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高考申論題 112年 [化學工程] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
三、就氫核磁共振光譜而言,Ha 及 Hb 在下列化合物中的彼此之間的關係為何?(每小題 5 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

Ha、Hb關係判斷
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面對質子立體化學關係題,首選「取代測試法(Substitution test)」。先檢查原分子是否存在手性中心,若分子無手性中心且分別取代兩個質子後會得到一對對掌異構物,即為對掌異構質子(Enantiotopic);若原分子已有手性中心,取代後則為非對掌異構質子(Diastereotopic)。

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【解題關鍵】利用「取代測試法(Substitution test)」判斷質子被取代後產物的立體異構關係。 【解析】

  1. 分子對稱性分析:該化合物(1-cyclohexyl-2-butene)連接亞甲基(-CH₂-)的兩個不同取代基分別為環己基(cyclohexyl group)與反式-1-丙烯基(trans-1-propenyl group)。這兩個基團本身皆不具手性,原分子亦無其他手性中心,為非手性分子(Achiral)。

小題 (二)

Ha、Hb關係判斷
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判斷質子立體化學關係最有效的方法是「取代測試法(Substitution test)」。將 Ha 與 Hb 分別用一個假想原子(如 D)取代,觀察產生的兩個分子的關係(對映異構物或非對映異構物),即可得出這兩個質子為 enantiotopic 或是 diastereotopic。

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【解答】 Ha 與 Hb 的關係為:非對映異構質子 (Diastereotopic protons)。 【解析】

小題 (三)

Ha、Hb關係判斷
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  1. 先檢查分子中是否具有對稱面或已存在的掌性中心 (Chiral center)。
  2. 發現連接溴 (Br) 的碳原子是一個掌性中心。利用「替換測試法 (Substitution test)」,分別將 Ha 和 Hb 替換成氘 (D) 或假想原子,產生的新分子會互為非對映異構物,即可準確判斷兩者的立體化學關係。
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【破題】判斷核磁共振光譜中質子立體化學關係的關鍵,在於分析分子內部對稱性及是否已存在掌性中心。 【解析】 一、 結構分析

小題 (四)

Ha、Hb關係判斷
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看到判斷質子關係的題目,首先觀察分子對稱性並使用『取代測試法(Substitution test)』。若取代兩質子得到完全相同的產物,或可透過分子內真旋轉軸(C_n)互換,則為同位態(Homotopic)。接著再進一步判斷其在 NMR 光譜中的化學等價與磁等價性質。

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【解題思路】利用對稱性操作及取代測試法(Substitution test)判斷兩質子的立體化學關係,並分析其在 NMR 光譜上的等價性。 【詳解】 已知:該化合物為 1,4-二甲氧基苯(p-Dimethoxybenzene)。

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