普考-化學工程有機化學概要106 年第 9 題單選題
下列反應,主要產物結構為:
A(見上圖 A)
B(見上圖 B)正確答案
C(見上圖 C)
D(見上圖 D)
B正確答案
硝化為親電芳香取代(EAS)。對三聯苯的中間苯環兩側各受一苯基共振活化,電子密度最高;又因兩個苯基連接點為其1,4位,未被佔據的2,3,5,6位皆相對於苯基為鄰、間位,主要取代發生在中間苯環電子密度最高之位置,故選 B。
為什麼答案是 B
硝化發生在中間苯環。中間苯環1,4位被兩個苯基佔據,兩苯基同時以共振供電子,使中間環電子密度最高;NO2+ 攻擊中間環上鄰接苯基連接點的位置(2位,相對於兩苯基分別為鄰位與間位中電子密度較高處),形成主要單取代產物,符合區域選擇性。
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完整詳解
Pro · 無限重點 硝化為親電芳香取代(EAS)。對三聯苯的中間苯環兩側各受一苯基共振活化,電子密度最高;又因兩個苯基連接點為其1,4位,未被佔據的2,3,5,6位皆相對於苯基為鄰、間位,主要取代發生在中間苯環電子密度最高之位置,故選 B。
先比較三個苯環的活化程度:中間苯環受兩個苯基(弱活化基)共振活化,電子密度最高。再判定中間苯環上可反應的位置(1,4位已被苯基佔據,取代發生於2位等鄰位於苯基的碳),NO2+ 優先攻擊此處,選 B。
逐選項分析
A✕ 陷阱
此為端點苯環發生硝化的產物。端點苯環僅一側連接聯苯基(單一活化來源),雖其自由端對位(para)可接近性高、立體障礙小,易誘導考生誤選;但其電子密度仍低於受雙苯基活化的中間苯環,並非主要產物。
B✓ 正確
硝化發生在中間苯環。中間苯環1,4位被兩個苯基佔據,兩苯基同時以共振供電子,使中間環電子密度最高;NO2+ 攻擊中間環上鄰接苯基連接點的位置(2位,相對於兩苯基分別為鄰位與間位中電子密度較高處),形成主要單取代產物,符合區域選擇性。
C✕
此為中間苯環的雙硝化產物。第一個硝基(-NO2,強去活化、間位導向基)接上後,大幅降低該環電子密度,一般單取代條件下極難在同環再發生第二次硝化,故非主要產物。
D✕
同為中間苯環的雙硝化產物,僅取代位置不同。基於第一個硝基的強去活化與間位導向作用,單取代後反應趨於停止,常規條件下不會大量生成雙取代物,故排除。
對三聯苯 (p-terphenyl) 各苯環反應性與取代位置
| 苯環位置 | 活化來源 | 電子雲密度 | 取代區域選擇性 |
|---|
| 中間苯環 | 兩側各一苯基(1,4位)共振供電 | 最高 | 主要產物;取代於鄰接苯基之2位(鄰/間位較高密度處) |
| 端點苯環 | 單一聯苯基 | 較低 | 次要;若反應傾向自由端對位(可接近性高) |
考生易因「立體障礙」直覺誤選端點取代 (A),或未釐清中間苯環的具體取代位置。在多環芳香烴 EAS 中,活化基數量造成的電子效應為決定反應環的主導因素;而中間環1,4位已被苯基佔據,取代須發生於剩餘碳位(2,3,5,6中電子密度最高者),此為判讀正確結構的關鍵。