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調查局三等申論題 106年 [化學鑑識組] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
八、立體化學結構: (一)佛波醇(phorbol)是一種能促進腫瘤生長的有機化合物,其結構式如下,請以「*」(星號)標示所有掌性碳的位置。(6 分) (二)請以 R,S 組態(configuration)標示下列葡萄糖立體結構式中之掌性碳。(6 分) (三)化合物 A 有那些立體異構物?請寫出其立體結構式。(8 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

佛波醇(phorbol)是一種能促進腫瘤生長的有機化合物,其結構式如下,請以「*」(星號)標示所有掌性碳的位置。(6 分)

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判斷掌性碳(Chiral carbon)的核心原則是尋找「sp³混成且連接四個不同基團」的碳原子。面對佛波醇(Phorbol)這類複雜的四環二萜類化合物,應優先排除 sp² 碳(如雙鍵、羰基)以及連接兩個相同基團的碳(如 -CH₂-、接兩個甲基的 C15),並特別留意多環交界處的「橋頭碳」(Bridgehead carbons),它們通常是立體中心。

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【解題關鍵】找出分子中所有 sp³ 混成且連接四個不同取代基的碳原子。 【解析】 佛波醇(Phorbol)屬於二萜類(Diterpene)的 tigliane 骨架,具有複雜的四環(5-7-6-3)系統。判斷時需逐一檢視碳原子的混成軌域與取代基。該分子中共有 8 個掌性碳,其位置與特徵如下:

小題 (二)

請以 R,S 組態(configuration)標示下列葡萄糖立體結構式中之掌性碳。(6 分)

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判斷立體組態的核心在於 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 優先順序規則。解題時先確認各掌性碳上的四個取代基,依原子序排定優先順序(1最大、4最小);在觀察 Fischer 投影式時,若最低優先基團(通常為 H)位於水平鍵上,得出的旋轉方向必須反轉(R變S、S變R)才是真實組態。

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【解題思路】運用 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 優先順序規則,比較各掌性碳(Chiral carbon)上取代基之優先次序,並依據 Fischer 投影式的視覺規則判定 R/S 組態。 【詳解】 已知:本題未附結構圖,故以自然界最常見之 D-葡萄糖(D-Glucose)開鏈結構的 Fischer 投影式為例進行推導。依 IUPAC 命名規則,醛基(-CHO)端為 C1,依序往下編號,其中 C2, C3, C4, C5 為掌性碳。

小題 (三)

化合物 A 有那些立體異構物?請寫出其立體結構式。(8 分)

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看到推導立體異構物的題目,首先計算分子中掌性碳(chiral center)的數量 n,並檢查分子是否存在內部對稱面(plane of symmetry)或對稱中心。若無對稱性,異構物數量為 2^n;若有對稱性,則需扣除因對稱而重疊的內消旋(Meso)化合物。繪圖時務必使用立體楔形鍵或費雪投影式清楚表達相對與絕對組態。

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【破題】判斷立體異構物種類的核心在於確認「掌性碳數量」與「分子內對稱性」,並藉此區分對映異構物(Enantiomers)與內消旋化合物(Meso compounds)。 【解析】 (註:因原題文未附「化合物 A」之實體結構圖,本解答以有機化學特考最具代表性的雙掌性對稱分子「2,3-二溴丁烷」為例,示範標準高分作答格式。)

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