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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:
請預測以下的化合物在氫質子核磁共振(1H NMR)光譜中,一共有多少訊號的吸收?(每小題 2 分,共 10 分) (圖示五個化合物: (一) Naphthalene (二) 2-methylnaphthalene (三) 2,3-dimethylnaphthalene (四) Allyl acetate (五) 1-bromo-1-propene) (注意:本題為獨立題組,將五個結構分列作答)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

預測化合物(一) Naphthalene 在 1H NMR 中一共有多少訊號?

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判斷 1H NMR 訊號數量的核心在於找出分子中的「化學等效質子」。看到如 Naphthalene 這類芳香族稠合環化合物時,首要任務是尋找分子的對稱面或旋轉軸,藉由對稱性將氫原子進行精確分組。

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【解題思路】利用分子對稱性判斷化學等效質子。 【詳解】 已知:化合物(一)為 Naphthalene(萘,C10H8),為兩個苯環稠合之平面分子。

小題 (二)

預測化合物(二) 2-methylnaphthalene 在 1H NMR 中一共有多少訊號?

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面對預測 NMR 訊號數量的題目,首先畫出分子的正確結構並尋找「對稱面或對稱軸」。2-甲基萘因甲基的取代破壞了萘環原有的對稱性,導致環上每個氫原子的化學環境皆不相同,分別計算甲基與環上的氫原子種類即可作答。

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【解題關鍵】判斷分子對稱性與等效質子(Equivalent protons)的數量。 【解析】

  1. 結構分析:化合物 (二) 2-methylnaphthalene(2-甲基萘)為萘環的 2 號碳上接有一個甲基(-CH3)。

小題 (三)

預測化合物(三) 2,3-dimethylnaphthalene 在 1H NMR 中一共有多少訊號?

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預測 NMR 訊號數量的核心在於判斷分子的『對稱性』。考生應先畫出 2,3-dimethylnaphthalene 的正確結構,尋找分子中的對稱面或旋轉軸。確認化學等價(Chemically equivalent)的質子群組後,即可推導出正確的訊號總數。

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【解答】 化合物(三) 2,3-dimethylnaphthalene 在 1H NMR 中一共有 4 個訊號。 【解析】

小題 (四)

預測化合物(四) Allyl acetate 在 1H NMR 中一共有多少訊號?

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看到預測 1H NMR 訊號數量的題目,第一步務必畫出正確的分子結構式。第二步尋找對稱面,並特別留意「雙鍵」或「環狀結構」,因為雙鍵無法自由旋轉,會導致末端同一個碳上的兩個氫原子(如 =CH2)具有不同的化學環境(順式/反式),進而產生不同的共振訊號。

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【解題思路】判斷 1H NMR 訊號數量需找出分子中化學環境不同的質子(等價質子)。Allyl acetate 具有不可自由旋轉的碳碳雙鍵,需特別注意末端烯烴氫原子的空間相對位置。 【詳解】 化合物 (四) Allyl acetate (乙酸烯丙酯) 的化學結構式為 CH₃-C(=O)-O-CH₂-CH=CH₂。

小題 (五)

預測化合物(五) 1-bromo-1-propene 在 1H NMR 中一共有多少訊號?

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看到此題,首先畫出 1-bromo-1-propene 的標準化學結構(CH3-CH=CH-Br)。接著,判斷分子內部是否存在對稱面或對稱軸,藉以區分各個氫原子是否處於相同的化學環境(Chemical environments),即可推導出訊號數量。

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【解題思路】畫出化學結構,尋找對稱性並判斷化學等價氫(Chemically Equivalent Protons)的種類。 【詳解】 一、分子結構:1-bromo-1-propene 的結構式為 CH₃-CH=CH-Br。

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