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調查局三等申論題 110年 [醫學鑑識組] 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) (圖示五種化合物) (一) Naphthalene (萘) (二) 2-Methylnaphthalene (2-甲基萘) (三) 2,6-Dimethylnaphthalene (2,6-二甲基萘,視圖面而定) (四) Methyl (2E)-2-hexenoate 或類似之不對稱直鏈酯類衍生物 (五) 3-Bromopentane (3-溴戊烷)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

(一) 化合物(圖示 Naphthalene)的 1H NMR 訊號數?

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判斷 1H NMR 訊號數量的關鍵在於找出分子中的「化學等價氫(chemically equivalent protons)」。對於萘(Naphthalene),請畫出結構並觀察其對稱面與旋轉軸,利用對稱性找出處於相同化學環境的氫原子群組數。

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【解題思路】利用分子對稱性判斷化學等價氫(Chemically Equivalent Protons)。 【詳解】 已知萘(Naphthalene)的化學式為 C₁₀H₈,由兩個稠合的苯環組成,其分子結構具有高度的對稱性(屬於 D₂ₕ 點群)。

小題 (二)

(二) 化合物(圖示 2-Methylnaphthalene)的 1H NMR 訊號數?

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判斷 1H NMR 訊號數的核心在於尋找『化學等價質子(Chemically equivalent protons)』。考生應先畫出 2-Methylnaphthalene 的結構式,接著觀察分子是否具備對稱面或對稱軸;由於 2 號位的甲基破壞了萘環原有的對稱性,導致環上的每一個氫皆處於不同的化學環境。

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【解題思路】判斷分子結構中的對稱性,找出具有不同化學環境的質子種類。 【詳解】

  1. 結構分析:2-Methylnaphthalene(2-甲基萘)為萘環的 C-2 位置接有一個甲基(-CH₃)。

小題 (三)

(三) 化合物(圖示對稱的二甲基萘)的 1H NMR 訊號數?

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預測 NMR 訊號數的首要步驟是尋找分子的對稱元素(如對稱面、對稱軸或反演中心)。透過判斷 2,6-二甲基萘的中心對稱性,將化學等價(Chemically equivalent)的質子歸類,即可準確推導出訊號數量。

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【解題思路】利用分子的對稱性尋找化學等價(Chemically equivalent)的質子。 【詳解】 已知:2,6-Dimethylnaphthalene (2,6-二甲基萘) 的分子結構。

小題 (四)

(四) 化合物(圖示一直鏈不飽和酯類)的 1H NMR 訊號數?

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預測 1H NMR 訊號數的核心在於尋找分子中「化學等價(chemically equivalent)」的質子群組。看到不對稱的直鏈衍生物,應先檢查有無對稱面,接著確認是否含有手性中心(會導致亞甲基產生非對映異構質子 Diastereotopic protons)。若皆無,則只需順著碳鏈逐一清點不同位置的質子群即可。

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【解題思路】判斷分子中「化學等價」的質子群組數,尋找結構的對稱面與立體化學差異。 【詳解】 已知:化合物為 Methyl (2E)-2-hexenoate(結構式為 CH3-CH2-CH2-CH=CH-COOCH3)。

小題 (五)

(五) 化合物(圖示 3-Bromopentane)的 1H NMR 訊號數?

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判斷核磁共振(1H NMR)訊號數目的關鍵在於尋找分子結構中的「對稱面」或「旋轉軸」,藉此找出化學等價(chemically equivalent)的質子。畫出 3-Bromopentane 的結構並觀察其對稱性,依序標示出不同化學環境的氫原子組別,即可精確求得訊號總數。

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【解題思路】觀察分子對稱性,找出化學等價(chemically equivalent)的質子組數。 【詳解】 已知:化合物為 3-Bromopentane(3-溴戊烷),結構式為 CH₃-CH₂-CH(Br)-CH₂-CH₃。

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