115 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

比較兩個結構的關係，要先確認「連接方式（構造）」是否相同，再逐一定出每個立體中心的 R/S，最後比對：

• 構造不同：構造異構物。
• 構造相同、所有立體中心皆相反：鏡像異構物（對掌異構物）。
• 構造相同、所有立體中心皆相同：相同化合物。
• 構造相同、部分立體中心相同、部分相反：非鏡像異構物（diastereomers）。

CIP 優先順序規則：先比直接相連原子的原子序，相同再往外比。Fischer 投影中水平鍵朝向讀者、垂直鍵遠離讀者；Newman 投影則是前碳的三鍵交會於圓心、後碳的三鍵從圓周伸出。

解題方法

步驟一：讀出兩個結構的構造。

• I（Newman 投影，沿 C2→C3 鍵方向看）：前碳 C2 帶 CH3（12 點鐘）、H（8 點鐘）、Br（4 點鐘）；後碳 C3 帶 H（10 點鐘）、異丙基（2 點鐘）、乙基（6 點鐘）。
• II（Fischer 投影）：由上而下為 異丙基、C3（左 H、右 CH2CH3）、C2（左 Br、右 H）、CH3。

兩者都是 $\mathrm{CH_3CHBr{-}CH(CH_2CH_3)CH(CH_3)_2}$，即 2-溴-3-乙基-4-甲基戊烷，構造相同，且都有 C2、C3 兩個立體中心。

步驟二：定出 I 的組態。

C2 的優先順序：Br ＞ C3（C,C,H）＞ CH3（H,H,H）＞ H。C3 朝向後方（遠離讀者），其餘三個基團從前方看：Br（4 點）→ CH3（12 點）→ H（8 點）為逆時針；把「C3 在後」換算成「H 在後」（兩次對調，手性不變），得 Br → C3 → CH3 為逆時針，故 C2 為 S。

核心觀念

判斷是否具有對掌性（chiral），核心是看分子有沒有「非真旋轉軸」對稱元素：只要有鏡面或反轉中心，分子就是非對掌性（achiral）。常見的對掌性來源有：

• 不對稱碳（立體中心）且分子內沒有互相抵消的鏡面。
• 丙二烯（allene）軸對掌性：兩端碳各連兩個不同基團時，分子沿軸呈對掌性。
• 內消旋化合物：含立體中心但有內部鏡面，整體不具對掌性。

解題方法

逐一分析圖上的 5 個結構。

(1) 2,3-戊二烯 $\mathrm{CH_3CH{=}C{=}CHCH_3}$：有對掌性。
丙二烯兩端的雙鍵面互相垂直。兩端碳各連 H 與 CH3（兩個不同基團），所以分子沒有鏡面，具軸對掌性，有一對鏡像異構物。

(2) 酒石酸（CO2H 畫在左側水平鍵）：無對掌性（內消旋）。
這是故意換了畫法的酒石酸。上方中心 C2：上為 CO2H、左為 H、右為 OH、下為 C3。下方中心 C3：上為 C2、左為 CO2H、右為 H、下為 OH。

• C2：優先順序 OH ＞ CO2H ＞ C3 ＞ H；H 在水平位置，目視 OH → CO2H → C3 為逆時針，H 朝向讀者要反轉，得 R。
• C3：優先順序 OH ＞ CO2H ＞ C2 ＞ H；H 在水平位置，目視 OH（下）→ CO2H（左）→ C2（上）為順時針，H 朝向讀者要反轉，得 S。
• 因此為 (2R,3S)，即內消旋酒石酸，分子有內部鏡面，沒有對掌性。
  快速驗證：把 C3 的 CO2H（左）與 OH（下）互換，就得到標準畫法的結構 (4)；一次互換會使 C3 的組態反轉，而 (4) 為 (R,R)，所以 (2) 為 (R,S)。

(3) 反式-3,4-二甲基-1-亞乙基環戊烷：有對掌性。
環上相鄰兩個碳各帶一個甲基，一個為楔形、一個為虛線，是反式。

核心觀念

本題考兩個反應：

1. 烯類與 HCl 進行符合 Markovnikov 規則的親電加成。
2. 第三級鹵化物與強而具立體障礙的鹼進行 E2 消去；$t$-BuOK 偏好抓取較不受阻的 β-氫，形成 Hofmann 產物。

解題方法

圖中起始物為 1-甲基環己烯。令帶有甲基的烯碳為 C1，另一個烯碳為 C2。

第一步，HCl 加成時，$H^+$ 加到較少取代的 C2，使正電荷留在較穩定的三級碳 C1，接著 $Cl^-$ 進攻：

第二步，$t$-BuOK 為 bulky strong base，對上述三級氯化物進行 E2 消去。C1 的 β-氫有兩類：

• 抓取環上 C2 或 C6 的 β-氫：形成環內雙鍵，即 1-甲基環己烯。
• 抓取甲基上的 β-氫：在 C1 與甲基之間形成環外雙鍵，產生 methylenecyclohexane（亞甲基環己烷）。

雖然環內烯烴較穩定，但 $t$-BuO$^-$ 體積大，較容易抓取外露、受阻較小的甲基 β-氫，因此以較少取代的環外烯烴為主要產物。

核心觀念

1. 分子式為 $\ce{C7H12}$，不飽和度為

2. 冷、稀 $\ce{KMnO4}$ 可檢測碳碳多重鍵。紅外線約 $3300\ \mathrm{cm^{-1}}$ 的尖銳吸收，代表末端炔的 $\ce{\equiv C-H}$ 伸縮振動；因分子中沒有氧，不是醇類的 $\ce{O-H}$ 吸收。

因此，A 必須含有一個末端炔：

一個三鍵正好提供 2 個不飽和度。完全催化氫化需加入 2 當量 $\ce{H2}$：

故產物分子式為 $\ce{C7H16}$。

此外，A 與 B 都具光學活性，表示楔線所在的四面體碳必須連接四種不同的取代基，且炔鍵氫化後仍不能變成兩個相同取代基。

選項分析

• (A) I：錯誤。
  I 是含環的烯烴，沒有末端 $\ce{\equiv C-H}$，不會出現約 $3300\ \mathrm{cm^{-1}}$ 的末端炔吸收。氫化後仍保留環，分子式應為 $\ce{C7H14}$，不可能得到題目所給的 $\ce{C7H16}$。

核心觀念

本題考傅－克烷基化反應中，烯烴如何形成親電子試劑，以及碳正離子的穩定性如何決定產物。反應時，1-丁烯在路易士酸 AlCl₃ 作用下形成碳正離子；形成親電子中心時，優先生成較穩定的二級碳正離子。

解題方法

1-丁烯的結構為 $\mathrm{CH_2{=}CHCH_2CH_3}$。形成碳正離子時，氫加到末端碳，正電荷留在相鄰碳，得到二級丁基碳正離子：

接著，苯環進攻帶正電的碳，形成碳—碳鍵，再經去質子化恢復芳香性，產物為 $\mathrm{C_6H_5CH(CH_3)CH_2CH_3}$，即 2-苯基丁烷。

選項分析

核心觀念

親核性描述試劑攻擊親電子中心的速率，屬於動力學概念；鹼性描述試劑接受質子的傾向，屬於熱力學概念。兩者常受電子密度影響，但不完全相同。

高可極化性表示電子雲容易變形，能更有效地與親電子中心形成鍵，因此有利於親核性；它本身不代表試劑更容易接受質子，故不會同樣提高鹼性。

解題方法

找出能讓試劑更快攻擊親電子中心、卻不必然讓它更容易抓取質子的因素。可極化性影響電子雲的變形能力，常使親核性增加；鹼性則主要反映接受質子的平衡傾向。因此，本題選可極化性。

選項分析

• (A) highly polarizable：正確。 高可極化性使電子雲容易變形，有利於與親電子中心反應。以質子性溶劑中的鹵離子為例，$I^-$ 常比 $F^-$ 更具親核性；但 $I^-$ 是較弱的鹼。
• **(B) low electronegativity：錯誤。

核心觀念

此題考查烴類的不飽和度，也稱為氫缺指數（DBE）。每一個環或雙鍵各相當於 1 個不飽和度；每一個三鍵相當於 2 個不飽和度。

含 $n$ 個碳的飽和開鏈烷烴，其分子式為 $C_nH_{2n+2}$。每增加 1 個不飽和度，氫原子數便比飽和開鏈烷烴少 2 個，因此：

解題方法

題目給定 10 個碳、1 個環與 2 個三鍵。三鍵各貢獻 2 個不飽和度，因此總不飽和度為：

代入氫原子數公式：

因此分子式為 $C_{10}H_{12}$。

選項分析

核心觀念

本題考查強鹼促進的 $E2$ 消去反應，以及烯烴的 $E/Z$ 立體異構。$E2$ 反應會從帶有離去基的 $\alpha$ 碳及相鄰的 $\beta$ 碳各移除一個原子，形成碳碳雙鍵。

若雙鍵兩端各連接兩種不同取代基，會有 $E$、$Z$ 兩種立體異構物；若雙鍵一端是 $\ce{CH2}$，則不具 $E/Z$ 異構。

解題方法

圖中帶有 $\ce{Br}$ 的碳連接甲基、左側乙基與右側較長的烷基鏈；$\ce{Br}$ 以虛線楔形鍵表示。相鄰的三個 $\beta$ 碳分別是甲基碳、左側鏈的 $\ce{CH2}$ 碳，以及右側鏈的 $\ce{CH2}$ 碳。

使用 $\ce{NaO-t-Bu}$ 消去時，逐一檢查這三個 $\beta$ 碳：

• 從甲基碳消去：形成末端雙鍵 $\ce{CH2=C}$，沒有 $E/Z$ 異構，得到 $1$ 種。

核心觀念

紅外光譜中的羰基伸縮振動頻率，會隨著碳氧鍵的鍵級與鍵力常數改變。振動頻率可用下式理解：

其中 $\tilde{\nu}$ 是振動頻率，$k$ 是鍵的力常數，$\mu$ 是約化質量。原子種類相同時，鍵越強、鍵級越高，伸縮頻率通常越高。

醯胺中的氮原子有孤電子對，能與羰基共振，使氮碳鍵帶有部分雙鍵性，同時降低碳氧鍵的雙鍵性：

因此醯胺的羰基鍵力常數降低，伸縮頻率比一般醛、酮及羧酸低，約在 $1660\ \mathrm{cm^{-1}}$ 附近。

解題方法

比較題目給的基準值 $1710\ \mathrm{cm^{-1}}$ 與選項。醯胺的氮孤電子對會向羰基共振供電子，削弱 $C=O$ 鍵，因此其羰基伸縮頻率應低於一般羰基化合物。符合此趨勢的數值是 $1660\ \mathrm{cm^{-1}}$，選項為 (D)。

核心觀念

本題考查醯胺的還原反應。氫化鋁鋰 $\mathrm{LiAlH_4}$ 是強還原劑，可將醯胺的羰基碳還原成亞甲基，生成胺：

反應前後碳骨架保留，因此由戊醯胺製得的產物仍有五個碳，為 1-戊胺。

解題方法

先比較起始物與目標產物的官能基：戊醯胺含有醯胺基 $\mathrm{-CONH_2}$，目標 1-戊胺含有胺基 $\mathrm{-CH_2NH_2}$。要達成轉換，需將醯胺的羰基 $\mathrm{C=O}$ 還原成 $\mathrm{CH_2}$。

戊醯胺的結構式為 $\mathrm{CH_3(CH_2)_3CONH_2}$。經 $\mathrm{LiAlH_4}$ 還原後：

產物即為 1-戊胺，碳數維持五個。

選項分析

核心觀念

羧酸的 $\mathrm{p}K_\mathrm{a}$ 越小，酸性越強。比較取代苯甲酸時，要看取代基如何影響羧酸根共軛鹼的穩定性：穩定羧酸根會降低 $\mathrm{p}K_\mathrm{a}$；使羧酸根較不穩定則會提高 $\mathrm{p}K_\mathrm{a}$。

解題方法

圖中三個結構都是羥基取代的苯甲酸：I 的羥基與羧基相鄰，為鄰位；II 的羥基相對羧基為間位；III 的羥基與羧基相對，為對位。圖中沒有楔形鍵、虛線鍵或形式電荷。

酚羥基同時具有吸電子誘導效應（$-I$）與給電子共振效應（$+M$）。間位時，羥基的共振給電子效應不會直接傳到羧基位置，主要表現為吸電子誘導效應，使羧酸根較穩定、酸性略增，因此 II 的 $\mathrm{p}K_\mathrm{a}$ 低於對位的 III。對位時，$+M$ 效應可傳至羧基，使羧酸根較不穩定，因而提高 $\mathrm{p}K_\mathrm{a}$。

I 為鄰位羥基苯甲酸，鄰位效應及羥基與羧酸根之間的分子內氫鍵有助於穩定共軛鹼，使 I 的 $\mathrm{p}K_\mathrm{a}$ 最低。因此順序為：

選項分析

核心觀念

判斷化合物能否拆分成一對對映異構物，關鍵是分子是否具有手性，且兩種構型能否在一般條件下穩定存在。

四面體碳原子若連接四種不同的基團，通常是手性中心，會形成一對對映異構物。胺類氮原子也可能呈現三角錐形，但一般胺的氮會快速進行氮反轉，使兩種構型迅速互換，因此通常不能分離成穩定的對映異構物。四級銨鹽的氮不會進行一般胺的氮反轉；若氮連接四種不同的基團，則可具有穩定手性。

解題方法

逐一檢查各選項中的碳原子與氮原子：

1. 找出可能的手性中心。
2. 檢查該原子是否連接四種不同的基團。
3. 若手性來自三價胺氮，再判斷氮反轉是否會使構型快速互換。
4. 確認分子能否以穩定的兩種對映構型存在。

選項分析

(A) 4-Methyl-1-pentanamine

第 4 碳連接氫、丙胺基方向的碳鏈，以及兩個相同的甲基。由於有兩個相同基團，該碳不是手性中心；氮上的兩個氫也相同。因此此分子沒有可分離的對映異構物。

(B) 4-Methyl-2-pentanamine

核心觀念

本題考「烷氧汞化－去汞化」反應。烯烴在醋酸汞與醇類溶劑中反應時，醇可作為親核試劑加到雙鍵上；接著以 $\mathrm{NaBH_4}$ 處理，將含汞基團換成氫。整體效果是把 $\mathrm{H}$ 和醇的 $\mathrm{OR}$ 基加到雙鍵兩端。

反應具有馬可尼可夫區域選擇性：醇的 $\mathrm{OR}$ 基加到原雙鍵中較多取代的碳，氫加到較少取代的碳。反應經由橋式汞鎓離子進行，不形成自由碳正離子，因此不發生碳骨架重排。

解題方法

先判斷反應介質提供哪個親核試劑。題目使用的是 $t$-丁醇，因此加到雙鍵上的基團是 $t$-丁氧基 $\mathrm{-O C(CH_3)_3}$，而非羥基 $\mathrm{-OH}$。

將 3-甲基-2-戊烯寫成結構式：

雙鍵的 C2 連接一個碳基與一個氫；C3 則連接三個碳基，是較多取代的雙鍵碳。因此，$t$-丁氧基加到 C3，氫加到 C2。產物為：

核心觀念

芳香性須同時符合：環狀、近似平面、具有連續重疊的 $p$ 軌域，且環上 $\pi$ 電子數符合休克爾規則：

若平面且完全共軛的環系有 $4n$ 個 $\pi$ 電子，則具反芳香性；若不平面或未形成連續共軛，則為非芳香性。雜原子的孤電子對只有在能參與環狀共軛時才計入 $\pi$ 電子數。

解題方法

依圖逐一讀取：上排由左至右為含硫、氮的五員環，含硼五員環，$N$-甲基五員環，七員環正離子，稠合苯環含氮五員環，以及三員環負離子；下排由左至右為帶正、負電荷的稠合七／五員環，八員環，環丙烯酮，四員環，含氮五員環正離子，以及含兩個氧的六員環。接著判斷各環系的共軛情形與 $\pi$ 電子數。

1. 上排第 1 個：芳香。 含硫、氮的五員環有兩個雙鍵，並有一對硫的孤電子對參與共軛，共 $6$ 個 $\pi$ 電子，符合 $4n+2$，其中 $n=1$。

2. 上排第 2 個：非芳香。 含硼五員環有兩個雙鍵，共 $4$ 個 $\pi$ 電子；若視為平面共軛環，屬反芳香性，不符合芳香性條件。

3. 上排第 3 個：芳香。 $N$-甲基吡咯環的氮孤電子對參與共軛，與兩個雙鍵合計 $6$ 個 $\pi$ 電子，符合休克爾規則。

4. 上排第 4 個：芳香。 七員環正離子有三個雙鍵，合計 $6$ 個 $\pi$ 電子；其連續共軛環系符合休克爾規則。

5. 上排第 5 個：芳香。 稠合苯環含氮五員環為稠合芳香系統，環系具有連續共軛並符合芳香性；兩個環共享鍵，不能把每個環的電子數各自重複相加。

6. 上排第 6 個：非芳香。 三員環負離子的雙鍵與負電荷孤電子對合計為 $4$ 個 $\pi$ 電子，平面共軛時屬反芳香性。

核心觀念

本題考五種烯類反應的產物判斷，重點是反應條件決定的區位選擇性與立體化學：

• $OsO_4/H_2O_2$：同面雙羥基化。
• $H_2/Pt$：同面催化氫化。
• $Hg(OAc)_2/CH_3OH$ 後接 $NaBH_4$：甲氧基汞化－脫汞，依馬可尼可夫規則加成，且不發生碳正離子重排。
• $Br_2/h\nu$：自由基烯丙位溴化，不是一般的雙鍵加成。
• 過氧酸後接水：先形成環氧化物，再開環生成反式鄰二醇。

解題方法

原卷共有五組反應：第一組以 $OsO_4/H_2O_2$ 處理烯烴；第二組以 $H_2/Pt$ 還原稠環烯烴，產物的兩個橋頭氫均畫成實楔線；第三組使用 $Hg(OAc)_2/CH_3OH$、再以 $NaBH_4$ 處理；第四組是 $Br_2/h\nu$；第五組使用 $CH_3CO_3H/H_2O$。逐組比對反應條件所要求的區位與立體化學，即可計數。

1. $OsO_4/H_2O_2$：正確。
   $OsO_4$ 使雙鍵兩端同面加上兩個 $OH$。圖示二醇的楔形／虛線配置與起始烯烴的幾何構型相符，因此是正確的主要產物。

2. $H_2/Pt$：正確。
   催化氫化是同面加氫。原卷將兩個橋頭氫都畫成實楔線，表示兩個氫在同一面，形成順式稠合；符合催化氫化的立體化學。

核心觀念

本題考熱促進的 Claisen 重排，屬於 $[3,3]$-σ 遷移反應。烯丙基芳基醚受熱時，經由六員環狀過渡態重組鍵結，最後形成鄰位烯丙基取代的酚。

解題方法

圖中反應物是烯丙基苯基醚，亦即 $\mathrm{Ph{-}O{-}CH_2{-}CH{=}CH_2}$；條件只有加熱，圖中沒有電荷或楔形、虛線鍵。先辨認芳基與烯丙基之間的醚鍵，再依 Claisen 重排追蹤原子連接方式。

重排後，烯丙基接到苯環原本連接氧的鄰位，氧則留在苯環上成為羥基。反應先形成環己二烯酮型中間體，接著經互變異構恢復芳香性，得到 鄰烯丙基苯酚。

選項分析

核心觀念

本題考 NBS 自由基烯丙位溴化。在 $\mathrm{ROOR}$ 與加熱條件下會產生自由基；NBS 維持低濃度的 $\mathrm{Br_2}$，使反應偏向取代烯丙位氫，而非直接對雙鍵加成。

解題方法

原圖底物是 $\mathrm{Ph{-}CH_2{-}CH{=}CH_2}$：苯環接著 $\mathrm{CH_2}$，再接一個雙鍵；沒有楔形鍵或虛線鍵。$\mathrm{NBS}$、$60\,^\circ\mathrm{C}$ 與 $\mathrm{ROOR}$ 表示採自由基反應，先抽取烯丙位氫，形成烯丙基自由基：

核心觀念

酸性強弱看共軛鹼是否穩定；$pK_a$ 越小，酸性越強。羰基旁的 α-氫去質子化後可形成烯醇負離子，負電荷能否離域至羰基氧，是本題比較的重點。

解題方法

依原圖辨認：(i) 是甲基乙醯乙酸酯，具有夾在酮與酯之間的 $CH_2$；(ii) 是丙酸甲酯，只有酯羰基旁的 α-氫；(iii) 是 $\mathrm{CH_3COC(CH_3)_2CON(CH_3)_2}$，兩羰基間的碳沒有氫，應比較酮端甲基的 α-氫；(iv) 是 $\mathrm{HCOCH_2COCF_3}$，中間的 $CH_2$ 夾在醛與三氟甲基酮之間；(v) 是丁酸，酸性氫在羧酸的 $OH$ 上。

由高至低比較：

• (v) 羧酸失去 $OH$ 的氫後形成羧酸根，負電荷可在兩個氧之間共振離域，酸性強，$pK_a$ 約 $4.8$。
• (iv) 中間 $CH_2$ 去質子化後，負電荷可離域至兩個羰基氧；$CF_3$ 的吸電子誘導效應又進一步穩定共軛鹼。此類結構的 $pK_a$ 約為 $5.9$，仍略高於丁酸，因此酸性略弱。化合物資料估值
• (i) 去質子化後的負電荷可離域至酮與酯羰基，屬於 β-酮酯，酸性明顯高於只有一個羰基的普通酮或酯。
• (iii) 中間的季碳沒有氫，不能以該位置形成雙羰基穩定的負離子；可比較的是酮端甲基的 α-氫，其共軛鹼只直接受一個酮羰基共振穩定。
• (ii) 酯羰基旁的 α-氫去質子化後雖能形成烯醇負離子，但酯的烷氧基會以共振供電子，降低羰基穩定負電荷的能力，因此酸性弱於 (iii) 的酮端 α-氫。

核心觀念

本題利用 $^1\mathrm{H}$-NMR 的積分值與化學位移辨認化合物。積分值反映各組訊號所代表的氫數；化學位移則可用來判斷氫是否連在氧附近、羰基附近或一般烷基環境中。

解題方法

圖中的積分依序為 $2:2:1:9$，訊號約在 $\delta 4.5$、$3.5$、$2.7$ 與 $1.0\ \mathrm{ppm}$。兩組較低場訊號各代表 $2\mathrm{H}$，另有一組羰基鄰位的 $1\mathrm{H}$，以及一組合計 $9\mathrm{H}$ 的高場訊號。

選項（C）的結構為 $\mathrm{CH_3CH_2OCH_2C(=O)CH(CH_3)_2}$，各組氫可對應如下：

• $\mathrm{OCH_2}$：$2\mathrm{H}$，受氧去屏蔽，出現在較低場。
• $\mathrm{CH_3CH_2O}$ 中的 $\mathrm{CH_2}$：$2\mathrm{H}$，連在氧旁，也出現在較低場。
• $\mathrm{C(=O)CH}$：$1\mathrm{H}$，位於羰基鄰位。
• 乙氧基末端的 $\mathrm{CH_3}$ 與異丙基的兩個 $\mathrm{CH_3}$：共 $9\mathrm{H}$，落在高場區。

氫數合計為 $2+2+1+9=14$，與圖示積分相符。

選項分析

核心觀念

本題考查三個連續反應：酯的鹼性水解、傅-克烷基化中的碳正離子重排，以及酚羥基對芳香親電取代的定位效應。

酚羥基是活化的鄰、對位定位基；傅-克烷基化時，初級碳正離子可經氫負離子轉移重排成較穩定的三級碳正離子。

解題方法

由原卷圖可讀出：起始物是乙酸苯酯（$\mathrm{Ph{-}OAc}$），第二步的烷基鹵化物為異丁基氯（$\mathrm{(CH_3)_2CHCH_2Cl}$），最後以硝酸與硫酸進行硝化。

1. 水解得到苯酚
   $\mathrm{NaOH}$ 水解乙酸苯酯，酸化後生成苯酚。接下來以苯酚上的 $\mathrm{-OH}$ 判讀定位效應。

2. 傅-克烷基化並發生重排
   異丁基氯在 $\mathrm{AlCl_3}$ 作用下形成的初級碳正離子不穩定，經氫負離子轉移重排為三級丁基碳正離子：

   $\mathrm{(CH_3)_2CHCH_2^+ \longrightarrow (CH_3)_3C^+}$

   苯酚導向鄰位與對位；三級丁基體積大，主要進入位阻較小的對位，形成對三級丁基苯酚。

核心觀念

糖的 D/L 命名取決於開鏈形式中「離羰基最遠的手性碳」，也就是參考手性碳；環化後，異頭碳的新手性不會改變糖原本的 D/L。依費雪投影判定時，參考碳上的羥基位於右側為 D，位於左側為 L。換成環狀結構時，可依該參考手性碳的立體構型判定；本題的參考碳為 R 時對應 D，S 時對應 L。

解題方法

圖中五個選項都是環狀糖結構，取代基位置與立體鍵方向各不相同；判定時要找的是糖鏈的參考手性碳，而非異頭碳。B 的環外參考手性碳以虛線楔形鍵標出羥基，按 CIP 順序判定為 R，因此是 D 型。

選項分析

核心觀念

本題考熱反應條件下的 Diels–Alder 反應，也就是共軛二烯與親二烯體進行的協同式 $[4+2]$ 環加成。反應形成兩個新的碳碳鍵，並把二烯中間的單鍵轉成產物環上的雙鍵。反應具有立體專一性；未受特殊催化條件影響時，通常優先形成親二烯體取代基朝向二烯 π 系統的 endo 產物。Diels–Alder 反應資料

解題方法

原圖中，二烯的一端連有二乙胺基，二烯的幾何構型如圖所示；親二烯體是丙烯酸乙酯，含有吸電子的酯基，反應條件為加熱。先依二烯兩端與親二烯體兩個烯碳成鍵，判定環骨架及取代基的相對位置；再利用 endo 優先原則判定相對立體化學。

核心觀念

本題考辨認紅外光譜中的官能基。羥基通常呈現較寬的吸收帶；醛基除了羰基吸收，還常在約 $2820$、$2720\ \mathrm{cm^{-1}}$ 出現醛基 C–H 的特徵吸收。芳香環則常在約 $1600$、$1500\ \mathrm{cm^{-1}}$ 附近出現吸收。

解題方法

圖中縱軸是透光率，橫軸是波數（$\mathrm{cm^{-1}}$），並由高波數往低波數排列。光譜在約 $3500$ 至 $3100\ \mathrm{cm^{-1}}$ 有寬廣吸收，在約 $3000$ 至 $2700\ \mathrm{cm^{-1}}$ 有數個尖峰，且約 $1700\ \mathrm{cm^{-1}}$ 附近有強吸收；指紋區也可見芳香環特徵吸收。

寬廣吸收帶顯示分子含有羥基；約 $1700\ \mathrm{cm^{-1}}$ 的強吸收對應羰基；約 $3000$ 至 $2700\ \mathrm{cm^{-1}}$ 的尖峰則符合醛基 C–H。芳香環吸收也支持分子含有芳香環。因此應選同時具有酚羥基、芳香環與醛基的化合物。

選項分析

核心觀念

本題串聯的是 Robinson 環化、β-酮酯的 α-烷基化，以及酯水解後的脫羧。原料是乙醯乙酸乙酯 $\mathrm{CH_3COCH_2CO_2Et}$，圖示烯酮為甲基乙烯基酮 $\mathrm{CH_2{=}CHCOCH_3}$；第二步使用正丙基溴，最後以酸和加熱處理。

解題方法

第一步，乙醯乙酸乙酯的中央亞甲基形成烯醇負離子，對甲基乙烯基酮進行共軛 1,4-加成，形成含兩個酮基的鏈狀加成物。接著加熱促進分子內羥醛縮合與脫水，形成六員環的環烯酮；原乙醯乙酸乙酯的酯基仍連在環上。

第二步，乙醇鈉使環上與酮基、酯基相鄰的碳形成烯醇負離子，再與正丙基溴進行 $\mathrm{S_N2}$ 烷基化，把正丙基接到該碳上。

第三步，酸性水解將酯轉成羧酸；加熱使 β-酮酸脫羧，移除羧基並以氫取代。結果是帶有甲基與正丙基取代基的環烯酮，對應選項 (A)。

選項分析

核心觀念

醛己糖的「種類」由 C2～C5 四個立體中心的組態決定；異頭碳 C1 的 α／β 差異不會改變己糖種類。比較 Fischer 投影與環狀結構時，要依序核對 C2～C4 的羥基方向，並用 C5 判斷 D／L 系列。

在 Fischer 投影中，C5 的羥基在右側屬 D 系列，在左側屬 L 系列。環狀結構則要沿著環從異頭碳 C1 開始編號；在本題所畫的方向下，Fischer 投影中 C2～C4 的羥基在右側，對應環上羥基向下；在左側則對應向上。

解題方法

圖中各選項上方都是醛己糖的 Fischer 投影，下方是環狀糖結構；比較時忽略 C1 羥基的方向，只比對 C2～C5 的立體排列。選項 E 上方 C2～C5 的羥基排列為「右、右、右、左」，下方環狀結構的 C2～C4 羥基皆向下，且 C5 的側鏈方向對應 L 系列，兩者相符。

選項分析

核心觀念

本題考強鹼形成酮的烯醇負離子，以及烯醇負離子對 $\alpha,\beta$-不飽和腈進行 Michael 加成（1,4-加成）。丙烯腈的雙鍵與腈基共軛，烯醇負離子從雙鍵的 $\beta$-碳進攻後，水處理使生成的負離子質子化。

解題方法

由原圖可讀出：反應物是丙烯腈 $\mathrm{CH_2{=}CHCN}$ 與帶有苯基的環己酮，試劑依序為 $\mathrm{NaNH_2}$、$\mathrm{H_2O}$。環己酮帶苯基的 $\alpha$-碳仍有一個氫；移去此氫形成的烯醇負離子可與苯環延伸共軛，因此該位置形成的烯醇負離子受到穩定。

接著，烯醇負離子的碳端進攻丙烯腈的 $\beta$-碳，雙鍵電子移向腈基一端，最後由水提供質子。丙烯腈接上的基團為：

因此，產物保留環己酮羰基，且在原本連有苯基的 $\alpha$-碳上同時帶有苯基與 $\mathrm{-CH_2CH_2CN}$。這對應選項 (B)。

選項分析

核心觀念

本題考兩個連續反應：

1. 端炔的酸催化水合：水依馬可尼可夫方向加成，先形成烯醇，再互變異構成酮。端炔 $R-C\equiv CH$ 水合後生成甲基酮 $R-CO-CH_3$。
2. 拜耳－維立格氧化（Baeyer–Villiger oxidation）：過氧酸將氧插入酮的羰基碳與其中一側取代基之間，形成酯；較有利遷移的基團會遷移到氧上。

解題方法

依原卷圖，起始物是環己烷環直接連著末端炔基 $-C\equiv CH$，沒有畫出楔形鍵或虛線鍵。反應試劑依序為 $H_2O、H_2SO_4$，再加 $CF_3CO_3^-$。

先令 $R$ 為環己基。酸催化水合後，端炔轉成甲基酮：

核心觀念

電子游離質譜（EI-MS）中，分子離子可經由 α 裂解或鍵結斷裂形成帶正電的碎片。判讀時要同時追蹤斷掉的是哪個鍵，以及碎片保留了哪些原子；氘（D）的質量約為 2，因此失去 $CD_3$ 的質量是 18，而不是 15。

解題方法

圖中的結構為 $CH_3CH_2-O-CH(CD_3)-CH_2CH_2CH_3$，氧相鄰的碳上連有 $CH_3$、$CD_3$ 與 $C_3H_7$。分子式為 $C_7H_{13}D_3O$，分子離子質荷比為：

沿氧相鄰碳的碳碳鍵進行 α 裂解，分別失去 $CH_3$、$CD_3$ 或 $C_3H_7$：

• 失去 $CH_3$：$119-15=104$
• 失去 $CD_3$：$119-18=101$
• 失去 $C_3H_7$：$119-43=76$

碳氧鍵斷裂也可形成 $C_2H_5^+$（$m/z=29$）或 $C_5H_8D_3^+$（$m/z=74$）。因此，符合這些裂解路徑的訊號組為 $29、74、76、101、104$。

選項分析

核心觀念

本題考查羰基化合物的 Grignard 加成、甲基酮的鹼性溴化、Friedel–Crafts 烷基化，以及酯的 α-位烷基化。判斷時要核對兩件事：試劑能否生成指定的碳骨架，以及反應條件是否能選擇性地停在指定產物。

解題方法

依原卷圖，A 的底物是苯甲酸乙酯，目標產物是乙酰苯；B 是含游離羥基的酮，目標產物是三級醇；C 是丙酮，目標產物是溴丙酮；D 是過量苯與氯乙烷進行烷基化，目標產物是乙苯；E 是丙酸乙酯，目標產物是 α-位甲基化的酯。逐項檢查反應是否會被額外加成、酸鹼反應或連續取代改變產物。

選項分析

• (A) 錯。 酯與甲基格氏試劑反應時，第一次加成後會形成酮；該酮比原酯更容易再接受格氏試劑加成，最後形成三級醇。通常需以兩當量格氏試劑完成這兩次加成，因此一當量條件不能選擇性地以乙酰苯為主要產物。

• (B) 錯。 底物上的羥基有酸性氫，會先與 $\mathrm{CH_3MgBr}$ 酸鹼反應，消耗格氏試劑並放出甲烷。剩餘試劑不足以按圖所示加成到酮羰基，需先保護羥基或使用額外格氏試劑。

• (C) 錯。 丙酮在 $\mathrm{Br_2/NaOH}$ 下會經烯醇負離子進行 α-位溴化；第一次溴化後，剩餘 α-氫更容易被移除，反應有連續溴化傾向。甲基酮在鹼性溴化條件下也會進一步走向鹵仿反應，故不能乾淨地選擇性停在圖示的單溴化產物。

核心觀念

本題考查還原劑與催化氫化對不同官能基的選擇性，包括炔烴的立體選擇性還原、烯酮的催化氫化、腈與酮的還原，以及分子內還原胺化。

判斷時要同時核對兩件事：反應物上的官能基是否轉成目標官能基，以及產物的立體化學與碳骨架是否符合圖示。

解題方法

圖中第 30 題的主要反應物分別是：含炔烴與酮的分子、$\alpha,\beta$-不飽和酮、含腈與酮的分子，以及帶有胺基與酮基的同一分子。目標產物包含順式烯醇、烯酮、飽和二級醇、胺基酮及開鏈胺基醇，需逐項比對試劑對各官能基的反應。

選項分析

(A) 錯誤。 $\mathrm{Li/NH_3(l)}$ 可將炔烴還原為反式（$E$）烯烴；圖示目標烯鍵為順式（$Z$），立體化學不符。此外，這組條件不會將原有酮基還原成目標的醇基，因此無法得到圖示產物。

核心觀念

$pK_\mathrm{a}=-\log K_\mathrm{a}$，表示酸解離的難易；$pK_\mathrm{a}$ 越大，酸性越弱。比較時可看各分子失去質子後形成的共軛鹼是否穩定：共軛鹼越穩定，原酸越容易失去質子，$pK_\mathrm{a}$ 越小。

解題方法

圖中 A 是苯甲酸，B 是苯酚，C 是苯胺，D 是氯化苯銨（$\mathrm{C_6H_5NH_3^+Cl^-}$），E 是環己醇。依序比較其可解離的質子與共軛鹼穩定性；常見近似 $pK_\mathrm{a}$ 為：苯胺的 $\mathrm{N-H}$ 約 30、環己醇約 16、苯酚約 10、苯銨離子約 4.6、苯甲酸約 4.2。

苯胺失去氮上的質子後形成苯胺負離子，負電荷不如氧負離子穩定，因此苯胺是很弱的酸，$pK_\mathrm{a}$ 最大。環己醇與苯酚都形成氧負離子；苯酚的共軛鹼可由芳香環共振穩定，因此苯酚比環己醇酸，$pK_\mathrm{a}$ 較小。苯銨離子失去質子會形成中性苯胺，酸性比苯甲酸略弱，故其 $pK_\mathrm{a}$ 略大。

各化合物比較

核心觀念

本題考還原性臭氧分解：臭氧切斷碳碳雙鍵，將雙鍵兩端各自轉成羰基。第二步使用二甲基硫（$\mathrm{Me_2S}$）作還原性處理；若雙鍵碳原子各帶一個氫，產物就是醛。

解題方法

原圖是降冰片烯，雙鍵位於一條二碳橋上；臭氧分解後，保留的骨架形成環戊烷。兩個醛基連接在原降冰片烯的兩個橋頭碳上，而這兩個碳之間隔著一個橋接亞甲基，因此醛基位於環戊烷的 $1,3$ 位。

核心觀念

本題考芳香族重氮化與偶合反應。芳香族一級胺在低溫下與亞硝酸反應，生成芳基重氮鹽；重氮鹽再與富電子芳香環偶合，形成偶氮鍵 $\mathrm{-N=N-}$。

解題方法

圖中起始物是未取代的苯胺，依序加入 $\mathrm{H_2SO_4/NaNO_2}$ 並維持 $0$–$5\,^\circ\mathrm{C}$，再加入 $N,N$-二甲基苯胺，反應環境為 $\mathrm{pH}$ 5–7。

第一步將苯胺的 $\mathrm{-NH_2}$ 轉成苯基重氮鹽 $\mathrm{C_6H_5N_2^+}$。第二步由 $N,N$-二甲基苯胺的芳香環進行偶合；

核心觀念

本題考查鈀催化的 Suzuki 偶聯。乙烯基溴化物與乙烯基硼酸頻哪醇酯（Bpin）在 $\mathrm{Pd(PPh_3)_4}$、$\mathrm{NaOH}$ 存在下形成新的碳—碳鍵。偶聯會保留兩個乙烯基反應物原有的雙鍵幾何構型。

解題方法

圖中左側是乙烯基溴化物，雙鍵一端連有溴，另一端連有甲基與正丁基；溴與正丁基位於雙鍵同側。右側是乙烯基 Bpin，雙鍵一端連有 Bpin，另一端連有乙基；Bpin 與乙基位於雙鍵異側。

反應時，左側的溴與右側的 Bpin 分別被偶聯鍵取代，兩個乙烯基接成共軛二烯。按產物的最長碳鏈編號，可寫成：

核心觀念

$\mathrm{Br_2/H_2O}$ 使烯烴形成溴醇。反應經由環狀溴鎓離子進行，水從背面進攻並開環，因此新生成的 $\mathrm{OH}$ 與 $\mathrm{Br}$ 呈 anti 加成，在環上表現為彼此反式。

解題方法

圖中底物是雙鍵兩端各帶一個甲基的環己烯；兩個雙鍵碳由分子對稱性而等價，沒有區域選擇性的差別。水進攻溴鎓離子後形成 $\mathrm{OH}$，溴則留在另一個雙鍵碳上；兩者必須位於環的相反面。

核心觀念

本題比較兩個狄爾斯－阿爾德反應的速率。反應速率取決於活化自由能 $\Delta G^\ddagger$；雙烯在反應中形成兩個新 $\sigma$ 鍵，並使雙烯中央鍵轉為雙鍵。若反應過程能恢復芳香性，會使產物及相關過渡態受到穩定，通常有利於降低活化能。

解題方法

圖中兩個反應都以順式二氰基乙烯作為親雙烯體；（A）的雙烯位於環丁烯骨架上，（B）則是鄰位二亞甲基苯，也稱鄰醌二甲烷。比較重點是兩種雙烯反應後的穩定化差異。

核心觀念

題目考的是質子核磁共振（¹H NMR）中「化學不等價質子」的判斷。化學環境相同的氫會歸為同一組訊號；分子對稱性可使不同位置的氫等價，而同一個碳上的兩個氫若處於不同的立體環境，也可能不等價。室溫下快速椅式翻轉會平均軸向與赤道向位置，但不會改變氫與溴之間的順式／反式關係。

解題方法

圖中是順式-1,3-二溴環己烷：兩個溴位於環上1、3位，且都以實心楔形鍵朝向同一側。分子對稱性使C1與C3對應，也使C4與C6對應；另一方面，C2與C5各自的兩個氫處於不同立體環境。

逐一計數：

核心觀念

化學不等價的氫會出現在不同的化學位移位置。判斷訊號數時，要考慮分子的對稱性與室溫下快速椅式翻轉造成的平均；椅式翻轉會互換軸向與赤道向位置，但不會改變氫與羥基之間的順式或反式關係。溶於 $\mathrm{CD_3OD}$ 時，羥基氫會交換，因此不計入可觀察的氫訊號。

解題方法

圖中是 trans-1,3-環己二醇：兩個羥基分別在 C1、C3，且一個以實心楔線表示、另一個以虛線表示，兩者位於環的相反面。先排除兩個會交換的羥基氫，再依分子對稱性將環上碳氫分組。

核心觀念

質子核磁共振中，一個氫會與鄰近且化學環境不等價的氫發生自旋耦合。若它分別與三個氫耦合，且三個耦合常數不同，訊號依序裂分為雙重峰、雙重雙重峰，再成為雙重雙重雙重峰（ddd）。

解題方法

圖中 (i) 箭頭指向烯烴內側的 $=\mathrm{CH}$，其相鄰結構為 $\mathrm{Ph{-}CH(OR){-}CH{=}CH_2}$。末端 $=\mathrm{CH_2}$ 的兩個氫分別位於內側烯烴氫的順式與反式位置，彼此不等價；

核心觀念

質子核磁共振（¹H NMR）的裂分取決於氫是否化學等價，以及它與鄰近氫之間的自旋耦合。若同一個 $\mathrm{CH_2}$ 上的兩個氫處於不同化學環境，且彼此有偕耦合，則在一階近似下各會呈雙重峰；訊號整體可呈 AB 型。

解題方法

圖中結構為 $\mathrm{Ph{-}CH_2{-}O{-}CH(Ph){-}CH{=}CH_2}$；標示（ii）指向苯環與氧之間的苄基 $\mathrm{CH_2}$，其右側的 $\mathrm{CH(Ph)}$ 是立體中心。

核心觀念

本題考兩個合成策略：先利用酯的 $\alpha$-碳去質子化與烷基化，建立碳鏈上的甲基取代；再將羧酸轉成醯氯，使用有機銅試劑加入一個甲基，選擇性製備酮。

解題方法

圖中起始物是丁酸乙酯，結構為 $\mathrm{CH_3CH_2CH_2CO_2Et}$；其羰基旁的 $\alpha$-碳是 $\mathrm{CH_2}$，有兩個氫。目標物是 $\mathrm{CH_3COCH(CH_3)CH_2CH_3}$，也就是 3-甲基-2-戊酮。先在 $\alpha$-碳引入甲基，再把酯轉成醯氯，最後以二甲基銅鋰將醯氯轉成甲基酮。

反應步驟與中間體

1. $\alpha$-碳甲基化
   以 LDA 在無水 THF、低溫下將丁酸乙酯去質子化，再加入碘甲烷：
   $\mathrm{CH_3CH_2CH_2CO_2Et \xrightarrow[\text{2. }CH_3I]{\text{1. LDA,\ THF,\ }-78^\circ C} CH_3CH_2CH(CH_3)CO_2Et}$
   中間體為 2-甲基丁酸乙酯。原本的 $\alpha$-碳失去一個氫並接上甲基，因此成為 $\mathrm{CH}$。

2. 酯水解為羧酸
   使用 $\mathrm{NaOH(aq)}$ 加熱水解，接著酸化：
   $\mathrm{CH_3CH_2CH(CH_3)CO_2Et \xrightarrow[\text{2. }H_3O^+]{\text{1. }NaOH,\ H_2O,\ \Delta} CH_3CH_2CH(CH_3)CO_2H}$
   中間體為 2-甲基丁酸。

核心觀念

本題考芳香環上的親電子芳香取代定位，以及 Heck 偶合。酰基 $\mathrm{-COR}$ 是間位定位基；芳基溴化物與丙烯腈進行 Heck 偶合，可形成 $\mathrm{Ar-CH=CH-CN}$，通常以 $E$ 異構物為主。

解題方法

圖中起始物是苯；目標物的苯環帶有一個正丙基，以及一個 $\mathrm{-CH=CH-CN}$ 側鏈，兩者位於間位。可先用酰基作間位定位基，在正確位置引入溴，再把酰基還原成正丙基，最後以 Heck 偶合接上丙烯腈。

酰基使芳環去活化並導向間位，因此溴進入酰基的間位。接著以 Wolff–Kishner 還原將 $\mathrm{-COCH_2CH_3}$ 轉成 $\mathrm{-CH_2CH_2CH_3}$：