111 年 國立清華大學生命科學院聯招：分子與細胞生物研究所、分子醫學研究所、生物資訊與結構生物研究所、生物科技研究所、系統神經科學研究所乙組《有機化學》

這題主要考驗判斷結構式是否為同一分子的能力，需要辨識立體化學、官能基位置、碳鏈結構等。

(a) 兩個結構式皆表示 2-甲基丙烷（isobutane）。左圖為常見的簡式表示法，右圖為擴展式表示法，兩者代表相同的分子。
【答案】Same molecule

(b) 兩個結構式皆表示 2-甲基丙烷（isobutane）。左圖為常見的簡式表示法，右圖為擴展式表示法，兩者代表相同的分子。

這題考驗環己烷的椅式構象（chair conformation）穩定性判斷，關鍵在於基團的軸向（axial）與赤道向（equatorial）位置及其大小。通常，體積大的基團位在赤道向時最為穩定。

(a) 3-phenylcyclohexanol
環己烷系統中，苯基（-Ph）和羥基（-OH）都是中等大小的基團。
cis-3-phenylcyclohexanol：一個基團在軸向，另一個在赤道向。最穩定構象為苯基在赤道向，羥基在軸向。
trans-3-phenylcyclohexanol：兩個基團都在軸向或都在赤道向。最穩定構象為兩個基團都在赤道向。
【答案】
cis: 苯基在赤道向，OH 在軸向。
trans: 苯基和 OH 都在赤道向。

(b) 1-bromo-4-chlorocyclohexane
溴（-Br）和氯（-Cl）都是較小的基團。
cis-1-bromo-4-chlorocyclohexane：兩個基團一個在軸向，一個在赤道向。最穩定構象為溴在軸向，氯在赤道向（或反之，因為大小相似）。
trans-1-bromo-4-chlorocyclohexane：兩個基團都在軸向或都在赤道向。

核心觀念

本題考查由端炔經由「碳負離子烷基化」建立碳骨架，再利用反式烯烴的環氧化反應製備具有指定立體化學的環氧化物。

目標產物為反式的 2-甲基-3-乙基環氧乙烷。環氧化反應通常保留原烯烴的相對立體化學，因此必須先製備反式-2-戊烯。

解題方法

1. 將乙烯基溴轉換為乙炔

乙烯基溴在強鹼作用下進行脫鹵化氫，形成乙炔：

2. 第一次烷基化：引入甲基

乙炔的末端氫可被 $\ce{NaNH2}$ 移除，生成乙炔負離子，再與甲基碘進行 $\mathrm{S_N2}$ 反應：

生成 1-丙炔。

3. 第二次烷基化：引入乙基

再次以 $\ce{NaNH2}$ 形成末端炔負離子，接著與溴乙烷進行 $\mathrm{S_N2}$ 反應：

生成 2-戊炔。

4. 將內炔還原為反式烯烴

使用溶解金屬還原：

核心觀念

本題考芳香族親電子取代的定位效應、反應順序與碳側鏈的建立。

• 烷基與 $\mathrm{-OCH_3}$ 為鄰、對位定位基；$\mathrm{-COR}$、$\mathrm{-NO_2}$ 為間位定位基。
• 鹵素使苯環去活化，但仍為鄰、對位定位基。
• Friedel–Crafts 烷基化可能發生碳骨架重排；要建立容易重排的側鏈，可先酰化，再還原羰基。
• 定位效應不代表只生成一種異構物；需要時必須分離指定產物。

解題方法

依原圖，(a) 為對位甲基取代的 $\mathrm{Ar-C(CH_3)=CHCH_3}$，圖示芳基與雙鍵另一端的甲基位於同側；(b) 為 2-溴-4-硝基苯甲醚；(c) 的 $\mathrm{-SO_3H}$ 與 $\mathrm{-CH_2C(CH_3)_3}$ 為鄰位。以 (d) 的乙基所在碳為第 1 位，溴位於第 3 位，三級丁基位於第 4 位；各結構均未標示電荷或四面體碳的楔形／虛線鍵。

(a) 先建立對位取代，再用 Wittig 反應建立雙鍵

1. 苯經 Friedel–Crafts 甲基化生成甲苯，再進行乙醯化，分離對位產物。

甲基使第二次取代發生於鄰、對位；所需中間體為對甲基苯乙酮。

2. 以乙叉型磷葉立德 $\mathrm{Ph_3P=CHCH_3}$ 進行 Wittig 反應：

葉立德可由 $\mathrm{PPh_3}$ 與 $\mathrm{CH_3CH_2Br}$ 生成磷鎓鹽，再以 $n$-BuLi 去質子化製備。羰基碳保留芳基與甲基，葉立德碳提供 $\mathrm{=CHCH_3}$，因此碳骨架與目標相符。

反應會生成幾何異構物，須分離圖示的 $Z$ 異構物：雙鍵兩端的高優先序基團分別為芳基與甲基，兩者位於同側。

(b) 先製備苯甲醚，硝化後再溴化

1. 由苯製備苯酚：

2. 苯酚以鹼去質子化，再以碘甲烷進行 Williamson 醚合成，得到苯甲醚：

3. 控制硝化程度，分離對硝基苯甲醚，再以約一當量的溴進行溴化：

核心觀念

本題考查兩類反應機構：

• 酸催化縮醛水解：環狀縮醛在酸與水中水解，重新生成醛基與二醇。
• 醌的硫醇親核加成與還原：乙硫醇先對醌的 $\alpha,\beta$-不飽和羰基進行 1,4-共軛加成，接著將醌還原為氫醌型結構。

解題方法

(a) 環狀縮醛的酸催化水解

起始物中的醛基被兩個氧原子共同保護，形成環狀縮醛。反應條件為 $HCl/H_2O$，因此應將縮醛鍵水解，恢復原本的醛基。

反應機構如下：

1. 其中一個縮醛氧先被 $H^+$ 質子化，使相鄰的 $C-O$ 鍵更容易斷裂。
2. 質子化的氧離去，形成由另一個氧穩定的氧鎓離子。
3. 水分子進攻縮醛碳，形成半縮醛中間體。
4. 半縮醛上的另一個氧再經質子轉移後離去。
5. 脫去 $H^+$，重新形成羰基，產生醛基。

因此，環狀縮醛的中心碳轉變為：

本題中，兩個環氧鍵皆被水解，產物為圖示的醛基與兩個羥基；酸只是催化劑，反應後再生。

(b) 乙硫醇對 1,4-萘醌的反應

1. 乙硫醇先在反應環境中形成具有親核性的硫物種，可表示為 $\ce{EtS^-}$ 或具有部分負電性的硫原子。
2. 硫原子進攻 1,4-萘醌其中一個羰基旁的 $\beta$-碳，進行 1,4-共軛加成。
3. 電子沿著共軛系統移動，使其中一個羰基形成氧負離子；

核心觀念

本題考查 Swern oxidation 中氧化劑的原位生成，以及下列兩種反應概念：

1. DMSO 的氧原子具有親核性，可進攻草醯氯（oxalyl chloride）的羰基碳。
2. 形成的含氧硫鎓中間體再經氯離子取代與裂解，生成具有高度活性的氯二甲基硫鎓離子。

氯二甲基硫鎓鹽的實際形式為：

解題方法與反應機構

第一步：DMSO 進攻草醯氯

DMSO 的氧原子進攻草醯氯其中一個羰基碳，羰基暫時形成四面體中間體；中間體崩解時，氯離子離去，形成醯氧基硫鎓中間體：

此步驟本質上是親核醯基取代，DMSO 的氧原子與草醯氯的羰基碳形成鍵結。

第二步：氯離子進攻硫原子

生成的氯離子進攻帶正電的硫原子，使硫氧鍵斷裂，形成氯二甲基硫鎓離子：

此題考驗雜環化合物（histidine）中不同氮原子的鹼性強弱，以及其質子化的傾向。
Histidine 是一個胺基酸，其結構包含一個咪唑環（imidazole ring）。

結構分析：
咪唑環中有兩個氮原子。
一個氮原子（N-1）連接一個氫原子，並且是芳香環的一部分（sp2 雜化，孤對電子參與芳香體系）。
另一個氮原子（N-3）只有孤對電子，沒有連接氫原子，且其孤對電子位於 sp2 軌道中，且不參與芳香體系，因此具有鹼性。
此外，histidine 還有一個側鏈的胺基（-NH2）。

我們需要比較這三個氮原子的鹼性。鹼性強的氮原子更傾向於接受質子。

1. 咪唑環上的 N-3 氮原子：
   這個氮原子是吡啶類（pyridine-like）的氮，它的孤對電子位於 sp2 軌道，且位於環平面上，不參與芳香體系的 6π 電子。因此，這對孤對電子很容易接受質子，表現出較強的鹼性。其 pKa 約為 6-7。

核心觀念

本題考查三級溴化物在強鹼乙醇鹽（$CH_3CH_2O^-$）作用下的 $E2$ 消去反應，重點包括：

1. 判斷可被消去的 $\beta$-氫。
2. 依 Zaitsev 規則判斷區域選擇性。
3. $E2$ 反應需要 $\mathrm{C_\alpha-Br}$ 與 $\mathrm{C_\beta-H}$ 呈反式共平面（anti-periplanar）。
4. 消去後依烯烴兩側高優先序取代基判斷 $E/Z$。

解題方法

先找出連接溴原子的 $\alpha$-碳，再檢查相鄰 $\beta$-碳是否具有氫。乙醇鹽是強鹼，且三級鹵化物位阻很大，因此主要走協同的 $E2$ 消去，而不是 $S_\mathrm{N}2$。

消去時，鹼抓取 $\beta$-氫，$\mathrm{C-H}$ 鍵電子同時形成 $\mathrm{C=C}$，而 $\mathrm{C-Br}$ 鍵斷裂：

(a) 區域選擇性

圖中溴所在的 $\alpha$-碳左側有可消去的 $\beta$-氫；右側相鄰碳為季碳，沒有 $\beta$-氫。因此只能在左側形成雙鍵。

所以反應生成左側消去產物，並非在右側形成雙鍵。此結果不是單純由 Zaitsev 規則決定，而是由「可用的 $\beta$-氫位置」決定。

(b) 立體化學

核心觀念

光氣 $\mathrm{COCl_2}$ 是羰基碳連接兩個氯的化合物。氯具有良好的離去基能力，因此醇、水或胺可作為親核試劑，攻擊羰基碳並經由親核醯基取代反應取代氯。

反應產物取決於親核試劑的種類與用量：一當量甲醇只取代一個氯；過量甲醇可取代兩個氯；過量一級胺則進一步形成尿素衍生物；水會使光氣完全水解。

解題方法

逐步追蹤光氣上的兩個氯是否被取代，再檢查反應物用量是否足以完成後續反應。對胺的反應，還需將生成的氯化氫納入整體化學計量；過量胺會與氯化氫形成銨鹽。

各小題解析

(a) 一當量甲醇

甲醇取代光氣上的一個氯，生成氯甲酸甲酯，並產生氯化氫：

一當量甲醇只足以取代一個氯，因此產物仍保留一個氯。

(b) 過量甲醇

過量甲醇可繼續取代氯甲酸甲酯上的第二個氯，生成碳酸二甲酯：

(c) 過量丙胺

核心觀念

$\mathrm{S_N2}$ 反應是親核試劑與離去基同時進出的一步反應。親核試劑的已佔據軌域（通常是孤對電子軌域）作為電子供體；碳—離去基鍵的反鍵軌域 $\sigma^*_{\mathrm{C-LG}}$ 作為電子受體。兩者有效重疊會降低系統能量，促進反應。

解題方法

比較親核試劑從碳的背面與正面接近時，能否有效重疊 $\sigma^*_{\mathrm{C-LG}}$。

沿著 C—離去基鍵軸觀察，$\sigma^*_{\mathrm{C-LG}}$ 在碳的背面有較適合供親核試劑接近的軌域瓣。親核試劑由背面進攻時，其已佔據軌域能與此軌域瓣形成建設性重疊，電子密度進入反鍵軌域，削弱 C—離去基鍵，並在同一步驟中形成新鍵：

核心觀念

本題用分子式計算不飽和度，再以紅外光譜（IR）辨認官能基，並由氫核磁共振光譜（$^1\mathrm{H}$ NMR）的化學位移、訊號數目、積分與裂分判定碳骨架。

不飽和度（DBE）可由下式計算：

解題方法

圖中 IR 有強吸收峰約在 $1712\ \mathrm{cm^{-1}}$，符合脂肪族酮的羰基吸收；$2962$ 與 $2877\ \mathrm{cm^{-1}}$ 附近則是脂肪族 $sp^3$ C–H 吸收。$^1\mathrm{H}$ NMR 顯示三組訊號，約在 $\delta 2.4$、$1.6$ 與 $0.9\ \mathrm{ppm}$，積分比約為 $4:4:6$。

先由分子式 $\mathrm{C_7H_{14}O}$ 計算不飽和度：

這一個不飽和度由 IR 所見的羰基雙鍵解釋，因此分子中沒有額外的環或碳碳雙鍵。NMR 的三組訊號可依序指派如下：

核心觀念

本題考的是醚類的自動氧化與自由基鏈反應。醚氧相鄰的碳氫鍵較容易被自由基抽取；生成的 $\alpha$-氧代碳自由基可與氧氣反應，接著形成氫過氧化物。

解題方法

圖中起始物是 $R-O-CH_2-R$，有自由基 $Y\cdot$ 參與，並有 $O_2$；產物是在醚氧相鄰的碳上接上 $-OOH$，同時生成另一個醚的 $\alpha$-氧代碳自由基 $R-O-C\cdot H-R$。依序寫出抽氫、氧氣加成、再抽氫三步：

1. 抽取醚氧相鄰的氫：

$Y\cdot$ 抽走一個氫原子，留下 $\alpha$-氧代碳自由基。

2. 自由基加成氧氣：

核心觀念

本題考查烯烴的主鏈選擇與編號，以及取代基的定位。選主鏈時，須包含雙鍵；主鏈確定後，從較靠近雙鍵的一端編號，使雙鍵取得最小位次，再標示溴與乙基的位置。

解題方法

圖示結構可讀為：左端甲基連接帶溴的碳，接著是亞甲基碳，再連到雙鍵碳；該雙鍵碳一端為末端 $=\mathrm{CH_2}$，另一端連接乙基。因此可寫成：

選取包含雙鍵的最長碳鏈：從末端 $=\mathrm{CH_2}$ 經雙鍵碳、亞甲基碳、帶溴的碳至左端甲基，共五個碳，母體為戊烯。從末端雙鍵碳開始編號，雙鍵在第 1 位；乙基在第 2 位，溴在第 4 位。因此名稱為 4-bromo-2-ethyl-1-pentene，對應選項 (C)。

選項分析

• (A) 2-Bromo-4-methylenehexane：錯。 此命名把末端雙鍵碳當作「亞甲基」取代基，沒有讓雙鍵納入母體主鏈。依規則，應優先選包含雙鍵的主鏈。

核心觀念

氫化熱是烯烴加氫轉變為烷烴時放出的熱量。烯烴本身越穩定，氫化時放出的熱越少，因此氫化熱的絕對值越小。一般而言，烷基取代越多的烯烴越穩定；常見穩定度順序為四取代烯烴高於三取代烯烴，高於二取代烯烴。

解題方法

依原卷結構判斷各雙鍵的取代程度：I 的雙鍵兩端各接一個甲基與一個環碳，為四取代烯烴；II 為三取代烯烴；III、IV、V 均為二取代烯烴。IV 的雙鍵位於環外，為環碳＝CH₂，旁邊的甲基接在相鄰的飽和環碳上，不算接在雙鍵碳上。

因此，I 的烯烴最穩定，氫化時放出的熱最少。

選項分析

核心觀念

本題考查炔烴的分段還原與立體化學。以林德拉催化劑 $\mathrm{D_2,\ Pd/CaCO_3,\ quinoline}$ 還原炔烴，會在三鍵兩端各加入一個氘，並形成順式烯烴；接著 $\mathrm{H_2,\ Ni}$ 將雙鍵完全還原，在兩個烯碳上各加入一個氫。判斷立體化學時，要先依中間體的烯烴幾何構型判斷加成面，再轉畫成題目所示的飽和鋸齒狀碳鏈。

解題方法

圖中起始物是內炔，三鍵左側連著一個帶兩個乙基的碳，右側連著甲基；選項中的產物皆為碳鏈上的立體表示，部分選項以楔形鍵、虛線鍵標示氘的位置。

第一步使用 $\mathrm{D_2}$ 與林德拉催化劑，氘同面加到三鍵兩端，得到順式二氘代烯烴。第二步使用 $\mathrm{H_2/Ni}$ 將雙鍵還原；兩個氫也同面加到烯烴上，氘則保留在原來的兩個烯碳上。

核心觀念

對映異構物（enantiomers）是互為鏡像、且無法彼此重疊的立體異構物。兩者原子連接方式相同，差異在三維空間中的排列。

「鏡像」與「無法重疊」必須同時成立：若分子與自己的鏡像可以重疊，就不是一對對映異構物。

解題方法

逐項比對選項是否完整符合定義：

1. 是否描述鏡像關係？
2. 是否指出兩者無法重疊？
3. 是否維持相同的原子連接方式？

只有同時具備鏡像關係與無法重疊，且不把立體異構誤說成結構異構，才符合對映異構物的定義。

選項分析

(A) Molecules that have a mirror image.
錯。僅說分子有鏡像，沒有說明鏡像能否重疊。分子與其鏡像若可以重疊，就不構成對映異構物；這項描述不足以定義對映異構物。

(B) Molecules that have at least one stereogenic center.
錯。

核心觀念

四面體碳要算作立體生成中心，必須連接四個可區分的取代基；環上的碳也要比較沿環兩個方向走下去的結構是否相同。若某碳連接兩個相同的甲基，就不具立體生成性。

解題方法

圖中是兩個環共用一個中央碳的結構。上方環的左側甲基為虛線楔形、右側甲基為實心楔形；下方環左側有一個實心楔形甲基，右側環碳則連接一個虛線楔形甲基和一個實心楔形甲基。

逐一檢查候選碳：

• 上方環兩個帶甲基的碳，各連接甲基、氫，以及兩條不同的環路，因此各是立體生成中心。
• 下方環左側帶甲基的碳，連接甲基、氫，以及兩條不同的環路，因此也是立體生成中心。
• 中央共用碳的上方兩條環路彼此等同，故它連接了兩個相同的取代基，不是立體生成中心。
• 下方環右側碳連接兩個相同的甲基，也不是立體生成中心。

核心觀念

判斷分子是否具手性，先找出所有立體中心，再看整個分子是否具有內部對稱面。分子若含有兩個構型相反、且可由分子對稱性互相對應的立體中心，會形成內消旋體（meso），整體不具手性。

指定立體中心的構型時，依 CIP 規則排列優先序：原子序較大的基團優先；最低優先序基團朝後時，依序判斷 1→2→3 的方向，順時針為 $R$、逆時針為 $S$。

解題方法

圖中 I、II 的兩個碳各連接 H、Br、Cl 與另一個碳；實心楔形鍵朝向觀察者，虛線楔形鍵背向觀察者。III 的上方碳連接 H、Br、Cl 與下方碳，而下方碳連接 Cl、兩個相同的 Br 與上方碳。

I、II 的每個立體中心，基團優先序都是：

依各圖楔形鍵與虛線鍵判定，I 的上、下兩個中心分別為 $S$、$R$；II 的兩個中心則都是 $R$。I 的兩中心構型相反，且兩端的取代基相同，分子具有可交換兩中心的內部對稱面，因此是內消旋體。

核心觀念

一對對映異構物在相同測量條件下，純物質的比旋光度大小相等、符號相反。混合物的比旋光度可用兩者的組成加權計算。

對只含一對對映異構物的混合物，對映體過量值（$ee$）與比旋光度的關係為：

其中 $ee$ 的符號指出哪一個對映異構物過量，絕對值則表示過量的百分比。

解題方法

純 $(S)$-$(+)$-2-丁醇的比旋光度為 $+13.52^\circ$，純 $(R)$-$(−)$-2-丁醇則為 $-13.52^\circ$。混合物測得 $+6.76^\circ$，因此：

正號表示 $(S)$ 對映異構物過量 $50\%$。設 $(S)$ 的比例為 $x$，$(R)$ 的比例為 $1-x$，則：

核心觀念

判斷兩個分子是對映異構物、非對映異構物或相同分子，要比較原子連接方式與立體中心的空間排列。對映異構物的連接方式相同，且所有立體中心的構型相反；若分子有內部對稱面，則還要檢查鏡像能否重疊。

解題方法

圖中兩個分子都是環丙烷：環上有一個帶氫的碳，另外兩個相鄰碳分別帶有氯與甲基。兩圖交換了氯與甲基在環上兩個位置的安排，且立體排列互為鏡像。

氯與甲基不同，因此兩個帶取代基的碳都是立體中心，分子沒有能讓鏡像重疊的內部對稱面。兩個立體中心在鏡像中都反轉，所以這對分子是對映異構物。

選項分析

核心觀念

內消旋化合物（meso compound）含有立體中心，但分子具有內部對稱面，因此其鏡像可與原分子重疊，整體不具旋光性。判斷時須同時確認：

1. 分子中有立體中心。
2. 分子骨架與取代基具有能互相對應的對稱性。
3. 對稱面兩側互相對應的立體中心具有相反構型，通常標記為 $R$ 與 $S$。

僅有一對 $R,S$ 標記並不足以判定為內消旋；兩個中心還必須能由分子內部的對稱操作互相對應。

解題方法

先比較每個選項的碳鏈與溴取代位置是否對稱，再確認兩個立體中心的構型。

• 若碳鏈兩端相同，且兩個立體中心位於對稱位置，$R,S$ 配置可形成內部對稱面。
• 若碳鏈兩端或立體中心所處的化學環境不同，即使標記為 $R,S$，也沒有內部對稱面，不能稱為內消旋化合物。

選項分析

(A) $(2R,3R)$-2,3-二溴丁烷：錯誤。
此分子的兩個立體中心位於對稱位置，但兩者都是 $R$ 構型。分子沒有能使兩側互相對應的內部對稱面，因此屬於手性分子。它的鏡像為 $(2S,3S)$，兩者互為對映異構物。

核心觀念

本題考查沿著 2,3-二溴丁烷的 C-2–C-3 鍵觀察時，如何比較 Newman 投影的構形能量。錯開式構形的扭轉張力較低；在錯開式中，體積較大的取代基彼此呈反式、二面角為 $180^\circ$，可減少立體排斥。相較之下，重疊式構形能量較高。

解題方法

圖中每個 Newman 投影呈現 C-2 與 C-3 上各自的 Br、CH₃、H。比較各選項時，先分辨是否為錯開式，再看兩個 Br 與兩個 CH₃ 各自的相對位置。

選項 III 是錯開式，且兩個 Br、兩個 CH₃、兩個 H 都各自呈反式排列，彼此二面角均為 $180^\circ$。因此各組相同取代基都能保持最大間距，立體排斥最小，是最穩定的構形。

選項分析

核心觀念

沿碳碳單鍵旋轉時，分子會經歷不同的構形。交錯式中，前後兩個碳上的鍵彼此錯開，扭轉張力較小；重疊式中，前後兩個碳上的鍵彼此重疊，能量較高。

對己烷沿 C-2–C-3 鍵觀察，兩個主要取代基是 C-2 上的甲基與 C-3 上的正丙基。兩者二面角為 $180^\circ$ 時呈反式（anti）；二面角為 $60^\circ$ 或 $300^\circ$ 時呈鄰位交錯（gauche）。兩者都是交錯式，但反式構形較穩定。

解題方法

圖的橫軸是旋轉角度，縱軸是相對能量。曲線在 $60^\circ$、$180^\circ$、$300^\circ$ 處各有能量低點，其中 $180^\circ$ 的能量最低；在 $0^\circ$、$120^\circ$、$240^\circ$、$360^\circ$ 附近則為能量高點。

因此，$60^\circ$ 與 $300^\circ$ 對應的是局部能量低點，也就是交錯式。此時甲基與正丙基呈 gauche 關係；$180^\circ$ 則是較穩定的 anti 交錯式。

選項分析

核心觀念

氫缺乏指數（IHD，又稱不飽和度）表示分子相較於相同碳數的飽和開鏈烷烴，少了多少對氫。每個環或每個雙鍵各貢獻 $1$；每個三鍵貢獻 $2$。

含碳、氫、氮與鹵素的分子，可用下式計算：

其中 $X$ 是鹵素原子總數；鹵素在計算時視同氫原子。本題不含氮。

解題方法

分子式為 $\mathrm{C_{14}H_{14}Cl_4}$，因此 $C=14$、$H=14$、$X=4$。代入公式：

核心觀念

這題考強鹼移除酯類的 $\alpha$-氫，形成鋰烯醇鹽。底物中，羰基旁的 $\alpha$-碳連著一個氫、甲基與左側碳鏈；試劑是二異丙基醯胺負離子及鋰離子。此處的彎箭表示鹼抓取 $\alpha$-氫，碳氫鍵電子形成碳碳雙鍵，而羰基的 $\pi$ 電子移至氧原子。

解題方法

圖中可讀出：二異丙基醯胺負離子指向羰基旁的氫；底物的碳氫鍵電子移向羰基碳與 $\alpha$-碳之間，羰基雙鍵電子移至氧。依此電子流，產物是氧帶負電、氧與鋰離子配對的烯醇鹽，並生成二異丙胺。

反應可表示為：

選項分析

核心觀念

酸性是物質提供質子的能力；比較酸性時，可比較失去質子後形成的共軛鹼穩定度。共軛鹼越穩定，原酸越容易失去質子，酸性越強。

也可用 $pK_a$ 判斷：$pK_a$ 越小，酸性越強。常見近似值如下：

解題方法

將四種化合物依 $pK_a$ 由小到大排列，即為酸性由強到弱的順序：

也可從共軛鹼穩定度理解：

• 水失去質子形成 $\mathrm{HO^-}$，負電荷位於氧上；氧的電負度高，能穩定負電荷。
• 乙炔失去質子形成 $\mathrm{HC{\equiv}C^-}$，帶負電的碳為 $sp$ 混成，$s$ 成分為 $50\%$，較能穩定負電荷。

核心觀念

本題考查酸鹼平衡與共軛酸的酸性比較。乙炔的末端氫具有酸性，$pK_a$ 約為 $25$。鹼 $B^-$ 能否有效去質子化乙炔，可比較其共軛酸 $HB$ 的 $pK_a$：

平衡常數可用下式估算：

若共軛酸的 $pK_a$ 高於乙炔，平衡傾向生成較弱的酸與較弱的鹼，去質子化通常有效；若共軛酸的 $pK_a$ 低於乙炔，平衡則不利於生成乙炔負離子。

解題方法

逐一辨認各試劑的鹼性中心，並找出該鹼接受質子後形成的共軛酸。將共軛酸的 $pK_a$ 與乙炔的 $pK_a\approx25$ 比較即可。

選項分析

(A) $\mathrm{LiOCH_3}$：不能有效去質子化，正確答案。
此試劑的鹼性中心是甲氧基負離子 $\mathrm{CH_3O^-}$，其共軛酸為甲醇 $\mathrm{CH_3OH}$，$pK_a$ 約為 $16$。

平衡強烈偏向乙炔與甲氧基負離子，生成乙炔負離子的比例很低，因此甲氧基鋰不是有效的乙炔去質子化試劑。

核心觀念

熔點反映分子在固態晶體中的排列與分子間作用力。烷烴的熔點不只受分子大小影響，也會受到分子形狀與對稱性影響：形狀規整、對稱性高的分子通常較容易緊密堆積，因此可能有較高熔點。

解題方法

圖中第 17 題比較五種烷烴：正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷與 tert-pentane。前四者的熔點都遠低於 tert-pentane；其中 tert-pentane 是新戊烷，結構高度對稱，能在晶體中緊密排列，因此熔點最高。

選項分析

• (A) 正丁烷（n-butane）：熔點約為 $-138\,^\circ\mathrm{C}$，低於 tert-pentane。

核心觀念

本題考 VSEPR（價層電子對互斥）理論：判斷中心原子周圍的成鍵電子對與孤電子對數目，進而判斷分子形狀。中心原子有三個成鍵電子域且沒有孤電子對時，分子為平面三角形；若另有一對孤電子對，分子形狀則為三角錐形。

解題方法

依原卷圖，I 為帶負電且有一對孤電子對的 $\mathrm{CH_3^-}$；II 為帶正電的 $\mathrm{CH_3^+}$；III 為有一對孤電子對的 $\mathrm{NH_3}$；IV 為 $\mathrm{BH_3}$；V 為帶正電且有一對孤電子對的 $\mathrm{H_3O^+}$。逐一計算中心原子的成鍵電子域與孤電子對，即可判斷分子形狀。

• I $\mathrm{CH_3^-}$：中心碳有三個鍵和一對孤電子對，分子形狀為三角錐形。
• II $\mathrm{CH_3^+}$：中心碳有三個鍵、沒有孤電子對，為平面三角形。

核心觀念

本題考「烯烴的加成反應」與「烯丙位自由基取代反應」，判斷產物是否保留碳碳雙鍵。若反應消耗原有的 $C=C$，產物通常變成飽和化合物；若反應只取代雙鍵旁邊的烯丙位氫，$C=C$ 便會保留，產物仍是不飽和化合物。

解題方法

先看試劑會作用在哪個位置：

• 烯烴加成：試劑加到雙鍵兩端，$\pi$ 鍵被消耗，產物變飽和。
• 烯丙位自由基取代：自由基取代雙鍵旁的烯丙位氫，雙鍵位置保留，產物仍不飽和。

環己烯的雙鍵旁有烯丙位氫，因此若條件促進烯丙位溴化，會生成仍含碳碳雙鍵的產物。

選項分析

(A) $\mathrm{Br_2/CCl_4}$，$25^\circ\mathrm{C}$：錯誤。
溴在此條件下對環己烯進行親電加成，雙鍵兩端各接上一個溴，生成反式-1,2-二溴環己烷。原有的 $C=C$ 被消耗，產物為飽和化合物。