調查局三等申論題
110年
[化學鑑識組] 有機化學
第 一 題
📖 題組：
當丙酮（acetone）在無水氯化鈣（calcium chloride）的存在下與無水的氨（ammonia）反應，有機層經濃縮純化後，產生了具有結晶型態的化合物 A。其光譜的性質如下， MS(m/z)：155([M]+), 140 IR(cm-1)：3305(sharp)，2850-2960，1705 1H NMR：δ2.30(s, 4H)，1.7（1H;在 D2O 中消失），1.2（s, 12H） 請就以上所提供的資訊，回答以下的問題： (一)加入氯化鈣在此反應中的目的為何？（1 分） (二)請分別敘述在紅外線（IR）光譜中，每一個所列舉的吸收值所代表的是那一種官能基的吸收？（3 分） (三)在氫質子核磁共振（1H NMR）光譜中，加入 D2O 的目的為何？（2 分） (四)寫出化合物 A 的結構。（4 分）
當丙酮（acetone）在無水氯化鈣（calcium chloride）的存在下與無水的氨（ammonia）反應，有機層經濃縮純化後，產生了具有結晶型態的化合物 A。其光譜的性質如下， MS(m/z)：155([M]+), 140 IR(cm-1)：3305(sharp)，2850-2960，1705 1H NMR：δ2.30(s, 4H)，1.7（1H;在 D2O 中消失），1.2（s, 12H） 請就以上所提供的資訊，回答以下的問題： (一)加入氯化鈣在此反應中的目的為何？（1 分） (二)請分別敘述在紅外線（IR）光譜中，每一個所列舉的吸收值所代表的是那一種官能基的吸收？（3 分） (三)在氫質子核磁共振（1H NMR）光譜中，加入 D2O 的目的為何？（2 分） (四)寫出化合物 A 的結構。（4 分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
加入氯化鈣在此反應中的目的為何？（1 分）
思路引導 VIP
看到「無水」氯化鈣與生成水分子的縮合反應，應立即聯想到脫水劑與化學平衡的關係。利用勒夏特列原理，說明移除副產物（水）可以推動反應向產物端進行。
小題 (二)
請分別敘述在紅外線（IR）光譜中，每一個所列舉的吸收值所代表的是那一種官能基的吸收？（3 分）
思路引導 VIP
看到紅外線（IR）光譜題，應迅速將波數分區：3300 cm⁻¹ 附近尖銳吸收峰通常為 N-H 或末端炔 C-H 伸縮；3000 cm⁻¹ 以下為 sp³ C-H 伸縮；1700 cm⁻¹ 附近為典型的羰基（C=O）伸縮。結合反應物含有氨（ammonia）與丙酮（acetone），即可精確對應至特定官能基。
小題 (三)
在氫質子核磁共振（1H NMR）光譜中，加入 D2O 的目的為何？（2 分）
思路引導 VIP
看到核磁共振光譜（1H NMR）中「加入 D2O 使訊號消失」的描述，應直覺聯想到「氫氘交換（H-D exchange）」。解題時需點出此實驗是為了確認分子中「活潑氫（labile proton）」的存在，並簡述其原理。
小題 (四)
寫出化合物 A 的結構。（4 分）
思路引導 VIP
由質譜分子量155（奇數）推斷含有1個氮原子，計算出為3分子丙酮與1分子氨脫去2分子水縮合而成。結合IR的酮基與二次胺特徵，以及NMR高度對稱的積分值（12H與4H），推導出具對稱性的六元含氮雜環結構：2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮。