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調查局三等申論題 113年 [化學鑑識組] 有機化學

第 一 題

📖 題組:
請回答下列 6 種化合物(A~F)的相關問題: (圖示化合物 A~F)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

將化合物 A~F 根據其酸度,由小到大(最不酸→最酸)的方式排列?(4 分)

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判斷酸度強弱的核心在於評估「共軛鹼的穩定性」。先依官能基分類排出大方向(酚類 < 硫酚類 < 羧酸類 < 無機酸),接著利用元素效應(原子半徑與電負度)、共振效應,以及取代基的電子效應(誘導效應與共振效應)進行細部比較。

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【解題思路】判斷酸度強弱的核心在於「共軛鹼的穩定性」,需綜合考慮元素效應、共振效應以及取代基的電子效應(誘導與共振)進行逐步推導。 【詳解】 已知:本題化合物包含酚類(C)、硫酚類(F)、脂肪/芳香族羧酸類(A, D, E)與無機酸(B)。

小題 (二)

以 IUPAC 的方式命名化合物 F。(2 分)

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首先辨別化合物 F 的核心結構為苯環(benzene),其上連接的官能基為硫醇基(-SH)。根據 IUPAC 命名規則,將母體名稱加上字尾 '-thiol' 即可得出標準系統命名。

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化合物 F 的 IUPAC 命名為:Benzenethiol(苯硫醇)。 補充說明:根據 IUPAC 規則,其俗名 Thiophenol(硫酚)亦是廣泛被接受與使用的保留名(retained name)。

小題 (三)

寫出化合物 E 中的-NO2 官能基中,氮原子的形式電荷(formal charge)?(2 分)

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看到形式電荷的計算,應立刻在腦海中畫出該官能基的標準路易斯結構(Lewis structure)。確認中心原子所在的主族(決定價電子數)、孤對電子數量以及鍵結數,再代入公式計算即可。

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【解題思路】畫出硝基(-NO2)的路易斯結構,並代入公式「形式電荷 = 價電子數 - 孤對電子數 - 鍵數」進行計算。 【詳解】 已知:氮(N)為第15族(VA族)元素,其價電子數為 5。

小題 (四)

寫出化合物 E 中的-NO2官能基中,氮原子為何種的混成軌域?(2 分)

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判斷原子的混成軌域,首先需畫出該官能基的正確路易斯結構(Lewis structure)。藉由計算該氮原子的立體數(Steric number = σ鍵結原子數 + 孤電子對數),即可精準推導出正確的混成態。

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化合物 E 中的 -NO₂(硝基)官能基中,氮原子為 sp² 混成軌域。 【解析】 在硝基的共振結構中,氮原子與苯環碳原子形成 1 個 σ 鍵,並與兩個氧原子形成 2 個 σ 鍵及 1 個 π 鍵(其中氮原子具有 +1 的形式電荷)。因氮原子周圍共鍵結 3 個原子,且無孤電子對(Steric number = 3 + 0 = 3),故其混成軌域為 sp²。

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