普考-化學工程有機化學概要109 年第 25 題單選題
下列反應的例子當中,主要產物X的結構?(含NH2、過量CH3I、1. 2. Ag2O、H2O、加熱反應)
A含有N(CH3)3+的季銨離子
B含有N=CH2的亞胺結構
C含有NCH3的仲胺結構
D其他胺化產物正確答案
D正確答案
Hofmann消去反應(Exhaustive Methylation):伯胺用過量CH3I季銨化,再用Ag2O/H2O加熱,依Hofmann規則消去,生成取代基最少的烯烴。
為什麼答案是 D
選項D圖中呈現端烯(=CH2,末端亞甲基雙鍵)結構,為最少取代烯烴。起始物NH2連接在季碳(2號位),β碳中最少取代方向為CH2端,Hofmann消去優先奪取位阻最小β-H,生成端烯,完全符合Hofmann規則,為正確答案。
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完整詳解
Pro · 無限重點 Hofmann消去反應(Exhaustive Methylation):伯胺用過量CH3I季銨化,再用Ag2O/H2O加熱,依Hofmann規則消去,生成取代基最少的烯烴。
看圖:起始物為2-甲基-2-氨基戊烷(叔胺碳),季銨化後加熱消去,Hofmann規則選最不取代的β-H,產物為末端烯烴,對應選項(D)含端烯=CH2結構。
逐選項分析
A✕
選項A為4-甲基庚烷骨架的烷烴,無雙鍵,Hofmann消去反應必然產生烯烴,故A不可能是主要產物。
B✕ 陷阱
選項B為內部取代烯烴(三取代,2-甲基-2-庚烯型),這是Zaitsev規則的產物;Hofmann消去反應恰好相反,偏好最少取代的烯烴,故B為干擾陷阱。
C✕
選項C為內部雙鍵烯烴(含2-丙基-2-戊烯型),屬於較多取代的烯烴,同樣不符合Hofmann消去「最少取代」的選向性。
D✓ 正確
選項D圖中呈現端烯(=CH2,末端亞甲基雙鍵)結構,為最少取代烯烴。起始物NH2連接在季碳(2號位),β碳中最少取代方向為CH2端,Hofmann消去優先奪取位阻最小β-H,生成端烯,完全符合Hofmann規則,為正確答案。
Hofmann消去 vs Zaitsev消去比較
| 比較項目 | Hofmann消去 | Zaitsev消去 |
|---|
| 離去基 | 季銨鹽(NR3+)、磺酸酯 | 鹵素(Cl, Br, I) |
| 鹼的大小 | 大體積鹼或加熱水解 | 小體積強鹼 |
| 產物選向 | 最少取代烯烴(端烯) | 最多取代烯烴(內烯) |
| 反應機制 | E2(反式共平面) | E2(反式共平面) |
| 圖中對應選項 | D(=CH2端烯) | B(內部三取代烯) |
選項B(內部取代烯烴)極易被誤選,因一般熱力學穩定性讓學生直覺選「取代最多的烯烴」。但Hofmann消去的關鍵在於季銨離子離去基體積大,空間阻礙使鹼優先奪取最容易接近(最少取代)的β-H,產物為端烯而非內烯,與Zaitsev方向相反,這是本題最大陷阱。