調查局三等申論題
109年
[化學鑑識組] 有機化學
第 三 題
📖 題組：
依據所列資料推論化合物分子結構式，推估不飽和度並須將光譜訊號與分子結構加以連結及說明。 (一)化合物 A 分子式 C5H8O；碳核磁共振光譜（13C NMR）：δ173(Cq), 67(CH2), 27(CH2), 20(CH2), 9(CH2)，其中 Cq代表四級碳。它的紅外線光譜（IR spectrum）有數個很強的訊號：<3000 cm-1, 1730 cm-1, 1450 cm-1, 1250 cm-1。（5分） (二)化合物 B 分子式 C9H10O2；碳核磁共振光譜（13C NMR）：δ181.0(Cq), 139.7(Cq), 128.6(CH), 127.6(CH), 127.3(CH), 45.4(CH), 18.1(CH3)。它的紅外線光譜3500-2800 cm-1(broad), 1708 cm-1(strong)。（5分） (三)化合物 C；質譜（m/z）：113(M+), 86, 68, 40, 29, 27；氫核磁共振光譜（1H NMR）：δ4.1（quartet, J = 7.1 Hz, 2H）, 3.5（singlet, 2H）, 1.3（triplet, J = 7.1 Hz, 3H）；紅外線光譜3000-2800 cm-1(strong), 2260 cm-1(medium), 1740 cm-1(strong)。（10分）
依據所列資料推論化合物分子結構式，推估不飽和度並須將光譜訊號與分子結構加以連結及說明。 (一)化合物 A 分子式 C5H8O；碳核磁共振光譜（13C NMR）：δ173(Cq), 67(CH2), 27(CH2), 20(CH2), 9(CH2)，其中 Cq代表四級碳。它的紅外線光譜（IR spectrum）有數個很強的訊號：<3000 cm-1, 1730 cm-1, 1450 cm-1, 1250 cm-1。（5分） (二)化合物 B 分子式 C9H10O2；碳核磁共振光譜（13C NMR）：δ181.0(Cq), 139.7(Cq), 128.6(CH), 127.6(CH), 127.3(CH), 45.4(CH), 18.1(CH3)。它的紅外線光譜3500-2800 cm-1(broad), 1708 cm-1(strong)。（5分） (三)化合物 C；質譜（m/z）：113(M+), 86, 68, 40, 29, 27；氫核磁共振光譜（1H NMR）：δ4.1（quartet, J = 7.1 Hz, 2H）, 3.5（singlet, 2H）, 1.3（triplet, J = 7.1 Hz, 3H）；紅外線光譜3000-2800 cm-1(strong), 2260 cm-1(medium), 1740 cm-1(strong)。（10分）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (三)
化合物 C；質譜（m/z）：113(M+), 86, 68, 40, 29, 27；氫核磁共振光譜（1H NMR）：δ4.1（quartet, J = 7.1 Hz, 2H）, 3.5（singlet, 2H）, 1.3（triplet, J = 7.1 Hz, 3H）；紅外線光譜3000-2800 cm-1(strong), 2260 cm-1(medium), 1740 cm-1(strong)。（10分）
思路引導 VIP
看到質譜分子量為奇數（113），第一步應聯想『氮規則』，推斷分子含奇數個氮原子；接著利用 IR 光譜找出關鍵官能基（2260的腈基與1740的酯羰基）；最後用 1H NMR 切割出結構片段（典型的乙酯基與夾在兩吸電子基間的亞甲基），將各片段質量加總驗證即可得出正確結構。
小題 (一)
化合物 A 分子式 C5H8O；碳核磁共振光譜（13C NMR）：δ173(Cq), 67(CH2), 27(CH2), 20(CH2), 9(CH2)，其中 Cq代表四級碳。它的紅外線光譜（IR spectrum）有數個很強的訊號：<3000 cm-1, 1730 cm-1, 1450 cm-1, 1250 cm-1。（5分）
思路引導 VIP
這是一道經典的光譜解題。首先由分子式計算不飽和度（HDI），接著比對 IR 的特徵吸收（1730、1250 cm⁻¹）與 ¹³C NMR 的低磁場訊號（173 ppm、67 ppm）。當發現光譜數據強烈指向含有兩個氧原子的『酯類/內酯』結構，但給定分子式卻只有一個氧（C₅H₈O）時，應具備除錯思維，指出題目可能的誤植，並以堅實的光譜證據推導出最合理的結構（δ-戊內酯）。
小題 (二)
化合物 B 分子式 C9H10O2；碳核磁共振光譜（13C NMR）：δ181.0(Cq), 139.7(Cq), 128.6(CH), 127.6(CH), 127.3(CH), 45.4(CH), 18.1(CH3)。它的紅外線光譜3500-2800 cm-1(broad), 1708 cm-1(strong)。（5分）
思路引導 VIP
面對光譜結構推導題，第一步務必先計算「不飽和度（IHD）」，藉此評估分子內芳香環或雙鍵的數量。接著利用 IR 光譜快速鎖定主要官能基（如本題極寬的 O-H 與 C=O 吸收暗示羧酸），最後透過 13C NMR 的碳種類（Cq, CH, CH3）與訊號數量拼湊出完整結構。
化合物結構解析
💡 整合MS、IR與NMR光譜數據，系統化推導有機分子結構。
🔗 有機結構解析標準論述流程
- 1 分子量分析 — 利用質譜M+與氮規則初步推斷分子式基礎。
- 2 官能基判定 — 藉由IR特徵峰(如C=O, C≡N)鎖定分子核心官能基。
- 3 片段組合 — 透過NMR偶合常數與化學位移拼湊分子組成片段。
- 4 結構校對 — 計算不飽和度並核對質譜碎片離子峰是否吻合。
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🔄 延伸學習：延伸學習：13C NMR 的化學位移亦可用於驗證碳原子所處環境。
