109 年 國立中山大學生技醫藥研究所《有機化學》

核心觀念

本題考查羧酸酸度與取代基誘導效應（$-I$ effect）的關係。

羧酸解離如下：

$$\mathrm{RCO_2H \rightleftharpoons RCO_2^-+H^+}$$

酸性強弱取決於共軛鹼 $\mathrm{RCO_2^-}$ 的穩定性：

• 共軛鹼越穩定，原酸越容易解離，酸性越強。
• 強吸電子基會透過 $\sigma$ 鍵拉電子，降低負電荷密度，使羧酸根穩定，因而增強酸性。
• 吸電子效果具有距離效應：取代基越靠近羧基，影響越強。
• 鹵素的誘導吸電子能力大致為

$$\mathrm{F>Cl}$$

在烷基羧酸中，烷基具有給電子作用，因此烷基越長，酸性通常越弱。

---

解題方法

依題目結構可辨識為：

1. $\mathrm{FCH_2CO_2H}$：氟乙酸
2. $\mathrm{ClCH_2CO_2H}$：氯乙酸
3. $\mathrm{CCl_3CO_2H}$：三氯乙酸
4. $\mathrm{CH_3CH_2CH_2CO_2H}$：丁酸
5. $\mathrm{CH_3CH_2CO_2H}$：丙酸

逐一比較：

1. 丁酸與丙酸

兩者皆沒有強吸電子取代基，主要比較烷基的給電子效應。

丁酸的烷基為 $\mathrm{CH_3CH_2CH_2-}$，比丙酸的 $\mathrm{CH_3CH_2-}$ 更長，給電子效應較強，因此使羧酸根較不穩定，酸性較弱：

$$\mathrm{丁酸<丙酸}$$

所以：

$$4<5$$

2. 鹵素取代羧酸與一般脂肪酸

氟與氯皆具有強烈的 $-I$ 效應，能穩定羧酸根，因此氟乙酸、氯乙酸的酸性都遠強於丙酸：

$$5<2,\qquad 5<1$$

3. 氟乙酸與氯乙酸

核心觀念

有機反應的彎箭頭表示電子對的移動，判斷原則如下：

1. 箭尾必須從孤電子對、負電荷或共價鍵出發。
2. 箭頭必須指向缺電子中心、正電荷位置或新形成的鍵。
3. 若為離去反應，離去基與原子之間的鍵電子必須移到離去基上。
4. 彎箭頭不可由正電荷或氫原子本身出發。

選項分析

(A) 正確

此為氫氧根進行 $S_\mathrm{N}2$ 取代反應：

• $OH^-$ 上的孤電子對攻擊帶有氯的碳原子。
• $C-Cl$ 鍵的電子移向氯原子，使氯以 $Cl^-$ 離去。
• 產物的立體化學發生反轉，符合 $S_\mathrm{N}2$ 機構。

因此，圖中的兩支彎箭頭方向正確。

(B) 錯誤

$Br^-$ 是親核試劑，若要形成新的 $C-Br$ 鍵，彎箭頭應由 $Br^-$ 的孤電子對指向反應中心的碳原子，而不是指向氫原子。

因此圖示的電子移動方向不符合取代反應。

(C) 正確

核心觀念

判斷芳香性須同時符合：

1. 環狀結構。
2. 所有環原子形成連續共軛。
3. 大致平面。
4. 符合 Hückel 法則：$\pi$ 電子數為

$$4n+2 \quad (n=0,1,2,\ldots)$$

常見的芳香電子數為 $2、6、10、14\ldots$；$4n$ 電子數則具有反芳香傾向，通常不具芳香性。

解題方法與各結構判斷

依圖中由左至右判斷：

1. 第一個化合物

   環內有兩個雙鍵，共提供 $4$ 個 $\pi$ 電子。帶正電的氮原子沒有可供參與的孤電子對，因此總數為

   $$4=4(1)$$

   屬於反芳香電子數，非芳香性。

2. 第二個稠合雙環陰離子

   此結構為完整共軛的稠合系統。環內 $\pi$ 鍵提供 $8$ 個電子，負電荷上的孤電子對再提供 $2$ 個電子：

   $$8+2=10$$

   因為 $10=4(2)+2$，且整個稠合系統可形成連續共軛，故為芳香性。

3. 含氧、硫的六員環

   兩個雙鍵提供 $4$ 個 $\pi$ 電子；氧與硫各有一對孤電子對可進入環狀共軛系統，因此總數為

   $$4+2+2=8$$

此題考查烯烴與 HBr 反應的反應類型。

烯烴 (alkene) 的結構特徵是分子中含有碳碳雙鍵 ($C=C$)。碳碳雙鍵中的 $\pi$ 鍵相對較弱，容易斷裂，並與其他分子發生反應。

當烯烴與 HBr (氫溴酸) 反應時，HBr 的 H$^+$ 會加到雙鍵的一個碳原子上，而 Br$^-$ 會加到另一個碳原子上，形成一個飽和的鹵代烷。這個過程是將 HBr 分子「加」到烯烴的雙鍵上。

例如，乙烯 ($CH_2=CH_2$) 與 HBr 反應生成溴乙烷 ($CH_3CH_2Br$)。
$CH_2=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3CH_2Br$

此題考查手性中心的判斷。手性中心 (chiral center) 是指一個碳原子連接了四個不同的取代基。

我們逐一分析各個選項的結構：

1. 2-methylpentane
結構式： $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_2-CH_3$
分析：

• C1 ($CH_3$): 連接 3 個 H，不是手性中心。
• C2 ($CH(CH_3)$): 連接 $CH_3$, $H$, $CH_2CH_2CH_3$, $CH_3$。其中有兩個 $CH_3$ 連接在 C2 上，所以 C2 連接了兩個相同的基團 ($CH_3$)，不是手性中心。
• C3 ($CH_2$): 連接 2 個 H，不是手性中心。
• C4 ($CH_2$): 連接 2 個 H，不是手性中心。
• C5 ($CH_3$): 連接 3 個 H，不是手性中心。
• C6 (取代的 $CH_3$): 連接 3 個 H，不是手性中心。
  結論：2-methylpentane 沒有手性中心。

2. 3-methylpentane
結構式： $CH_3-CH_2-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$
分析：

• C1 ($CH_3$): 3 個 H。
• C2 ($CH_2$): 2 個 H。
• C3 ($CH(CH_3)$): 連接 $CH_2CH_3$, $CH_3$, $H$, $CH_2CH_3$。注意，它連接了兩個相同的乙基 ($CH_2CH_3$)。所以 C3 不是手性中心。
• C4 ($CH_2$): 2 個 H。
• C5 ($CH_3$): 3 個 H。
• C6 (取代的 $CH_3$): 3 個 H。
  結論：3-methylpentane 沒有手性中心。

3. 2-methylhexane
結構式： $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$
分析：

• C1 ($CH_3$): 3 個 H。
• C2 ($CH(CH_3)$): 連接 $CH_3$, $H$, $CH_2CH_2CH_2CH_3$, $CH_3$。其中有兩個 $CH_3$ 連接在 C2 上，所以 C2 不是手性中心。
• C3 ($CH_2$): 2 個 H。
• C4 ($CH_2$): 2 個 H。
• C5 ($CH_2$): 2 個 H。
• C6 ($CH_3$): 3 個 H。
• C7 (取代的 $CH_3$): 3 個 H。

此題考查共振結構的判斷。共振結構是指描述一個分子或離子的電子離域的兩種或多種路易斯結構。要成為共振結構，兩個結構必須滿足以下條件：

1. 相同的原子核位置：原子核的位置不能改變，只能是電子的移動。
2. 相同的總價電子數：兩個結構的總價電子數必須相等。
3. 遵守八隅體規則 (或其擴展)：在常見情況下，原子應盡量滿足八隅體規則。

我們逐一分析每個選項：

(A)
左圖：一個醇，氧上有兩個孤對電子。
右圖：一個質酐醇，氧上有三個孤對電子，並帶正電荷。
分析：這兩個結構是通過質子化反應連接的，而不是共振。氧原子的價電子數不同，且一個結構是分子，另一個是離子。因此，(A) 不是共振結構。

(B)
左圖：一個帶負電荷的氧原子連接到一個碳上，氧上有三對孤對電子。
右圖：一個烯醇結構，其中氧原子與相鄰的碳形成雙鍵，氧上有兩個孤對電子，並帶正電荷，而相鄰的碳原子上帶負電荷。
分析：

• 原子核位置相同。

• 價電子數：

  • 左圖：假設是 $R-O^-$。氧有 6 (價) + 1 (負電荷) = 7 個電子。若 R 是烷基，總價電子數為 R 的價電子 + 6 (O) + 1 (負電荷)。
  • 右圖：$R-C=C-O^+$。假設是烯醇的共振結構。
    讓我們假設左圖是 $CH_3-O^-$. 總價電子數 = 4 (C) + 3*1 (H) + 6 (O) + 1 (負電荷) = 14。
    右圖看起來像是 $CH_2=CH-O^+H$ 的共振結構，或者 $CH_3-CH=O$ 的烯醇形式。
    如果左圖是 $CH_3-O^-$, 右圖的結構 $CH_2=CH-O^+$ (如果 O 上有兩個孤對電子，總共 6 個電子 + 1 個負電荷=7 個電子)。
    如果左圖是 $CH_3-O^-$, 則 O 上有 3 對孤對電子。
    右圖的結構是 $CH_2=CH-O^+$. O 上有 2 對孤對電子，並帶正電。
    這兩個結構的價電子數不同。
    而且，右圖的結構 $CH_2=CH-O^+$ 比較不穩定。
    更準確地說，如果左圖是 $CH_3-O^-$，則 O 帶負電，有三對孤對電子。
    右圖的結構是 $CH_2=CH-O^+H$ 的共振結構，其中 $CH_2=CH-O^+$ 形式，O 帶正電，有兩對孤對電子。
    這個明顯不是共振結構。

  重新仔細看 (B) 的圖示。
  左圖：一個負離子，氧帶負電荷，有三對孤對電子。
  右圖：氧與碳形成雙鍵，氧帶正電荷，有兩對孤對電子。
  這是酮烯醇互變異構 (keto-enol tautomerism) 的一個步驟，而不是共振。
  在烯醇互變異構中，質子會從 $\alpha$-碳轉移到羰基氧上（或者反之），同時雙鍵位置移動。
  而共振結構是描述電子雲的離域，原子核位置不變。
  所以 (B) 是一個反應步驟，不是共振結構。

(C)
左圖：一個碳負離子，碳上有一個負電荷，並帶有兩對孤對電子。
右圖：一個烯烴結構，其中一個碳上的雙鍵移動，碳負離子變成一個 $\pi$ 鍵的一部分，另一個碳上帶負電荷。
分析：

• 原子核位置相同。
• 價電子數：
  • 左圖：$R_3C^-$。碳有 4 (價) + 1 (負電荷) = 5 個電子。加上 3 個 R 的連接，總共 5 + 3*x (R 的價電子)。
  • 右圖：$R_2C=CR^-R'$。
    讓我們看圖示的具體結構。
    左圖：一個碳連接了兩個 $CH_3$ 和一個 $CH_3$。

此題考查 SN1 和 SN2 反應的反應性。
SN1 和 SN2 反應都是鹵代烷與親核試劑反應的機理。它們的反應性取決於鹵代烷的結構。

SN1 反應：

• 機理：兩步反應。第一步是離去基團離去，形成碳陽離子中間體。第二步是親核試劑進攻碳陽離子。
• 反應性順序：叔碳鹵代烷 > 仲碳鹵代烷 > 伯碳鹵代烷。芳香性鹵代烷 (如苄基鹵代烷) 在形成穩定的芳香性碳陽離子時，反應性也很好。
• 空間位阻影響較小。

SN2 反應：

• 機理：一步反應。親核試劑從離去基團的對面進攻碳原子，同時離去基團離去。
• 反應性順序：甲基鹵代烷 > 伯碳鹵代烷 > 仲碳鹵代烷 > 叔碳鹵代烷。
• 空間位阻影響非常大。叔碳鹵代烷由於空間位阻極大，幾乎不發生 SN2 反應。

題目要求找出「不」能同時發生 SN1 和 SN2 反應的化合物。這意味著這個化合物要么只能發生 SN1，要么只能發生 SN2，要么兩種反應都不能發生。

我們逐一分析各個選項：

(A)
結構：一個環丙烷環上連接一個溴原子。這是一個 伯碳鹵代烷 (環丙烷上的碳原子可以看作是伯碳，因為它只連接了一個其他碳原子和兩個氫原子，而溴連接在另一個碳原子上，這個碳原子也與兩個氫原子和另外兩個碳原子相連。嚴格來說，環丙烷的碳是 $sp^3$ 雜化，但由於環張力，其性質有些特殊。然而，溴連接的碳是 $sp^3$ 雜化，連接了 H, H, Br, 和環上的另一個碳。這可以被視為一個伯碳鹵代烷，因為該碳原子只連接了一個其他碳原子)。

• SN1 反應：環丙烷陽離子非常不穩定，因此 SN1 反應很難發生。
• SN2 反應：由於環丙烷的空間位阻，SN2 反應也比較困難，但相較於 SN1，SN2 仍有可能發生，但反應速率較慢。
  更準確的說，環丙烷衍生物的 SN2 反應，溴離子可以從背面進攻，導致環打開。
  例如，溴代環丙烷與親核試劑反應，可能發生 SN2 反應，但也會伴隨環的打開。
  但是，如果我們將其視為一個典型的伯碳鹵代烷，它應該主要發生 SN2 反應，而 SN1 反應很難發生。

(B)
結構：一個氯代環己烷。氯原子連接在環己烷環上的一個碳原子上。
這個碳原子連接了 H, Cl, 和環上的兩個相鄰的碳原子。
這是一個 仲碳鹵代烷。

• SN1 反應：仲碳鹵代烷可以發生 SN1 反應，但反應速率不如叔碳鹵代烷。
• SN2 反應：仲碳鹵代烷可以發生 SN2 反應，反應速率比伯碳鹵代烷慢，但比叔碳鹵代烷快。
  因此，仲碳鹵代烷 可以同時發生 SN1 和 SN2 反應。

(C)
結構：一個叔丁基溴。溴原子連接在一個叔碳原子上。
這個碳原子連接了 3 個甲基和 1 個溴原子。
這是 叔碳鹵代烷。

• SN1 反應：叔碳鹵代烷最容易發生 SN1 反應，因為它能形成穩定的叔碳陽離子。
• SN2 反應：由於三個甲基的巨大空間位阻，叔碳鹵代烷幾乎 不發生 SN2 反應。
  因此，叔丁基溴 不能同時發生 SN1 和 SN2 反應 (它主要發生 SN1)。

(D)
結構：一個苄基溴 (或稱 $\alpha$-甲基溴)。溴原子連接在一個苄基碳上。
這個碳原子連接了 Br, H, 和一個苯環。
這是 芳香性鹵代烷 (苄基鹵代烷)。

• SN1 反應：苄基鹵代烷可以發生 SN1 反應，因為形成的苄基陽離子通過苯環的共振而穩定。
• SN2 反應：苄基鹵代烷也可以發生 SN2 反應，因為苄基碳的空間位阻相對較小，且離去基團容易離去。
  因此，苄基鹵代烷 可以同時發生 SN1 和 SN2 反應。

(E)
結構：一個仲丁基溴。溴原子連接在仲碳原子上。
這個碳原子連接了 H, Br, $CH_3$, 和 $CH_2CH_3$。
這是 仲碳鹵代烷。

• SN1 反應：可以發生。
• SN2 反應：可以發生。
  因此，仲丁基溴 可以同時發生 SN1 和 SN2 反應。

總結：

• (A) 溴代環丙烷：主要發生 SN2 (伴隨環打開)，SN1 難以發生。
• (B) 氯代環己烷：仲碳鹵代烷，可同時發生 SN1 和 SN2。
• (C) 叔丁基溴：叔碳鹵代烷，主要發生 SN1，幾乎不發生 SN2。
• (D) 苄基溴：芳香性鹵代烷，可同時發生 SN1 和 SN2。
• (E) 仲丁基溴：仲碳鹵代烷，可同時發生 SN1 和 SN2。

核心觀念

本題考查取代基對芳香族親電取代反應（electrophilic aromatic substitution, EAS）的活化／去活化作用與定位效應。

• $-\mathrm{NO_2}$ 為強吸電子基，具有共振與誘導吸電子效應，使苯環反應性大幅降低，且為間位導向基。
• $-\mathrm{OCH_3}$ 的氧原子具有孤電子對，可與苯環共振給電子，使苯環活化，且為鄰位、對位導向基。
• 在鄰位與對位都受活化時，通常對位因立體障礙較小，反應性較高。

解題方法

先比較兩個苯環上的取代基：

左側為硝基苯，右側為苯甲醚（anisole）。由於甲氧基具有強共振給電子效應，右側苯環的電子密度明顯高於硝基苯，因此最活潑的位置必在右側苯環。

右側苯環的 $-\mathrm{OCH_3}$ 對位置為對位，圖中標示為 $(D)$；$(E)$ 為鄰位。對位受到的立體障礙較小，因此 $(D)$ 最容易進行親電取代。

核心觀念

本題考查各種親核取代與消去反應的機構，以及反應過程中是否形成「碳正離子中間體（carbocation intermediate）」。

判斷重點如下：

• SN1：分兩步進行，先形成碳正離子，再由親核試劑進攻。
• SN2：一步協同反應，不形成碳正離子。
• E1：分兩步進行，先形成碳正離子，再脫去 $\beta$-氫。
• E2：一步協同反應，不形成碳正離子。

解題方法

判斷反應是否涉及碳正離子中間體，可先看反應機構是否為「兩步驟、先離去基離去」。

若離去基先離開，會產生帶正電的碳正離子：

$$\mathrm{R-LG \longrightarrow R^+ + LG^-}$$

此後才進行親核進攻或脫去氫，因此會有碳正離子中間體。

SN1 與 E1 都採取此類分步驟機構；SN2 與 E2 則是協同反應，鍵結斷裂與鍵結形成同時發生，不會產生可分離或可辨識的碳正離子中間體。

選項分析

(A) SN1

SN1 的第一步是離去基離去，形成碳正離子：

$$\mathrm{R-LG \longrightarrow R^+ + LG^-}$$

第二步才是親核試劑進攻碳正離子。因此 SN1 涉及碳正離子中間體。

此選項只列出 SN1，未包含同樣會形成碳正離子的 E1，故不完整。

(B) SN1 and SN2

SN1 會形成碳正離子；但 SN2 是一步協同反應：

$$\mathrm{Nu^- + R-LG \longrightarrow R-Nu + LG^-}$$

此題考查如何將烯烴轉化為鄰二醇 (vicinal diol)，並且要求得到順式 (cis) 的產物。

我們分析各個選項的反應：

(A) $OsO_4$; $NaHSO_3$

• $OsO_4$ (四氧化鋨) 在烯烴上進行 syn-dihydroxylation，即兩個羥基以順式方式加成到雙鍵上。
• $NaHSO_3$ (亞硫酸氫鈉) 作為還原劑，用於分解中間體鋨酸酯，並再生催化量的 $OsO_4$ (如果使用催化量的話)。
• 這個試劑組合可以將烯烴轉化為順式鄰二醇。
• 因此，這個選項可以合成順式-1,2-環戊二醇。

(B) 1. $O_3$ 2. $Me_2S$

• $O_3$ (臭氧) 進行 臭氧化裂解 (ozonolysis)。
• $Me_2S$ (二甲基硫醚) 作為還原劑，用於裂解臭氧化物，生成醛或酮。
• 這個反應會斷裂雙鍵，生成兩個羰基化合物，而不是鄰二醇。
• 例如，環戊烯會被裂解成戊二醛。

(C) $H_2SO_4$ (硫酸)

• 硫酸是強酸，在烯烴存在下，可以催化 水合反應 (hydration)，生成醇。
• 水合反應通常是 anti-addition，並且會形成碳陽離子中間體，可能發生重排。

此題考查炔烴 (alkyne) 還原為反式烯烴 (trans alkene) 的方法。

• 2-butyne 是一個內炔 (internal alkyne)。
• trans 2-butene 是一個反式烯烴。

我們需要找到一個還原劑，能夠將炔烴選擇性地還原為反式烯烴。

分析各個選項：
(A) $NaBH_4$ (硼氫化鈉)：

• $NaBH_4$ 是一種溫和的還原劑，通常用於還原醛和酮為醇，對炔烴沒有還原作用。

(B) $LiAlH_4$ (氫化鋁鋰)：

• $LiAlH_4$ 是一種強還原劑，可以將炔烴還原為烷烴 (完全還原)，而不是烯烴。

(C) $Pd/C, H_2$ (氫氣/碳載钯)：

• $Pd/C$ 是一種常用的催化劑，用於炔烴的催化氫化。
• 在標準條件下，炔烴被 $Pd/C$ 和 $H_2$ 還原會生成順式烯烴 (cis alkene)，最終完全還原為烷烴。

核心觀念

本題考查：

1. 分子中手性中心的判定。
2. 依據 CIP 規則排列取代基優先序。
3. Fischer 投影式中 $R/S$ 絕對組態的判定。
4. 有兩個手性中心時，正確標示各碳原子的定位號碼。

結構為 $2,3$-二氯丁烷：

$$\mathrm{CH_3-CH(Cl)-CH(Cl)-CH_3}$$

第 2、3 號碳各連接四種不同取代基，因此都是手性中心。

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解題方法

將題目結構視為 Fischer 投影式，主鏈垂直排列：

• 上、下方向：沿主鏈的 $\mathrm{CH_3}$ 與相鄰碳。
• 左、右方向：$\mathrm{H}$ 與 $\mathrm{Cl}$。

Fischer 投影式的判定原則為：

• 垂直方向的鍵指向紙面後方。
• 水平方向的鍵指向觀察者。
• 先依 CIP 規則排列 $1\to2\to3$。
• 若最低優先序基團位於水平線上，因其朝向觀察者，判定結果必須反轉。

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第 2 號碳的組態

第 2 號碳所連接的基團及優先序為：

1. $\mathrm{Cl}$
2. $\mathrm{CH(Cl)CH_3}$，也就是第 3 號碳方向
3. $\mathrm{CH_3}$
4. $\mathrm{H}$

理由如下：

• $\mathrm{Cl}$ 的原子序最高，優先序為 1。
• 兩個碳基團先比較下一層原子；第 3 號碳連接 $\mathrm{Cl}$，因此優先於甲基。
• $\mathrm{H}$ 的原子序最低，為 4。

在題示 Fischer 投影式中，$1\to2\to3$ 的方向先判定後，最低優先序的 $\mathrm{H}$ 位於水平線上，需反轉，得到：

$$\mathrm{C2=S}$$

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第 3 號碳的組態

第 3 號碳的優先序為：

1. $\mathrm{Cl}$
2. $\mathrm{CH(Cl)CH_3}$，即第 2 號碳方向
3. $\mathrm{CH_3}$
4. $\mathrm{H}$

此題考查醇在鹼性條件下與重水 ($D_2O$) 的反應。

醇的羥基 (-OH) 中的氫原子是酸性的，可以被強鹼 (如 $Na^+$ 提供的鹼性環境，雖然題目只寫了 Na，但通常這種情況下是與醇或水反應形成強鹼) 奪取。

反應式：$R-OH + Base \rightarrow R-O^- + BH^+$
在這裡，醇是環己醇。
$Na$ 在醇中通常會與醇反應生成醇負離子和氫氣，或者如果存在水，則與水反應生成 $NaOH$。
$2ROH + 2Na \rightarrow 2RO^-Na^+ + H_2$
$2H_2O + 2Na \rightarrow 2OH^-Na^+ + H_2$

在本題中，我們有一個醇 (-OH) 和 $Na$ 以及 $D_2O$ (重水)。
$Na$ 會與 $D_2O$ 反應生成 $NaOD$ 和 $D_2$ 氣體。
$2Na + 2D_2O \rightarrow 2NaOD + D_2$

$NaOD$ 中的 $OD^-$ 是一個強鹼，它可以奪取醇的質子。
$R-OH + OD^- \rightleftharpoons R-O^- + HOD$

由於反應體系中有 $D_2O$ 和 $NaOD$，所以醇的質子 (-OH 中的 H) 會被 $D$ 取代。
$R-OH + OD^- \rightarrow R-O^- + HOD$ (醇負離子形成)
然後 $R-O^-$ 會與 $HOD$ 中的 D 形成新的 O-D 鍵。
$R-O^- + HOD \rightarrow R-OD + OH^-$

所以，最終產物是醇的羥基中的 H 被 D 取代。
原來的結構是環己醇。
環己醇的結構是：一個環己烷環，其中一個碳原子連接了一個 -OH 基團。
反應後，-OH 會變成 -OD。

我們來看選項：
(A) 是一個環己烷，其中一個碳連接了 -D。這表示原來的 -OH 中的 H 被 D 取代了，但 D 連接在碳上，而不是氧上。這是不可能的。
(B) 是一個環己烷，其中一個碳連接了 -OD。這符合我們的預期。
(C) 是一個環己烷，其中一個碳連接了 -D。
(D) 是一個環己烷，其中一個碳連接了 -OD。
(E) 是一個環己烷，其中一個碳連接了 -OD。

現在我們需要區分 (B), (D), (E)。
它們的差異在於 D 的位置。
題目給的起始反應物是環己醇。
環己醇的結構是：

      OH
     /  \
    C----C
   / \  / \
  C---C---C
   \ /  \ /
    C----C

其中 OH 連接在一個碳原子上。
反應後，OH 變成 OD。
所以，OD 應該連接在原來 OH 連接的那個碳原子上。

現在我們看選項的結構。
(B) 顯示 OD 連接在環上的某個碳上。
(D) 顯示 OD 連接在環上的某個碳上。
(E) 顯示 OD 連接在環上的某個碳上。

關鍵點在於，這個反應只會交換羥基上的質子。
它不會在環上的碳原子上引入 D。
所以，OD 應該取代 OH 中的 H。
而選項 (A) 和 (C) 是在碳原子上引入了 D，這是錯誤的。

現在我們看 (B), (D), (E)。
它們都顯示了 -OD 基團連接在環上。
但是，它們的立體化學可能不同。
原來的環己醇，羥基可以朝上或朝下。
如果羥基朝上，則 -OD 也朝上。
如果羥基朝下，則 -OD 也朝下。
如果原來的醇是外消旋體，那麼產物也是外消旋體。
如果原來的醇是單一對映異構體，那麼產物也是對應的對映異構體。

題目沒有給出環己醇的立體化學。
但是，所有的選項都顯示了 OD 連接在環上的同一個位置。
我們需要看 OD 的方向。

選項 (B)：OD 指向紙面外 (楔形鍵)。
選項 (D)：OD 指向紙面內 (虛線鍵)。
選項 (E)：OD 指向紙面外 (楔形鍵)。

如果我們假設起始的環己醇是一個單一的對映異構體 (例如，羥基朝上)，那麼反應後，OD 也應該朝上。
如果起始是外消旋體，那麼產物也是外消旋體。

問題在於，(B) 和 (E) 的 OD 方向相同，都是朝上。
它們的結構看起來是相同的。
但是，(B) 的起始原料圖示中，OH 是用簡單的線連接，沒有立體化學標示。
(D) 的情況類似。
(E) 的情況類似。

重新仔細看題目。
題目給了起始反應物：

      OH
     /  \
    C----C
   / \  / \
  C---C---C
   \ /  \ /
    C----C

這是一個簡化的環己醇結構，沒有標示立體化學。

此題考查一個鹵代烷在醇溶劑和加熱條件下的反應機理。
起始物是 2-氯-2-甲基丙烷 (tert-butyl chloride)，這是一個叔碳鹵代烷。
溶劑是甲醇 (MeOH)，它既可以作為溶劑，也可以作為親核試劑。
反應條件是加熱。
產物是甲氧基取代的產物 (叔丁基甲醚) 和烯烴 (異丁烯)，且是 50%:50% 的比例。

我們來分析一下叔碳鹵代烷在醇溶劑中的反應：

• SN1 機制：

  • 第一步：離去基團 ($Cl^-$) 離去，形成穩定的叔碳陽離子。
  • $C(CH_3)_3Cl \rightarrow C(CH_3)_3^+ + Cl^-$
  • 第二步：親核試劑 (MeOH) 進攻碳陽離子，形成 SN1 產物 (醚)。
  • $C(CH_3)_3^+ + MeOH \rightarrow C(CH_3)_3-OMe + H^+$
  • 叔碳陽離子也可以被溶劑奪取質子，形成烯烴，這是 E1 機制。
  • $C(CH_3)_3^+ + MeOH \rightarrow CH_2=C(CH_3)_2 + CH_3OH_2^+$ (或者從陽離子奪取質子形成烯烴)

• E1 機制：

  • 第一步：與 SN1 相同，形成碳陽離子。

核心觀念

立體異構物數量可由立體中心數估算：若有 $n$ 個互不等價的立體中心，且分子沒有內部對稱性造成的重複，最多有 $2^n$ 種立體異構物。環系中的稠合碳也要檢查是否為立體中心；不能只數帶有明顯取代基的碳。

解題方法

圖中共有四個立體中心：

1. 帶有甲基的環碳：連接甲基、氫，以及環上兩條不同的路徑。
2. 上方稠合碳：連接氫、另一稠合碳，以及兩條因取代基不同而不等價的環路徑。
3. 下方稠合碳：連接溴、另一稠合碳，以及兩條不等價的環路徑。
4. 帶有另一個溴的環碳：連接溴、氫，以及兩條不同的環路徑。

因此 $n=4$。甲基與兩個溴的位置使分子沒有能讓不同組態重合的內部對稱面，所以立體異構物數為：

$$2^4=16$$

選項分析

核心觀念

本題考查烯烴與鹵化氫 $HCl$ 的加成反應，重點包括：

1. Markovnikov 加成
2. 碳正離子的穩定度
3. 碳正離子重排
4. 主要產物的判定

烯烴與 $HCl$ 反應時，先由烯烴的 $\pi$ 鍵接受質子，形成碳正離子，再由 $Cl^-$ 進行親核攻擊。

碳正離子穩定度通常為：

$$3^\circ > 2^\circ > 1^\circ$$

其中，三級碳正離子比二級碳正離子穩定，因此反應過程中會傾向形成較穩定的三級碳正離子。

---

解題方法

原料為：

$$(CH_3)_2CHCH=CH_2$$

可將其編號為：

$$(CH_3)_2CH-\underset{C_2}{CH}=\underset{C_1}{CH_2}$$

第一步：質子加成

依 Markovnikov 方向，$H^+$ 加到末端碳 $C_1$，使正電荷留在較內側的 $C_2$：

$$(CH_3)_2CH-CH^+-CH_3$$

此時形成的是二級碳正離子。

第二步：發生氫負離子轉移

鄰近的 $C_3$ 為：

$$(CH_3)_2CH-$$

$C_3$ 上的氫可轉移至帶正電的 $C_2$，使正電荷移到 $C_3$：

$$(CH_3)_2C^+-CH_2CH_3$$

此時形成三級碳正離子，穩定度高於原本的二級碳正離子。

此過程稱為 1,2-氫負離子轉移，屬於碳正離子重排。

第三步：氯離子攻擊

$Cl^-$ 攻擊三級碳正離子，生成：

$$(CH_3)_2C(Cl)CH_2CH_3$$

因此主要產物為 2-氯-2-甲基丁烷。

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選項分析

選項 (A)

核心觀念

臭氧分解（ozonolysis）的第一步是臭氧對烯烴雙鍵進行 $1,3$-偶極環加成，形成不穩定的初級臭氧化物（molozonide）。此反應具有立體專一性：

• 原本烯烴中位於同側的取代基，形成環後仍為同側。
• 原本位於異側的取代基，形成環後仍為異側。

題目中的 $(E)$-2-butene 結構為：

$$\mathrm{CH_3CH=CHCH_3}$$

其中兩個 $\mathrm{CH_3}$ 位於雙鍵的相對兩側，因此為異側排列。

解題方法

臭氧加成不會使雙鍵兩端的取代基相對位置任意改變。$(E)$-2-butene 的兩個甲基原本為反式，形成初級臭氧化物後，兩個 $\mathrm{CH_3}$ 仍必須呈反式排列；相對的兩個氫則也呈反式排列。

因此應選擇「兩個甲基位於環的相對兩側」的臭氧化物結構，即選項 (C)。

選項分析

核心觀念

本題考兩件事：雙鍵位置的編號，以及烯烴的 $E/Z$ 幾何異構。依原圖，目標結構是七碳主鏈，雙鍵位於第 2、4 位；每個雙鍵碳上，碳鏈的優先序都高於氫。

$Z$ 表示雙鍵兩端的高優先序基團在同側；$E$ 表示在異側。因此題目要求第 2 位雙鍵為 $Z$、第 4 位雙鍵為 $E$。

解題方法

先沿七碳主鏈編號，確認兩個雙鍵的位置是否為 2、4；接著分別比較每個雙鍵兩端的高優先序碳鏈位於同側或異側。符合條件的結構可寫成 $\mathrm{CH_3-CH=CH-CH=CH-CH_2-CH_3}$，且兩處幾何組態依序為 $2Z,4E$。

選項分析

此題考查 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 序列規則，用於確定取代基的優先級。優先級的確定是基於與連接原子直接相連的原子序。

我們逐一分析四個取代基的優先級：

取代基 1: $-C(=O)H$ (甲醯基)

• 直接連接到中心原子的原子是碳 (C)。
• 這個碳原子連接了：
  • 一個氧原子 (O)
  • 一個氧原子 (O) (因為是雙鍵，所以視為連接兩個 O)
  • 一個氫原子 (H)
• 所以，這個碳原子周圍的原子序列表為：O, O, H。
• 按原子序排序：O (8), O (8), H (1)。

取代基 2: $-CH=CHCH_3$ (1-丁烯基)

• 直接連接到中心原子的原子是碳 (C)。
• 這個碳原子連接了：
  • 一個碳原子 (C) (來自 $CHCH_3$)
  • 一個碳原子 (C) (來自 $CHCH_3$) (因為是雙鍵，視為連接兩個 C)
  • 一個氫原子 (H)
• 所以，這個碳原子周圍的原子序列表為：C, C, H。
• 按原子序排序：C (6), C (6), H (1)。

取代基 3: $-CH=NCH_3$ (亞胺基)

• 直接連接到中心原子的原子是碳 (C)。
• 這個碳原子連接了：
  • 一個氮原子 (N)
  • 一個氮原子 (N) (因為是雙鍵，視為連接兩個 N)
  • 一個氫原子 (H)
• 所以，這個碳原子周圍的原子序列表為：N, N, H。
• 按原子序排序：N (7), N (7), H (1)。

此題考查胺類的鹼性比較。胺的鹼性取決於氮原子上孤對電子的可得性。影響鹼性的因素包括：

1. 誘導效應 (Inductive Effect)：給電子基團增加氮原子上的電子密度，增加鹼性；吸電子基團則降低電子密度，降低鹼性。
2. 共振效應 (Resonance Effect)：如果孤對電子可以參與共振，則會降低鹼性。
3. 溶劑化效應 (Solvation Effect)：在水溶液中，質子化的胺離子 (铵离子) 的穩定性也會影響鹼性。

我們逐一分析四個胺：

胺 I: 2-氨基-6-氯苯胺 (2-amino-6-chloroaniline)

• 結構：苯環上連接一個 $-NH_2$ 基團，同時在鄰位連接了一個 $-Cl$ 基團，以及在另一個鄰位連接了另一個 $-NH_2$ 基團。
• 分析：
  • 兩個 $-NH_2$ 基團都是給電子基團，會增加苯環的電子密度，並通過共振效應向氮原子提供電子，增加鹼性。
  • $-Cl$ 基團是吸電子基團，會降低苯環的電子密度，並通過誘導效應降低氮原子的電子密度，降低鹼性。
  • 兩個 $-NH_2$ 基團的給電子效應會增強鹼性。
  • $-Cl$ 基團的吸電子效應會降低鹼性。
  • 由於 $-NH_2$ 基團的給電子共振效應通常比 $-Cl$ 的誘導吸電子效應更強，所以這個分子應該是鹼性較強的。
  • 但是，苯胺的鹼性比脂肪胺弱，因為氨基的孤對電子參與苯環的共振。
  • 這個分子是芳香胺。

胺 II: N-甲基苯胺 (N-methylaniline)

• 結構：苯環上連接 $-NHCH_3$ 基團。
• 分析：
  • $-NHCH_3$ 基團的孤對電子參與苯環的共振，這會降低氮原子的電子密度，使其鹼性比脂肪胺弱。
  • 與苯胺相比，甲基是給電子基團，會稍微增加氮原子上的電子密度，理論上會增加鹼性。
  • 然而，在芳香胺中，共振效應是主要的，甲基的給電子效應相對較弱。
  • N-甲基苯胺的鹼性比苯胺強，但比脂肪胺弱。

胺 III: 苯胺 (Aniline)

• 結構：苯環上連接 $-NH_2$ 基團。
• 分析：
  • 氨基的孤對電子參與苯環的共振，導致氮原子上的電子密度降低，鹼性較弱。
  • 這是芳香胺的標準鹼性。

核心觀念

起始物為甲基環戊烷，產物為 $1$-甲基環戊醇。反應的關鍵是將烷烴上帶有三級氫的碳先轉換成良好的離去基，再以水取代。

帶有甲基的環碳同時連接兩個環碳與一個甲基，屬於三級碳，且具有一個三級氫。

解題方法

第一步使用 $\mathrm{Br_2, h\nu}$ 進行自由基溴化。溴化具有高度選擇性，反應優先發生在三級氫：

$$\text{甲基環戊烷} \xrightarrow{\mathrm{Br_2,\ h\nu}} \text{1-溴-1-甲基環戊烷}$$

第二步以水進行水解。三級溴化物可經由 $S_\mathrm{N}1$ 反應形成三級碳正離子，水進攻後去質子化，生成三級醇：

$$\text{1-溴-1-甲基環戊烷} \xrightarrow{\mathrm{H_2O}} \text{1-甲基環戊醇}$$

選項分析

• (A) $\mathrm{H_2O/H^+}$：錯誤。
  起始物是飽和烷烴，沒有雙鍵、離去基或其他可被酸活化的官能基。酸性水無法直接將烷烴的 $\mathrm{C-H}$ 鍵轉換成 $\mathrm{C-OH}$。

• (B) 1. $\mathrm{KMnO_4}$，2. $\mathrm{H_2O}$：錯誤。

核心觀念

本題考查：

1. 醇經 $PBr_3$ 轉換為溴化物。
2. 溴化物與 $Mg$ 形成 Grignard 試劑。
3. Grignard 試劑進行環氧乙烷開環反應，使碳鏈增加兩個碳。
4. 酸性水解使烷氧負離子轉為醇。

題目反應序列中，$Mg$ 與 $H_3O^+$ 之間的環氧乙烷是關鍵試劑。

---

解題方法

起始物為苯甲醇：

$$\ce{PhCH2OH}$$

其中 $\ce{Ph}$ 代表苯基 $\ce{C6H5-}$。

第一步：$PBr_3$ 將醇轉為溴化物

$PBr_3$ 可將醇羥基取代為溴：

$$\ce{PhCH2OH ->[PBr3] PhCH2Br}$$

因此生成苄基溴。

第二步：與鎂形成 Grignard 試劑

苄基溴與鎂反應：

$$\ce{PhCH2Br + Mg -> PhCH2MgBr}$$

生成苄基鎂溴，屬於 Grignard 試劑。其 $\ce{PhCH2-}$ 部分具有類似碳負離子的反應性，可攻擊環氧乙烷。

第三步：環氧乙烷開環

Grignard 試劑攻擊環氧乙烷較少取代的碳，並使環氧環開裂：

$$\ce{PhCH2MgBr + (CH2CH2)O -> PhCH2CH2CH2OMgBr}$$

此步驟使原本的苄基碳鏈再增加兩個 $\ce{CH2}$。

第四步：酸性水解

最後加入 $\ce{H3O+}$，將烷氧基轉換成羥基：

$$\ce{PhCH2CH2CH2OMgBr ->[H3O+] PhCH2CH2CH2OH}$$

所得產物為 $3$-苯基-$1$-丙醇：

$$\ce{Ph(CH2)3OH}$$

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選項分析

核心觀念

本題的核心考點為羰基化合物的親核加成還原反應（reduction of carbonyl compounds）及其立體化學（stereochemistry）。當非對掌性（achiral）的平面羰基分子與非對掌性還原試劑反應生成含有對掌中心的產物時，親核試劑（氫負離子）從羰基平面的頂面（re-face）與底面（si-face）進攻的活化能完全相同、機率完全相等，因此必然生成等量的兩對映異構物（enantiomers），最終得到消旋混合物（racemic mixture）。

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詳細解題過程

1. 反應物與試劑功能分析

• 反應物：$\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH}_3$ 為 2-丁酮（2-butanone），屬於非對掌性（achiral）的酮類化合物。
• 試劑與溶劑：硼氫化鈉（$\text{NaBH}_4$）在甲醇（$\text{CH}_3\text{OH}$）溶劑中，為標準的親核還原劑，可提供氫負離子（hydride ion, $\text{H}^-$）進攻羰基碳原子（$\text{C=O}$），將酮還原為次級醇（secondary alcohol）。

2. 機制與立體化學分析

1. 平面幾何結構：2-丁酮的羰基碳原子採用 $sp^2$ 混成（hybridization），其周圍鍵結呈平面三角形幾何構型（trigonal planar）。因此，該分子具備前對掌性面（prochiral face）。
2. 兩面進攻機率相等：
   • 反應物 2-丁酮、試劑 $\text{NaBH}_4$ 與溶劑 $\text{CH}_3\text{OH}$ 皆無對掌性（achiral environment）。

此題考查有機官能基的轉化。
題目沒有給出起始物和產物的結構。
我無法回答此題。

假設題目是問，哪一個試劑可以進行某種常見的轉化。
(A) $CH_3COOH$ (乙酸)：可以作為酸催化劑，或參與酯化反應。
(B) $MnO_2$ (二氧化錳)：常用於氧化烯丙位或苄位的醇。
(C) $mCPBA$ (間氯過氧苯甲酸)：常用於環氧化烯烴，或氧化胺、硫醚等。
(D) $H_2O_2$ (過氧化氫)：可以用作氧化劑，或參與環氧化反應。
(E) $CrO_3$ (三氧化鉻)：是一種強氧化劑，常用於氧化醇。

核心觀念

本題考查卤代烷的官能基轉換，以及 Grignard 試劑與重水的反應。

反應目標是將環己基溴中的 $\ce{C-Br}$ 鍵，轉換成 $\ce{C-D}$ 鍵：

$$\ce{C6H11-Br -> C6H11-D}$$

先以鎂插入 $\ce{C-Br}$ 鍵，形成有機鎂化合物：

$$\ce{C6H11-Br + Mg ->[ether] C6H11-MgBr}$$

再加入重水 $\ce{D2O}$，有機鎂化合物中的碳負性中心會抓取氘，生成 $\ce{C-D}$：

$$\ce{C6H11-MgBr + D2O -> C6H11-D + MgBrOD}$$

解題方法

題目要求以同位素氘取代原本的溴，因此適合採用「先形成有機金屬試劑，再以氘源淬火」的方法。

$\ce{Mg/ether}$ 可將烷基溴轉變為 Grignard 試劑；後續以 $\ce{D2O}$ 提供氘，完成 $\ce{C-D}$ 鍵的形成。因此選擇：

$$\ce{1. Mg/ether \quad 2. D2O}$$

選項分析

• (A) $\ce{D2/Pd}$：錯誤

  $\ce{D2/Pd}$ 主要用於催化加氘，使碳碳多重鍵還原。題目中的起始物只有 $\ce{C-Br}$ 單鍵，並非典型的加成反應底物，不能作為此題最適合的溴取代氘試劑。

• (B) $\ce{D2SO4/D2O}$：錯誤

核心觀念

本題考查還原性臭氧分解（reductive ozonolysis）：

$$\mathrm{C=C} \xrightarrow[\text{2. }Me_2S]{\text{1. }O_3} \mathrm{C=O+C=O}$$

雙鍵兩端各形成一個羰基：

• 雙鍵碳上有氫，生成醛基。
• 雙鍵碳上沒有氫，生成酮基。
• 末端亞甲基 $\mathrm{R-CH=CH_2}$ 會生成甲醛 $\mathrm{HCHO}$。

題目產物包含一分子甲醛，且與另一主要產物呈 $1:1$，因此反應物必須恰有一個末端亞甲基雙鍵。

解題方法

先將產物反推回雙鍵：

1. 甲醛表示原反應物含有一個 $\mathrm{=CH_2}$。
2. 主要產物中的醛基與酮基相鄰，表示原本有一個乙烯基片段連接在另一個雙鍵碳上。
3. 主要產物中兩端羰基之間的碳數，必須與原環狀結構在雙鍵切開後形成的碳鏈長度一致。
4. 若選項含有兩個末端亞甲基，臭氧分解會生成兩分子甲醛，不符合題目所給的 $1:1$ 比例。

選項分析

核心觀念

本題依序考查三個反應：

1. 烷基苯的苄位氧化。
2. 羧酸利用 SOCl₂ 轉換為醯氯。
3. 醯氯與乙醇進行親核醯基取代，形成酯。

起始物為對氯甲苯：

$p\text{-}ClC_6H_4CH_3$

解題方法

第一步，KMnO₄/H⁺ 會將苄位上具有氫的烷基側鏈氧化成羧酸。甲基側鏈因此轉為羧基，而芳香環上的氯不受此反應影響：

$$p\text{-}ClC_6H_4CH_3 \xrightarrow[\text{H}^+]{KMnO_4} p\text{-}ClC_6H_4COOH$$

因此：

$W=p\text{-氯苯甲酸}$

第二步，SOCl₂ 將羧酸的羥基置換成氯，形成醯氯：

$$p\text{-}ClC_6H_4COOH \xrightarrow{SOCl_2} p\text{-}ClC_6H_4COCl$$

因此：

$X=p\text{-氯苯甲醯氯}$

第三步，醯氯與乙醇反應，乙醇的氧進攻羰基碳，接著脫去氯離子，生成乙酯：

此題考查 2-甲基環己醇的製備方法。
2-甲基環己醇有順式 (cis) 和反式 (trans) 兩種非對映異構體。
我們需要選擇一個最佳的反應序列來製備它。

常見的製備環己醇的方法是從環己烯出發。

• 加成反應：
  • 水合反應：
    • 酸催化水合 ($H_2SO_4$ 或 $H_3O^+$)：反式加成，遵循馬氏規則。
    • 硼氫化-氧化 ($BH_3$, $H_2O_2/OH^-$)：順式加成，反馬氏規則。
  • 羥汞化-脫汞化 ($Hg(OAc)_2, H_2O$, 然後 $NaBH_4, NaOH$)：反式加成，遵循馬氏規則。
  • 二羥基化：
    • $OsO_4$ 或 $KMnO_4$ (冷稀鹼性)：順式加成。
    • $Br_2/H_2O$ 後水解：反式加成。

起始物是 2-甲基環己烯。
結構：一個環己烯環，在 1 號碳上連接了一個甲基。

      CH3
     /
    C=C
   /   \
  CH2  CH2
  |    |
  CH2-CH2

我們需要製備 2-甲基環己醇。
這意味著，在雙鍵的兩個碳上分別加上 H 和 OH。

分析選項：
(A) 1) $Hg(OAc)_2, H_2O$ 2) $NaBH_4, NaOH, H_2O$

• 這是羥汞化-脫汞化反應。
• 反應是 反式加成。
• 它遵循馬氏規則，即 OH 加到取代較多的碳上，H 加到取代較少的碳上。
• 在 2-甲基環己烯中，雙鍵的兩個碳是 C1 (連接甲基) 和 C2 (未取代)。
• C1 連接了一個甲基和一個碳原子。
• C2 連接了兩個氫原子和一個碳原子。
• 在這個情況下，C1 比 C2 更取代。
• 所以 OH 會加到 C1 上，H 加到 C2 上。
• 產物是 2-甲基環己醇 (OH 在 C1，H 在 C2)。
• 但這個反應是反式加成，所以 OH 和 H 在雙鍵兩側。
• 這會得到一個特定的非對映異構體。

(B) 1) $BH_3 \cdot THF$ 2) $H_2O_2, NaOH, H_2O$

• 這是硼氫化-氧化反應。
• 反應是 順式加成。
• 它遵循反馬氏規則，即 OH 加到取代較少的碳上，H 加到取代較多的碳上。
• OH 會加到 C2 上，H 加到 C1 上。
• 產物是 2-甲基環己醇 (OH 在 C2，H 在 C1)。
• 這個反應是順式加成，所以 OH 和 H 在雙鍵同側。
• 這會得到另一個特定的非對映異構體。

(C) 1) $H_2SO_4$ 2) $H_2O$

• 這是酸催化水合反應。
• 反應是 反式加成。
• 它遵循馬氏規則。OH 加到 C1 上，H 加到 C2 上。

核心觀念

混合羥醛縮合中，具有 α 氫的酮形成烯醇負離子，進攻另一個羰基化合物；經脫水後形成 α,β-不飽和羰基化合物。產物中，酮的羰基保留，而進攻對象的羰基碳成為雙鍵的 β 碳。

解題方法

依原圖，產物是 $\mathrm{Ph{-}CH=C(CH_3){-}C(=O){-}CH_2CH_3}$，反應條件為 $\mathrm{KOH,\ CH_3OH}$。因此，苯環連著雙鍵上的 $\mathrm{CH}$，表示該碳來自苯甲醛；羰基則來自提供烯醇負離子的酮。

觀察羰基旁的雙鍵碳：它連著一個 $\mathrm{CH_3}$，而羰基另一側連著 $\mathrm{CH_2CH_3}$。這正符合 3-戊酮 $\mathrm{CH_3CH_2COCH_2CH_3}$：其任一側 α 碳參與縮合後，保留一個 $\mathrm{CH_3}$，羰基另一側則保留 $\mathrm{CH_2CH_3}$。故反應物為苯甲醛與 3-戊酮。

選項分析

• (A) 苯甲醛與 3-戊酮：正確。 苯甲醛提供產物中的 $\mathrm{Ph{-}CH}$；3-戊酮提供羰基及 α 碳，縮合、脫水後得到圖示骨架。

核心觀念

還原胺化是先讓醛或酮與胺形成亞胺／亞胺鎓離子，再以氫化反應還原碳氮雙鍵。醛 $\mathrm{RCHO}$ 與一級胺 $\mathrm{R'NH_2}$ 反應，會形成二級胺 $\mathrm{RCH_2NHR'}$。反應會保留羰基化合物的碳骨架，並在原羰基碳的位置形成碳氮鍵。

解題方法

圖中產物的氮連著一個甲基、一個氫，以及一段碳鏈；碳鏈從氮端往外是 $\mathrm{N{-}CH_2{-}CH(CH_3){-}CH_2{-}CH_3}$。因此產物是二級胺，含有甲基取代的丁基骨架。

由於氮上有一個氫，起始胺應是一級胺甲胺。產物中與氮相連的是末端 $\mathrm{CH_2}$，表示羰基起始物應為醛。把該 $\mathrm{CH_2}$ 還原胺化前還原回醛基 $\mathrm{CHO}$，可得 $\mathrm{CHO{-}CH(CH_3){-}CH_2{-}CH_3}$，即 2-甲基丁醛。

選項分析

• (A) 甲胺與 2-甲基丁酸：錯。 羧酸與甲胺不會依此還原胺化途徑形成題示的胺；羧酸也不是可直接形成亞胺的醛或酮。
• **(B) 甲胺與 2-甲基丁醛：對。

核心觀念

本題考查以威廉生醚合成法製備醚。反應以烷氧負離子作為親核試劑，對烷基鹵化物進行 $S_\mathrm{N}2$ 取代：

$$\mathrm{RO^- + R'X \longrightarrow ROR' + X^-}$$

烷基鹵化物以甲基或一級底物最適合；二級底物容易與消去反應競爭。

解題方法

依原圖，選項 (A) 是溴甲烷與環己氧負離子；(B) 是甲氧負離子與溴環己烷；(C) 是溴甲烷與溴環己烷，在酸性水溶液中反應；(D) 是甲醇與環己醇，在酸催化下反應；(E) 是甲氧負離子與環己醇。

合成目標是甲基環己基醚。最直接的做法是讓環己氧負離子攻擊溴甲烷：甲基碳位阻小，適合進行 $S_\mathrm{N}2$ 反應，溴離子離去後形成目標醚。

選項分析

• (A) 正確。 環己氧負離子以氧原子作為親核中心，攻擊溴甲烷的甲基碳，經 $S_\mathrm{N}2$ 反應生成甲基環己基醚。

核心觀念

對一對對映異構物，在相同測量條件下，兩者的比旋光度大小相等、方向相反。本題已知純的 $(S)$-$X$ 比旋光度為 $+12^\circ$，因此純的 $(R)$-$X$ 為 $-12^\circ$。

混合物的旋光度是各成分旋光貢獻的總和。對僅含這一對對映異構物的混合物，可用對映異構過量（$ee$）表示其組成差異：

$$ee=\frac{(S)-(R)}{(S)+(R)} =\frac{\text{混合物旋光度}}{\text{純對映異構物旋光度}}$$

解題方法

實測旋光度為 $+6^\circ$，純 $(S)$-$X$ 為 $+12^\circ$，故：

$$ee=\frac{+6^\circ}{+12^\circ}=0.50=50\%$$

正的 $ee$ 表示 $(S)$-$X$ 為主要成分。令 $(S)$-$X$ 的量為 $S$、$(R)$-$X$ 的量為 $R$，則：

$$\frac{S-R}{S+R}=0.50$$ $$S-R=0.50S+0.50R$$ $$0.50S=1.50R \quad\Longrightarrow\quad \frac{S}{R}=3$$

因此組成比為 $(S):(R)=3:1$。

選項分析

核心觀念

本題考查氘化鋁鋰（$\mathrm{LiAlD_4}$）還原酮與酯時，氘原子的去向。

• 酮的羰基碳接受一個氘，酸化後形成醇：$\mathrm{R_2C=O \rightarrow R_2C(D)(OH)}$。
• 酯的羰基碳會接受兩個氘；甲氧基離去後，酸化形成一級醇：$\mathrm{RCOOCH_3 \rightarrow RCD_2OH}$。
• $\mathrm{H_3O^+}$ 處理會將氧上的負電荷質子化為 $\mathrm{OH}$；氧上的氘可在酸性水溶液中交換，不會保留為穩定的碳氘鍵。

解題方法

從圖中可讀出，環己烷的 1、3 位分別接有乙醯基（$\mathrm{-COCH_3}$）與甲酯基（$\mathrm{-COOCH_3}$）；反應依序使用 $\mathrm{LiAlD_4}$、$\mathrm{H_3O^+}$。因此分別追蹤兩個羰基碳：

1. 乙醯基的羰基碳接受一個氘，經酸化後得到 $\mathrm{-C(D)(OH)CH_3}$。
2. 甲酯基的羰基碳接受兩個氘，甲氧基離去，經酸化後得到 $\mathrm{-CD_2OH}$。