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調查局三等申論題 110年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 二 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)
📝 此題為申論題,共 2 小題

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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看到比較環狀共軛多烯穩定度的題目,首先計算其 π 電子數並套用休克爾規則 (Hückel's rule)。接著判斷其為芳香性 (4n+2)、反芳香性 (4n) 或非芳香性 (非平面),利用「芳香性 > 非芳香性 > 反芳香性」的穩定度順序即可得出結論。

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化合物 B (環辛四烯,Cyclooctatetraene) 含有 8 個 π 電子 ($4n$ 系統,$n=2$),若呈平面結構將具有極不穩定的反芳香性 (Anti-aromaticity);為降低能量,其立體結構會扭曲成非平面的「浴缸型 (tub-shaped)」,成為非芳香性 (Non-aromatic)化合物,缺乏共振穩定能。 相反地,化合物 C ([14]輪烯,[14]Annulene) 含有 14 個 π 電子 ($4n+2$ 系統,$n=3$),符合休克爾規則且能維持近似平面的共軛結構,具有芳香性 (Aromaticity)。 因芳香性化合物具有極大的共振穩定能 (Resonance stabilization energy),故具芳香性的 C 遠比非芳香性(或潛在反芳香性)的 B 穩定。

小題 (一)

寫出成為芳香族化合物所應具備的四種條件。(8 分)

思路引導 VIP

看到此題應直覺聯想休克爾法則(Hückel's rule)及其發生的結構前提。要形成芳香性(Aromaticity),分子必須提供一個能讓 π 電子完全非定域化(delocalized)的環境,因此作答時需精準從「環狀」、「平面」、「完全共軛」及「電子數法則」四個維度進行條理列述,方可穩拿全分。

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【破題】 判斷一個化合物是否具備芳香性(Aromaticity),必須同時滿足結構幾何與電子排列的四大嚴格條件,即著名的休克爾法則(Hückel's rule)及其先決前提。 【論述】

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