調查局三等申論題
110年
[醫學鑑識組] 有機化學
第 四 題
📖 題組:
根據以下的反應, (圖示:A (1-methylcyclohexene) 經過 1. O3, CH2Cl2, -78°C 2. NaIO4 or H2O2 產生 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:A (1-methylcyclohexene) 經過 1. O3, CH2Cl2, -78°C 2. NaIO4 or H2O2 產生 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 (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
看到核磁共振(NMR)比較題,首先應確認反應前後「官能基」的改變。本題涉及烯烴(C=C)氧化裂解生成酮(Ketone)與羧酸(Carboxylic acid),因此比較重點在於 C-13 NMR 中烯烴碳(120-140 ppm)的消失與羰基碳(170-220 ppm)的生成。
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
考生看到此題應先計算臭氧(O3)的總價電子數(3×6=18e-),畫出符合八隅體的共振路易斯結構。接著利用VSEPR理論判斷中心氧原子為sp2混成(具一對孤對電子),推導出其「角型(bent)」的幾何構型,最後依據公式(價電子數-鍵數-未共用電子數)準確標示各原子的形式電荷。
小題 (二)
畫出化合物 B 的結構。(2 分)
思路引導 VIP
首先辨識反應條件:臭氧(O3)搭配過氧化氫(H2O2)進行的是「氧化型臭氧分解(Oxidative Ozonolysis)」。接著分析起始物 1-methylcyclohexene 的雙鍵位置與取代基,雙鍵斷裂開環後,帶有甲基的三級碳會轉化為酮(Ketone),而無取代基的二級碳所生成的醛會被過氧化氫進一步氧化為羧酸(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
解題首先需確認反應條件為烯類的氧化性臭氧解(Oxidative Ozonolysis),推導出產物 B 應為含有酮基與羧基的「6-側氧庚酸」。接著對比起始物(環烯類)與產物(酮與酸)的特徵官能基,找出 IR 光譜中最具鑑別度的 C=O、O-H 以及 C=C、sp² C-H 伸縮振動吸收峰即可。