112 年 國立臺灣聯合大學系統（清華、政治、陽明交通、中央四校聯招）研究所化學類《有機化學》

核心觀念

Diels–Alder 反應是共軛二烯與親雙烯體進行的協同環加成反應。二烯必須具有連續共軛的 $4\pi$ 電子系統，並採取 $s$-順式（$s$-cis）構形，才能讓兩端碳原子靠近並形成新鍵。

在其他條件相同時，烷基等給電子取代基可提高二烯的電子密度與最高佔據分子軌域能量，通常使二烯更容易與親雙烯體反應。

解題方法

先檢查各選項是否為共軛二烯，再比較符合條件者的電子豐富程度：

1. Diels–Alder 反應的二烯需有 $1,3$-共軛結構，並能採取 $s$-順式構形。
2. 排除非共軛或累積雙鍵的選項。
3. 比較剩下的共軛二烯；帶有烷基給電子基的二烯通常比未取代的丁二烯更活潑。

符合條件且帶有兩個甲基取代基的是 2,3-二甲基-1,3-丁二烯，因此它的反應性最高。

選項分析

• (A) 1,3-丁二烯： 為共軛二烯，且可採取 $s$-順式構形，能進行 Diels–Alder 反應。不過它沒有烷基給電子取代基，反應性低於選項 (C)。

核心觀念

親核性是親核試劑進攻親電中心的速率能力，屬於動力學概念；鹼性則是接受質子的能力，屬於平衡概念。兩者常有關聯，但不能視為相同性質。

在雙分子親核取代反應（$\mathrm{S_N2}$）中，速率定律為：

在其他條件相同時，親核試劑越強，$\mathrm{S_N2}$ 反應通常越快。不過，親核性還受溶劑、位阻及親電底物結構影響。

解題方法

逐一判斷各敘述是否符合親核性的定義與影響因素。重點是辨認 always（總是） 這類絕對敘述：強鹼的鹼性雖強，但若體積龐大，進攻碳原子會受到位阻阻礙，親核性便不一定強。

選項分析

(A) 正確。 親核性與鹼性不一定平行。例如，在質子性溶劑中，鹵離子的親核性順序常為 $\mathrm{I^- > Br^- > Cl^- > F^-}$，鹼性順序則大致相反。兩者的差異來自溶劑化等因素對反應速率的影響。

核心觀念

Claisen 縮合是酯的 α-碳在鹼作用下形成烯醇負離子，接著進攻另一分子酯，經親核醯基取代形成 β-酮酯。反應所用的醇鹽鹼，通常要與酯的烷氧基相同：乙酸乙酯搭配乙醇鈉，甲酸甲酯搭配甲醇鈉。

這項搭配可避免醇鹽進攻酯的羰基，造成酯交換（transesterification）。

解題方法

乙酸乙酯的烷氧基是乙氧基 $-\mathrm{OCH_2CH_3}$，因此標準搭配是乙醇鈉。反應中乙醇鈉移除乙酸乙酯 α-碳上的氫，形成烯醇負離子；烯醇負離子進攻另一分子乙酸乙酯，最後排出乙氧基，生成乙醯乙酸乙酯。

若改用甲醇鈉，甲氧基可進攻乙酸乙酯的羰基，並使乙氧基離去，將乙酸乙酯轉成乙酸甲酯。這種酯交換會改變反應物的酯基，增加產物混雜及分離問題，因此不適合用於此反應。

選項分析

核心觀念

題目考的是反應在給定條件下能否建立正、逆向平衡。判斷時要看生成物是否被移出平衡，或是否形成在該條件下不易回到反應物的穩定物種。

鹼促進酯水解的總反應為：

生成的羧酸根在鹼性溶液中以離子形式存在；要重新形成酯，須先把羧酸根轉成羧酸，再進行酯化。因此，鹼促進酯水解通常視為不可逆。這就是皂化反應的特徵。(OpenStax：酯的化學)

解題方法

逐項判斷反應在其典型條件下是否能逆向進行。特別留意產物是否轉成穩定的離子；若是，逆反應通常需要改變反應條件，不能在原條件下直接回到反應物。

選項分析

(A) Base-promoted ester hydrolysis：不可逆，正確答案。
鹼促進酯水解生成羧酸根與醇。羧酸根不會在鹼性條件下直接與醇形成酯，故反應向水解方向進行，通常視為不可逆。

(B) Acid-catalyzed ester hydrolysis：可逆。
酸催化酯水解與 Fischer 酯化互為逆反應：

改變水或醇的相對用量，可以使平衡偏向水解或酯化方向。

核心觀念

本題結合分子式、不飽和度、紅外光譜（IR）與氫核磁共振（${}^{1}\mathrm{H}$ NMR）判斷酯類結構。

由分子式 $\mathrm{C_6H_{12}O_2}$ 計算不飽和度：

唯一的不飽和度可由酯基中的羰基 $\mathrm{C=O}$ 解釋。IR 在約 $1740\ \mathrm{cm^{-1}}$ 的強吸收也符合酯類羰基的特徵。

${}^{1}\mathrm{H}$ NMR 的訊號數反映不同的氫環境；訊號裂分則與相鄰碳上的氫有關。若一組氫周圍沒有可造成裂分的相鄰氫，常呈現單峰（singlet）。

解題方法

先用 IR 確認羰基，再以 NMR 的化學位移與訊號型態判斷各選項的氫環境。

$\delta=1.2\ \mathrm{ppm}$ 的單峰符合彼此等效、且鄰近沒有氫的叔丁基甲基，共 $9$ 個氫。$\delta=3.6\ \mathrm{ppm}$ 的單峰符合酯中的甲氧基 $\mathrm{-OCH_3}$，共 $3$ 個氫；氧原子的吸電子效應使甲氧基氫的訊號往低場移動。

因此，結構應含有 $\mathrm{(CH_3)_3C-C(=O)-OCH_3}$，也就是甲基新戊酸酯（methyl pivalate）。

選項分析

(A) Isopropyl propionate：錯誤。
異丙基上的 $\mathrm{OCH(CH_3)_2}$ 會出現甲基雙峰與次甲基七重峰；

核心觀念

異構物具有相同分子式，但結構不同。構造異構物的原子連接方式不同；立體異構物的連接方式相同，只有空間排列不同。構象異構物則是同一分子繞單鍵旋轉所形成的不同構象。

解題方法

圖中兩個 Newman 投影都表示相鄰的兩個碳：左圖前碳連有 Et、H、H，後碳連有 OH、H、Et；右圖前碳連有 Et、Et、H，後碳連有 OH、H、H。每個 Et 含兩個碳，因此兩者的分子式都是 $C_6H_{14}O$。

將取代基還原為連接結構：

• 左圖：$HO-CH(Et)-CH_2-Et$，羥基碳連著一個 Et 與一個 $CH_2Et$。
• 右圖：$HO-CH_2-CH(Et)_2$，羥基碳是 $CH_2OH$，相鄰碳連著兩個 Et。

兩者雖然分子式相同，但原子的連接方式不同，因此是構造異構物。

選項分析

核心觀念

本題考兩個判讀：質子所處的化學環境決定化學位移 $\delta$；與鄰近不等價質子的耦合，則決定訊號分裂。判斷分裂時，可先依相鄰等價質子數用 $n+1$ 規則，再考慮不同組質子的耦合。

解題方法

圖中可讀出結構為 $\mathrm{HO{-}CH_2(H_a){-}CH_2(H_b){-}CH_2(H_c){-}CH_2(H_d){-}C{\equiv}C{-}H_e}$；題目並指明羥基質子訊號在 $2.4\ \mathrm{ppm}$、呈單峰。$H_d$ 位於炔鍵旁，是炔丙位亞甲基，其化學位移約在 $2.2\ \mathrm{ppm}$。它與相鄰的 $H_c$ 兩個質子耦合，形成三重峰；也與末端炔氫 $H_e$ 有遠程耦合，進一步分裂為雙重峰，因此訊號為三重峰的雙重峰（triplet of doublet）。

選項分析

• (A) 錯。 $H_a$ 位於羥基旁，化學位移通常約 $3.5$–$3.8\ \mathrm{ppm}$，不會是 $2.5\ \mathrm{ppm}$。它主要與相鄰 $H_b$ 的兩個質子耦合，呈三重峰。
• **(B) 錯。

核心觀念

$S_\mathrm{N}1$ 反應的速率決定步驟是碳—離去基鍵異裂，形成碳正離子，因此速率主要受兩項因素影響：

1. 碳正離子的穩定性：烷基取代通常能以誘導效應與超共軛穩定碳正離子；一般趨勢為三級 $>$ 二級 $>$ 一級 $>$ 甲基。
2. 離去基能力：同一烷基骨架下，$\mathrm{I^-}$ 比 $\mathrm{Br^-}$ 更容易離去，因此碘化物通常比相應溴化物更容易進行 $S_\mathrm{N}1$。

速率式可表示為：

解題方法

先比較各化合物離去後形成的碳正離子，再比較離去基。

• (i) $\mathrm{MeI}$：形成甲基碳正離子，極不穩定；雖然 $\mathrm{I^-}$ 是良好離去基，仍是最不利於 $S_\mathrm{N}1$ 的一項。
• (ii) $\mathrm{nBuBr}$：形成一級正丁基碳正離子，穩定性低；離去基為 $\mathrm{Br^-}$。
• (iv) $\mathrm{iBuBr}$：同樣形成一級碳正離子，但分子在相鄰碳上有支鏈，烷基的給電子效應可稍微穩定正在形成的正電中心，因此比 $\mathrm{nBuBr}$ 容易一些。
• (v) $\mathrm{iBuI}$：碳骨架與 (iv) 相同，但 $\mathrm{I^-}$ 比 $\mathrm{Br^-}$ 更容易離去，因此比 $\mathrm{iBuBr}$ 活潑。
• (iii) $\mathrm{tBuI}$：形成三級碳正離子，受三個烷基穩定，且碘離子是良好離去基，因此最活潑。

綜合上述因素，反應性由低至高為：

核心觀念

芳香性需同時符合：環狀、近似平面、環上每個原子都有可連續重疊的 p 軌域，並符合休克爾規則，亦即環狀共軛系統含有 $4n+2$ 個 $\pi$ 電子。若共軛中斷，就不具芳香性；若平面環狀共軛系統有 $4n$ 個 $\pi$ 電子，則屬反芳香性。

解題方法

圖中 A 是帶兩個氯的環丙烯；B 是帶負電的七員環，含三個雙鍵；C 是由三個硼與三個氧交替組成、各硼連有甲基的環；D 是含氧六員環，環上有兩個雙鍵；E 是含羰基與兩個雙鍵的五員環。逐一檢查各環是否連續共軛，再計算環狀共軛系統的 $\pi$ 電子數。

選項分析

• (A) 錯。 帶兩個氯的環碳形成四個單鍵，為 $sp^3$ 碳，沒有可供環上連續共軛的 p 軌域，因此不具芳香性。
• **(B) 錯。

核心觀念

自由基氯化的產物比例取決於兩個因素：某類氫的數目，以及該類氫被取代的相對反應性。因此，各類氫形成產物的相對量為：

本題給定三級、二級、一级氫的相對反應性為 $5:3:1$。計算出各產物的相對量後，再除以總相對量，即可得到百分比。

解題方法

異戊烷的結構為 $\mathrm{CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3}$。依氫原子所在的碳分類：

• 三級氫：中央的 $\mathrm{CH}$ 上有 $1$ 個，反應性為 $5$。
• 二級氫：$\mathrm{CH_2}$ 上有 $2$ 個，反應性為 $3$。
• 一级氫：兩個連在中央碳上的等效 $\mathrm{CH_3}$ 共 $6$ 個；末端另一個 $\mathrm{CH_3}$ 有 $3$ 個，反應性均為 $1$。

各產物的相對量如下：

核心觀念

$pK_a$ 越小，質子越容易解離，酸性越強。比較不同位置的 $pK_a$，可先移去各標示氫，再看共軛鹼能否透過共振或其他效應穩定；共軛鹼越穩定，該氫的 $pK_a$ 越低。

解題方法

依原圖，$H_b$ 位於酮與酯羰基之間；$H_e$ 是末端羥基的氫；$H_d$ 是左側酮羰基旁甲基上的氫；$H_c$ 是芳香環上的氫；$H_a$ 是丙基酯側鏈末端烷基上的氫。

逐一比較它們形成的共軛鹼：

• $H_b$：去質子後形成的負電荷可在酮羰基與酯羰基間共振穩定，屬於 β-酮酯的 α 氫，$pK_a$ 約為 $11$。
• $H_e$：去質子後形成烷氧負離子，醇氫的 $pK_a$ 約為 $16$。
• $H_d$：去質子後形成的烯醇負離子可與酮羰基共振，酮的 α 氫 $pK_a$ 約為 $20$。
• $H_c$：芳香環上的碳氫鍵沒有羰基共振穩定，$pK_a$ 約為 $43$。
• $H_a$：一般烷基碳氫鍵形成的共軛鹼缺乏共振穩定，$pK_a$ 約為 $50$。

因此遞增順序為：

選項分析

核心觀念

判斷兩個分子是否為立體異構物，先比較原子連接方式，再比較各手性中心的絕對構型：

• 連接方式不同，是構造異構物。
• 連接方式相同，且所有手性中心都互為相反構型，是對映異構物。
• 連接方式相同，但只有部分手性中心構型不同，是非對映異構物。
• 連接方式與所有手性中心構型都相同，則為同一化合物。

解題方法

圖中 I、II 都是六碳鏈，連接方式均為 2-溴-4-氯己烷：兩者的溴都在 C2、氯都在 C4。I 以楔形鍵和虛線鍵表示立體方向；II 是 Fischer 投影式，其中水平鍵朝向觀察者，垂直鍵背向觀察者。

依 CIP 規則排列各手性中心的優先序，再判定 R/S。判讀時，若最低優先序基團朝後，$1\to2\to3$ 順時針為 R、逆時針為 S；若最低優先序基團朝前，則將判定結果反轉。

• **I 的 C2：**優先序為 Br ＞通往 C3 的碳鏈 ＞甲基 ＞H。Br 為實心楔形鍵，H 朝後；依圖判定為 2S。
• **I 的 C4：**優先序為 Cl ＞通往帶溴碳的一側 ＞乙基 ＞H。通往帶溴碳的一側優先於乙基，因為沿該方向比較可先遇到含 Br 的碳；Cl 為虛線鍵，H 朝前，反轉判定後為 4S。因此 I 是 (2S,4S)。

核心觀念

本題考反應試劑與底物結構的對應關係，以及產物的連接方式與立體化學。判斷時要追蹤哪些鍵形成或斷裂，也要確認取代基位置和楔線、虛線所代表的立體關係。

解題方法

圖中 (A) 是溴代環己烷依序與 $\mathrm{NaCN}$、酸性水反應；(B) 是環戊烯酮與呋喃加熱，再以 $\mathrm{NaBH_4/CeCl_3\cdot7H_2O}$ 還原；(C) 是甲基取代環戊烯先環氧化，再以 $\mathrm{NaOH}$ 開環；(D) 是甲基取代的末端炔先以 $\mathrm{NaNH_2}$ 去質子化，加入環戊酮，最後用 $\mathrm{Ac_2O}$ 處理；(E) 是烯丙基苯醚加熱。逐一比對各步反應應有的產物，再核對圖示的連接方式與立體化學。

選項分析

• (A) 錯。 $\mathrm{CN^-}$ 取代溴後，新增的是一個碳，產物為環己基腈；酸性水解腈會形成羧酸，因此最後應是環己甲酸，而不是圖示的環己醇。

• (B) 錯。 呋喃與環戊烯酮加熱進行狄爾斯–阿爾德反應，生成含氧橋的雙環加成物；接著 $\mathrm{NaBH_4/CeCl_3\cdot7H_2O}$ 還原羰基，得到相應醇。

核心觀念

判斷環狀共軛分子的芳香性，先確認環上有連續的 $p$ 軌域，再以休克爾規則計算 $\pi$ 電子數：

• 環狀、連續共軛且近似平面的分子，若有 $4n+2$ 個 $\pi$ 電子，符合芳香性條件。
• 若有 $4n$ 個 $\pi$ 電子，在平面且完全共軛時屬反芳香性，不符合芳香性。

$n$ 為非負整數。Annulene 的方括號數字代表環上的碳原子數；在題目所指的全共軛 annulene 中，每個環碳提供一個 $\pi$ 電子。

解題方法

逐一把各選項的環碳數視為 $\pi$ 電子數，檢查能否寫成 $4n+2$。

其中 $[16]$Annulene 有 $16$ 個 $\pi$ 電子：

因此符合 $4n$ 電子數，而非 $4n+2$，不預期具有芳香性。若它呈平面且完全共軛，會具有反芳香性；實際分子可藉由偏離平面來避免反芳香性，但這不會使它成為芳香性分子。

選項分析

解題方法

圖中起始物是帶有 $\beta$-氟取代基的環戊酮；加入 $\mathrm{NaOAc}$ 後生成環戊烯酮。接著，環戊烯酮經步驟（ii）轉成環擴大的不飽和內酯；步驟（iii）則以 $\mathrm{KOtBu}$ 和苄基二甲基鋶鹽進行反應，產物選項分別畫成環氧化物與環丙烷。

核心觀念

• 步驟（i）是 E1cb 消除。 E1cb 先移除羰基 $\alpha$ 位的氫，形成受羰基穩定的烯醇負離子，再由相鄰碳排出氟離子，形成共軛烯酮。氟離子是較差的離去基，且中間體可由羰基穩定，符合 E1cb 的特徵。
• 步驟（ii）是 Baeyer–Villiger 氧化。 過酸 $\mathrm{CF_3C(O)OOH}$ 可將酮氧化成酯；在環狀酮中，氧插入羰基碳與相鄰碳之間，使環擴大一個原子，生成內酯。圖中產物正是環擴大的不飽和內酯。
• 步驟（iii）是硫葉立德的環丙烷化。 $\mathrm{KOtBu}$ 使苄基二甲基鋶鹽去質子化，形成硫葉立德；它對共軛雙鍵進行加成並閉環，生成環丙烷。

選項分析

核心觀念

立體生成中心是指：交換其兩個取代基後，會形成不同立體異構物的原子。常見情形是連接四種不同取代基的四面體碳；磷原子若連接四種不同的基團，也可構成立體生成中心。

解題方法

圖中 Remdesivir 的糖環部分有四個立體生成碳，其中包含帶有氰基的碳；磷酸胺酯的磷原子連接四種不同的基團；丙胺酸部分的 α-碳也連接四種不同的基團。因此總數為

左下方酯基的支鏈碳連接兩個相同的乙基，不是立體生成中心。

選項分析

核心觀念

本題考查芳香族親電取代反應的定位效應、Friedel–Crafts 烷基化的適用性，以及烷基苯側鏈氧化。

甲基是活化苯環的鄰、對位定位基；硝基則是強烈去活化的間位定位基。高錳酸鉀在鹼性、加熱條件下可將具有苄位氫的烷基側鏈氧化成羧酸，酸化後得到苯甲酸衍生物。

解題方法

先安排能建立甲基側鏈的步驟，再進行硝化以形成鄰、對位異構物，分離出對位產物，最後氧化甲基側鏈：

核心觀念

本題比較的是芳香性所帶來的穩定程度。判斷芳香性的基本條件是：環狀、近似平面、具有連續共軛，且符合休克爾規則 $4n+2$ 個 $\pi$ 電子。

題目列出噻吩（i）、苯（ii）、吡咯（iii）與呋喃（iv）。四者皆有 $6$ 個 $\pi$ 電子：苯由三個雙鍵提供；其餘三種五員雜環則由兩個雙鍵提供 $4$ 個，另由雜原子的一對孤電子提供 $2$ 個。

解題方法

依原卷第 21 題，四個化合物以名稱列出，分別是噻吩、苯、吡咯與呋喃，沒有另附結構圖。先確認它們都符合芳香性所需的 $6$ 個 $\pi$ 電子，再比較芳香穩定化程度。

苯的芳香穩定化最強。三種五員雜環中，常用的芳香穩定化排序為噻吩高於吡咯、吡咯高於呋喃；因此整體順序為：

換成題目編號，即 $\mathrm{ii>i>iii>iv}$，對應選項（A）。

選項分析

核心觀念

本題考查 Wittig 反應與其變體 Horner–Wadsworth–Emmons（HWE）反應的試劑、反應中間體及烯烴立體選擇性。

Wittig 反應以羰基化合物和磷葉立德反應，將羰基的碳氧雙鍵轉換成碳碳雙鍵：

其中 $\ce{Ph3P=CR'R''}$ 是由三苯基膦 $\ce{Ph3P}$ 製備的磷葉立德；三苯基膦不是三苯基亞磷酸酯。

HWE 反應則以膦酸酯為磷試劑來源，常用鹼形成碳負離子後與羰基反應；一般以生成 $(E)$-烯烴為主。

解題方法

逐項檢查反應物名稱、HWE 使用的磷試劑，以及氧雜磷雜環丁烷中間體與產物的立體化學。只要某選項中的關鍵敘述錯誤，整個選項即不成立。

選項分析

(A) 錯誤。
Wittig 反應是羰基化合物與磷葉立德反應。

核心觀念

本題比較不同羧酸衍生物與格氏試劑（Grignard reagent, $\mathrm{RMgX}$）的反應性。前三種酰基衍生物的順序，主要由羰基碳的親電性、取代基的共振給電子能力，以及離去基的能力決定：

醯胺的氮原子能強烈共振給電子，使羰基碳的親電性降低；此外，胺基也不是良好的離去基，因此醯胺的酰基反應性低。

羧酸則有一項特殊反應：它會先以酸性氫質子化格氏試劑，形成烴類與羧酸鹽。這不是格氏試劑加成到羰基，但若按「對格氏試劑的總反應性」排序，這個快速酸鹼反應使羧酸排在醯胺之前。

解題方法

先比較酰基衍生物的反應性：

1. 醯氯最活潑：氯的共振給電子較弱，且氯離子是良好的離去基，羰基碳容易受親核試劑攻擊。
2. 酸酐次之：羧酸根可作為離去基，反應性低於醯氯。
3. 酯再其次：烷氧基有共振給電子作用，且烷氧離子不如羧酸根適合作為離去基。
4. 羧酸與醯胺相比：羧酸先與格氏試劑發生快速質子轉移；醯胺則因氮的共振給電子及不佳的離去基能力，羰基反應性最低。

因此順序為：

核心觀念

本題考「丙二酸酯合成法」：丙二酸二乙酯的中央亞甲基可被鹼去質子化，形成共振穩定的碳負離子，接著與一級鹵代烷進行 $S_\mathrm{N}2$ 烷基化。中央碳可先後接上兩個烷基；酯基經水解後，丙二酸衍生物再受熱脫羧，得到取代乙酸。

解題方法

1. 第一次去質子化與烷基化

   乙醇鈉移除丙二酸二乙酯中央碳的一個氫，生成碳負離子，再與溴乙烷反應，接上乙基：

2. 第二次去質子化與烷基化

   中央碳仍有一個氫，可被第三丁醇鉀移除；形成的碳負離子與異丁基氯反應，接上異丁基 $\mathrm{-CH_2CH(CH_3)_2}$：

3. 水解與脫羧

   熱氫氧化鈉先將兩個酯基水解成羧酸鹽；加入鹽酸酸化後形成二羧酸，再加熱脫去一分子二氧化碳。丙二酸酯合成法的產物可寫成 $\mathrm{R^1R^2CHCOOH}$，其中兩個烷基都連在酸的 $\alpha$ 碳上。

   本題脫羧後為：

核心觀念

鹼性表示分子接受質子的能力。可比較各鹼的共軛酸 $BH^+$ 的 $pK_a$：共軛酸的 $pK_a$ 越大，原鹼越強。

分子中的孤電子對若參與芳香性或共振離域，通常較不容易接受質子；但醯胺類須考慮質子化位置，不能只看氮上的孤電子對。

解題方法

依原圖辨認，(i) 是吡咯，(ii) 是咪唑，(iii) 是哌啶，(iv) 是 $N,N$-二甲基甲醯胺（DMF），(v) 是苯胺；圖中各結構均未標示額外電荷或立體鍵。依共軛酸 $pK_a$ 由小至大排列，即為鹼性由弱至強。

• **(i) 吡咯：**氮的孤電子對參與五元環芳香性，接受質子會破壞芳香性，因此鹼性很弱。吡咯共軛酸的 $pK_a$ 約為 $-3.8$。
• **(iv) DMF：**醯胺的氮孤電子對與羰基共振；質子主要加在羰基氧上。DMF 共軛酸的 $pK_a$ 約為 $-0.30$，因此鹼性強於吡咯。
• **(v) 苯胺：**氮的孤電子對可與苯環共振，降低接受質子的傾向；其共軛酸苯胺鎓離子的 $pK_a$ 約為 $4.6$。
• **(ii) 咪唑：**一個氮的孤電子對參與芳香性，另一個氮的孤電子對不參與芳香性，可接受質子；咪唑鎓離子的 $pK_a$ 約為 $7$。
• **(iii) 哌啶：**氮的孤電子對不受芳香性或羰基共振影響，較容易接受質子；

核心觀念

本題考查氨與烷基鹵化物的 $S_\mathrm{N}2$ 烷基化，以及胺類產物會繼續烷基化的現象。令 $R=\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2}$，溴丁烷與氨反應後，氮上的氫可逐步被丁基取代；生成的胺仍可與溴丁烷反應，因此反應可能一路進行到季銨鹽。

解題方法

溴丁烷的鹵素連在一級碳上，氨或胺類可作為親核試劑，攻擊該碳並排出溴離子，形成新的碳氮鍵。逐步烷基化如下：

第一至第三次烷基化後，產物會經酸鹼反應失去質子；第四次烷基化則形成帶正電的季銨離子，並以溴離子作為對離子。

核心觀念

本題考查以鋰二異丙基胺（LDA）製備酮的烯醇負離子，再進行交叉羥醛加成。LDA 由二異丙胺與正丁基鋰在 THF 中反應生成，是強鹼且位阻大、親核性低，適合先去質子化酮的 α-碳。

解題方法

圖中（i）是環己酮，（ii）是環戊酮，（iii）是二異丙胺；（iv）為正丁基鋰，（v）為 THF。目標產物保留環己酮的羰基，並在其 α-碳接上環戊酮原羰基碳轉變而成的帶羥基碳，因此要先形成環己酮烯醇負離子，再加入環戊酮作為親電子試劑。

先在 THF 中讓二異丙胺與正丁基鋰反應，製得 LDA；再加入環己酮，使其形成烯醇負離子；最後加入環戊酮，得到目標交叉羥醛加成產物：

這對應選項（A）：$\mathrm{v\rightarrow iii\rightarrow iv\rightarrow i\rightarrow ii}$。

選項分析

核心觀念

本題考查 Fischer 投影轉換成環狀醣時，如何保留各手性中心的相對立體化學。圖中的 Fischer 投影是 D-葡萄糖：由 C2 到 C5 的羥基依序在右、左、右、右側。

轉成常見的 Haworth 投影時，D-醣的末端 $CH_2OH$ 朝上；Fischer 投影中右側的取代基朝下，左側的取代基朝上。因此，葡萄糖環上 C2、C3、C4 的羥基方向依序為下、上、下。異頭碳 C1 的羥基可朝上或朝下，分別對應 $\beta$ 或 $\alpha$ 異頭物。

解題方法

原圖的 Fischer 投影中，C2 的 OH 在右、C3 的 OH 在左、C4 的 OH 在右、C5 的 OH 在右，所以是 D-葡萄糖。比對選項時，沿著環從異頭碳往 C2、C3、C4、C5 逐一核對：C2、C3、C4 的 OH 必須呈現下、上、下的相對方向，且 C5 的 $CH_2OH$ 要朝上。異頭碳 OH 的方向不影響其餘碳的判定。

選項分析

核心觀念

判斷同一個 $CH_2$ 上的兩個氫 $H_a$、$H_b$ 是否等價，可用「取代測試」：分別以氘 $D$ 取代其中一個氫，再比較兩個產物。

• 若兩次取代得到相同分子，兩氫為同位氫。
• 若得到一對對映異構物，兩氫為對映異位氫。
• 若得到一對非對映異構物，兩氫為非對映異位氫。非對映異位氫在一般非手性環境中也可能有不同的化學位移。

解題方法

圖中 $H_a$、$H_b$ 位於同一個 $CH_2$ 上；中央碳連接 $OH$、$Me$，以及左、右兩條含烯鍵碳鏈。圖示兩條碳鏈的烯鍵分別為 $Z$ 與 $E$，因此兩條取代基不同，中央碳連接四種不同基團，是立體中心。即使中央碳沒有畫楔形或虛線鍵，也不影響它是立體中心。

以 $D$ 取代 $H_a$ 或 $H_b$，兩種產物都保留原有立體中心，且新形成的標記位置不同；兩產物互為非對映異構物。因此 $H_a$ 與 $H_b$ 是非對映異位氫。

選項分析

核心觀念

本題考查雙環化合物的命名、手性中心判定，以及依 CIP 規則指定絕對構型。題目所指的骨架是雙環[2.2.1]庚烷，也稱降冰片烷；胺基位於 2 位，氮上另有一個甲基。題目原始試卷列出的答案為 A。台灣聯合大學系統 112 學年度有機化學試題

解題方法

先看 2 位碳的四個取代基：$-\mathrm{NHCH_3}$、氫，以及沿骨架通往 1 位與 3 位的兩條碳鏈。兩條環路起始原子都是碳，但依序比較下一層連接原子：

• 1 位碳除連接 2 位外，還連接兩個碳與一個氫，排序為 $[\mathrm{C,C,H}]$。
• 3 位碳除連接 2 位外，還連接一個碳與兩個氫，排序為 $[\mathrm{C,H,H}]$。

因此，2 位碳上的 CIP 優先序為：

核心觀念

本題考的是曼尼希反應：具有 α-氫的羰基化合物，與甲醛及氨（或胺）反應，在羰基 α-碳引入胺甲基片段。氨具有三個 N–H 鍵，因此可連續引入三個胺烷基取代基，形成三級胺。Tollens 與 von Marle 的這項反應是曼尼希反應的早期實例。曼尼希反應介紹

解題方法

乙酰苯可寫成 $\mathrm{PhCOCH_3}$，其甲基具有 α-氫；甲醛與氯化銨提供形成胺甲基化試劑所需的碳與氮。先由氨和甲醛形成亞胺／亞胺鎓中間體，再由乙酰苯的烯醇進攻其親電碳，生成單次曼尼希加成片段：

核心觀念

本題考查 Curtius 重排與異氰酸酯和胺的加成。羧酸先轉成醯基疊氮化物，加熱後重排為異氰酸酯；異氰酸酯再與胺反應，生成取代尿素。

解題方法

圖中起始物是 3-甲基丁酸，結構為 $(CH_3)_2CHCH_2CO_2H$；最後加入的胺是乙胺 $CH_3CH_2NH_2$。判讀取代基時，須追蹤羧酸羰基旁的碳鏈，並留意重排後碳鏈會接到氮原子上。

1. $SOCl_2$ 將羧酸轉成醯氯：
   $(CH_3)_2CHCH_2CO_2H \longrightarrow (CH_3)_2CHCH_2COCl$

核心觀念

本題考查炔基格林納試劑對酮的親核加成、醇的磺酸酯化與消去，以及 Lindlar 催化劑對炔的選擇性部分氫化。Lindlar 催化劑使炔還原為順式烯；若以取代基優先序表示，對應 $Z$-烯。

解題方法

圖中底物是環辛酮；炔基格林納試劑的結構是 $\mathrm{BrMg{-}C{\equiv}C{-}CH_3}$，即鎂溴接在炔的一端，另一端接甲基。反應順序依序是：炔基加到羰基碳、酸化得到醇、將羥基轉為甲磺酸酯，再以叔丁醇鉀消去，最後用 Lindlar 催化劑還原炔。

1. 炔基格林納試劑攻擊環辛酮的羰基碳，經 $\mathrm{H_3O^+}$ 酸化後，羰基碳成為連接羥基、炔基與兩側環碳的三級醇碳。
2. $\mathrm{MsCl}$／吡啶將羥基轉成甲磺酸酯（$\mathrm{OMs}$），使其成為良好離去基。

核心觀念

本題考兩步反應：末端炔的去質子化與烷基化，以及炔烴的溶解金屬還原。$\mathrm{NaNH_2}$ 會移除末端炔氫，生成炔負離子；炔負離子再與一級鹵代烷 $\mathrm{EtI}$ 進行 $\mathrm{S_N2}$ 反應，形成新的碳碳鍵。炔烴經 Birch 還原後，生成反式烯烴。

解題方法

圖中起始物是末端炔，炔鍵右側連著一個帶三個甲基的碳，即 $\mathrm{HC{\equiv}C-C(CH_3)_3}$；試劑依序為 $\mathrm{NaNH_2,\ EtI}$，再進行 Birch 還原。圖中沒有楔形鍵、虛線鍵或電荷標示。

第一步，$\mathrm{NaNH_2}$ 移除末端炔氫：

生成的炔負離子對碘乙烷的乙基碳進行 $\mathrm{S_N2}$ 進攻，接上乙基：

核心觀念

本題考查烯烴的臭氧分解、分子內羥醛縮合，以及羰基去氧還原。設計路線時要追蹤每一步的碳骨架與官能基：羥醛縮合脫水會形成共用邊雙鍵，但還會留下另一個羰基；要得到圖示的無氧烯烴，還須將該羰基還原成亞甲基。

解題方法與合成路線

圖中目標物是五員環與七員環稠合的烯烴，雙鍵位於兩環的共用邊；起始物是兩個六員環稠合、共用邊帶有雙鍵的烯烴。將起始物的共用邊雙鍵臭氧分解，會切開該鍵，形成十員環的環癸烷-1,6-二酮。

接著以鹼促進分子內羥醛縮合：一個羰基旁的 α-碳形成烯醇負離子，進攻另一個羰基，閉合成五員環。加熱脫水後，生成五／七員稠環的 α,β-不飽和酮；雙鍵位在兩環的共用邊，但七員環上仍保留一個羰基。

核心觀念

本題要綜合分子式不飽和度、紅外光譜、碳氫核磁共振與 DEPT 光譜，判斷碳上的氫數並拼出分子結構。DEPT-90 顯示帶一個氫的碳；DEPT-135 中，$\mathrm{CH_3}$ 與 $\mathrm{CH}$ 訊號向上，$\mathrm{CH_2}$ 訊號向下，不帶氫的碳不出現。

解題方法

原圖的碳譜約在 $80\ \mathrm{ppm}$ 有兩個等效碳、約 $67\ \mathrm{ppm}$ 有一個碳，另在約 $40$ 與 $20\ \mathrm{ppm}$ 各有一個碳。DEPT-135 中，$80$ 與 $67\ \mathrm{ppm}$ 的訊號向下，$20\ \mathrm{ppm}$ 的訊號向上，約 $40\ \mathrm{ppm}$ 的碳則消失；DEPT-90 沒有帶氫碳的訊號。紅外光譜在約 $3417\ \mathrm{cm^{-1}}$ 有羥基吸收，且沒有明顯羰基吸收。

先由分子式 $\mathrm{C_5H_{10}O_2}$ 計算不飽和度：

分子只有一個不飽和度；紅外光譜沒有羰基吸收，因此這個不飽和度由一個環提供。DEPT 判讀則指出：有三個 $\mathrm{CH_2}$、一個 $\mathrm{CH_3}$，以及一個不帶氫的碳；沒有 $\mathrm{CH}$。

(A) 碳的分類數量

依題目括號所列的 $\mathrm{CH_3}$、$\mathrm{CH_2}$、$\mathrm{CH}$ 與不帶氫碳分類：

• $\mathrm{CH_3}$：$1$ 個，約 $20\ \mathrm{ppm}$ 的碳在 DEPT-135 向上。
• $\mathrm{CH_2}$：$3$ 個，約 $80\ \mathrm{ppm}$ 的兩個碳與約 $67\ \mathrm{ppm}$ 的一個碳在 DEPT-135 向下。