材料化學考古題｜歷屆國考試題彙整

某未知有機化合物之光譜資料如下： 紅外線（IR）光譜顯示： 約1720 cm-1 有強吸收峰，約2850 – 2960 cm-1 有C – H 伸縮吸收，約 1050 – 1250 cm-1 有強吸收峰，且未見明顯寬廣O – H 吸收峰。 核磁共振氫譜（1H NMR）顯示： 約（1.2）ppm 有triplet，積分為3H； 約（2.0）ppm 有singlet，積分為3H； 約（4.1）ppm 有quartet，積分為2H。 質譜（MS）顯示： 分子離子峰可觀察到，並有明顯碎片峰出現在與酯類裂解相關之區域。 請根據上述IR、1H NMR 及MS 資料，判斷此未知物可能具有何種官能 基團，並建立其合理有機結構。請說明判斷依據及可能之碎裂特徵，並 回答下列問題： IR 官能基判斷。（6 分） 1H NMR 化學位移、積分與裂分解析。（8 分） MS 資料與碎片判斷。（4 分） 合理結構建立與整合說明。（7 分）

請回答下列有關有機分子合成設計之問題： 以benzene 為起始物，設計合成p-bromoacetanilide 之完整合成路徑， 並寫出各步驟所需試劑及主要中間產物。（15 分） 請說明上述合成路徑中，為何需先將aniline 轉化為acetanilide 後再進 行溴化反應？並說明此步驟對反應選擇性及避免副產物生成之影響。 （10 分）

下列兩八面體錯離子： (a) [CoF6]3− (b) [Co(CN)6]3− 請以配位化合物場理論與分子軌域理論，回答下列問題： 分別判斷兩錯離子中Co 的氧化態與d 電子數。（4 分） 依據配位化合物場理論，以八面體場中t2g 與eg 軌域之能階分裂，說 明兩錯離子之d 電子排列。（8 分） 說明兩錯離子，何者為高自旋錯合物？何者為低自旋錯合物？並比較 其Δo 大小。（6 分） 判斷兩錯離子之未成對電子數，並說明其磁性差異。（7 分）

以分子軌域理論說明硼分子（B2）之電子填入方式，並寫出其分子軌域 電子組態。作答時須說明B2 分子中價電子數目、適用於B2 之分子軌域 能階順序、電子如何依Aufbau principle、Hund’s rule 及Pauli exclusion principle 填入分子軌域，並據此計算其鍵級（bond order）與判斷磁性。 （25 分）

114年特種考試地方政府公務人員及 離島地區公務人員考試試題 考試別：地方政府公務人員考試 等 別：三等考試 類 科：化學工程 科 目：材料化學（包括有機化學、無機化學） 考試時間：2 小時 座號： 不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。 本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。 請詳述為何醯胺（amide, R₂NCOR）在氧原子上的親核性遠高於在氮原 子上的親核性。（25 分） 請試述核磁共振儀（NMR）的基本原理，並說明其在材料化學領域中的 應用。（25 分） 請完成下列有機反應機構：（25 分） 請指出下列化合物中那一個較具酸性，並詳細說明原因。（25 分）

畫出下列化合物的光學異構物化學結構，並標定為R 或S 型態光學異 構物（enantiomers）：(a) 3-bromohexane; (b) 3-chloro-3-methylpentane. （10 分）

利用下列核磁共振光譜數據推導出一個合理吻合核磁共振光譜數據的 化學結構，並說明推理過程或依據。（20 分） (a) 化學簡式C3H3Cl5： peak a, triplet, NMR 譜線位置4.52 ppm, 1H; peak b, doublet, NMR 譜線位置6.07 ppm, 2H. (b) 化學簡式C3H5Cl3： peak a, singlet, NMR 譜線位置2.20 ppm, 3H; peak b, singlet, NMR 譜線位置4.02 ppm, 2H. (c) 化學簡式C4H9Br： peak a, doublet, NMR 譜線位置1.04 ppm, 6H; peak b, singlet, NMR 譜線位置1.95 ppm, 1H; peak c, doublet, NMR 譜線位置3.33 ppm, 2H. (d) 化學簡式C10H14： peak a, singlet, NMR 譜線位置1.30 ppm, 9H; peak b, singlet, NMR 譜線位置7.28 ppm, 5H.

寫出由丙醛（propionaldehyde）合成下列化合物的所有步驟的化學方程 式及所需反應試劑。(a) n-propyl alcohol; (b) propionic acid; (c) methyl ethyl ketone; (d) n-propyl propionate.（20 分）

請畫出 [Cr(en)(NH3)2BrCl]+ 錯離子的四個幾何異構物（geometric isomers）及兩個光學異構物（optical isomers）。（12 分）

列出下列分子的對稱元素（symmetry elements）並命名它們所屬的 點群（point group）：(a) H2; (b) H2O; (c) CO2; (d) BF3; (e) NH3; (f ) HCN.（18 分）

請畫出針對下列條件下的五個d 軌道的相對高低能階圖，並說明原因： (a)一個線性錯離子（complex ion）其配位基在x 軸方向；(b)一個線性 錯離子（complex ion）其配位基在y 軸方向。（20 分）

考慮下列理想狀態下之核磁共振光譜（NMR）磁偶合圖譜 對下列化合物結構畫底線之氫核磁共振圖譜應為上圖（i）~（iv）中之何 者？並加以說明。（16 分）    

請寫出下列英文名稱的化學結構：（每小題2 分，共10 分） 4-N, N-Diisopropyl pyridine Sorbic acid((2E, 4E)-2,4-hexa-2,4-diene) Methylene bromide Phthalic acid（Benzene-1,2-dicarboxylic acid） 2-Hydroxynaphthalene

若14N16O 的力常數為 1 1550 N m  ，請計算NO 的紅外光譜中振動譜線的 波數（wave number）。14N 的原子質量為14.003 amu，16O 的原子質量為 15.995 amu。（一牛頓 2 1 N 1kg m s   ）。（10 分） CH3CCH2CH3 O CH2 H+ CH2+H2O CH3CH2 OH oxidation CH3CH2CH3 oxidation CH3-OH＋HO-CCH3 H+ O

請寫出下列反應的主要產物：（請表示正確的立體化學，每小題5 分，共 50 分）       MgCl CH2Br 1. 2. O N H 催化量H2SO4, Cl H2O, 加熱  

完成下列有機反應及產物結構：（20 分）    

請寫出下列反應之反應機構：（每小題10 分，共40 分）      

設計兩步或三步有機反應路徑將下列起始化合物轉化為目標產物，寫出 每一步之反應試劑／催化劑、反應條件及產物：（20 分） 由HO-CH2CH2CH2CH3 製備CH3CH2CH2CH3 由HO-CH2CH2CH2CH3 製備

列出下列分子的對稱元素（symmetry elements）並命名它們所屬的點群 （point group）：（20 分） NO2 N2O CHCl3 CH2=CH2 cis-CHCl=CHCl

請定性地畫出平面三角形有機金屬離子的d 軌域的結晶場分裂情形及相 對能階位置高低（令垂直於平面三角形平面之座標軸為z 軸），並請說 明。（14 分）