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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:
關於芳香族化合物, (圖示:A為苯Benzene,B為環辛四烯Cyclooctatetraene,C為[14]輪烯[14]annulene) (一)寫出成為芳香族化合物所應具備的四種條件。(8 分) (二)請解釋化合物 B 比化合物 C 不穩定的原因?(2 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

寫出成為芳香族化合物所應具備的四種條件。(8 分)

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本題測驗芳香性 (Aromaticity) 的基本判斷準則。看到『芳香族條件』應直覺聯想到休克爾法則 (Hückel's Rule) 的四大先決標準:環狀、完全共軛、平面、4n+2個 π 電子。作答時採條列式清晰列出此四點,並簡述各點在軌域重疊或電子組態上的意義即可獲取完整分數。

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【破題】芳香族化合物 (Aromatic compounds) 具有特殊的熱力學穩定性,判斷一個分子是否具有芳香性,必須同時滿足下列四個條件: 【論述】

  1. 環狀結構 (Cyclic):分子必須形成封閉的環狀系統。

小題 (二)

請解釋化合物 B 比化合物 C 不穩定的原因?(2 分)

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本題測驗對於芳香性(Aromaticity)與休克爾法則(Hückel's rule)的理解。解題關鍵是計算兩者的 π 電子數:化合物 B 為 8 π 電子(4n),化合物 C 為 14 π 電子(4n+2),藉由兩者是否具備芳香性所帶來的「共振穩定能」差異,即可解釋其穩定度的不同。

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【破題】判斷兩化合物的芳香性(Aromaticity)差異為決定穩定度的關鍵。 【解析】 一、化合物 B(環辛四烯 Cyclooctatetraene):具有 8 個 π 電子,符合 4n 規則。若呈平面結構將具備極不穩定的「反芳香性(Antiaromaticity)」,故實際分子會扭曲成非平面的浴缸狀(Tub-shaped)以避開反芳香性,成為「非芳香性(Non-aromatic)」化合物,缺乏共振穩定能。

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