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moea_joint_essay 109年 [化學] 分析化學、儀器分析

第 一 題

📖 題組:
請回答下列有關紅外線光譜之問題:(共 2 題,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請將下列化合物之紅外線吸收波數由大至小依序排列。(5 分)
O=CH-R (醛) 、 O=C(OH)-R (酸) 、 O=C(Cl)-R (醯氯) 、 O=C(NH2)-R (醯胺) 、 O=C(R')-R (酮) 、 O=C(OR')-R (酯)

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評估羰基(C=O)的紅外線吸收波數。主要受誘導效應(拉電子)與共振效應(推電子)影響。拉電子增強C=O雙鍵性質(波數上升),推電子減弱C=O雙鍵性質(波數下降)。醯氯 > 酯 > 醛 > 酮 > 羧酸 > 醯胺。

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羰基($C=O$)的紅外線吸收波數受相連基團的誘導效應(拉電子)與共振效應(推電子)影響。拉電子效應會增加 $C=O$ 鍵的力常數使波數上升,而共振推電子效應會使 $C=O$ 鍵具有部分單鍵性質而使波數下降。

  • 醯氯 (R-C(=O)Cl):Cl 具有強拉電子效應,吸收波數最高 (約 1800 $cm^{-1}$)。
  • 酯 (R-C(=O)OR'):O 有拉電子誘導效應,大於推電子共振效應 (約 1735 $cm^{-1}$)。

小題 (二)

請由【圖 1】C8H9NO2之紅外線光譜圖,推估其化合物之結構式為何?(15 分)
題目圖片

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先計算不飽和度(DoU)以判斷可能包含的環或雙鍵。接著由圖譜找特徵吸收峰(3300-3400的雙峰代表-NH2,1700強峰代表C=O,1600/1500代表苯環)。組合官能基推導出結構式。

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  1. 計算不飽和度 (Degree of Unsaturation, DoU): 公式:$DoU = C - H/2 + N/2 + 1 = 8 - 9/2 + 1/2 + 1 = 5$。 不飽和度為 5,且分子包含 8 個碳,這強烈暗示分子中含有一個苯環 (DoU=4) 以及一個雙鍵 (如 $C=O$ 鍵,DoU=1)。

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