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地特三等申論題 111年 [環境檢驗] 儀器分析

第 一 題

📖 題組:
預測下列化合物的高解析度 H-NMR 光譜的外形。(每小題 5 分,共 20 分) (一)甲基異丙基酮 (二)乙酸 (三)乙基苯 (四)二乙基醚。
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

甲基異丙基酮

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預測 NMR 光譜時,應先畫出分子結構式,找出具有不同化學環境的等效質子群。接著利用微觀的局部磁場屏蔽與去屏蔽效應推斷化學位移順序,並根據鄰近質子數 (n) 搭配 n+1 定則預測自旋-自旋耦合 (spin-spin coupling) 的訊號分裂峰形與積分面積。

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【破題】甲基異丙基酮(3-methyl-2-butanone)的化學結構為 CH3-C(=O)-CH(CH3)2,分子內存在三種不同微觀化學環境的質子,將產生三組核磁共振訊號。 【論述】 一、異丙基上的兩個甲基質子:-CH(CH3)2

小題 (二)

乙酸

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預測NMR光譜應遵循三步驟:1. 畫出分子結構找出幾組化學等效質子;2. 依據鄰近基團的拉電子效應或磁向異性評估化學位移與積分比;3. 利用 n+1 規則判斷自旋-自旋耦合。特別注意酸或醇類質子(如-OH)因快速化學交換與氫鍵作用,通常不與鄰近碳上的質子耦合,且呈現寬單峰且化學位移在極低場。

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【破題】 乙酸(CH3COOH)分子結構中含有兩種處於不同化學環境的質子(甲基質子與羧基質子),因此其高解析度 1H-NMR 光譜將呈現兩組獨立的吸收峰。 【光譜特徵與微觀原理解析】

小題 (三)

乙基苯

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解答這類題型,首先應畫出乙基苯的分子結構式,找出分子中共有幾組化學等效質子(甲基、亞甲基與芳香環)。接著,依據鄰近質子數代入 n+1 規則判斷自旋-自旋偶合(Spin-spin splitting)的裂分型態,並結合苯環的磁非均向性效應(去屏蔽效應)推估相對化學位移(δ)與積分面積比。

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【破題】 乙基苯(Ethylbenzene, C₆H₅-CH₂-CH₃)分子中具有三組化學環境不同的等效質子,其高解析度 ¹H-NMR 光譜外形由自旋-自旋偶合與苯環的磁非均向性效應(去屏蔽效應)所決定。 【論述】

小題 (四)

二乙基醚

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看到預測 H-NMR 光譜的題目,首先應畫出分子結構並觀察對稱性,以判斷共有幾種化學等價的質子(決定訊號組數與積分面積比)。接著,利用鄰近陰電性原子的「去遮蔽效應」評估化學位移的相對高低,最後根據相鄰碳上的質子數,套用 $n+1$ 規則推導自旋-自旋分裂(Multiplicity)的峰形。

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【破題】二乙基醚($CH_3CH_2-O-CH_2CH_3$)為具對稱面的分子,共有兩種化學等價的質子,其高解析度 H-NMR 光譜將呈現兩組特徵訊號。 【論述】 一、質子等價性與積分面積

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