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調查局三等申論題 106年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
二、請依下列光譜圖數據指示[紅外線(IR)吸收光譜、氫‒核磁共振(H-NMR)光譜],寫出化合物 A(C4H6O)、B(C5H12O2)和 C(C10H12O2)的分子結構式。(每小題 5 分,共 15 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

A(C4H6O):IR 3040(m), 3010(m), 2985(m), 2955(m), 2927(m), 2820(ms), 2740(ms), 1697(vs), 1644(vs), 1630(ms), 1448(s), 1395(ms), 1380(ms), 1207(m), 1150(vs), 1080(s), 970(vs), 934(s) cm-1.

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解光譜題首先計算不飽和度(IHD/DOU),判斷分子具備的雙鍵或環數。接著從 IR 光譜中尋找決定性官能基的特徵吸收峰,如本題 2820、2740 cm⁻¹ 與 1697 cm⁻¹ 為典型共軛醛基特徵,再搭配 970 cm⁻¹ 判定立體組態,即可拼湊出完整結構。

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【解題思路】利用不飽和度計算搭配 IR 特徵吸收頻率,逐步推導出官能基與碳骨架,最後決定立體結構。 【詳解】 一、計算不飽和度 (Index of Hydrogen Deficiency, IHD)

小題 (二)

B(C5H12O2):NMR δ 1.33(s, 6H), 3.13(s, 6H).

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首先計算不飽和度(DoU)判斷分子是否含有雙鍵或環。接著分析 1H-NMR 的化學位移(δ)與積分面積,區分出位於氧原子旁的甲氧基(-OCH3)與普通的甲基(-CH3),並根據「單峰(singlet)」特徵確認相鄰碳原子上沒有氫,藉此拼湊出正確骨架。

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【解題思路】利用不飽和度(Degree of Unsaturation, DoU)判定分子飽和程度,再藉由核磁共振氫譜(1H-NMR)的化學位移、分裂峰形狀(multiplicity)及積分面積(integration)推導各官能基與片段,最後組合全結構。 【詳解】

  1. 不飽和度計算:

小題 (三)

C(C10H12O2):IR 1725 cm-1; NMR δ 1.21(t, 3H), 2.65(q, 2H), 3.85(s, 3H), 7.23(d, 2H), 7.92(d, 2H).

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看到光譜鑑定題,先由分子式計算不飽和度(IHD)確認環與雙鍵數量。接著由 IR 找出關鍵官能基(如羰基),最後根據 H-NMR 的積分值、化學位移與分裂型態(Coupling patterns)重組各個化學片段,並透過特徵位移排除其他可能的同分異構物。

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【解題思路】計算不飽和度(IHD)確立分子基本骨架,依據 IR 鎖定含氧官能基種類,再透過 H-NMR 的化學位移與耦合分裂(Splitting pattern)拼接各個片段。 【詳解】 已知:化合物 C 分子式為 C10H12O2

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