調查局三等申論題
110年
[化學鑑識組] 有機化學
第 一 題
📖 題組：
根據以下的反應， (圖示：化合物A (1-methylcyclohexene) 經過 1. O3 / CH2Cl2, -78°C 2. NaIO4 or H2O2 反應生成化合物B) (一)畫出 O3 的幾何構型。（1 分）請明確標示每個原子的孤對電子和形式電荷（formal charge）。（1 分） (二)畫出化合物 B 的結構。（2 分） (三)利用紅外線（IR）光譜，如何分辨起始物 A 和產物 B 在光譜上明顯的不同之處？（3 分） (四)利用碳-13 核磁共振（C-13 nuclear magnetic resonance）光譜，如何分辨起始物 A 和產物 B 在光譜上明顯的不同之處？（3 分）
根據以下的反應， (圖示：化合物A (1-methylcyclohexene) 經過 1. O3 / CH2Cl2, -78°C 2. NaIO4 or H2O2 反應生成化合物B) (一)畫出 O3 的幾何構型。（1 分）請明確標示每個原子的孤對電子和形式電荷（formal charge）。（1 分） (二)畫出化合物 B 的結構。（2 分） (三)利用紅外線（IR）光譜，如何分辨起始物 A 和產物 B 在光譜上明顯的不同之處？（3 分） (四)利用碳-13 核磁共振（C-13 nuclear magnetic resonance）光譜，如何分辨起始物 A 和產物 B 在光譜上明顯的不同之處？（3 分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
畫出 O3 的幾何構型。（1 分）請明確標示每個原子的孤對電子和形式電荷（formal charge）。（1 分）
思路引導 VIP
解題第一步是計算總價電子數（18個），繪製出路易斯結構。接著利用 VSEPR 理論判斷中心氧原子具有一對孤對電子，得出其幾何構型為彎曲型（Bent），最後代入形式電荷公式（價電子數 - 未共用電子數 - 鍵數）精確求出並標示各原子的電荷與孤對電子。
小題 (二)
畫出化合物 B 的結構。（2 分）
思路引導 VIP
看到「臭氧 (O3)」搭配「H2O2 或 NaIO4」的處理條件，應立刻聯想到烯類的「氧化性臭氧分解 (oxidative ozonolysis)」。在這種條件下，環狀雙鍵會斷裂開環，帶有烷基的碳形成酮 (Ketone)，而帶有氫原子的碳則會被徹底氧化成羧酸 (Carboxylic acid)。
小題 (三)
利用紅外線（IR）光譜，如何分辨起始物 A 和產物 B 在光譜上明顯的不同之處？（3 分）
思路引導 VIP
遇到光譜鑑別題，第一步先確認反應前後結構的「官能基變化」。本題為氧化性臭氧解，將烯類（雙鍵）轉換成酮與羧酸。第二步對應出這些官能基在 IR 光譜上的特徵波數（如：C=O, O-H, C=C），列舉其吸收峰的有無即可精準拿分。
小題 (四)
利用碳-13 核磁共振（C-13 nuclear magnetic resonance）光譜，如何分辨起始物 A 和產物 B 在光譜上明顯的不同之處？（3 分）
思路引導 VIP
看到這題先確認起始物 A (1-methylcyclohexene) 和產物 B (6-oxoheptanoic acid) 的官能基差異。接著利用 13C NMR 光譜中不同碳環境的化學位移（chemical shift）特性，比較烯烴碳與羰基碳（酮基、羧基）的訊號位置來做區別。