此只需畫出一個符合 cis 且最穩定的椅式構形。

在同一椅式中，$1$、$3$ 位的赤道向鍵可指向同一面。將兩個取代基都放在赤道向，並令兩者同朝下，即符合 cis：

核心觀念

環己烷進行 $E2$ 消去時，離去基與 β-氫必須呈反式共平面排列；在椅式構形中，這代表離去基與 β-氫都要處於軸向，且方向相反，稱為反式雙軸消去。

解題方法

原圖中，Br 與右上方甲基都是實心楔形鍵，朝向同一側；下方甲基是虛線楔形鍵，朝向另一側。將環翻轉至 Br 為軸向的椅式構形後，右上方甲基為赤道向，該碳仍有一個軸向 β-氫；下方甲基則為軸向，所在碳沒有可供消去的軸向 β-氫。

解題方法

圖中烯烴的雙鍵兩端各連一個乙基，兩個乙基位於雙鍵同側，因此起始物是順式（$Z$）-3-己烯。試劑為 $\mathrm{CHBr_3}$、$\mathrm{NaOH}$ 與 $\mathrm{H_2O}$。

核心觀念

此反應以二溴卡賓 $\mathrm{:CBr_2}$ 對烯烴進行環丙烷化。卡賓加成會保留烯烴原有的相對立體化學：雙鍵同側的取代基在環丙烷產物中仍位於同一面。

解題推導

核心觀念

本題考芳香族親電取代反應（EAS）的定位效應。濃硫酸與硝酸生成硝鎓離子 $\mathrm{NO_2^+}$，作為硝化反應的親電試劑。乙醯胺基 $\mathrm{-NHCOCH_3}$ 是鄰、對位定位基；溴雖使芳環去活化，仍是鄰、對位定位基。

解題方法

圖中起始物是對位帶溴的乙醯苯胺：乙醯胺基在苯環一號位，溴在四號位；反應條件為 $\mathrm{H_2SO_4、HNO_3}$。

核心觀念

本題考察 霍夫曼消去反應：胺經甲基化形成季銨鹽，再以氧化銀轉成季銨氫氧化物；加熱時發生類似 $E2$ 的消去，斷裂一條碳—氮鍵並形成烯烴。此類消去通常以形成較少取代的烯烴為主要方向。

解題方法

圖中是帶有兩個甲基取代基的環狀二級胺，氮上標有氫；條件依序為 $\mathrm{MeI}$、$\mathrm{Ag_2O}$、加熱，題目沒有指定楔形或虛線立體鍵。依霍夫曼消去判斷環開裂與雙鍵位置，主要產物為末端烯烴，同時保留三級胺。

反應推導

核心觀念

本題考查 Wittig 烯化反應：醛或酮的羰基碳與磷葉立德的碳形成碳碳雙鍵，羰基氧則轉化為三苯基氧化膦。

解題方法

圖中起始物是兩側各連一個乙基的酮；產物雙鍵的一端連著兩個乙基，另一端連著一個甲基與一個氫。將羰基碳與葉立德碳對應，即可決定所需試劑。

羰基碳保留原本連接的兩個乙基；另一端必須提供 $\mathrm{CHCH_3}$，因此 Wittig 試劑為：

反應的碳骨架對應可寫成：

核心觀念

本題考羧酸轉化為醯氯。羧酸的 $\mathrm{-COOH}$ 可用亞硫醯氯 $\mathrm{SOCl_2}$ 轉成 $\mathrm{-COCl}$；反應會放出 $\mathrm{SO_2}$ 與 $\mathrm{HCl}$。

解題方法

圖中起始物是對位帶有乙醯氧基（$\mathrm{-OCOCH_3}$）與羧酸基（$\mathrm{-COOH}$）的苯環；

核心觀念

本題考酸性條件下的環氧開環，以及分子內烯烴對碳正離子的環化。判斷重點是：環氧開環後形成的碳正離子位置、烯烴哪一端形成新鍵，以及後續水捕捉碳正離子的區域選擇性。

解題方法

原圖的反應物是含環氧基與烯烴的同一分子：烯烴為末端亞甲基，另一端的烯碳帶有甲基；產物形成五員環，並保留環氧氧所形成的末端羥基。機構依序是環氧質子化、開環、分子內烯烴環化、水捕捉碳正離子，最後去質子化。

1. 質子化環氧氧。
   環氧氧的孤電子對接受 $H^+$，形成質子化環氧，使環氧的 C–O 鍵更容易斷裂。

2. 環氧開環。
   質子化環氧中，連接較取代環氧碳的 C–O 鍵斷裂，鍵電子回到氧。氧留在較少取代的環氧碳上，形成中性的羥基；較取代的環氧碳則形成碳正離子。

核心觀念

本題考碳正離子重排與 SN1 溶媒解。底物中的溴離去後形成碳正離子；鄰近小環的 $\sigma$ 鍵遷移可使環擴大並重新排列骨架。甲醇捕捉重排後的碳正離子，最後失去質子形成甲醚。

解題方法

圖中起始物是帶溴的雙環骨架，含有張力較大的四員環；產物則是重排後的雙環甲醚。反應條件為甲醇、加熱，適合先考慮離子化，再檢查是否有能釋放環張力的鄰近鍵遷移。

反應機構

1. 溴離去： $\mathrm{C-Br}$ 鍵異裂，溴以 $\mathrm{Br^-}$ 離去，在原連溴碳形成碳正離子。
2. 環擴大重排： 鄰近四員環的 $\mathrm{C-C}$ $\sigma$ 鍵遷移至碳正離子中心。

核心觀念

本題考查分子內羥醛縮合：鹼先移除酮的 $\alpha$-氫，形成烯醇負離子；烯醇負離子進攻分子內另一個羰基，形成新的碳碳鍵與環狀 $\beta$-羥基酮。接著經 E1cb 脫水，生成共軛烯酮。

解題方法

圖中起始物是兩端皆為末端炔的直鏈化合物 $\mathrm{HC{\equiv}C(CH_2)_4C{\equiv}CH}$。在 $\mathrm{HgSO_4/H_2SO_4}$ 下水合並互變異構後，形成 $\mathrm{CH_3CO(CH_2)_4COCH_3}$；題目要求畫的是後續 $\mathrm{NaOH}$ 步驟的機構。

將二酮一端的羰基碳記為左端羰基，從它往右數，緊鄰的第一個亞甲基是 $\alpha$-碳。由此處形成的烯醇負離子進攻另一端羰基，可以讓新形成的鍵閉合成五員環。

反應機構

1. 形成烯醇負離子並關環

$\mathrm{OH^-}$ 移除左端羰基旁、位於碳鏈內側的 $\alpha$-氫，形成烯醇負離子。其碳端進攻另一端的羰基碳，羰基 $\pi$ 電子移至氧，形成五員環的烷氧負離子。

核心觀念

本題要把叔丁基苯轉成對位帶正丁基的產物，同時避免芳香環發生多次烷基化。直接用傅–克烷基化引入正丁基，容易因烷基活化芳香環而過度烷基化，也可能發生碳正離子重排；改用傅–克醯基化，再把羰基還原成亞甲基，可控制只引入一個側鏈，並保留正丁基骨架。

解題方法

圖中起始物是叔丁基苯；產物的正丁基位於叔丁基的對位，兩個取代基之間沒有楔形或虛線立體鍵的標示。先以丁醯氯進行傅–克醯基化，叔丁基導向對位取代；再將芳香酮的羰基還原為亞甲基：

核心觀念

這題考烯烴的反馬可尼可夫加成與一級醇氧化。起始物是環戊烷環上帶有外環雙鍵的亞甲基環戊烷；產物是在環上直接連接羧基的環戊烷甲酸。

解題方法

亞甲基環戊烷的雙鍵一端是環上的較取代碳，另一端是末端的 $CH_2$。先以氫硼化氧化將 $OH$ 放到末端碳，生成環戊基甲醇；再把一級醇氧化成羧酸。

1. $BH_3\cdot THF$；接著以 $H_2O_2,\ NaOH$ 氧化，得到環戊基甲醇（環上連接 $CH_2OH$）。

核心觀念

本題考查端炔形成炔負離子後的碳碳鍵形成，以及醇羥基的保護。若直接讓端炔與帶有游離羥基的溴乙醇反應，強鹼會先被羥基的氫消耗；即使形成炔負離子，也會被羥基質子化。因此要先保護羥基，再進行炔負離子烷基化。

解題方法

依原圖，起始物是 $\mathrm{CH_2{=}CH{-}CH_2{-}C{\equiv}CH}$，烯鍵與炔鍵之間有一個亞甲基；另一反應物是 $\mathrm{BrCH_2CH_2OH}$。目標物為 $\mathrm{CH_2{=}CH{-}CH_2{-}C{\equiv}C{-}CH_2CH_2OH}$，需在端炔碳上接上 $\mathrm{-CH_2CH_2OH}$，並保留原有的烯鍵與中間亞甲基。

1. **保護溴乙醇的羥基：**以 $\mathrm{TBSCl}$、咪唑處理 $\mathrm{BrCH_2CH_2OH}$，得到 $\mathrm{BrCH_2CH_2OTBS}$。
2. **形成炔負離子並烷基化：**以 $\mathrm{NaH}$ 在無水 THF 中處理端炔，使其失去端炔氫；再加入 $\mathrm{BrCH_2CH_2OTBS}$。炔負離子對一級溴化物進行 $\mathrm{S_N2}$ 取代，形成新的碳碳鍵。
3. **去除保護基：**以 $\mathrm{TBAF}$ 處理，移除 TBS 保護基，得到目標醇。