Chemistry Labs

国際化学オリンピック · 2012年

問題

  1. 問題 1ホウ素水素化物 BXxHXy\ce{B_{x}H_{y}} は Alfred Stock により開発され、William Lipscomb はその結合解明で1976年ノーベル賞を受賞した。(a) B の質量パーセントとモル質量から2つのボランの分子式を求めよ:A は 25 °C で液体、B 83.1 %、M=65.1M = 65.1 g mol−1^{-1};B は固体、B 88.5 %、M=122.2M = 122.2 g mol−1^{-1}。(b) styx 記号は B–H–B 架橋(s)、三中心 BBB 結合(t)、二中心 B–B 結合(y)、BHX2\ce{BH2} 基(x)を数える;BX2HX6\ce{B2H6} は 2002。styx = 4012 のテトラボラン BX4HX10\ce{B4H10} の構造を提案せよ。(c) 化合物 BX4CClX6O\ce{B4CCl6O} は2種類のB原子(四面体:三角平面 = 1:3)と C≡O\ce{C#O} 三重結合を持つ;構造を提案せよ。(d) D(B−Cl)=443D(\ce{B-Cl}) = 443, D(Cl−Cl)=242D(\ce{Cl-Cl}) = 242 kJ mol−1^{-1}, ΔfH∘(BClX3(g))=−403\Delta_fH^{\circ}(\ce{BCl3(g)}) = -403, ΔfH∘(BX2ClX4(g))=−489\Delta_fH^{\circ}(\ce{B2Cl4(g)}) = -489 kJ mol−1^{-1} から BX2ClX4\ce{B2Cl4} の B–B 結合解離エンタルピーを推定せよ。(e) BX2HX6\ce{B2H6} から出発する反応スキームで含ホウ素生成物を示せ:1 = BX2HX6\ce{B2H6} + NaOH\ce{NaOH} 次いで CHX3OH\ce{CH3OH}, HX+\ce{H+};2 = BX2HX6\ce{B2H6} + CX6HX6\ce{C6H6}, OX2\ce{O2} の生成物で凝固点降下(25.0 g ベンゼン中 0.312 g で ΔTf=0.205\Delta T_f = 0.205 °C、Kf=5.12K_f = 5.12 kg K mol−1^{-1})により特定;3 = BX2HX6\ce{B2H6} + ClX2\ce{Cl2};4 = BX2HX6\ce{B2H6} + NHX3\ce{NH3}(1:1付加物);5 = 4 の熱生成物、沸点 55 °C。解答: 1
  2. 問題 2正方平面 Pt(II) 錯体は立体化学を保持して置換し、X が Y に置換される速度は X に trans の配位子に依存する(trans 効果): CNX−>HX−>NOX2X−,IX−>BrX−,ClX−>ピリジン,NHX3,OHX−,HX2O\ce{CN-} > \ce{H-} > \ce{NO2-}, \ce{I-} > \ce{Br-}, \ce{Cl-} > \text{ピリジン}, \ce{NH3}, \ce{OH-}, \ce{H2O}。(a) 正方平面 Pt(py)(NHX3)BrCl\ce{Pt(py)(NH3)BrCl}(py = ピリジン)の立体異性体をすべて描け。(b) PtClX4X2−\ce{PtCl4^{2-}}, NHX3\ce{NH3}, NOX2X−\ce{NO2-} から水中で [Pt(NHX3)(NOX2)ClX2]X−\ce{[Pt(NH3)(NO2)Cl2]-} の各立体異性体を、trans 効果を利用して中間体を含む反応式で示せ。(c) 置換は Rate=kS[MLX3X]+kY[Y][MLX3X]\mathrm{Rate} = k_S[\ce{ML3X}] + k_Y[\ce{Y}][\ce{ML3X}] に従い、[py]≫[Pt][\ce{py}] \gg [\ce{Pt}] では Rate=kobs[Pt]\mathrm{Rate} = k_{obs}[\ce{Pt}]。25 °C のメタノール中で ClX−\ce{Cl-} をピリジンが置換する反応:[py][\text{py}] = 0.122, 0.061, 0.030 mol dm−3^{-3} で kobsk_{obs} = 7.20×10−47.20 \times 10^{-4}, 3.45×10−43.45 \times 10^{-4}, 1.75×10−41.75 \times 10^{-4} s−1^{-1}。kSk_S と kYk_Y を求め、[py]=0.10[\text{py}] = 0.10 mol dm−3^{-3} で支配的な経路を決めよ。(d) 直径 13 nm の金ナノ粒子は90個のオリゴヌクレオチドを持ち、その98 %が Pt(IV) 錯体に結合している;1.0 cm3^3 の容器に Pt として 1.0×10−61.0 \times 10^{-6} mol dm−3^{-3} 含む(Au 密度 19.3 g cm−3^{-3})。使用した Pt と Au の質量を求めよ。解答: 1