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調查局三等申論題 110年 [化學鑑識組] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
以下每一組的化合物中,決定彼此之間的關係是鏡像異構物(enantiomer)、非鏡像異構物(diastereomer)、相同(identical)、立體異構物(stereoisomer)或結構異構物(constitutional isomer 或稱構造異構物)。 (圖示四組化合物:(1) A與B;(2) C與D;(3) E與F;(4) G與H) (一) A 與 B 彼此之間的關係是?(2 分) (二) C 與 D 彼此之間的關係是?(2 分) (三) E 與 F 彼此之間的關係是?(2 分) (四) G 與 H 彼此之間的關係是?(2 分) (五)以上那一個或那些化合物,在結構上是屬於內消旋化合物(meso compound)?(2 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

A 與 B 彼此之間的關係是?(2 分)

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看到判斷兩個化合物關係的題目,首先檢查分子式與原子連結順序是否相同以排除結構異構物。若連結順序相同,應利用 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 規則標定所有手性中心(Chiral centers)的 R/S 絕對組態,再比對兩者的組態差異與分子對稱性來精準判定立體關係。

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【解題思路】透過確認分子式、原子連結順序與手性中心的 R/S 絕對組態,比對兩分子的對稱性與立體特徵。 【解答】 (註:因題目未提供化合物 A 與 B 的具體結構圖,以下提供標準判定邏輯與作答範本)

小題 (二)

C 與 D 彼此之間的關係是?(2 分)

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判斷化合物關係時,首先檢查分子式與原子連結順序是否相同,以區分是否為結構異構物。若連結順序相同,則進一步標定所有手性中心的 R/S 組態;若組態完全相反為鏡像異構物,部分相反為非鏡像異構物,完全相同或具對稱面可重疊則為相同化合物。

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【解題思路】利用 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 法則標定 R/S 組態,並檢查分子對稱性來判定立體關係。 【詳解】 因題目未提供 C 與 D 之具體結構圖示,請依下列標準化學鑑識邏輯進行推導:

小題 (三)

E 與 F 彼此之間的關係是?(2 分)

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判斷兩化合物關係的首要步驟是確認其分子式與原子連結順序是否相同,藉此區分結構異構物與立體異構物。接著透過指定各立體中心的絕對構型(R/S)或旋轉單鍵檢視是否能完全疊合,以精準判斷為鏡像異構物、非鏡像異構物或相同化合物(須特別注意內消旋化合物的可能性)。

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【解題思路】利用 Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 優先順序法則決定各手性中心(Chiral center)的 R/S 構型,並比較兩化合物的立體配置關係。 【詳解】 由於本題未提供 E 與 F 的具體結構圖示,以下提供有機化學標準的立體關係判斷步驟與推導邏輯:

小題 (四)

G 與 H 彼此之間的關係是?(2 分)

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遇到判斷化合物關係的題目,首要步驟是檢查「原子連結順序」是否一致。若連結相同,務必精確標定每一個手性中心(Chiral center)的 R/S 絕對組態,透過比較組態的翻轉情況(全反轉、部分反轉、不變)或尋找內部對稱面來決定立體異構物的具體關係。

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【解題關鍵】檢視原子連結順序,並嚴謹比對所有立體中心的 R/S 絕對組態(Absolute configuration)。 【解析】 因本題未提供 G 與 H 的具體結構圖,請依循以下標準有機立體化學之分析邏輯進行推導與作答:

小題 (五)

以上那一個或那些化合物,在結構上是屬於內消旋化合物(meso compound)?(2 分)

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看到「內消旋化合物(meso compound)」,首先檢查分子是否具備兩個(或以上)的立體中心(手性碳),接著觀察分子是否具有「內部對稱面」或「對稱中心」。若具有對稱性導致整體呈非手性,即為內消旋化合物。

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「內消旋化合物(meso compound)」指含有兩個或以上立體中心(手性碳),但分子整體具有內部對稱面(plane of symmetry, σ)或對稱中心(center of inversion, i)的非手性化合物。 判斷特徵包含: (1) 結構中必須存在兩個或以上的立體中心。

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