義守大學 111 年 《化學》

核心觀念

本題考查重量百分濃度、重量莫爾濃度（molality）與依數性質中的凝固點下降。

• 重量百分濃度：

$$\% (w/w)=\frac{\text{溶質質量}}{\text{溶液質量}}\times 100\%$$

• 重量莫爾濃度：

$$m=\frac{\text{溶質莫耳數}}{\text{溶劑質量（kg）}}$$

• 凝固點下降：

$$\Delta T_f=iK_fm$$

糖為非電解質，在水中不解離，因此范特霍夫因子 $i=1$。糖水的凝固點為：

$$T_f=0^\circ\mathrm{C}-\Delta T_f$$

解題方法

取 $100\ \mathrm{g}$ 糖水作為計算基準。

由 $16\%(w/w)$ 可知：

$$m_{\text{糖}}=16\ \mathrm{g}$$ $$m_{\text{水}}=100-16=84\ \mathrm{g}=0.084\ \mathrm{kg}$$

糖的莫耳數為：

$$n_{\text{糖}}=\frac{16\ \mathrm{g}}{342\ \mathrm{g/mol}} =0.04678\ \mathrm{mol}$$

因此重量莫爾濃度為：

$$m=\frac{0.04678\ \mathrm{mol}}{0.084\ \mathrm{kg}} =0.5569\ \mathrm{mol/kg} \approx 0.56\ \mathrm{m}$$

凝固點下降量：

$$\Delta T_f=iK_fm$$ $$\Delta T_f=(1)(1.86\ ^\circ\mathrm{C\cdot kg\cdot mol^{-1}}) (0.5569\ \mathrm{mol/kg})$$ $$\Delta T_f=1.036\ ^\circ\mathrm{C} \approx 1.04^\circ\mathrm{C}$$

純水凝固點為 $0^\circ\mathrm{C}$，所以糖水凝固點為：

$$T_f=0-1.04=-1.04^\circ\mathrm{C}$$

故結果為：

$$\boxed{0.56\ \mathrm{m};\ -1.04^\circ\mathrm{C}}$$

選項分析

• (A) $0.44\ \mathrm{m};\ -0.82^\circ\mathrm{C}$：錯誤。
  正確的糖水重量莫爾濃度應以 $84\ \mathrm{g}$ 水作為溶劑質量，計算結果為 $0.56\ \mathrm{m}$。

核心觀念

本題考查溶度積 $K_{sp}$ 與難溶鹽「莫耳溶解度」的關係。

難溶鹽溶於水時，若其莫耳溶解度為 $s\ \mathrm{mol/L}$，必須先寫出解離方程式，再將各離子平衡濃度代入 $K_{sp}$ 表達式。

注意：$K_{sp}$ 越小不一定代表溶解度越低，因為不同鹽類的解離化學計量比不同，不能直接比較表中的 $K_{sp}$ 數值。

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解題方法

設各鹽類在純水中的莫耳溶解度均為 $s\ \mathrm{mol/L}$，忽略水的自解離、酸鹼反應、錯離子形成，並以濃度近似活度。

1. $\ce{PbI2}$

解離反應為：

$$\ce{PbI2(s) <=> Pb^{2+}(aq) + 2I^-(aq)}$$

若溶解 $s\ \mathrm{mol/L}$：

$$[\ce{Pb^{2+}}]=s,\qquad [\ce{I^-}]=2s$$

因此：

$$K_{sp}=[\ce{Pb^{2+}}][\ce{I^-}]^2 =s(2s)^2=4s^3$$

代入 $K_{sp}=1.4\times10^{-8}$：

$$4s^3=1.4\times10^{-8}$$ $$s^3=3.5\times10^{-9}$$ $$s=(3.5\times10^{-9})^{1/3} \approx 1.52\times10^{-3}\ \mathrm{mol/L}$$

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2. $\ce{CaCO3}$

解離反應為：

$$\ce{CaCO3(s) <=> Ca^{2+}(aq) + CO3^{2-}(aq)}$$

若溶解 $s\ \mathrm{mol/L}$：

$$[\ce{Ca^{2+}}]=s,\qquad [\ce{CO3^{2-}}]=s$$

因此：

$$K_{sp}=s^2$$

代入：

$$s=\sqrt{8.7\times10^{-9}} \approx 9.33\times10^{-5}\ \mathrm{mol/L}$$

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3. $\ce{Mg(OH)2}$

解離反應為：

$$\ce{Mg(OH)2(s) <=> Mg^{2+}(aq) + 2OH^-(aq)}$$

若溶解 $s\ \mathrm{mol/L}$：

$$[\ce{Mg^{2+}}]=s,\qquad [\ce{OH^-}]=2s$$

因此：

$$K_{sp}=[\ce{Mg^{2+}}][\ce{OH^-}]^2 =s(2s)^2=4s^3$$

代入 $K_{sp}=8.9\times10^{-12}$：

$$4s^3=8.9\times10^{-12}$$ $$s^3=2.225\times10^{-12}$$ $$s\approx 1.31\times10^{-4}\ \mathrm{mol/L}$$

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4. $\ce{AgBr}$

解離反應為：

$$\ce{AgBr(s) <=> Ag^+(aq) + Br^-(aq)}$$

若溶解 $s\ \mathrm{mol/L}$：

核心觀念

本題考查放射性衰變的一級反應動力學。對一級反應而言，半生期與速率常數的關係為

$$t_{1/2}=\frac{\ln 2}{k}$$

放射性核種的衰變公式為

$$\ln\left(\frac{N_0}{N_t}\right)=kt$$

其中：

• $N_0$：初始的 $\ce{I-131}$ 量
• $N_t$：經過時間 $t$ 後尚未衰變的 $\ce{I-131}$ 量
• $k$：衰變速率常數

題目表示有 $93\%$ 的 $\ce{I-131}$ 已經衰變，因此剩餘量為

$$100\%-93\%=7\%$$

所以

$$N_t=0.07N_0$$

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解題方法

已知 $\ce{I-131}$ 的半生期為 $8.05$ 天，因此先由半生期求速率常數：

$$k=\frac{\ln 2}{t_{1/2}} =\frac{0.693}{8.05\ \text{天}} \approx 0.0861\ \text{天}^{-1}$$

代入一級反應整合速率式：

$$\ln\left(\frac{N_0}{N_t}\right)=kt$$

由於 $N_t=0.07N_0$，因此

$$\ln\left(\frac{N_0}{0.07N_0}\right)=kt$$ $$\ln\left(\frac{1}{0.07}\right)=kt$$ $$t=\frac{\ln(1/0.07)}{k}$$

代入數值：

$$t=\frac{\ln(14.2857)}{0.0861\ \text{天}^{-1}}$$ $$t\approx \frac{2.659}{0.0861\ \text{天}^{-1}} \approx 30.9\ \text{天}$$

取最接近的整數：

$$t\approx 31\ \text{天}$$

因此選擇 (C)。

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以半生期快速理解

經過一個半生期，剩餘

$$50\%$$

經過兩個半生期，剩餘

$$25\%$$

經過三個半生期，剩餘

$$12.5\%$$

題目要求剩餘 $7\%$，所以所需時間必須超過三個半生期：

核心觀念

本題考查三個判斷重點：

1. 由週期表判斷元素所在週期。
2. 由金屬與水的反應，判斷生成物與酸鹼性。
3. 由氧化數變化，判斷金屬扮演氧化劑或還原劑。

金屬與水反應的通式為：

$$\ce{M + H2O -> M(OH)n + H2}$$

若金屬失去電子、氧化數上升，金屬本身就是還原劑；水中的氫離子得到電子形成氫氣。

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解題方法

題目給出此金屬是第四週期元素，因此先檢查各選項：

• $\ce{Mg}$ 位於第三週期。
• $\ce{Ca}$ 位於第四週期。
• $\ce{Fe}$ 位於第四週期。

因此，$\ce{Mg}$ 可先排除，候選元素剩下 $\ce{Ca}$ 與 $\ce{Fe}$。

接著分析與水的反應。

鈣與水反應如下：

$$\ce{Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 ^}$$

生成的 $\ce{Ca(OH)2}$ 溶於水後產生 $\ce{OH^-}$：

$$\ce{Ca(OH)2 <=> Ca^{2+} + 2OH^-}$$

溶液呈鹼性，因此加入酚酞後會由無色變成粉紅色。

再判斷氧化還原：

$$\ce{Ca -> Ca^{2+} + 2e^-}$$

鈣由氧化數 $0$ 變為 $+2$，發生氧化並提供電子。提供電子、使其他物質被還原者稱為還原劑，因此 $\ce{Ca}$ 扮演還原劑。

水中的氫則被還原為氫氣：

$$\ce{2H2O + 2e^- -> H2 + 2OH^-}$$

所以正確組合為「$\ce{Ca}$；還原劑」。

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選項分析

(A) $\ce{Mg}$；氧化劑——錯誤

$\ce{Mg}$ 雖然是活性金屬，在適當條件下可與水反應，但鎂位於第三週期，不符合題目所述的第四週期元素。

核心觀念

本題考「外用酒精（rubbing alcohol）」的常用名稱與醇類結構辨識。

外用酒精通常指異丙醇（isopropyl alcohol），其系統命名為 2-propanol，結構式為：

$\ce{CH3-CH(OH)-CH3}$

它屬於二級醇，常見產品濃度約為 70%，用於皮膚清潔與消毒。選項中的「2-」表示羥基 $\ce{-OH}$ 位於三碳鏈的第 2 號碳上。

解題方法

看到 rubbing alcohol，直接聯想到其常用成分 isopropanol（異丙醇、異丙醇），再對照系統命名：

• isopropanol
• isopropyl alcohol
• 2-propanol
• 異丙醇

這些名稱都指同一種化合物，結構為 $\ce{CH3-CH(OH)-CH3}$，因此選擇 2-propanol。

選項分析

(A) methanol

Methanol 是甲醇，結構為：

$\ce{CH3OH}$

甲醇具有高度毒性，進入人體後會代謝產生甲醛與甲酸，可能造成視神經損傷及失明，因此不適合作為一般皮膚外用酒精。此選項錯誤。

(B) ethanol

Ethanol 是乙醇，結構為：

$\ce{CH3CH2OH}$

乙醇確實可用於消毒，也常見於酒精棉片與消毒液；但在本題所採用的命題慣例中，rubbing alcohol 指的是異丙醇，而不是乙醇。因此此選項錯誤。

(C) 1-propanol

核心觀念

$\mathrm{S_N2}$ 是有機反應機構的名稱：

• $\mathrm{S}$：Substitution，取代反應
• $\mathrm{N}$：Nucleophilic，親核性取代
• $\mathrm{2}$：表示反應速率與兩個反應物的濃度有關，屬於雙分子反應（bimolecular reaction）

典型的 $\mathrm{S_N2}$ 反應可表示為：

$$\ce{R-X + Nu^- -> R-Nu + X^-}$$

其中 $\ce{R-X}$ 是受親核攻擊的受質，$\ce{Nu^-}$ 是親核試劑，$\ce{X^-}$ 是離去基。

$\mathrm{S_N2}$ 反應為協同反應機構，親核試劑進攻受質的同時，離去基同步離去，整個過程只有一個步驟，且不形成可分離的中間體。

其速率定律為：

$$\text{rate}=k[\ce{R-X}][\ce{Nu^-}]$$

因為速率同時與受質及親核試劑的濃度有關，總反應級數為 $2$，所以稱為 $\mathrm{S_N2}$。

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解題方法

看到 $\mathrm{S_N2}$ 時，直接拆解名稱：

$$\mathrm{S_N2} = \text{nucleophilic substitution with bimolecular kinetics}$$

本題問的是「2」所代表的意義，因此應從速率定律判斷：

$$\text{rate}=k[\ce{R-X}][\ce{Nu^-}]$$

速率式中有兩個反應物濃度，因此反應呈現雙分子動力學，正確答案為 bimolecular kinetics。

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選項分析

(A) two reactants in the reaction

此選項容易造成混淆。典型的 $\mathrm{S_N2}$ 反應確實通常涉及受質與親核試劑兩個反應粒子：

$$\ce{R-X + Nu^- -> R-Nu + X^-}$$

但是 $\mathrm{S_N2}$ 中的「2」嚴格而言不是單純表示「反應中有兩個反應物」，而是表示反應速率由兩個反應物共同決定，即具有雙分子速率定律：

$$\text{rate}=k[\ce{R-X}][\ce{Nu^-}]$$

因此此選項的敘述不夠精確，不能作為正式定義。

核心觀念

本題考查 Grignard 試劑的生成與其對酮的親核加成反應。

1. 鹵代烷與鎂反應，生成 Grignard 試劑：

$\ce{R-Br + Mg -> R-MgBr}$

2. Grignard 試劑中的碳具有親核性，會進攻酮的羰基碳；酸化後形成醇：

$\ce{R2C=O + R'-MgBr -> R2C(OMgBr)-R' ->[H3O+] R2C(OH)-R'}$

酮若為 $\ce{CH3CH2COCH3}$，羰基碳原本連接乙基與甲基；再接上一個丙基後，會形成三級醇。

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解題方法

圖中起始物為 1-bromopropane：

$\ce{CH3CH2CH2Br}$

加入鎂後生成丙基鎂溴：

$\ce{CH3CH2CH2Br + Mg -> CH3CH2CH2MgBr}$

丙基鎂溴進攻 2-butanone 的羰基碳：

$\ce{CH3CH2C(=O)CH3 + CH3CH2CH2MgBr -> CH3CH2C(OMgBr)(CH3)CH2CH2CH3}$

再以 $\ce{H3O+}$ 酸化：

$\ce{CH3CH2C(OMgBr)(CH3)CH2CH2CH3 ->[H3O+] CH3CH2C(OH)(CH3)CH2CH2CH3}$

所得產物結構為：

$\ce{CH3CH2-C(OH)(CH3)-CH2CH2CH3}$

選取包含羥基的最長碳鏈，共 6 個碳；羥基位於第 3 碳，且第 3 碳另有一個甲基，因此命名為：

3-methyl-3-hexanol

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反應機構關鍵

• $\ce{C-Mg}$ 鍵具有高度極性，碳端帶有部分負電性，具親核性。
• 酮的羰基碳為親電中心。
• 丙基碳進攻羰基碳，$\ce{C=O}$ 的 $\pi$ 電子移至氧，形成烷氧基。

核心觀念

本題比較硫醇 $\ce{R-SH}$ 與相同碳骨架的醇 $\ce{R-OH}$，重點在於硫與氧的差異：

1. 酸性：比較失去質子後所形成的共軛鹼穩定性。
2. 水溶解度：比較分子與水形成氫鍵的能力。
3. 沸點：比較分子間作用力，尤其是氫鍵強弱。

硫與氧同屬第 16 族，但硫的原子半徑較大、電負度較低、電子雲較容易極化。

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解題方法

可依序比較 $\ce{R-SH}$ 與 $\ce{R-OH}$ 的三項物理化學性質：

• 酸性：看 $\ce{R-S^-}$ 與 $\ce{R-O^-}$ 哪一個較穩定。
• 水溶解度：看能否與水形成強氫鍵。
• 沸點：看分子間作用力是否足以提高汽化所需能量。

三項比較均顯示硫醇相較於醇具有題目所述的性質，因此選擇「以上皆是」。

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選項分析

(A) 酸性比醇類高——正確

硫醇解離可表示為：

$$\ce{R-SH <=> R-S^- + H^+}$$

醇解離則為：

$$\ce{R-OH <=> R-O^- + H^+}$$

判斷酸性時，重點是共軛鹼的穩定性。硫原子比氧原子大，$\ce{S^-}$ 的負電荷可分散在較大的電子雲中，且硫的可極化性較高，因此 $\ce{R-S^-}$ 比 $\ce{R-O^-}$ 穩定。

此外，$\ce{S-H}$ 鍵較長、鍵能較低，較容易斷裂。結果是硫醇較容易釋放 $\ce{H^+}$，酸性高於相應的醇。

典型數值可用來建立量級概念：

• 醇類的 $\mathrm{p}K_\mathrm{a}$ 約為 $16$～$18$
• 脂肪族硫醇的 $\mathrm{p}K_\mathrm{a}$ 約為 $10$～$11$

$\mathrm{p}K_\mathrm{a}$ 越低，酸性越強，因此硫醇酸性較高。

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核心觀念

本題考查聚合物依「單體聚合時是否脫去小分子」所作的分類：

• 加成聚合（addition polymerization）：單體通常含有碳碳雙鍵，聚合時雙鍵打開，單體彼此連接，不脫去小分子。
• 縮合聚合（condensation polymerization）：單體通常含有兩個以上官能基，反應形成高分子鏈時，常脫去 $\ce{H2O}$、$\ce{HCl}$ 等小分子。

本題需判斷 polypropylene、Teflon、Nylon 分別屬於哪一類。

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解題方法

判斷聚合物類型時，可先回推其單體：

1. 若單體具有 $\ce{C=C}$，且聚合後主鏈只增加碳鏈、沒有副產物，通常是加成聚合。
2. 若聚合反應由胺基、羧基等官能基反應，並生成水等小分子，通常是縮合聚合。

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I. Polypropylene：加成聚合物

Polypropylene 的單體為 propene：

$$\ce{n CH2=CH-CH3 -> [-CH2-CH(CH3)-]_{n}}$$

反應機構屬於典型的鏈成長加成聚合：

1. 引發劑或催化劑產生具反應性的活性中心。
2. propene 的 $\ce{C=C}$ 雙鍵被打開，單體加到成長中的高分子鏈末端。
3. 重複進行後形成聚丙烯鏈。

聚合前後沒有脫去 $\ce{H2O}$ 或其他小分子，因此 polypropylene 是加成聚合物。

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II. Teflon：加成聚合物

Teflon 是聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene, PTFE），其單體為 tetrafluoroethylene：

$$\ce{n CF2=CF2 -> [-CF2-CF2-]_{n}}$$

反應中，$\ce{CF2=CF2}$ 的碳碳雙鍵打開，單體連接形成長鏈。整個反應沒有生成小分子副產物，因此屬於加成聚合。

Teflon 的重複單元為 $\ce{-CF2-CF2-}$，可由其單體的雙鍵直接加成判斷。

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III. Nylon：一般歸類為縮合聚合物

以常見的 Nylon-6,6 為例，其單體為 hexamethylenediamine 與 adipic acid：

核心觀念

本題考查芳香族化合物的 $\ce{^1H}$ NMR：

1. 化學位移 $\delta$：判斷氫所在的化學環境。
2. 積分值：代表相同化學環境下的氫數目。
3. 裂分型式：依鄰近、不等價氫的數目判斷。
4. 分子對稱性：對稱結構會使多個氫具有相同化學環境，訊號數目因此減少。

題目給出的訊號為：

• $\delta\ 2.254$（3H，singlet）
• $\delta\ 5.20$（1H，singlet）
• $\delta\ 6.72$（2H，doublet）
• $\delta\ 7.002$（2H，doublet）

總氫數為：

$$3+1+2+2=8\ \text{H}$$

這符合甲基酚異構物 $\ce{C7H8O}$ 的氫數。

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解題方法

先判斷各訊號：

• $\delta\ 2.254$（3H，singlet）：應為直接連接在芳香環上的甲基 $\ce{Ar-CH3}$。甲基旁沒有相鄰氫，因此呈 singlet。
• $\delta\ 5.20$（1H，singlet）：符合酚羥基 $\ce{-OH}$ 的訊號。羥基氫通常因快速交換而不與鄰近氫產生明顯裂分。
• $\delta\ 6.72$（2H，doublet）與 $\delta\ 7.002$（2H，doublet）：代表芳香環上有兩組各 2H 的等價氫，且兩組彼此互相裂分。

芳香環要出現「兩組各 2H 的 doublet」，必須具有高度對稱性。對位取代的苯環具有對稱面，使芳香環上的四個氫分成兩組：

$$\ce{H_a-H_b-H_a-H_b}$$

因此對位甲基酚，即 $\ce{4-methylphenol}$（俗名 $p$-cresol），最符合數據。

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選項分析

(A)

(A) 為苯甲醚（anisole），結構可表示為：

$$\ce{C6H5-O-CH3}$$

其 $\ce{-OCH3}$ 上的甲基通常出現在約 $\delta\ 3.5\sim4.0$，而非 $\delta\ 2.254$。

核心觀念

反應條件為 $\ce{Br2}$、光照，屬於自由基溴化反應，主要進行飽和碳上氫原子的自由基取代：

$$\ce{Br2 ->[\mathit{h\nu}] 2Br.}$$

接著溴自由基先抓取氫原子，形成碳自由基：

$$\ce{Br. + R3C-H -> HBr + R3C.}$$

碳自由基再與 $\ce{Br2}$ 反應生成溴化物並再生溴自由基：

$$\ce{R3C. + Br2 -> R3C-Br + Br.}$$

溴化反應具有高度選擇性，形成越穩定的碳自由基，該位置的氫越容易被取代。自由基穩定度一般為：

$$\text{苄基、烯丙基} > 3^\circ > 2^\circ > 1^\circ > \ce{CH3.}$$

本題須比較圖中 I、II、III、IV 位置被拔除氫原子後所形成的自由基穩定度。

解題方法

先判斷各位置的氫屬於哪一類：

• I：異丙基上直接連接苯環的碳，其氫為三級苄位氫。
• II：飽和環上鄰接苯環的碳，其氫為二級苄位氫。
• III：飽和環中不直接鄰接苯環的碳，為一般二級烷基氫。
• IV：芳香環上的芳香族 $\ce{C-H}$。

I 位置若發生氫抽取，形成的自由基同時具備兩種穩定因素：

1. 為三級自由基，有三個烷基提供超共軛與誘導穩定。
2. 為苄基自由基，未成對電子可與苯環共振離域。

因此 I 所形成的自由基最穩定，氫抽取最快，接著生成 I 位置的苄位溴化物。

選項分析

核心觀念

本題考查 $\ce{^1H}$ NMR 的化學位移、積分值與裂分型態判讀。

• triplet（四重峰？）應由相鄰的 $n=2$ 個氫造成，符合 $\ce{-CH2CH3}$ 中的 $\ce{CH3}$。
• quartet 應由相鄰的 $n=3$ 個氫造成，符合 $\ce{-CH2CH3}$ 中的 $\ce{CH2}$。
• singlet 表示鄰碳上沒有可耦合的氫。
• $\ce{OCH2}$ 通常位於較低屏蔽環境，化學位移約在 $\delta 4$ 左右。
• 酯基旁的 $\ce{COCH3}$ 通常為約 $\delta 2$ 的 3H singlet。

題目數據為：

• $\delta 1.22$（3H, triplet）：末端 $\ce{CH3CH2-}$
• $\delta 4.07$（2H, quartet）：$\ce{-OCH2CH3}$
• $\delta 1.98$（3H, singlet）：酯基旁的 $\ce{CH3CO-}$

因此需尋找同時具有 $\ce{CH3CO-}$ 與 $\ce{-OCH2CH3}$ 的化合物。

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解題方法

將三組訊號逐一對應：

$$\delta 1.22\ (\mathrm{3H,\ triplet}) \Rightarrow \ce{-CH2CH3}$$ $$\delta 4.07\ (\mathrm{2H,\ quartet}) \Rightarrow \ce{-OCH2CH3}$$ $$\delta 1.98\ (\mathrm{3H,\ singlet}) \Rightarrow \ce{CH3CO-}$$

能同時符合的結構為乙酸乙酯：

$$\ce{CH3COOCH2CH3}$$

其訊號分配如下：

化學位移	氫的來源	裂分
$\delta 1.22$	$\ce{-OCH2CH3}$ 的末端 $\ce{CH3}$	triplet
$\delta 4.07$	$\ce{-OCH2CH3}$ 的 $\ce{OCH2}$	quartet
$\delta 1.98$	$\ce{CH3CO-}$	singlet

故官方答案為 B。

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選項分析

（A）錯誤

選項 A 為丙酸甲酯：

$$\ce{CH3CH2COOCH3}$$

其主要訊號應為：

核心觀念

本題考查手性中心的 $R/S$ 組態判定，需依據：

1. Cahn–Ingold–Prelog（CIP）優先序規則
2. 楔線表示法：

• 實心楔線：鍵朝向觀察者
• 虛線楔線：鍵背向觀察者
• 普通直線：鍵位於紙面內

3. 將最低優先序基團置於背向觀察者後，判斷優先序 $1 \to 2 \to 3$：

• 順時針：$R$
• 逆時針：$S$

解題方法

每個分子的手性中心都連接以下四個基團：

$$\ce{Br},\quad \ce{CH2OH},\quad \ce{CH(CH3)2},\quad \ce{H}$$

依 CIP 規則判定優先序：

• $\ce{Br}$ 直接連接原子為 Br，原子序最大，優先序為 $1$。
• $\ce{CH2OH}$ 與 $\ce{CH(CH3)2}$ 的直接連接原子皆為 C，需比較下一層：
• $\ce{CH2OH}$ 的碳連接 $\ce{O,H,H}$
• $\ce{CH(CH3)2}$ 的碳連接 $\ce{C,C,H}$
• 因為 $\ce{O}$ 的原子序大於 $\ce{C}$，所以 $\ce{CH2OH}$ 優先於 $\ce{CH(CH3)2}$。
• $\ce{H}$ 的原子序最小，優先序為 $4$。

因此共同的優先序為：

$$\ce{Br} > \ce{CH2OH} > \ce{CH(CH3)2} > \ce{H}$$

各結構判定

核心觀念

本題考查烯烴的加成反應與區域選擇性：

• $\ce{H2/Ni}$：催化氫化，將 $\ce{C=C}$ 還原為 $\ce{C-C}$。
• $\ce{H2O/H2SO4}$：酸催化水合，遵守 Markovnikov 規則。
• $\ce{BH3-THF}$，再以 $\ce{NaOH,H2O2}$ 氧化：氫硼化—氧化反應，產生反 Markovnikov 加成的醇。

圖中反應物為亞甲基環己烷，產物為環己基甲醇，亦即羥基加在原本雙鍵較不取代的末端碳上。

解題方法

將雙鍵兩端標示為：

$$\ce{(cyclohexyl)2C=CH2}$$

目標產物為：

$$\ce{(cyclohexyl)2CH-CH2OH}$$

也就是：

• $\ce{H}$ 加到較取代的環己基碳；
• $\ce{OH}$ 加到較不取代的末端 $\ce{CH2}$。

這正是氫硼化—氧化反應的反 Markovnikov 加成結果：

$$\ce{(cyclohexyl)2C=CH2 \xrightarrow[\text{2. NaOH,H2O2}]{\text{1. BH3-THF}} (cyclohexyl)2CH-CH2OH}$$

反應機構的關鍵如下：

1. $\ce{BH3}$ 中的硼具有親電性，與烯烴進行協同加成。
2. 硼原子加到較不取代、位阻較小的末端碳；氫原子加到較取代的碳。
3. 反應具有同面加成特性。
4. 鹼性過氧化氫將 $\ce{C-B}$ 鍵氧化為 $\ce{C-OH}$，整體保留原本硼所連接的碳位置。

因此羥基最後位於末端碳，形成圖示的環己基甲醇。

選項分析

(A) $\ce{H2/Ni}$：錯誤

$\ce{H2/Ni}$ 會使烯烴完全氫化：

核心觀念

酒石酸結構為：

$$\ce{HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH}$$

分子中有兩個立體中心。每一個立體中心的優先序為：

1. $\ce{OH}$
2. $\ce{COOH}$
3. 鄰近的 $\ce{CH(OH)COOH}$ 碳
4. $\ce{H}$

對掌異構物必須符合：

• 兩者互為不可重疊的鏡像。
• 所有立體中心的組態均相反，例如 $(R,R)$ 與 $(S,S)$。
• 若只有一個立體中心反轉，則為非對掌異構物，而是非對映異構物。

酒石酸具有三種立體異構物：

• $(2R,3R)$
• $(2S,3S)$
• meso-$(2R,3S)$，具有內部對稱面，屬於非手性分子。

解題方法

將每個 Newman 投影式沿著相同的 $\ce{C2-C3}$ 鍵方向判定兩個立體中心的組態。依圖中各取代基位置判定可得：

Newman 投影式	立體組態	性質
(1)	$(2R,3R)$	手性
(2)	$(2R,3S)$	meso，非手性
(3)	$(2R,3S)$	與 (2) 可經 Newman 旋轉重疊
(4)	$(2S,3S)$	手性

因此：

• (1) 與 (4) 的兩個立體中心均同時反轉：

$(2R,3R) \longleftrightarrow (2S,3S)$

核心觀念

本題考查取代基對酚酸性的影響。酚的酸性取決於失去質子後形成的酚負離子 $\ce{ArO^-}$ 是否穩定：

$$\ce{ArOH <=> ArO^- + H^+}$$

酚負離子越穩定，原酚越容易解離，酸性越強。

影響因素主要有：

1. 吸電子基可降低負電荷，使酚負離子穩定，增強酸性。
2. 給電子基會增加負電荷密度，使酚負離子較不穩定，減弱酸性。
3. $\ce{-NO2}$ 為強吸電子基，具有 $\ce{-I}$ 與 $\ce{-M}$ 效應。
4. $\ce{-Cl}$ 具有強 $\ce{-I}$ 吸電子效應，但也有弱 $\ce{+M}$ 給電子效應，整體增強酸性的效果不如 $\ce{-NO2}$。
5. 對硝基位於鄰位或對位時，可透過共振穩定酚負離子；間位主要只能表現誘導效應。

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解題方法

先辨認各選項的取代基與位置：

• (A)：間硝基酚，$m$-$\ce{NO2}$
• (B)：對硝基酚，$p$-$\ce{NO2}$
• (C)：間氯酚，$m$-$\ce{Cl}$
• (D)：對氯酚，$p$-$\ce{Cl}$

比較順序首先看取代基：

$$\ce{-NO2} \text{ 的吸電子能力} > \ce{-Cl} \text{ 的整體吸電子能力}$$

因此硝基酚的酸性必強於氯酚。接著比較硝基的位置：

• 間位硝基主要透過誘導效應吸電子。
• 對位硝基除了誘導效應外，還能透過共振效應分散酚負離子的負電荷。

酚負離子的負電荷可在氧原子與芳香環的鄰位、對位之間離域。對位的 $\ce{-NO2}$ 能與此負電荷系統共振，使負電荷更穩定：