
有機題可由三件事入手:認出官能基,找出題目要的轉換,再選試劑及條件。命名與畫結構要互相核對;產物是否合理,也要看碳數及官能基有沒有改變。
Topic XI 的五條學習脈絡
課程連繫同系列與命名、同分異構、官能基的典型反應、碳化合物互換,以及阿司匹林、清潔劑、尼龍和聚酯等重要有機物。反應題著重試劑、條件、產物、觀察及方程式,不要求用一般有機反應機理解釋反應。
命名、同分異構與反應
課程的同系列包括烷烴、烯烴、鹵烷、醇、醛、酮、羧酸、酯、未經取代的酰胺及一級胺。選主鏈、編號與字尾時,要保留題目所示官能基和碳數;鹵烷以 chloro-、bromo- 等前綴表達鹵素,不把 alkyl halide 當成所有系統名稱的共同字尾。
同分異構體有相同分子式而結構不同。例如 C₂H₆O 可為 ethanol 或 methoxymethane;不能把 methoxymethane(dimethyl ether)的 C₂H₆O 分子式混入 C₄H₁₀O 異構體清單。結構異構之外,也要按實際結構判斷順反異構及只有一個手性碳的對映異構。
| 轉換 | 試劑/條件與判斷 |
|---|---|
| 烯烴加成 | 與 H₂、鹵素及 HX 反應;要看指定試劑與條件。烯烴可令溴試劑褪色,烷烴與鹵素的取代則需合適光照條件。 |
| 鹵烷 → 醇 | OH⁻(aq),加熱;鹵素被羥基取代。按所用鹵烷寫出相應醇及鹵離子。 |
| 醇 → 烯烴 | 脫水,例如濃 H₂SO₄ 加熱;由結構核對能形成的 C=C 及產物。 |
| 一級醇氧化 | 酸化 Cr₂O₇²⁻ 加熱;欲製醛時及時蒸餾出產物,進一步氧化製羧酸時用回流。二級醇氧化成酮。 |
| 醛/酮還原 | LiAlH₄/乾燥醚,然後酸化;或 NaBH₄(aq)。核對生成醇的官能基位置。 |
| 羧酸還原 | LiAlH₄/乾燥醚,然後酸化;生成相應醇,不把 NaBH₄ 套作同一還原劑。 |
| 羧酸與醇 → 酯 | 濃 H₂SO₄、加熱;可逆反應,生成酯與水。由酸和醇部分分別確認酯的名稱。 |
| 酯與未取代酰胺水解 | 按酸/鹼與加熱條件判斷產物;未取代酰胺在鹼性水解產生氨,酸性水解則得到羧酸與銨鹽。 |
把規則用在實際結構
Markovnikov 規則:不對稱烯烴與 HX 加成時,用課程規則預測主要產物。例如 propene 與 HBr 的主產物為 2-bromopropane;H 接在原來帶較多 H 的雙鍵碳,Br 接在另一碳。這項主產物判斷須保留,但不需要加上 carbocation 路徑或一般機理作必背解釋。
聚合物:由單體畫加成聚合物重複單位時,把 C=C 改成 C–C,保留側基,畫括號、括號外 n 及穿過括號的延伸鍵。尼龍及聚酯為縮合聚合物,要核對單體官能基、連接鍵及小分子產物;這些結構和方程式不是一般有機機理曲箭頭題。
按題目要求作答
題目問試劑與條件,就指出具體試劑及加熱/回流等條件;問觀察,就寫顏色、氣體或分層等實際可見現象;問路線,就逐步核對中間產物。不同題目要求不同,不把「四件套」或固定 mechanism label 當成所有題目的必要答案。
Topic V 另有明確指定的甲烷與氯單取代:UV 引發、傳播及終止,須以合適方程式或電子圖說明。這個指定例外要掌握,不能擴成 XI 所有反應都須背機理。
兩個例題
例題 1:製備乙酸乙酯
題目:由乙醇同乙酸制備乙酸乙酯,寫出化學方程式,列明試劑、條件,並描述你會觀察到乜嘢現象。
參考推理:CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O,以濃 H₂SO₄ 催化並加熱。所得酯具有果香氣味;是否出現清晰的油狀分層,要看反應混合物及實際後處理,不能只由反應式保證它必定浮於水面。需要移除未反應酸時,可按實驗步驟用 Na₂CO₃(aq) 洗滌,再分離酯層。觀察須與實際操作相符。
例題 2:由乙烯規劃合成乙酸
題目:規劃合成路線,由乙烯(ethene)制備乙酸(ethanoic acid),寫明試劑、條件及中間產物。
參考路線:先以 HBr 與 ethene 加成得到 bromoethane;用 OH⁻(aq) 加熱,取代生成 ethanol;再以酸化 K₂Cr₂O₇ 加熱回流,氧化成 ethanoic acid。每一步均由指定官能基反應連接,兩個碳保留。規劃時逐步核對課程列出的反應、試劑與條件,不能把未提供的反應資料當作已知前提。
核對合成路線
- 比較起點與目標的碳數及官能基。
- 逐步選課程列出的反應,寫出每個中間產物。
- 為每個箭頭寫相應試劑和條件,核對產物與方程式。
- 如題目要求製備或產率,再處理分離方法、反應物用量與限量試劑。
練習方式
先在碳化合物教材由名稱畫結構,再用實際反應卡由起點推產物、由產物反查試劑。每次核對官能基和條件,找出混淆的那一步。
連繫課題與來源
化石燃料連到指定烷烴/烯烴反應;化學物料連到聚合物的結構與性質。課程及指定反應依據見EDB 化學課程及評估指引 XI 及補充註釋的反應表。