民國112年 普通考試 化學工程 有機化學概要考古題與答案

第1題

下列化合物的國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）的命名為何？ A. (Z)-3-Hydroxymethyl-2-butenoic acid B. (Z)-2-Hydroxymethyl-2-butenoic acid C. (E)-2-Hydroxymethyl-2-butenoic acid D. (E)-3-Hydroxymethyl-2-butenoic acid

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• 答案：B. (Z)-2-Hydroxymethyl-2-butenoic acid

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請問C5H11Br的結構異構物有幾個？ A. 3個 B. 7個 C. 8個 D. 11個

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• 答案：C. 8個

解析：C5H11Br 為戊基溴結構異構物總數，可就三種戊烷骨架枚舉：正戊烷有 3 種（1-、2-、3-溴戊烷）；異戊烷（2-甲基丁烷）有 4 種（1-溴-2-甲基丁烷、1-溴-3-甲基丁烷、2-溴-2-甲基丁烷、2-溴-3-甲基丁烷）；新戊烷（2,2-二甲基丙烷）四個甲基等效僅 1 種。合計 3+4+1=8 種，故答案為 C（8 個）。A（3）、B（7）、D（11）均與系統性枚舉不符。

第3題

氯氟烴如CF2Cl2在到達平流層受到紫外線激發，產生自由基並與臭氧反應，下列那一個自由基不會在臭氧層產生？ A. Cl自由基 B. ClO自由基 C. ClO2自由基 D. CO2自由基

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• 答案：D. CO2自由基

解析：CF2Cl2 等氟氯烴在平流層受紫外線照射後，C–Cl 鍵均裂產生氯自由基（Cl•）；Cl• 與臭氧反應生成 ClO•，ClO• 還可再與氧原子或臭氧作用，生成 ClO2• 等氯氧化物，構成破壞臭氧的催化循環，因此 A、B、C 都是此反應鏈中會出現的自由基。二氧化碳自由基（CO2•）不是光解或臭氧反應鏈的中間體；CFC 中的碳已處於高度氧化態，在該環境下也不會產生 CO2 自由基。故不會在臭氧層產生的自由基為 D。

第5題

此圖示為Penicillin V的結構，請根據掌性（Chirality）規則來判斷標示位置的碳為何者組態（Ror S）？OONOSH HHCO2H A. （2S , 5R ,6R） B. （2S , 5S , 6R） C. （2S , 5S , 6S） D. （2R , 5S , 6R）6下列那種鹵代烷可用於形成格氏（Grignard）試劑？

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• 答案：A. （2S , 5R ,6R）

第7題

下列那種化合物與氫溴酸（HBr）反應最快？ A. 反式-2-丁烯 B. 2-丁炔 C. 順式-2-丁烯 D. 1,3-丁二烯

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• 答案：D. 1,3-丁二烯

解析：HBr 對不飽和鍵的加成屬親電性加成，速率取決於質子化後所形成碳陽離子的穩定性。1,3-丁二烯受質子化後生成烯丙基型碳陽離子，正電荷可經共振分散到兩個碳上，過渡態能量最低，反應最快，故選 D。2-丁炔屬炔類，π 鍵較強，質子化後生成乙烯基型碳陽離子較不穩定，加成速率比烯類慢；順式與反式-2-丁烯均只生成二級碳陽離子，其中順式因立體效應略快於反式，但兩者都不及共軛二烯。

第8題

請為下示的轉化提供合適的試劑： A. Br2, H2O B. Hg(OAc)2, HBr C. m-Cl-C6H4CO3H D. OsO4, HBr

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• 答案：A. Br2, H2O

第10題

請排列以下標示出氫的酸性排序：OHONHOHHOOHOHO(A)(B)(C)(D)(E) A. D<B<A<C<E B. B<D<A<C<E C. B<A<D<E<C D. E<C<A<D<B

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• 答案：B. B<D<A<C<E

解析：酸性取決於共軛鹼穩定度與 X–H 鍵極性。氧原子電負度大於氮，故含 O–H 者酸性強於含 N–H 者；羧酸因共振穩定其負離子而最強。(B) 含 N–H（如胺類）電子雲密度高、最難釋出 proton，酸性最弱排最前；其餘 (D)、(A)、(C) 為不同 O–H 化合物，依共軛鹼穩定度遞增；(E) 為羧酸最強排最後。故酸性由弱至強為 B<D<A<C<E，選 B。比較時以 pKa 越小酸性越強為準。

第11題

下列反應的主要產物為何者？OHmCPBA A. OHO B. OHO C. OHO D. OHABCDE

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• 答案：B. OHO

解析：mCPBA（間氯過氧苯甲酸）是常用的過氧酸，會對 C=C 進行親電性環氧化：過氧酸的 O–O 鍵與 π 電子協同作用，氧原子以順式（syn）方式從同一面加成到雙鍵兩端，因此反應具立體專一性，順式烯烴得順式環氧化物、反式烯烴得反式環氧化物。當受質是烯丙醇時，−OH 會與過氧酸的過氧氫形成氫鍵，把試劑引導到同側，使環氧基與 −OH 位於同一面，這是產物立體化學的關鍵，故選 B。

第12題

下列描述的反應在加入不同的試劑後，最有可能的產物為何？CH3CH2CClOAlCl3Cl2FeCl3 A. OCl B. ClOCl C. OCl D. ClO

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• 答案：D. ClO

第13題

下列何組試劑，最適合應用於下列反應？ A. CH2I2, Zn/Cu B. H2/Pd C. OsO4, NMO D. 1. Hg(OAc)2, H2O2. NaBH4

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• 答案：A. CH2I2, Zn/Cu

解析：題目要將 C=C 轉換成環丙烷（cyclopropane），最合適的是 Simmons–Smith 反應：CH2I2 與 Zn/Cu（或 Zn–Cu 偶）先形成類卡賓的碘甲基鋅試劑（ICH2ZnI），再與烯烴進行協同的順式加成，把 CH2 加到雙鍵兩端，立體專一（原雙鍵的立體關係保留）。B 的 H2/Pd 是氫化，只會把雙鍵還原成單鍵；C 的 OsO4/NMO 是順式雙羥基化，得到二醇；D 的 Hg(OAc)2/H2O 再 NaBH4 是羥汞化–去汞，得到醇。故選 A。

第14題

下列何組試劑，最適合應用於下列反應？NNNHNNHOClNNNHNNHONH2 A. ①NaOH/DMF ②Pd/C;H2 B. ①NaCN/DMF ②Pd/C;H2 C. ①NaBH4/DMF ②Pd/C;H2 D. ①NaN3/DMF ②Pd/C;H2

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• 答案：D. ①NaN3/DMF ②Pd/C;H2

解析：本題目標為將受硝基活化的芳香氯（Ar–Cl）轉換為胺基（–NH2）且不增加碳數。NaN3/DMF 經親核芳香取代（SNAr）將 Ar–Cl 轉為 Ar–N3（芳基疊氮），再以 Pd/C、H2 還原疊氮為胺基，得 Ar–NH2，故最適試劑為 D。A（NaOH）得酚；B（NaCN）得 Ar–CN，氫化後多一個碳（–CH2NH2）；C（NaBH4）無法進行 SNAr，均不適用。

第16題

下列何者為此反應的主要產物？(1) DIBAL-H, toluene, -78oC(2) MeOH, 5% H2SO4(aq)NCN A. NO B. NNH2 C. NOHO D. NO

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• 答案：D. NO

第18題

下列最適合的產物結構為何？OBOH1)2)Br, Pd(PPh3)4NaOEt, benzene?H A. 1,2-二苯乙炔 B. 順式-1,2-二苯乙烯 C. 1,1-二苯乙烯 D. 反式-1,2-二苯乙烯

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• 答案：D. 反式-1,2-二苯乙烯

解析：本反應為鈴木偶合（Suzuki–Miyaura coupling）：芳香硼酸（Ar–B(OH)2）與乙烯基溴在 Pd(PPh3)4 催化、NaOEt 鹼存在下偶合。鈴木反應對烯鍵具立體保留性，若起始乙烯基溴為 E 型（反式），則生成反式-1,2-二苯乙烯（trans-stilbene），且該異構物最穩定、為主要產物，故最適產物為 D。A（二苯乙炔）需氧化偶合；B 為順式，立體不符；C 為 1,1-二苯乙烯，非 1,2-偶合產物。

第19題

請為下示轉化反應提供合適的一組試劑： A. ①(CH3(C)O)2O, Et3N, ②H3C-CC-MgBr, ③H3O+ B. ①NaOCl, HOAc, ②H3C-CC-Na, ③H3O+ C. ①t-BuMe2SiCl, imidazole, ②H3C-CC-Na, ③H3O+ D. ①t-BuMe2SiCl, imidazole, ②H3C-CC-B(OH)2, ③H3O+

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• 答案：C. ①t-BuMe2SiCl, imidazole, ②H3C-CC-Na, ③H3O+

解析：本轉化需將炔基加到羰基上，分子中另有羥基須先保護以免受強鹼性炔化物影響。t-BuMe2SiCl/imidazole 可將醇羥基轉為 TBS 矽醚保護；隨後以乙炔鈉（CH3C≡C–Na）對羰基行親核加成；最後 H3O+ 去保護回復羥基，故最適試劑組為 C。A 雖亦可保護並以格氏試劑加成，但 TBS 更溫和選擇性佳；B 之 NaOCl 會氧化/氯化；D 之炔硼酸非羰基加成試劑，均不適用。

第20題

下列反應的主要產物為何者？OO2NCO2EtCHCl3,-20oC,12h A. OCO2EtNO2 B. OCO2EtNO2 C. ONO2CO2Et D. ONO2CO2Et(2) MeOH, 5% H2SO4(aq)

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• 答案：D. ONO2CO2Et(2) MeOH, 5% H2SO4(aq)

第22題

乙醇酸和乳酸的共聚高分子如下，下列那個選項為其在酸性甲醇中加熱分解成單體的結構？ A. CH3-C(O)O-CH(CH3)CO2Me B. HOCH(CH3)CO2Me C. CH3C(O)CO2Me D. HOCH2CO2H

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• 答案：B. HOCH(CH3)CO2Me

解析：此共聚物由乙醇酸（HOCH2CO2H）與乳酸（CH3CH(OH)CO2H）以酯鍵縮合而成，屬聚乳酸－乙醇酸共聚物（PLGA）。在酸性甲醇中加熱時，酯鍵進行酸催化的甲醇解（methanolysis），聚酯鏈斷裂，游離出的羧基隨即被甲醇酯化，因此乳酸單元以甲基乳酸酯 HOCH(CH3)CO2Me 的形式釋出，即選項 B。A 仍保留酯鍵，屬二聚體片段而非單體；C 為丙酮酸甲酯，是氧化產物；D 為游離乙醇酸，其羧基在酸性甲醇中應被酯化，不是最終游離單體的形式。

第24題

已知一化合物其分子式為C8H12O，請依據其氫譜推斷出最有可能的結構： A. O B. O C. O D. O

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• 答案：A. O

解析：分子式 C₈H₁₂O 的不飽和度為 (2×8＋2−12)/2＝3，表示除了一個 C＝O 外，還需有兩個額外的不飽和單位，例如兩個環、或一個環加一個 C＝C。判讀氫譜時，先看低場區：若無 9–10 ppm 的醛基氫，羰基即屬酮；烯氫訊號的數目與積分值決定 C＝C 數目，2–3 ppm 的訊號則對應烯丙位或環上氫。綜合訊號數目、積分與分裂情形，選項 A 的結構才符合 3 個不飽和度。