免費開始練習
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)
題組圖片
📝 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 C-13 NMR 的光譜比較題,首先確認反應前後官能基的變化:起始物 A 為烯烴,產物 B 經氧化性臭氧解後生成酮基與羧基。接著精準列出這些官能基在碳-13 光譜上對應的特徵化學位移(Chemical shift, δ)範圍,對比其訊號的消失與產生即可拿滿分。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題關鍵】分析雙鍵斷裂前後,烯烴碳與羰基(酮、羧酸)碳在 13C-NMR 中化學位移(Chemical shift, δ)的顯著差異。 【解析】 一、起始物 A(1-methylcyclohexene):

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

看到繪製分子結構題,首要步驟是計算總價電子數並畫出合理的路易斯結構(Lewis structure),接著確認各原子的孤對電子數量與形式電荷,最後利用價殼層電子對互斥理論(VSEPR)判定正確的幾何構型(如直線、平面三角形、四面體等),並在紙上如實呈現其立體或平面角度。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題關鍵】計算總價電子數,繪製路易斯共振結構並利用 VSEPR 理論判定幾何構型。 【解答】 臭氧($O_3$)的分子幾何構型為彎曲形(Bent / V-shaped),由於中心氧原子具有立體數 3(1個雙鍵、1個單鍵、1對孤對電子),屬於 $AX_2E_1$ 模型,鍵角約為 $116.8^\circ$。

小題 (二)

畫出化合物 B 的結構。(2 分)

思路引導 VIP

看到臭氧化反應(Ozonolysis)且第二步使用了氧化劑(如 H2O2 或 NaIO4),須立即聯想到這是「氧化型後處理(Oxidative workup)」。起始物 1-methylcyclohexene 的雙鍵斷裂後,含有甲基的碳轉為酮基,而含有烯氫的碳則會被進一步氧化成羧基,開環後得到 6-oxoheptanoic acid。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

化合物 B 的結構為 6-側氧庚酸(6-oxoheptanoic acid)結構式: CH₃-C(=O)-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-COOH

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

先確認反應為氧化裂解,起始物A(1-甲基環己烯)被氧化為產物B(6-側氧庚酸)。接著分別列出「烯烴」與「酮基、羧酸」在紅外線光譜(IR)中最具鑑別度的特徵吸收波數(如 C=C, =C-H, C=O, O-H 伸張振動)進行對比。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【破題】本題關鍵在於辨識起始物(環烯類)與產物(酮與羧酸)官能基在紅外線(IR)光譜上特徵吸收峰的差異。 【解析】 起始物 A (1-methylcyclohexene) 經臭氧化及過氧化氫(或過碘酸鈉)氧化裂解後,生成產物 B (6-oxoheptanoic acid),官能基由「烯烴」轉變為「酮基」與「羧酸」。

🏷️ 相關主題

有機化合物結構鑑定與光譜解析
查看更多「[醫學鑑識組] 有機化學」的主題分類考古題