111 年國立成功大學生物化學暨分子生物學研究所《有機化學》考古題與詳解

Question 1

Which of the following compounds has the highest reactivity toward electrophilic aromatic substitution? (A) bromobenzene (B) nitrobenzene (C) benzene (D) phenol.

Accepted Answer

核心觀念

芳香族親電取代反應（electrophilic aromatic substitution, EAS）的速率，取決於芳香環進攻親電試劑後，形成的σ 複合物（芳鎓離子）是否受到穩定。取代基若能增加芳香環的電子密度，並穩定 σ 複合物，通常會使反應加快；若使芳香環電子密度降低，則會使反應變慢。

解題方法

比較各取代基對苯環電子密度的影響：

酚羥基（ $-\mathrm{OH}$ ）：氧上的孤電子對可與苯環共振，將電子密度推入芳香環，並穩定鄰位、對位進攻後形成的 σ 複合物，因此強烈活化苯環。
溴（ $-\mathrm{Br}$ ）：可透過共振供電子，但溴的誘導吸電子效應更強，整體使苯環反應性低於苯；屬於去活化基。

Question 2

Which of the following $^{13}\mathrm{C}$ NMR and Mass spectral data does not fit with allyl bromide?

(A) $M^+=120$ and $(M+2)=122$
(B) broadband decoupled $^{13}\mathrm{C}$ NMR: $32.6,\ 118.8,\ 134.3\ \delta$
(C) DEPT-90: $134.3\ \delta$
(D) DEPT-135: negative peaks at $134.3\ \delta$ ; positive peaks at $32.6,\ 118.8\ \delta$
(E) none of above.

Accepted Answer

核心觀念 烯丙基溴的結構為 $\mathrm{CH2{=}CH{-}CH2Br}$，分子式是 $\mathrm{C3H5Br}$。本題考查溴的同位素質譜訊號，以及 $^{13}\mathrm{C}$ NMR、DEPT-90 和 DEPT-135 對不同碳氫型態的判讀。 DEPT-90 只顯示與一個氫相連的碳，也就是 $\mathrm{CH}$；DEPT-135 中，$\mathrm{CH}$ 與 $\mathrm{CH3}$ 為正峰，$\mathrm{CH2}$ 為負峰。 解題方法 依原卷題目，需判斷哪些質譜與 $^{13}\mathrm{C}$ NMR 資料符合烯丙基溴 $\mathrm{CH2{=}CH{-}CH2Br}$。其三個碳分別是溴甲基 $\mathrm{CH2Br}$、烯烴末端 $\mathrm{CH2}$ 與烯烴內側 $\mathrm{CH}$。 先看質譜：溴有主要同位素 $^{79}\mathrm{Br}$ 和 $^{81}\mathrm{Br}$，兩者相差 2 個質量單位，因此分子離子峰應形成 $M^+$ 與 $(M+2)$ 峰。再依各碳的氫數判讀 DEPT 訊號，即可檢驗選項。 選項分析 - (A) 正確。 以 $^{79}\mathrm{Br}$ 計算，$\mathrm{C3H5Br}$ 的分子離子質量為 $36+5+79=120$；

Question 3

Which of the following statements is false?

(A) Both mass spectrometry and infrared spectroscopy involve the interaction of molecules with electromagnetic energy.
(B) The amount of energy in electromagnetic radiation is related to the frequency and wavelength of the radiation. High energy radiation like gamma rays is of high frequency and short wavelength.
(C) The amount of energy in infrared light corresponds to the amount of energy needed to increase certain molecular motions, such as bond vibrations, in organic molecules.
(D) Examining the infrared spectrum of a compound allows us to determine the types of functional groups present in the compound.
(E) none of above.

Accepted Answer

核心觀念 本題考的是質譜法與紅外光譜法的基本原理，以及電磁輻射能量和頻率、波長的關係。 電磁輻射的能量可寫成： $$ E=h
u=\frac{hc}{\lambda} $$ 其中 $E$ 是能量、$h$ 是普朗克常數、$
u$ 是頻率、$c$ 是光速、$\lambda$ 是波長。因此，頻率越高、波長越短，輻射能量越高。 紅外光譜利用分子吸收紅外線後產生的振動能階變化，協助判定官能基。質譜法則先使分子形成離子，再依質荷比分析；一般質譜法的核心不是分子吸收電磁輻射。 解題方法 原卷第 4 題的題幹與選項和所提供文字一致，選項列出質譜法、紅外光譜、電磁輻射能量關係，以及紅外光譜判定官能基的用途。判斷時逐項核對：能量與頻率、波長的關係是否正確，再區分紅外光譜與質譜法各自的原理。 選項分析

Question 4

Which of the following regions of the infrared spectrum corresponds to the absorptions occurring for $\mathrm{C-C}$ , $\mathrm{C-O}$ , $\mathrm{C-N}$ , and $\mathrm{C-X}$ single-bond vibrations?

(A) $4000$ to $2500\ \mathrm{cm^{-1}}$
(B) $2500$ to $2000\ \mathrm{cm^{-1}}$
(C) $2000$ to $1500\ \mathrm{cm^{-1}}$
(D) below $1500\ \mathrm{cm^{-1}}$
(E) none of above.

Accepted Answer

已確認原卷頁圖內容。第 5 題原文為：「Which of the following regions of the infrared spectrum corresponds to the absorptions occurring for C–C, C–O, C–N, and C–X single-bond vibrations? (A) 4000 to 2500 cm⁻¹ (B) 2500 to 2000 cm⁻¹ (C) 2000 to 1500 cm⁻¹ (D) below 1500 cm⁻¹ (E) none of above.」與題目文字一致。 --- 核心觀念 本題考的是紅外線光譜（IR）各頻率區間所對應的鍵種類。紅外線光譜依波數（wavenumber, $\mathrm{cm^{-1}}$）大致分為四個區域： | 區域 | 波數範圍 | 主要吸收來源 | |---|---|---| | 區域 1 | $4000 \sim 2500\ \mathrm{cm^{-1}}$ | 單鍵 X–H 伸縮振動（O–H、N–H、C–H） | | 區域 2 | $2500 \sim 2000\ \mathrm{cm^{-1}}$ | 參鍵伸縮振動（$\mathrm{C \equiv C}$、$\mathrm{C \equiv N}$） | | 區域 3 | $2000 \sim 1500\ \mathrm{cm^{-1}}$ | 雙鍵伸縮振動（$\mathrm{C=C}$、$\mathrm{C=O}$、$\mathrm{C=N}$） | | 區域 4 | $< 1500\ \mathrm{cm^{-1}}$ | 單鍵伸縮振動（C–C、C–O、C–N、C–X）及各種彎曲振動，此區域又稱「指紋區（fingerprint region）」 | 影響吸收頻率的核心公式為虎克定律（Hooke's Law）： $$ \bar{
u} = \frac{1}{2\pi c}\sqrt{\frac{k}{\mu}} $$ 其中 $k$ 為鍵力常數（force constant），$\mu$ 為折合質量（reduced mass）。鍵級越高、$k$ 越大、振動頻率越高；同時兩個原子質量越大，$\mu$ 越大，頻率越低。C–C、C–O、C–N、C–X 均為單鍵，鍵力常數較雙鍵、參鍵小，因此出現在低波數區域。 --- 解題方法 從圖中確認題目問的是 C–C、C–O、C–N、C–X 單鍵（single-bond） 的振動吸收區間。依據 IR 光譜的標準分區： - 單鍵的力常數 $k$ 約為 $5 	imes 10^2\ \mathrm{N/m}$（相較於雙鍵 $\sim 10 	imes 10^2\ \mathrm{N/m}$、參鍵 $\sim 15 	imes 10^2\ \…

Question 5

Which of the following organic halides has the least reactivity in an $\mathrm{S_N1}$ reaction?

(A) 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】
(B) 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】
(C) 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】
(D) 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

Accepted Answer

核心觀念 $S\mathrm{N}1$ 反應的速率決定步驟是碳－離去基鍵斷裂，生成碳正離子，因此反應性主要取決於兩點：碳正離子的穩定度，以及離去基離去的容易程度。常見離去能力順序為 $I^- Br^- Cl^- \gg F^-$。 解題方法 依原卷圖，(A) 是烯丙位氯化物 $CH2=CH-CH(Cl)-CH3$；(B) 是 $CH3CH(F)CH3$；(C) 是苄位溴化物 $C6H5CH(Br)CH3$；(D) 是三級碘化物 $(CH3)3C-I$。比較各結構形成的碳正離子穩定度與離去基能力，尤其注意 (B) 的氟離子是很差的離去基。 選項分析

Question 6

Which of the following statements is correct?

(A) Enantiomers are organic molecules which rotate the plane of polarization of plane-polarized light.
(B) Chirality is the reason for "handedness" in molecules; the property of an object that causes it to be nonsuperimposable on its mirror image.
(C) Some compounds are stereoisomers that are not mirror images.
(D) Prochirality center is an atom in a molecule that is bonded to four different atoms or groups of atoms.
(E) Chirality center is an $\mathrm{sp^3}$ -hybridized atom that can become a chirality center by changing one of its attached groups.

Accepted Answer

核心觀念

本題測驗立體化學（stereochemistry）中五個基本名詞的定義，包括：

術語	正確定義
Enantiomers（對映異構物）	互為鏡像（mirror images）且不可重疊（nonsuperimposable）的立體異構物
Chirality（手性）	使分子具有「慣用手性（handedness）」的性質——物體與其鏡像不可重疊的特性
Diastereomers（非對映異構物）	彼此為立體異構物但「非」互為鏡像的化合物
Chirality center（手性中心）	連接四個不同原子或基團的 $\mathrm{sp^3}$ 混成原子
Prochirality center（前手性中心）	一個 $\mathrm{sp^3}$ 混成原子，若將其所連的某一基團替換為不同基團，即可產生手性中心

掌握上述定義後，即可逐一比對各選項的敘述是否與正確定義吻合。

選項分析

(A) ✗ 錯誤

Enantiomers are organic molecules which rotate the plane of polarization of plane-polarized light.

此敘述有兩個根本性錯誤：

定義張冠李戴：「能使平面偏振光的偏振面旋轉」是**光學活性物質（optically active substance）**的定義，而非對映異構物（enantiomers）的定義。Enantiomers 的正確定義是「互為不可重疊鏡像的立體異構物」。
等量混合時不旋光：一對 enantiomers 以等量混合形成外消旋混合物（racemic mixture）時，兩者的旋光度恰好互相抵消，淨旋光度為零，不會使偏振面旋轉。因此「enantiomers 就是能旋光的分子」的說法並不成立。

此外，enantiomers 亦不限於有機分子（organic molecules），無機配位化合物同樣可具有對映異構物。

(B) ✓ 正確

Chirality is the reason for "handedness" in molecules; the property of an object that causes it to be nonsuperimposable on its mirror image.

此敘述完整且精確地對應手性（chirality）的教科書定義（McMurry, Organic Chemistry）：

Handedness（慣用手性）：如同左手與右手互為鏡像但無法完全重疊，手性分子亦具有此「左右手」之別。
Nonsuperimposable on its mirror image（與鏡像不可重疊）：這正是手性的核心判據——一個物體（分子）若與其鏡像無法完全重合，即具有手性。

兩段敘述合併，構成手性的完整定義，無任何瑕疵。

(C) △ 敘述本身為真，但非最佳答案

Some compounds are stereoisomers that are not mirror images.

Question 7

Which of the following compounds has the lowest boiling point? (A) n-butyl chloride (B) n-butyl iodide (C) t-butyl chloride (D) t-butyl bromide.

Accepted Answer

核心觀念 沸點是液體的蒸氣壓等於外界壓力時的溫度。分子間作用力越強，液體分子越不容易離開液相，沸點通常越高。這題主要比較兩個因素： - 分子大小與極化率：分子越大、電子雲越容易被扭曲，倫敦分散力通常越強；對相近的烷基結構而言，含碘化合物通常比含溴、含氯化合物沸點高。 - 碳骨架支鏈程度：碳數相同時，支鏈增加會使分子較緊密，分子彼此接觸的有效表面積變小，倫敦分散力通常減弱，沸點因而降低。 解題方法 先比較碳骨架：n-butyl 是直鏈丁基，t-butyl 是高度支鏈的第三丁基。直鏈異構物的有效接觸面積較大，通常比相應的支鏈異構物沸點高。 再比較鹵素：碘的分子量與極化率大於溴，溴又大於氯；在烷基骨架相同時，分散力大致依 $I Br Cl$ 增強，沸點也大致隨之升高。 本題中，第三丁基氯同時具有高度支鏈結構與較小的氯原子，分子間分散力較弱，沸點最低。其餘選項至少具有直鏈骨架或較大的鹵素原子，沸點較高。 選項分析

Question 8

For assignments of $R$, $S$ configurations to each indicated chirality center in the molecules below, which has $R$ configuration? 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】 (A) $a$ (B) $b$ (C) $c$ (D) $d$.

Accepted Answer

核心觀念 本題考查手性中心的 $R/S$ 絕對組態。先依序列規則（CIP）比較手性中心所連接的四個基團，決定優先序 $1234$；再讓最低優先序的基團朝向紙面後方，觀察 $1	o2	o3$ 的方向：順時針為 $R$，逆時針為 $S$。若最低優先序基團朝向紙面前方，判定結果須反轉。 解題方法 圖中四個手性中心分別標為 $a、b、c、d$。$a$ 連接胺基、羧基、甲基與氫；$b、c$ 位於含羰基的環上；$d$ 連接羥基、芳香環、$CH2NH2$ 與氫。依各中心的楔形鍵與虛線鍵判斷立體方向，再按 CIP 規則排序。 - $a$：直接相連原子的優先序為 $NC CH$。在兩個碳基團中，羧基碳連接的氧原子優先於甲基碳連接的氫原子，因此排序為 $NH2COOHCH3H$。依圖示立體方向判定為 $S$。 - $b$：最低優先序為氫。兩條環路徑先比較相鄰原子；通往羰基的路徑因羰基碳相當於連接兩個氧，優先於通往一般烷基碳的路徑。

Question 9

Which of the following statements is false?

(A) 1,2-Dimethylcyclohexane can exist as cis-trans isomers.
(B) All carbon atoms are $\mathrm{sp^3}$ hybridized in methylcyclohexane.
(C) Cyclohexane has smaller strain energy ( $\mathrm{kJ/mol}$ ) than cyclooctane.
(D) Camphor is an example of a bridged bicyclic molecule.
(E) none of above.

Accepted Answer

核心觀念 本題考查環烷烴的順反異構、碳原子的混成、環張力，以及橋環化合物的結構判別。「哪一項為錯」要逐一確認 (A) 至 (D) 是否正確；若四項都正確，則選 (E) none of above。 解題方法 原頁第 10 題列出四個敘述：(A) 1,2-二甲基環己烷的順反異構、(B) 甲基環己烷的碳原子混成、(C) 環己烷與環辛烷的張力能比較，以及 (D) 樟腦是否為橋環雙環分子。依序用立體異構、鍵結與環張力的基本概念判斷。 選項分析

Question 10

Which of the following statements is false?

(A) Protonation of the intermediate constitutes a difference between an aldol and a Claisen condensation.
(B) 1,6-Diester will produce a five-membered ring via a Dieckmann cyclization.
(C) 1-Nitropentane would be classified as a Michael donor.
(D) 2-Methylbutanal will not undergo an aldol condensation reaction.
(E) none of above.

Accepted Answer

已確認原卷第 11 題的完整題文與選項，以下為詳解。 --- 核心觀念 本題綜合考察四大碳–碳鍵形成反應的定義與適用條件： 1. Aldol condensation（醛醇縮合）vs. Aldol addition（醛醇加成）：Aldol addition 生成 β-hydroxy carbonyl 中間體；condensation 需要該中間體進一步脫水（dehydration），形成 α,β-不飽和羰基化合物（enone / enal）。脫水須在 β-hydroxy carbonyl 的 α-碳上還有氫才能發生 E1cb 消去。 2. Claisen condensation：烯醇化物攻擊酯的羰基，最後以離去基（alkoxide）離去取代質子化；產物為 β-keto ester，整個過程不經質子化中間體即完成。 3. Dieckmann cyclization：Claisen condensation 的分子內版本，分子兩端各有一酯基，生成環狀 β-keto ester。環化優先形成五或六員環。 4. Michael reaction：共軛加成反應。Michael donor 是含活性氫的親核碳（如 β-keto ester、malonate、nitroalkane 等），Michael acceptor 是 α,β-不飽和羰基或硝基化合物。 --- 解題方法 依據原卷圖確認第 11 題選項原文為 (A)–(E)，逐一檢驗每個敘述的正誤，判斷何者為 false。 --- 選項分析 (A) Protonation of the intermediate constitutes a difference between an aldol and a Claisen condensation. - Aldol condensation：烯醇化物對另一分子醛或酮進行親核加成後，生成 β-hydroxy aldehyde/ketone（醇鹽中間體），隨後經質子化得到中性 β-hydroxy carbonyl，再脫水完成縮合。 - Claisen condensation：烯醇化物攻擊酯的羰基後，四面體中間體透過 alkoxide 離去（而非質子化）生成 β-keto ester；最終步驟是由強鹼奪取 α-氫使反應不可逆。 兩者在中間體處理方式上確實不同：aldol 走質子化路線，Claisen 走離去基離去路線。此敘述正確。 (B) 1,6-Diester will produce a five-membered ring via a Dieckmann cyclization. 1,6-Diester 表示兩個酯基之間隔了四個碳（C1 與 C6 各帶一個酯基）。進行分子內 Claisen condensation 時，新的 C–C 鍵在 C2–C6（或 C1–C…

Question 11

Which of the following amines is the most basic compound?

(A) 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】
(B) 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】
(C) 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】
(D) 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

Accepted Answer

核心觀念 胺的鹼性取決於氮原子的孤電子對接受質子的能力。比較胺的鹼性時，可比較其共軛酸 $BH^+$ 的 $pKa$：共軛酸的 $pKa$ 越高，原胺的鹼性越強。 若氮上的孤電子對與芳香環共軛，電子對較不容易接受質子，鹼性會降低；取代基的推、拉電子效應也會影響鹼性。 解題方法 圖中（A）是 3,5-二甲基苯胺；（B）是苯胺；（C）是苯環連接 $\mathrm{CH2NH2}$ 的苄胺；（D）是對三氟甲基苯胺。比較重點是氮原子的孤電子對是否直接與苯環共軛。 （C）的氮原子隔著一個 $\mathrm{CH2}$ 與苯環相連，孤電子對不與芳香環共軛，因此較容易接受質子。其餘三者的氮原子直接連在苯環上，孤電子對可與芳香環共軛，鹼性較弱。 選項分析

Question 12

Which of the following compounds will be almost completely deprotonated by $\mathrm{NaOH}$? (A) water (B) ethanol (C) phenol (D) ammonia (E) all of above.

Accepted Answer

核心觀念 氫氧化鈉在水中提供 $\mathrm{OH^-}$。判斷 $\mathrm{OH^-}$ 能否幾乎完全移去某化合物的質子，要比較該化合物（酸）與水的酸性。移去質子的反應為： $$ \mathrm{HA + OH^- ightleftharpoons A^- + H2O} $$ 其平衡常數可用兩酸的 $pKa$ 估算： $$ K \approx 10^{pKa(\mathrm{H2O})-pKa(\mathrm{HA})} $$ 水的 $pKa$ 約為 $15.7$。當 $\mathrm{HA}$ 的 $pKa$ 明顯低於 $15.7$，反應偏向生成 $\mathrm{A^-}$，去質子化程度高。 解題方法 原卷第 13 題列出水、乙醇、苯酚、氨與「以上皆是」五個選項，沒有另附化學結構圖。逐一比較各選項作為酸時的 $pKa$ 與水的 $pKa$，即可判斷平衡方向。 苯酚的 $pKa$ 約為 $10$，因此： $$ K \approx 10^{15.7-10} \approx 5 	imes 10^5 $$

Question 13

For the following compound, the carbon atom indicated by the asterisk is:

🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

(A) chiral
(B) achiral
(C) prochiral
(D) both achiral and prochiral
(E) none of above.

Accepted Answer

核心觀念 手性碳通常是連接四種不同基團的四面體碳。前手性（prochirality）則指原本不具手性的原子或基團，經由一次加成或取代後可形成手性中心。前手性原子本身仍然是非手性的，因此兩種性質可以同時成立。 解題方法 圖中星號標示的是羰基碳；它與氧形成雙鍵，並連接 $CH3$ 和 $CO2^-$。此碳為平面構型，本身不是手性碳。羰基若經加成形成四面體碳，該碳會連接 $OH$、$H$、$CH3$ 與 $CO2^-$ 四種不同基團，因而成為手性中心；所以星號碳具有前手性。 選項分析

Question 14

For $(2R,3S)$-dibromobutane, provide a Newman projection of its most stable conformation by sighting down the $\mathrm{C2-C3}$ bond.

Accepted Answer

核心觀念 Newman 投影是沿指定的碳－碳鍵觀察分子的構形。本題沿 C2–C3 鍵由 C2 朝 C3 觀看，C2 是前碳、C3 是後碳。穩定構形採交錯式，並讓較大的基團盡量互相反式，以降低扭轉張力與立體排斥。 解題方法 原頁第二大題第 1 題指定分子為 $(2R,3S)$-dibromobutane，要求沿 C2–C3 鍵觀看。分子骨架為 $\mathrm{CH3-CHBr-CHBr-CH3}$，因此 C2、C3 各連接 $\mathrm{Br}$、$\mathrm{H}$、$\mathrm{CH3}$ 及另一個碳。 固定觀看方向後，將兩碳的取代基排成交錯式，並使三組相同基團互相反式： | 碳原子 | 取代基位置 | |---|---| | 前碳 C2 | 12 點鐘：$\mathrm{CH3}$；8 點鐘：$\mathrm{Br}$；4 點鐘：$\mathrm{H}$ |

Question 15

Propose the chemical structure of the $\mathrm{C_8H_9Br}$ compound with the following $^1\mathrm{H}$ NMR data:

$3\mathrm{H}$ doublet at $2.0\ \delta$ , $J=7\ \mathrm{Hz}$ ;
$1\mathrm{H}$ quartet at $5.0\ \delta$ , $J=7\ \mathrm{Hz}$ ;
$5\mathrm{H}$ singlet at $7.3\ \delta$ .

Accepted Answer

核心觀念 本題運用分子式計算不飽和度，並以氫核磁共振（$^1\mathrm{H}$ NMR）的訊號積分、化學位移與裂分判斷分子結構。 不飽和度公式為： $$ \mathrm{DBE}=\frac{2C+2-H-X}{2} $$ 其中 $X$ 代表鹵素原子，視同氫原子計算。氫核磁共振訊號的積分代表相對氫數；相鄰氫造成訊號裂分時，可用 $n+1$ 規則判斷：某組氫旁有 $n$ 個等價氫，訊號通常裂分為 $n+1$ 重峰。 解題方法 先由分子式 $\mathrm{C8H9Br}$ 計算不飽和度： $$ \mathrm{DBE}=\frac{2(8)+2-9-1}{2}=4 $$ 不飽和度為 $4$，符合一個苯環的組成。題目在 $\delta=7.3$ 有 $5\mathrm{H}$ 訊號，表示有五個芳香氫，對應單取代苯環 $\mathrm{C6H5{-}}$。 扣除苯環後，剩餘部分為 $\mathrm{C2H4Br}$。其餘兩組訊號為：

Question 16

Provide the chemical structure of trans-3-isopropylcyclohexanecarbaldehyde.

Accepted Answer

核心觀念 本題考查環烷烴的命名與立體化學。 - cyclohexanecarbaldehyde：醛基的碳不屬於環，醛基直接接在環上；接有醛基的環碳編為 C1。 - 3-isopropyl：異丙基接在 C3，異丙基的結構是 $-\mathrm{CH(CH3)2}$。 - trans：C1 的醛基與 C3 的異丙基位於環的相反兩面，一個朝向觀察者，另一個背向觀察者。 解題方法 先畫出六元環並依序標示 C1 至 C6，再放置取代基：C1 接醛基 $\mathrm{-CHO}$，C3 接異丙基。最後依照 trans 的定義，將兩個取代基畫在環的相反面。 下圖中，實心楔形鍵表示朝向觀察者，虛線楔形鍵表示背向觀察者：

Question 17

Draw the chemical structure of 1-($(1S,3R)$-3-methylcyclohexyl)benzene.

Accepted Answer

核心觀念 本題考查依據 R/S 絕對組態畫出分子立體結構。先用 CIP 規則排列各手性中心的取代基優先序，再判斷楔形鍵與虛線楔形鍵的方向，使 C1 為 $S$、C3 為 $R$。 解題方法 將環上連接苯基的碳定為 C1，沿環依序編號，使甲基位於 C3。C1、C3 都是手性中心。 - C1：直接相連的苯基碳優先序最高。兩條環路徑第一層比較相同；往下比較時，經 C2 的路徑先遇到連接較多碳原子的 C3，因此優先序較高。排序為： $1=	ext{苯基}$、$2=	ext{經 C2 的環路徑}$、$3=	ext{經 C6 的環路徑}$、$4=	ext{H}$。 - C3：兩條環路徑第一層比較相同；經 C2 的路徑會先到達連接苯基的 C1，因此高於經 C4 的路徑。排序為： $1=	ext{經 C2 的環路徑}$、$2=	ext{經 C4 的環路徑}$、$3=	ext{甲基}$、$4=	ext{H}$。

Question 18

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation. 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】 Reaction conditions: $\mathrm{H2NNH2}$, $\mathrm{KOH}$.

Accepted Answer

核心觀念 本題考沃爾夫–基希納還原（Wolff–Kishner reduction）：在 $\mathrm{H2NNH2}$、$\mathrm{KOH}$ 條件下，醛或酮的羰基碳會被還原成亞甲基；分子中的碳碳雙鍵與其他取代基則保留。 解題方法 圖中底物是帶有甲基與異丙烯基取代的環己烯酮：羰基位於環上，環內另有一個碳碳雙鍵；左下方連接的取代基是 $\mathrm{-C(CH3)=CH2}$。圖中沒有標示楔形鍵或虛線鍵，因此不指定立體構型。

Question 19

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation.

🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

Reagent: $\mathrm{CH_3MgI}$ .
Solvent: ether.

The reaction also produces $\mathrm{CH_4}$ .

Accepted Answer

核心觀念 酮與二級胺在酸催化下縮合，經脫水及 α 位去質子化，生成烯胺（enamine）。反應的特徵是：原羰基碳與相鄰 α 碳形成碳碳雙鍵，胺的氮則以單鍵連在原羰基碳上。 解題方法 圖中反應物是環己酮與吡咯烷，條件為醋酸（$\mathrm{HOAc}$），並標示生成 $\mathrm{H2O}$。吡咯烷是二級胺，因此此反應生成烯胺。

Question 20

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation. 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】 1. $\mathrm{Hg(O2CCF3)2}$, $\mathrm{CH3OH}$ 2. $\mathrm{NaBH4}$

Accepted Answer

核心觀念 本題考「烷氧汞化－去汞化」反應。烯烴在醇類溶劑中與汞鹽反應，再以 $\mathrm{NaBH4}$ 處理，會使醇類的烷氧基與氫加成到雙鍵兩端；反應不經自由碳陽離子重排。 解題方法 圖中底物是未取代的環戊烯，雙鍵位於五元環的一側；試劑依序為 $\mathrm{Hg(O2CCF3)2、CH3OH}$，再以 $\mathrm{NaBH4}$ 處理。由於環戊烯的雙鍵兩端對稱，甲氧基加在哪一端都得到相同的環狀產物。

Question 21

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation. 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】 1. $\mathrm{HNO2}$, $\mathrm{H2SO4}$ 2. N,N-dimethylaniline

Accepted Answer

核心觀念 本題考查芳香族胺的重氮化與偶氮偶合。苯胺的 $\mathrm{-NH2}$ 可經重氮化轉成芳香族重氮鹽；重氮鹽再與富電子芳香環反應，形成偶氮鍵 $\mathrm{-N=N-}$。$\mathrm{-N(CH3)2}$ 是強活化、鄰對位導向基，偶合主要發生在對位。 解題方法 圖中第一個反應物是苯胺，先以 $\mathrm{HNO2}$、$\mathrm{H2SO4}$ 處理；第二個反應物是 $N,N$-二甲基苯胺，其苯環上連有一個 $\mathrm{-N(CH3)2}$。

Question 22

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation. 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】 1. $\mathrm{AlCl3}$ 2. $\mathrm{H2/Pd}$

Accepted Answer

核心觀念

本題考兩步反應：先以傅–克醯化在苯環上接入醯基，再將芳香酮的羰基還原成亞甲基。傅–克醯化使用醯氯與 $\mathrm{AlCl_3}$ ，可在苯環上形成碳–碳鍵；後續 $\mathrm{H_2/Pd}$ 將 $\mathrm{ArCO R}$ 中的羰基轉為 $\mathrm{ArCH_2R}$ 。

解題方法

圖中反應物是苯與異丁醯氯 $\mathrm{(CH_3)_2CHCOCl}$ ，反應依序使用 $\mathrm{AlCl_3}$ 、 $\mathrm{H_2/Pd}$ ；圖中沒有楔形或虛線鍵。

第一步是傅–克醯化。 $\mathrm{AlCl_3}$ 活化異丁醯氯，產生醯化所需的親電子試劑；苯環進行親電子芳香取代，得到芳香酮：

\mathrm{C_6H_6 + (CH_3)_2CHCOCl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5COCH(CH_3)_2}

Question 23

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation. 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】 Reaction conditions: $\mathrm{KOH}$, heat.

Accepted Answer

核心觀念 本題考環己烷椅式構形的 $E2$ 消去反應。環己烷上的 $E2$ 消去通常要求離去基與相鄰碳上的氫呈反式共平面；在椅式構形中，這對應到兩者都在軸向、且方向相反的「反式雙軸」排列。符合此幾何條件的相鄰氫才會被移除並形成雙鍵。 解題方法

Question 24

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation. Starting compound: 2-bromohexane. Reagent: $\mathrm{CH3O^-Na^+}$. Solvent: $\mathrm{CH3OH}$.

Accepted Answer

核心觀念 本題考查二級烷基鹵化物在強鹼條件下的消去反應，以及烯烴的札伊采夫選擇性。甲氧基鈉提供強鹼 $\mathrm{CH3O^-}$；對二級溴化物 2-溴己烷而言，消去反應以雙分子消去（E2）為主。 E2 反應中，鹼從溴所在碳的相鄰碳移走一個 $\beta$-氫，同時溴離去，兩個碳之間形成雙鍵。主要區域異構物通常是取代程度較高、較穩定的烯烴。 解題方法 將 2-溴己烷寫成： $$ \mathrm{CH3-CH(Br)-CH2-CH2-CH2-CH3} $$ 溴位於 C2，因此可移除的 $\beta$-氫位於 C1 或 C3： - 從 C1 移除氫，形成 1-己烯。 - 從 C3 移除氫，形成 2-己烯。

Question 25

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation. 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】 1. NBS, $\mathrm{CCl4}$ 2. $\mathrm{KOH}$, ethanol

Accepted Answer

核心觀念 本題考兩步反應：NBS 在光照或自由基條件下進行烯丙位溴化；接著以醇類 KOH 促進 E2 脫去反應，形成共軛二烯。 解題方法 圖中起始物是環戊烯，環上只有一個雙鍵，沒有標示楔形鍵、虛線鍵或電荷。第一步使用 NBS、CCl₄，溴化位置在雙鍵旁的烯丙位；第二步使用 KOH、乙醇，促使溴代物脫去 HBr。

Question 26

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation.

🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

Reagent: $\mathrm{CH_3MgI}$ .
Solvent: ether.

The reaction also produces $\mathrm{CH_4}$ .

Accepted Answer

核心觀念 本題考末端炔烴的氫硼化－氧化反應。對末端炔烴而言，硼加到末端碳，氧化後轉成烯醇，再經互變異構形成醛；整體效果是反馬可尼可夫方向的水合。 解題方法 圖中底物是苯環直接連接末端炔基，結構為 $\mathrm{C6H5-C{\equiv}C-H}$；試劑依序為 $\mathrm{BH3, THF}$，再以 $\mathrm{H2O2, NaOH, H2O}$ 氧化。 氫硼化時，氫加到靠近苯環的炔碳，硼加到末端炔碳。氧化步驟將 $\mathrm{C-B}$ 鍵轉成 $\mathrm{C-OH}$，先生成烯醇：

Question 27

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation.

🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

Reagent: $\mathrm{CH_3MgI}$ .
Solvent: ether.

The reaction also produces $\mathrm{CH_4}$ .

Accepted Answer

核心觀念 本題連續考查末端炔的去質子化與烷基化，以及炔烴的溶解金屬還原： - $\mathrm{NaNH2}$ 是強鹼，可移除末端炔的酸性氫，生成乙炔負離子（炔化物）。 - 炔化物可對一級鹵烷進行 $S\mathrm{N}2$ 反應，形成新的碳碳鍵。 - $\mathrm{Li/NH3}$（液態氨）將炔烴部分還原成反式烯烴，不會繼續還原成烷烴。 解題方法 先將起始物標示為： $$ \mathrm{(CH3)2CHCH2C{\equiv}CH} $$ 第一步以 $\mathrm{NaNH2}$ 移除末端炔氫，形成炔化物： $$ \mathrm{(CH3)2CHCH2C{\equiv}C^-Na^+} $$

Question 28

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation. 🖼️【此處有附圖，請對照原卷】 1. $\mathrm{Hg(OAc)2}$, $\mathrm{H2O}$ 2. $\mathrm{NaBH4}$

Accepted Answer

核心觀念 本題考氧汞化－去汞化反應的區域選擇性。烯烴經 $\mathrm{Hg(OAc)2,\ H2O}$ 與 $\mathrm{NaBH4}$ 處理，淨結果是按馬可尼可夫方向加成水：$\mathrm{OH}$ 加到原雙鍵較多取代的碳，$\mathrm{H}$ 加到另一個碳；反應不經碳正離子重排。 解題方法 圖中底物是雙鍵位於環己烷右側的甲基取代環己烯；甲基連在雙鍵上方的碳，圖中沒有楔形或虛線立體鍵。此雙鍵上，帶甲基的碳連接較多碳取代基，因此是較多取代的碳。

Question 29

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation.

🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

Reagent: $\mathrm{CH_3MgI}$ .
Solvent: ether.

The reaction also produces $\mathrm{CH_4}$ .

Accepted Answer

核心觀念 格氏試劑 $\mathrm{CH3MgI}$ 具有強鹼性，遇到羧酸時會先與羧酸的酸性氫進行酸鹼反應。這一步會生成甲烷與羧酸鎂鹽；格氏試劑因此被消耗，不能再用來加成到分子中的酮羰基。 解題方法 圖中底物是乙醯乙酸，結構為 $\mathrm{CH3COCH2COOH}$；試劑是 $\mathrm{CH3MgI}$，溶劑為乙醚，產物端並標示生成 $\mathrm{CH4}$。

Question 30

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation.

🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

Reagent: $\mathrm{CH_3MgI}$ .
Solvent: ether.

The reaction also produces $\mathrm{CH_4}$ .

Accepted Answer

核心觀念 本題考芳香族親電取代反應的定位效應，以及苄位側鏈的氧化。 甲基是活化的鄰、對位定位基；硝基是鈍化的間位定位基。多個取代基同時存在時，若定位效應指向相同位置，該位置較容易進行後續取代。最後以酸性高錳酸鉀氧化苄位烷基；只要苄位有氫，甲基側鏈可氧化成羧基。 解題方法 圖中第 17 題的起始物是甲苯，反應依序為硝化（$\mathrm{HNO3/H2SO4}$）、氯化（$\mathrm{Cl2/FeCl3}$），再以酸性高錳酸鉀氧化（$\mathrm{KMnO4/H3O^+}$）。甲苯硝化主要形成鄰硝基甲苯與對硝基甲苯，接著分別判斷兩者的氯化位置，最後將甲基氧化為羧基。 - 鄰硝基甲苯：以甲基所在碳為 1 位、硝基在 2 位。甲基的鄰、對位定位效應，以及硝基的間位定位效應，都指向 4、6 位。因此氯可取代在 4 位或 6 位，分別得到兩種產物。

Question 31

Provide the major reaction product(s) for the following chemical transformation.

🖼️【此處有附圖，請對照原卷】

Reagent: $\mathrm{CH_3MgI}$ .
Solvent: ether.

The reaction also produces $\mathrm{CH_4}$ .

🖼️ 本題含圖表，以下為原卷對應頁面：

Accepted Answer

核心觀念 本題考查 β-酮酯的 α-烷基化，以及水解、脫羧反應。β-酮酯的兩個羰基之間的 α-氫具有酸性，可先形成烯醇負離子，再與一級鹵化烷進行 $S\mathrm{N}2$ 反應。接著將酯水解成 β-酮酸，經加熱脫去 $\mathrm{CO2}$，得到 α-取代酮。 解題方法 圖中起始物是環戊酮 α 位帶有 $\mathrm{CO2Et}$ 的 β-酮酯；反應依序使用 $\mathrm{NaOEt/EtOH}$、$\mathrm{PhCH2Br}$，再以 $\mathrm{H3O^+}$ 加熱，並生成 $\mathrm{EtOH}$ 與 $\mathrm{CO2}$。

Question 32

Please list the most reasonable order of the intermediates from left to right of the transformations.

Accepted Answer

核心觀念 本題要依中間體的官能基與碳骨架，排出最合理的反應順序。關鍵反應依序是：酮與格氏試劑形成醇、醇脫水形成烯烴、烯烴環氧化，以及環氧化物的親核開環。 解題方法 圖中起始物是環己醇；終產物是在相鄰兩個環碳上分別帶有 $\mathrm{OH}$ 和 $\mathrm{OCH3}$，且圖示兩者立體方向相反。四個中間體中，$d$ 是環己酮、$c$ 是帶甲基的三級醇、$b$ 是甲基環己烯、$a$ 是相應的環氧化物。 先從終產物逆推：相鄰的 $\mathrm{OH}$ 與 $\mathrm{OCH3}$ 可由環氧化物被甲氧基開環形成，因此 $a$ 應在開環前；$a$ 由烯烴環氧化而來，所以 $b$ 在 $a$ 前。$b$ 可由三級醇脫水形成，因此 $c$ 在 $b$ 前；

Question 33

To accomplish the above set of transformations, which of the following treatments is not needed?

(A) $\mathrm{NaH}$ , then $\mathrm{CH_3I}$
(B) $\mathrm{NaOCH_3}$ , $\mathrm{CH_3OH}$
(C) $\mathrm{m\text{-}ClC_6H_4CO_3H}$
(D) $\mathrm{CH_3MgBr}$ in ether, then $\mathrm{H_3O^+}$
(E) warm $\mathrm{H_2SO_4/H_2O}$ .

Accepted Answer

核心觀念 本題考查酮的親核加成、醇的酸催化脫水、烯烴環氧化，以及環氧化物在鹼性條件下的開環反應。環氧化物遇到甲氧基負離子時，負離子會從背面攻擊較少取代的碳；環氧氧則留在較多取代的碳，經質子化後形成羥基，因此兩個含氧取代基呈反向加成。 解題方法 依原圖辨認，四個中間體分別是：$d$ 為環己酮、$c$ 為 1-甲基環己醇、$b$ 為 1-甲基環己烯、$a$ 為該烯烴的環氧化物。目標產物的相鄰碳上有甲基、羥基與甲氧基，且羥基和甲氧基呈反向立體關係。 由目標產物倒推：先由環氧化物 $a$ 開環引入甲氧基，再由烯烴 $b$ 環氧化得到 $a$；烯烴 $b$ 可由醇 $c$ 脫水形成，而醇 $c$ 可由酮 $d$ 接受甲基負離子加成製得。因此，這些中間體的順序為： $$ d \xrightarrow{\mathrm{CH3MgBr,\ then\ H3O^+}} c \xrightarrow{\mathrm{warm\ H2SO4/H2O}} b \xrightarrow{\mathrm{m	ext{-}ClC6H4CO3H}} a \xrightarrow{\mathrm{NaOCH3,\ CH3OH}} 	ext{目標產物} $$ 開環時，$\mathrm{CH3O^-}$ 攻擊環氧化物中較少取代的碳；環氧氧留在帶甲基的碳上，質子化後成為羥基。這與圖示產物的取代位置及反向立體關係一致。

Question 34

Nitriles can be obtained by dehydration of an amide upon treatment of thionyl chloride. Answer the following two questions.

(a) Provide the products for the reaction of propanamide with thionyl chloride.（3 分）

(b) Write out the mechanism of the reaction with propanamide and thionyl chloride by indicating curved electron flows and intermediates.（3 分）

Accepted Answer

核心觀念 這題考伯醯胺的脫水反應：一級醯胺 $\mathrm{RCONH2}$ 在亞硫醯氯（$\mathrm{SOCl2}$）作用下，失去一個氧原子與兩個氫原子，轉變成腈 $\mathrm{RCN}$。反應的推動力包括生成穩定的二氧化硫，以及氯離子接受質子形成氯化氫。這類反應的機構包含醯胺氧對硫的親核攻擊、氮的去質子化，以及最後的消去步驟。LibreTexts：一級醯胺以亞硫醯氯轉為腈 解題方法 先保留醯胺的碳骨架，再把 $\mathrm{-CONH2}$ 改成 $\mathrm{-C{\equiv}N}$。丙醯胺的碳骨架為 $\mathrm{CH3CH2-}$，因此生成的腈為丙腈 $\mathrm{CH3CH2C{\equiv}N}$。接著以氧對硫的親核攻擊作為機構起點，依序追蹤氯離子離去、氮去質子化和 $\mathrm{C-O}$ 鍵斷裂。 （a）反應產物 $$ \mathrm{CH3CH2CONH2 + SOCl2 \longrightarrow CH3CH2C{\equiv}N + SO2 + 2HCl} $$ 有機產物為丙腈（$\mathrm{CH3CH2C{\equiv}N}$）；副產物為二氧化硫與氯化氫。 （b）反應機構與弧箭 以下以 $\mathrm{R=CH3CH2}$ 表示丙醯基的烴基部分。 1. 醯胺氧攻擊硫，氯離子離去。 羰基氧的孤電子對弧箭指向 $\mathrm{SOCl2}$ 的硫原子；同時，$\mathrm{S-Cl}$ 鍵電子移向氯，形成 $\mathrm{Cl^-}$。中間體可表示為： $$ \mathrm{R-C(=O^{+}-S(=O)Cl)-NH2 + Cl^-} $$

111 年 國立成功大學生物化學暨分子生物學研究所《有機化學》

第 一-1 題2 分

核心觀念

解題方法

第 一-2 題2 分

第 一-3 題2 分

第 一-4 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 一-5 題2 分

核心觀念

解題方法

第 一-6 題2 分

第 一-7 題2 分

核心觀念

選項分析

(A) ✗ 錯誤

(B) ✓ 正確

(C) △ 敘述本身為真，但非最佳答案

第 一-8 題2 分

第 一-9 題2 分

第 一-10 題2 分

第 一-11 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

(A) Protonation of the intermediate constitutes a difference between an aldol and a Claisen condensation.

(B) 1,6-Diester will produce a five-membered ring via a Dieckmann cyclization.

(C) 1-Nitropentane would be classified as a Michael donor.

第 一-12 題2 分

第 一-13 題2 分

第 一-14 題2 分

第 二-1 題3 分

第 二-2 題3 分

核心觀念

解題方法

第 二-3 題3 分

核心觀念

解題方法

第 二-4 題3 分

第 二-5 題3 分

第 二-6 題3 分

第 二-7 題3 分

第 二-8 題3 分

第 二-9 題3 分

核心觀念

解題方法

第 二-10 題3 分

第 二-11 題3 分

第 二-12 題3 分

第 二-13 題3 分

第 二-14 題3 分

第 二-15 題3 分

第 二-16 題3 分

第 二-17 題3 分

第 二-18 題3 分

第 三-1-(a) 題3 分

第 三-1-(b) 題3 分

第 三-2 題6 分

第 三-3 題6 分

其他考古題

111 年成功大學的其他科目

成功大學《有機化學》其他年度

其他學校的生物生化系考古題

111 年國立成功大學生物化學暨分子生物學研究所《有機化學》

第一-1 題2 分

第一-2 題2 分

第一-3 題2 分

第一-4 題2 分

第一-5 題2 分

第一-6 題2 分

第一-7 題2 分

第一-8 題2 分

第一-9 題2 分

第一-10 題2 分

第一-11 題2 分

第一-12 題2 分

第一-13 題2 分

第一-14 題2 分

第二-1 題3 分

第二-2 題3 分

第二-3 題3 分

第二-4 題3 分

第二-5 題3 分

第二-6 題3 分

第二-7 題3 分

第二-8 題3 分

第二-9 題3 分

第二-10 題3 分

第二-11 題3 分

第二-12 題3 分

第二-13 題3 分

第二-14 題3 分

第二-15 題3 分

第二-16 題3 分

第二-17 題3 分

第二-18 題3 分

第三-1-(a) 題3 分

第三-1-(b) 題3 分

第三-2 題6 分

第三-3 題6 分