Đề thi và đáp án chuẩn bị cho kì thi Oilmpic hóa quốc tế lần thứ 35 tại Hy Lạp

điều chế
5
←
Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị
Phần lý thuyết
Lưu ý quan trọng :
Chữ "tính toán" trong các bài tập bao gồm phải chỉ ra các phương trình, công thức, số
liệu và cách mà chúng ta có thể nhận được câu trả lời!
Bài 1 Sản xuất amoniac
Amoniac là một hóa chất quan trọng và thông dụng được dùng để sản xuất ra phân ure và rất nhiều các
sản phẩm khác. Việc sản xuất ra amoniac được tiến hành qua phản ứng thuận nghịch sau:
N
2

+

3

H
2

→

2

NH
3

Hydro để sản xuất amoniac được điều chế từ metan và nước dựa vào phản ứng:
CH
4

+

H
2
O

→

CO

+

3

H
2
Nitơ được
lấy từ nguồn không khí, trong khi oxy được loại bỏ bằng cách cho phản ứng với CO như sau:
O
2

+

2

CO

→

2

CO
2
Trong không khí thì hàm lượng nitơ là 80%. Phản ứng được tíen hành trên hệ thống xúc tác, sơ đồ tổng hợp
amoniac trong công nghiệp được cho dưới đây. Các vị trí dòng chảy đều được đánh số.
(air)
CH
4
1
H
2
O
N
2
4
O
2
H
2
điều chế
hydro
2
CO

3
N

2
tổng hợp
amoniac
NH
3
8
CO CO
2
Cho biết rằng các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Lưu lượng của amoniac ở vị trí

là
-1
n

[NH
3
,



]

=

1000

mol

s

.
1-1
Tính
lưu lượng của các chất ở các vị trí sau
ở đơn vị
mol

s
-1
n
[H
2
,

],
cho hydro ở vị trí



n
[N
2
,

],
cho nitơ ở vị trí


n
[CH

4
,

],
cho metan ở vị trí


n
[H
2
O,

],

cho nước ở vị trí


n
[CO,

],
cho
CO
ở vị trí



n
[O
2

,

],
cho oxy ở vị trí


n
[CO,

],
cho
CO
ở vị trí

Trong công nghiệp thì phản ứng tổng hợp amoniac xảy ra qua một cân bằng, và chỉ chuyển hóa được một
phần các chất thành sản phẩm. Đơn vị tổng hợp amoniac buộc phải có bộ phận tách và tái chế như hình
duới
Groningen | Hà Lan | 5 - 14 /7, 2002
1
6
N
2
, H
2
7
tách
2
2
3
3

N
H
←
2
2
O
2
2
3
N
2 phản ứng
8
H
2
đơn vị tổng hợp NH
3
Gỉa sử rằng sự vạn chuyển trở lại của

N
2

+

H
2

để lại cho bộ phận tách hai lưu lượng NH
3

riêng biệt.

1-2
Tính lưu lượng của
N
2

và H
2

ở vị trí

Ở nhiệt độ

T

=

800

K,
năng lượng Gibbs của cả ba khí là
:
G

(N

) =

-8.3

x

10
3
G

(H

) =

-8.3

x

10
3
G

(NH

)

=

24.4

x

10
3
J

mol
-1
J

mol
-1
J

mol
-1
1-3
Tính biến thiên năng lượng Gibbs
(
∆

G
r
)
cho sự chuyển hóa của 1 mol
N
2
.
1-4 Tính

hằng số cân bằng K
r

của phản ứng
hình thành

NH
3

, sử dụng

∆

G
r

(câu

1-3).
Hằng số khí là:

R

=

8.314

J

mol
-1

K
-1
Hằng số cân bằng cũng có thể được tính từ áp suất riêng phần của các chất, như vậy:
3

2
0
2
22
3
.
.
HN
NH
r
PP
PP
K =
Áp suất riêng phần của amoniac ở vị trí

là phần mol
x

của áp suất chung:
p
NH

=
x
p
tot

, với
x

iđược xác định bởi tỉ số lưu lượng
n
NH
/ n
tot
1-5 Xây dựng
1
hương trình tính p riêng phần của
p
và
2
p
ở vị trí

.
2
1-6
Tính

K
r
và
đơn giản hóa đến mức có thể biểu thức thu được
.
1-7 Tính

x

khi
p

0
=

0.1

Mpa

và
p
tot
=

30

Mpa.

(Hướng dẫn:
K
r
đã được tính ở câu

1-4)
Bài 2 Khả năng chứa oxy của Myoglobin
Myoglobin

(Mb)
là một loại protein chứa một nhóm các nguyên tủ sắt. Myoglobin là một loại enzym cho
phép chứa oxy
.
Mỗi phân tử myoglobin có thể liên kết thuận nghịch với một phân tử oxy qua phản ứng

:
Mb

+

O
2

→

MbO
2
Khả năng chứa oxy là cực kỳ quan trọng đối với các sinh vật sống ở tầng sâu như cá voi. Bây giờ
chúng ta sẽ khảo sát xem cá vói sử dụng khả năng này như thế nào.
Phần mol của Mb liên kết với oxy tăng dần cùng với nồng độ oxy trong máu theo biểu thức:
c
O
Y

=

2
c
O

+

K

c

,
với
K
c
là một hằng số
Oxy chỉ hòa tan rong nước, lượng oxy tan trong nước thì tỉ lệ với áp suất của oxy:
c
O

∝ p
Phần mol Mb liên kết phụ thuộc vào áp suất oxy bởi biểu thức:
p
O
Y

=

2
p
O

+

K

p
,
với
K
p

là một hằng số
Đồ thị dưới đây sẽ chỉ ra mối quan hệ này (đồ thị cho ở dạng logarit)
2
Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị
1
Y
0.1
0.01
10 100
Po
2

/Pa
1000 10000
2-1 Xác định
gía trị và đơn vị của các hằng só
K
p

ở các công thức trên (dùng đồ thị).
Phân tử Mb có các kích thước là

4.5

×

3.5

×

2.5

nm
có nghĩa là Mb được chứa đựng trong một cái hộp
có các kích thước như trên. Bởi vì phân tử Mb có dạng elip và có thể tích bằng một nửa thể tích hộp
Protein có khối lượng riêng gần 1400

kg

m
-3
.
Số
Avogadro
là
N
A
= 6,02x10
23
mol
-1
2-2 Ứớc lựong
KLPT của
Mb.
Cá voi nhận oxy bằng cách thở không khí. Chúng có thể sống dưới nước trong một thời gian dài bằng
cách sử dụng lượng oxy chứa đựng. Giả sử 20% khối lượng của các mô cơ chứa myoglobin.
2-3 Tính
số mol oxy mà cá voi có thể chứa được ở trong mô (mol/kg)
.
Oxy được sử dụng để sản sinh ra năng lượng

(nhiệt và chuyển động) bằng cách đốt cháy chất
béo. Phản ứng có thể được viết một cách gần đúng như sau:
(CH
2
)
n

+

1.5n

O
2
n

CO
2

+

n

H
2
O
Năng lượng giải phóng của loại phản ứng này khoảng

400

kJ

/
mol
oxy. Những loài sinh vật lớn như cá voi
thì cơ thể cần sản sinh khoảng 0,5 W / kg khối lượng các cơ để giữ ấm và giúp chúng di chuyển
.
2-4 Tính xem cá voi có thể ở dưới nước bao lâu.
2-5 Viế

t phản ứng "đúng" xảy ra khi đốt cháy chất béo:
Bài 3 Hóa học của Lactozơ
O
H
2
C-O-C-(CH
2
)
n
-CH
3
O
HC-O-C-(CH
2
)
n
-CH
3
O
H
2
C-O-C-(CH

2
)
n
-CH
3
Lactozơ (đường sữa) được sản xuất ở các vùng nông trại rộng lớn ở Hà Lan, nguyên liệu đầu là váng sữa
(một sảm phẩm phụ của công nghiệp phomat). Lactozơ được dùng để làm thuốc trong dược phẩm và trong
các loại đồ ăn cho trẻ sơ sinh. Nó là một disaccarit chứa hai đơn vị monosaccarit là D – galactozơ và D –
glucozơ. Công thức chiếu Haworth của lactozơ cho ở dưới. Đơn vị monosaccarit bên trái là D – galactozơ.
CH
2
OH
HO
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
O
CH
2
OH
Lactozơ
3-1
Vẽ công thức chiếu Fischer của
D-galactozơ
và
D-glucozơ.

Groningen | Hà Lan | 5 - 14 / 7, 2002
3
D-galactozơ D-glucozơ
Ô trả lời Ô trả lời
Axit xúc tác cho phản ứng thủy phân lactozơ thành

D-galactozơ
và
D-glucozơ.
3-2 Chỉ ra
bằng mũi tên trong công thức của lactozơ:
(a)
Nguyên tử oxy nào bị proton tấn công để tiến hành phản ứn thủy phân
.
(b)
Liên kết cacbon – oxy nào bị bẻ gãy trong phản ứng thủy phân
.
(c)
Nguyên tử cacbon nào sẽ bị biến đổi trong phản ứng với thuốc thử Fehling (dùng để xác định
đường khử
).
CH
2
OH
HO
O
OH
O
OH
OH

OH
OH
O
CH
2
OH
CH
2
OH
HO
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
O
CH
2
OH
CH
2
OH
HO
O
OH
O
OH
OH

OH
OH
O
CH
2
OH
Trả lời câu

(a)
Trả lời câu
(b)
Trả lời câu
(c)
Sự thủy phân lactozơ có thể được tiến hành cùng với phản ứng hydro hóa khi ta sử dụng xúc tác kim
loại để thu được polyancol là sorbitol và galactitol, còn được gọi là gluxitol và duxitol.
3-3 Vẽ
Công thức chiếu Fischer của sorbitol và galactitol
Chỉ ra
các hợp chất này có hoạt động quang học hay không
.
Sorbitol Galactitol
Quang hoạt: Có / không Quang hoạt: có / không
Ô trả lời
Ô trả lời
Trong công nghiệp thì lactozơ bị đồng phân hóa thành lactulozơ, đây là một loại dược phẩm.
Hydro hóa lactozơ dẫn đến lactitol, môtl loại C
12
-polyol
có độ ngọt bé và lượng calo thấp
.

Cả hai qúa trình
này đều đã được thực hiện ở Hà Lan
4
2
Olympic Hoá học Quốc Tế Lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị
3-4 (a)

Vẽ

công thức chiếu Haworth của lactulozơ.
(Hướng dẫn: Phần glucozơ trong lactozơ bị đồng phân hóa thành đường xeto fructozơ)
(b)

Vẽ

công thức chiếu Haworth của lactitol.
Lactulozơ Lactitol
Trả lời câu (a)
Trả lời câu
(b)
Bài 4 Nguyên tử động lực trong các hợp chất hữucơ
Đối với việc nghiên cứu các phản ứng hữu cơ thì phương pháp đồng vị đánh dấu, Vídụ:

2
H
hay
17
O,

có thể

cho những thông tin gía trị. Kỹ thuật NMR hiện đại có thể "thấy" deuteri

2
H
và đồng vị oxy
17
O.
Ta hãy xét một ví dụ về đồng vị đánh dấu của hợp chất 4-hydroxybutan-2-on.
x
b
H
2
COH
a
CH
2
c
C

O
y
m
CH
3
d
a,

b,

c,

d
là các nguyên tử H
,

x,

y
là các nguyên tử O và
m
là nguyên tử C
.
4-1
Chất đầu được xử lý bằng
2
H

O
ở
pH

=

10.
Xếp khả năng trao đổi nguyên tử
deuterium

atoms

(

2
H)
từ cao xuống thấp.
Cao
    thấp
.
4-2 STương tự, chất đầu được xử lý bằngH
2
từ cao xuống thấp.
Cao
  thấp
.
17
O
ở
pH

=

10.

Xếp
khả năng trao đổi đồng vị
17
O
4-3 Có khả thi không khi áp dụng phương pháp trao đổi đồng vị này cho

13
C
ở vị trí

m, được hay
không ?
Bài 5 Hướng về Hóa học xanh: Nhân tố năng lượng (E – factor)
Xã hội hiện đại sẽ không thể nào hình dung ra được nếu như không có sự hiện diện của các sản phẩm
của tổng hợp hữu cơ công nghiệp, từ thuốc chữa bệnh sởi đến thuốc trị nhức đầu, tổng hợp thuốc
nhuộm cho những vấn đề thẩm mỹ. Tuy nhiên mặt trái của nó là sự thải ra các chất thải độc hại. Phương
pháp giải quyết các vấn đề này không chỉ thuần tuý là hóa học mà còn xen lẫn với các kỹ thuật làm sạch
để làm giảm lượng chất thải. Để xác định mức độ thân thiện với môi trường của các phương pháp này
thì thuật ngữ "mức độ có ích của nguyên tử" và "nhân tố năng lượng" được giới thiệu. Mức độ có ích của
nguyên tử nhận được bằng cách chia KLPT của sản phẩm nhận được và tổng KLPT của tất cả các chất
trong phản ứng đó. Nhân tố năng lượng là lượng (kg) của các sản phẩm phụ có mặt trong 1kg sản phẩm.
Metyl metacrylat là một monome quan trọng để điều chế các vật liệu quang học (thủy tinh khó vỡ)
Groningen | Hà Lan | 5 – 14 / 7, 2002
5
sp 4
4
-7
Con đường cơ bản:
O
OH
+

HCN
CN
CH
3
OH
H
2
SO

4
CO
2
CH
3
+

NH
4
HSO
4
Con đường hiện đại:

CO
2
CH
3
CH
3
C



CH
+
CO

+
CH
3

OH
Sơ đồ 1:
Tổng hợp metyl metacrylat
5-1 Tính l
mức độ có ích của nguyên tử và nhân tố năng lượng của mỗi phản ứng đã được chỉ ra
ở sơ đồ 1
.
Một ví dụ khác là sự sản xuất etylenoxit (Sơ đồ 2). Con đường cơ bản là sản xuất canxi clorua. Và xa hơn
thế thì 10% lượng etylen chuyển thành ,2-etandiol

bằng cách thủy phân. Ở con đường hiện đại thì
người ta dùng xúc tác bạc. Ở đây thì 15 % lượng etylen bị oxy hóa thành cacbon dioxit và nước.
Con đường cơ bản: đi từ clohydrin
H
2
C CH
2
+
Cl
2
+
H
2
O ClCH
2
CH
2
OH
+
HCl

ClCH
2
CH
2
OH
+

Ca(OH)
2
Phản ứng chung
HCl
O
H
2
C CH
2
+

CaCl
2
+

2H
2
O
C
2
H
4
+

Cl
2
+

Ca(OH)
2
C
2
H
4
O
+

CaCl
2
+

H
2
O
KLPT: 44 111 18
Con đường Hóa dầu

H
2
C
CH
2
+

½ O
2
xúc tác
O
H
2
C CH
2
Sơ đồ

2:
Tổng hợp etylenoxit
5-2 Tính
mức độ có ích của nguyên tử và nhân tố năng lượng cho hai qúa trình trên.
Bài 6 Sự chọn lọc độ tan
Độ tan là một thông số quan trọng để xác định được sự ô nhiễm môi trường do các muối gây ra. Độ tan
của một chất được định nghĩa là lượng chất cần thiết để có thể tan vào một lượng dung môi tạo ra được
dung dịch bão hoà. Độ tan của các chất khác nhau tuỳ thuộc vào bản chất của dung môi và chất tan cũng
như của các điều kiện thí nghiệm, ví dụ như nhiệt độ và áp suất. Độ pH và khả năng tạo phức cũng ảnh
hưởng đến độ tan
Một dung dịch chứa

BaCl
2

và

SrCl
2

đều ở nồng độ

0.01

M.
Câu hỏi ở đây là liệu ta có thể tách được
hoàn toàn hỗn hợp này ra khỏi nhau không khi thêm vào đó một lượng bão hoà dung dịch natri sunfat.
Thực nghiệm cho
thấy ít nhất
99.9%
lượng
Ba
2+

kết tủa ở dạng

BaSO
và

SrSO
4

chỉ có thể kết
tủa nếu trong dung dịch còn dưới 0.1

%

BaSO
4

.
Tích số tan của các chất được cho dưới đây:
K

(BaSO

)

=

1

x

10
-10
và

K
sp
(SrSO
4
)

=

3

x

10

.
6-1
Viết các phản ứng xảy ra
.
Tính
nồng độ
Ba
2+
còn lại trong dung dịch
Tính
phần trăm lượng
Ba
2+

và

Sr
2+

trong dung dịch sau khi tách ra.
xúc tác
6
0
max
Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị
+
Sự tạo phức gây nên một ảnh hưởng đáng kể đến độ tan. Phức là một tiểu phân tích điện chứa một ion
kim loại ở trung tâm liên kết với một hay nhiều phối tử. Ví dụ Ag(NH

3
)
2
+
là một phức chứa ion Ag
+
là ion
trung tâm và hai phân tử NH
3
là phối tử.
Độ tan của AgCl trong nước cất là 1,3.10
-5
M
Tích số tan của AgCl là 1,7.10
-10
M
Hằng số cân bằng của phản ứng tạo phức có gía trị bằng 1,5.10
7
.
6.2. Tính toán để cho thấy rằng độ tan của AgCl trong dung dịch NH
3
1,0M thì cao hơn trong nước cất.
Bài 7 Sử dụng phổ UV như một công cụ phân tích
Phổ UV thường được sử dụng để xác định nồng độ của một chất trong dung dịch bằng cách đo độ hấp
thụ UV ở một bước sóng xác định trong vùng tử ngoại hay khả kiến. Trong khu vực này thì việc hấp thụ
ánh sáng thoả mãn định luật Lambert – Beer: độ hấp thụ ánh sáng tỉ lệ thuận với nồng độ ở một bước sóng
nhất đinh theo biểu thức:

A

=

ε

c

l

(
ε
là hệ số tắt mol phân tử
L

mol
-1

cm
-1
,
độ dày cuvet:
,

A

=

10
log

l

/I).
Đây là những nồng độ lớn nhất và bé nhất ta có thể đo được bằng phép chuẩn độ khử hóa

Fe(II)
fenanthroline

(ferroin)

.

(
λ
=

512

nm,

ε

=

10500

L

mol
-1
cm

-1
).
7-1 Tính
nồng độ bé nhất của
ferroin
ta có thể đo được trong một cuvet dày 1cm ở
512

nm,
nếu
ta đo được lượng ánh sáng hấp thụ chênh nhau 2%.
7-2 Tính
nồng độ lớn nhất của
ferroin

ta có thể đo được trong một cuvet dày 1cm ở 512nm, nếu
có ít nhất

2%
ánh sáng chiếu tới có thể đến được d
etector.
Thành phần của một phức giữa một kim loại M và một phối tử L cũng có thể được xác định bằng
phương pháp phổ khi ta sử dụng phương pháp biến thiên liên tục (hay phương pháp Job), trong đó
tổng nồng độ giữa M và L được giữ không đổi nhưng tỉ lệ của chúng là khác nhau. Đồ thị mô tả độ hấp
thụ ánh sáng và phần mol của chất đó được cho ở dưới đây, khi biểu thức phần mol có dạng:

x
M

=

c
M

/
(c
M
+c
L
)

là khác nhau (đo ở 552

nm).
1
A
0.5
0
0 0.33 1
X
m
7-3 Xác định
công thức của phức và chỉ ra cách tính toán
.
7-4 Hợp chất nào hấp thụ ở

x
M

=0

?
Hợp chất nào hấp thụ ở

x
M

=1

?
Chỉ ra
bằng cách nào bạn biết được câu trả lời
7-5 Tính

tỉ lệ hệ số tắt giữa

M
và
L.
7-6 Tính
phần trăm của ánh sáng tới đã truyền qua dung dịch ở hai thời điểm tương ứng với
x
M

=

0

and

x
M

=

1,

respectively.
Groningen | Hà Lan | 5 - 14 / 7, 2002
7
2
Bài 8 Động hóa học
Nghiên cứu về động học của một phản ứng sẽ cho ta biết những thông tin chi tiết về một phản ứng
hóa học. Bây giờ chúng ta sẽ xét sự hình thành NO và phản ứng của nó với oxy. Phản ứng hình thành
NO xảy ra theo phương trình sau:
2

NOCl

(k) 2

NO

(k)

+

Cl
2

(k)
Hằng số tốc độ

k

là

2.6

x

10
-8

L

mol
-1

s
-1

ở

300K

và 4.9

x

10
-4

L

mol
-1

s
-1

ở

400K. Hằng số khí

R

=

8.314

J

mol
-1

K
-1
8-1 Tính
năng lượng hoạt hóa của phản ứng hình thành NO dựa vào pt

Arrhenius.
Phản ứng giữa

NO
với oxy xảy ra như sau:
2

NO

(g)

+

O
2

(g) 2

NO
2

(g).
Cơ chế của phản ứng này được cho dưới đây:
k
1
NO

(g)

+

O
2

(g)



NO
3

(g)
nhanh
k
-1


k
2
NO
3

(g)

+

NO

(g) 2

NO
2

(g)
chậm
8-2
Viết biểu thức tốc độ phản ứng đối với sự hình thành
NO
2

dựa vào cơ chế trên.
Thực nghiệm chứng minh biểu thức tốc độ có dạng

s

=

k

[NO]
2

[O

].
8-3
Chọn câu trả lời đúng:
Cơ chế đã cho là đúng.
Cơ chế đã cho là sai.
Thí nghiệm dựa trên một kết luận khác

Bài 9 Liên kết và năng lượng liên kết:
Một số các qúa trình giữa muối và tinh thể có thể được hiểu bằng cách đo năng lượng chứa đựng trong một
mô hình ion đơn giản khi ion đó có bán kính xác định và điện tích là một số nguyên lần so với điện
tích nguyên tố. Mô hình này được mô tả sự phân ly của các phân tử ion trong pha khí. Như vậy sự phân ly
thường dẫn đến sự hình thành các nguyên tủe trung hoà, nhưng năng lượng phân ly này có thể được tính
dựa trên các só liệu và một sơ đồ các phản ứng bao gồm sự hình thành ion tự do từ các nguyên tử trung
hoà. Đó là chu trình Born - Hber.

Năng lượng liên kết, ái lực electron và năng lượng uon hóa của một số phân tử hai nguyên tử:
E
lk

NaCl
=

-

464

kJ

mol
-1
Ái lực electron

Cl
=

-

360

kJ

mol
-1
E
l k

KCl
=

-

423

kJ

mol
-1
Năng lượng ion hóaNa
=

496

kJ

mol
-1
E

l k

MgCl
=

-

406

kJ

mol
-1
Năng lượng ion hóa thứ 1 của Ca
=

592

kJ

mol
-1
E
l k

CaCl
=

-

429

kJ

mol
-1
Năng lượng ion hóa thứ 2 của Ca =

1148

kJ

mol
-1
9-1
Xây dựng
chu trình Born – Haber đối với sự phân ly của NaCl thành các nguyên tử trung hòa và
tính năng lượng này. Giả sử trong NaCl liên kết là 100% ion.
9-2 Xây dựng
chu trình Born – Haber cho sự phân ly của
CaCl
2

thành 3 nguyên tử trung hòa và
tính năng lượng phân ly củaCaCl
2
,
giả sử rằng độ dài liên kết của phân tử ba nguyên tử giảm đi 9%
so với phân tử hai nguyên tử.
8

Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị
Bài 10 Bản chất của photpho
Photpho là một nguyên tố quan trọng xuất hiện nhiều trong tự nhiên cũng như sản phẩm nhân tạo. Tiêu
biểu là các photpholipit, axit nucleic và ligand cho các chất xúc tác hiệu lực. Hơn thế nữa, phổ

31
P-NMR có
thể cho ta những thông tin quan trọng về các hợp chất có chứa P. Tính chất đặc trưng của phổ

31
P-NMR
(tương tác với cặp proton bị loại bỏ) là bước chuyển dịch hóa học rất lớn so với các cấu trúc phổ tương tự
(Lưu ý rẳng các đồng phân quang học đối quang thì không cho những tín hiệu khác nhau trên phổ cộng
hưởng từ NMR)
Diankyl

photphit

A
nhận được từ raxemic
butan-2-ol
và
diankyl

photphit

B

nhận được từ (S-)-butan-2-ol
tinh khiết quang học. Phổ

1
H-tương tác cặp proton bị loại bỏ

31
P-spectrum
của
A

được cho ở dưới.
Phổ của
chất B chỉ cho
duy nhất một pic và có cùng bước chuyển dịch hóa họcgiống như một trong các tín hiệu
của A.
Lưu ý: Một diankylphotphit có CTPT

(RO)
2
P-OH.
10-1 Vẽ
cấu trúc không gian và công thức chiếu Fischer tương ứng với đồng phân lập thể của chất A
mà có các tín hiệu phổ như hình 1
.
Vẽ
công thức không gian và công thức chiếu Fischer của chất B
.
Hình:
Phổ
31
P-NMR
của chất

A
(tương tác
1
H được bỏ qua).
Hợp chất

C
là
diankyl

photphit
nhận được từ
metanol.
Hợp chất

D
là
diankyl

photphit
nhận được từ pro
pan-2-ol.
Hợp chất

E
là
diankyl

photphit
nhận được từ

raxemic

1-phenylethanol.
10-2 Có bao nhiêu tín hiệu xuất hiện trên phổ
31
P-NMR
của hợp chất
C,

D

và

E?
Nếu như có nhiều hơn
một tín hiệu thì hãy chỉ ra những vùng có tín hiệu pic.
10-3 Vẽ
phổ
1


H- N

MR
của chất
A

(giả sử rằng không có sự chồng chất tín hiệu). Chỉ ra chiều
cao pic tương đối cũng như sự phân ly của các tín hiệu.
William

S.

Knowles

(Giải thưởng Nobel năm 2001) sử dụng xúc tác rhodi chứa ligand photpho F trong
sự tổng hợp

L(-)

DOPA

là một loại dược phẩm quan trọng để điều trị bệnh mất trí nhớ.
An

Ph
P
Ph

P
An
F
Ph = C
6
H
5
An = ortho-CH
3
O-C
6

H
4
cặp electron ko liên kết
O
HO
OH
NH
2
HO
L (-) DOPA
10-4 Vẽ
công thức không gian của tất cả các đồng phân lập thể của hợp chất F và chỉ ra chất nào
trong số chúng thì thích hợp đối với sự tổng hợp cả

L(-)
hay
D(+)

DOPA.

(Sử dụng công thức
không gian như đã chỉ ra của chất F)
10-5 Trong hợp chất F thì photpho có cấu hình tháp. Điều này có nghĩa là:
a) Rất quan trọng đối với chất F để có thể đóng vai trò là một ligand bất đối xứng
b) Không quan trọng.
c) Chỉ đúng khi không có sự chuyển đổi cấu hình.
d) Chỉ đúng ở nhiệt độ rất cao.
Có thể có nhiều hơn một câu trả lời đúng.
Groningen | Hà Lan | 5 - 14 / 7, 2002
9

Sau đó ligand G được phát triển để phục vụ cho mục đích tương tự
PPh
2
Ph N
CH
3
N Ph
Ph = C
6
H
5
CH
3
PPh
2
G
10-6 DVẽ công thức không gian của tất cả các đồng phân lập thể có thể có của ligand G và chỉ ra chất
nào trong số chúng là thích hợp trong việc tổng hợp bất đối xứng

L(-)
hay
D(+)

DOPA.

(Sử dụng công thức không gian của chất đã chỉ ra ở trên)
10-7
Trong hợp chất G thì photpho có dạng hình tháp. Điều này có nghĩa là:
a) Rất quan trọng đối với chất F để có thể đóng vai trò là một ligand bất đối xứng
b) Không quan trọng.

c) Chỉ đúng khi không có sự chuyển đổi cấu hình.
d) Chỉ đúng ở nhiệt độ rất cao.
Có thể có nhiều hơn một câu trả lời đúng.
10-8
Có bao nhiêu tín hiệu xuất hiện trong phổ
31
P-NMR
của
ligand

G?
Nếu có nhiều hơn một tín
hiệu thì hãy chỉ ra các vùng pic liên quan
.
Bài 11 Tinh khiết quang học
Các đồng phân quang học đối quang thì có những tính chất vật lý khác nhau. Ví dụ đồng phân R- của
asparagin thì có vị ngọt còn đồng phân S- thì đắng. Trong tổng hợp dược phẩm hiện đại thì chất đầu cho
chuỗi tổng hợp phải là một chất tinh khiết quang học. Phenylalanin là một aminoaxit cơ bản cho tổng hợp
dược phẩm. Các đồng phân đối quang thì không cho những tín hiệu khác nhau trên phổ NMR. Tuy nhiên
khi tạo được các dẫn xuất thích hợp thì có thể tìm thấy được sự khác nhau trên phổ NMR. Để thực hiện
việc này thì penylalanin metyl este A có độ tinh khiết quang học 75% được xử lý với thuốc thử Mosher P và
một chất Q tinh khiết quang học nhận được từ axit mandelic trong sự có mặt của trietylamin (C
2
H
5
)
3
N.
O
Ph OMe

NH
2
A
O
MeO
Cl
CF
3
Ph
P
O Cl
MeO H
Ph
Q
Me

=

CH
3
Ph

=

C
6
H
5
Công thức chiếu
Fischer

Công thức chiếu Fischer
11-1 Viết công thức của các dẫn xuất nhận được khi cho chất A phản ứng với chất P và chất Q.
11-2 Tính chất nào

của trietylamin
được sử dụng trong phản ứng này
?

(Chọn câu trả lời đúng)
a) Để tránh sự raxemic hóa este

A.
b) Để trung
hòa axit clohydric sinh ra.
c) Để hoạt hóa este

A.
d) Để tạo phức với lượng dư tác nhân

P
hay
Q.
11-3 Vẽ
phổ
1
H-NMR
cho các proton của các dẫn xuất đã đề cập ở câu
11-1.
(Lưu ý: Hợp chất A chỉ có độ tinh khiết quang học 75%)
(a)

Nhóm proton metoxy của dẫn xuất nhận được từ P.
(b)
Nhóm proton metoxy của dẫn xuất nhận được từ Q.
11-4 Vẽ
phổ
19
F-NMR
của các tín hiệu nhận được từ
P.
10
Bài 12: Axit polylactic
Axit polylactic (PLA) là một polyme sinh học rất quan trọng. Nó được sản
xuất ở một vùng rộng lớn trên lãnh thổ Hà Lan. Đơn vị cơ bản là axit (+)-
lactic, chất này có thể nhận được từ đường bằng cách lên men. Một tính
chất hấp dẫn của PLA là có thể được phân tích dễ dàng bằng các chất tự
nhiên.PLA được sử dụng trong ngành dược, ví dụ như cấy và điều khiển
quá trình vận chuyển thuốc. Phân tử PLA có KLPT lớn có thể nhận đuợc
từ axit lactic hay dilacton vòng của nó là chất A.
12 – 1. Viết phản ứng hình thành tetrame của PLA từ axit lactic
12 – 2. Viết phản ứng hình thành tetrame của PLA từ dilacton vòng A.
Có thể cho rằng trong quá trình polyme hóa của axit lactic thì thể tích của hệ phản ứng không hề thay đổi và
hằng số cân bằng K = 4. p là qúa trình polyme hóa. Độ dài trung bình của mạch polyme là P = 1/(1-p).
12 – 3. Tính số đơn vị monome trên độ dài trung bình của mạch khi không có sự loại nước.
12 – 4. Tính số lượng nước bị loại ra trong qúa trình sản xuất PLA từ axit lactic để nhận đuợc số lượng
monome trung bình trên mạch là 100. Bắt đầu với 10 mol axit lactic.
Bài 13: Ô chữ Hóa học.
Hợp chất A có công thức C
8
H
9

N
2
O
2
Cl, không tan trong nước và bazơ. Hợp chất A tan chậm trong dung dịch
axit HCl.
13 – 1. Nguyên tử nào của A bị biến đổi trong phản ứng với HCl ?
Hợp chất A phản ứng ngay với axetyl clorua để cho ra một sản phẩm không hề tan được trong axit và bazơ.
13 – 2. Nhóm chức nào của A có thể tham gia phản ứng với axetyl clorua ?
Phổ
1
H – NMR của A được cho ở dưới đây:
13 – 3. Ta có thể xác định được nhóm chức nào ở vùng tín hiệu a và b ?
a b
a b
O
O
O
O
CH
3
H
3
C
A
Hợp chất

A

phản ứng với

Sn/HCl
để tạo thành hợp chất B có công thức phân tử
C
8
H
11
N
2
Cl.
13-4
Nhóm chức nào bị biến đổi khi chất A phản ứng với
Sn/HCl?
13-5
Vẽ công thức của A phù hợp với tất cả những thông tin cho trên (Lưu ý: A không cho
phản ứng với bạc nitrat trong bất kỳ điểu kiện nào)
.
Bài 14 Màu xanh da trời của gốm Delft và Vitamin B12
Màu xanh đặc trưng của gốm Delft xuất hiện do sự hấp thụ tia sáng
màu đỏ và xanh bởi ionCo
2+

xuất hiện trong thành phần của lớp men
mỏng của gốm. Lớp men này được chế tạo bằng cách trộn muối coban
với các thành phần thủy tinh. Ví dụ: silicat, borat và natrir. Khi đun
nóng thì một lớp thủy tinh mỏng được hình thành và có chứa ion

Co
2+
Ion Co

2+

là ion của một kim loại chuyển tiếp với obitan 3d chưa được
điền đầy. Màu sắc của các kim loại chuyển tiếp nhóm 3d được gây nên
bở sự chuyển các electron từ giữa các mức năng lượng cao và thấp
được gây ra bởi sự tách trường tinh thể.
14-1
Viết cấu hình electron đầy đủ của
Co
2+

?
(Z

=

27)
Ô trả lời
14-2 Vẽ
hình dạng của 5 obitan 3d. Vẽ cả ba trục toạ độ
.
Ô trả lời
Mức chuyển giữa các obitan 3d là không qúa mạnh. Hệ số tắt mol của ion Co
2+

trong ánh sáng xanh và

đỏ là
20

M
-1
cm
-1
.
Với tia sáng đơn sắc màu xanh da trời thì 90% ánh sáng đỏ và xanh bị hấp thụ.
14-3 Tính
nồng độ của ion
Co
2+

trong lớp men nếu độ dày của lớp men là

1

mm.
(Hướng dẫn: Sử dụng định luật Lambert – Beer)
Ô trả lời
12
N
Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị

Trong cơ thể con người thì có sự hiện diện của ion Co ở dạng phức trong vitamin B12. Tôngr lượng coban
trong cơ thể một người 70kg là 3mg. Năm 1964 thì

Dorothy

Crowfoot-Hodgkin
nhận giải thưng Nobel cho sự
xây dựng cấu trúc của vitamin này. Cấu trúc đó được dẫn ra ở dưới đây. Trạng thái oxy hóa của Co có thể rất

khác nhau. Số oxy hóa hay gặp là 2+ và 3+, nhưng trong Vitamin B12 thì chỉ có sự tồn tại của Co
+
O
H
2
N
H
R
H
2
N
O
N
N
Co
O
NH
2
H
NH
2
N
H
2
N
O
N
O
Vitamine

B
12

(R

=

adenosyl)
O
N
NH
HO O
O
P
O
O
O
14-4
Sắp xếp lại thứ tự các ion Co dựa trên sự tăng bán kính của ba trạng thái oxy hóa
.
Ô trả lời
14-5 Đối với số oxy hóa nào

của ion Co
(1+,

2+,

3+)
ta có thể thấy một tín hiệu trên phổ EPR

(Phổ cộng hưởng thuận từ electron)?
Giải thích cấu hình spin cao của tất cả các dạng
oxy hóa
.
Co
+
có

/
k
o
Co
2+
có

/
k
o
Co
3+
có

/
k
o
Ô trả lời
14-6 Tính xem có bao nhiêu ion Co có trong cơ thể một người nặng 70kg
(KLPT

Co

=

58.93.)
Ô trả lời
14-7 Cho biết

số phối trí của coban trong phức vitamin B12?
(chọn câu trả lời đúng)
1 2 3 4 5 6 7 8
Ô trả lời
Groningen | Hà Lan | 5 - 14 / 7, 2002
13
Bài 15 Tổng hợp thuốc gây mê cục bộ
Sự phát triển của các loại dược phẩm mới phụ thuộc nhiều vào tổng hợp hữu cơ. Phương pháp chỉnh
lại phân tử được sử dụng để có thể nhận được các dược chất có tính chất như mong muốn. Sau đây
là qúa trình tổng hợp proparacaine (proxymetacaine). được sử dụng để điều trị các bệnh về mắt.
15-1
Hoàn thành qúa trình tổng hợp bằng cách viết CTCT của
A,

B,

C,

D,

và

E.

O
HNO

3
n-C

3
H

7
Cl SO

C

l
2
HO

CH

2
CH

2
N(C

2
H

5

)
2
H

2
/Pd(C

)
OH
A

B C
D
E
bazơ
H

O
Ta có thể giả thiết rằng tất cả các sản phẩm đều có thể phân lập được
15-2
Khi ta nitro hóa axit meta – hydroxybenzoic thì nhận được những sản phẩm nào ?. Viết công
thức cấu tạo của chúng
.
15-3
Khi
tert-C
4
H
9
Cl

được sử dụng thay cho
n-C
3
H
7
Cl,
điều này dẫn tới:

Một sản phẩm tương tự B (nếu đúng thì hãy viết CTCT sản phẩm)
 Không có phản ứng
l.


Phân huỷtert-C
4
H
9
Cl.

Sản phẩm thế vào vòng thơm.
Chọn câu trả lời đúng.
Bài 16 Cấu trúc của Peptit
Protein hiện diện trong hầu hết các tế bào sống và đóng vai trò quan trọng trong hóa học của sự sống. Nó
được tạo thành từ các đơn vị cấu trúc là các axit α - aminocacboxylic. Peptit là các protein "thu nhỏ" với một
vài aminoaxit. Liên kết peptit là các liên kết amit được hình thành từ sự ngưng tụ của nhóm amin của
aminoaxit này với nhóm cacboxyl với aminoaxit kế cận
16-1
Những dipeptit nào có thể được hình thành từ phenyalanin F và alanin A ? Viết CTCT
.
Ph

CH
3
H
2
N
CO
2
H
H
2
N
CO
2
H
H
2
N
CO
2
H
H
2
N
CO
2
H
F
A
G
L

Trong phương pháp phân tích peptit thì việc nhận diện các aminoaxit đầu N và đuôi C đóng một vai trò quan
trọng. Phương pháp Sanger có thể giúp ta nhận diện được aminoaxit đầu N bằng cách xử lý aminoaxit với
2, 4 – dinitroflobenzen trong môi trường kiềm yếu, sau đó là thuỷ phân hoàn toàn các liên ết peptit.
Aminoaxit đầu N sẽ cho kết tủa màu vàng và dễ dàng được nhận diện bằng phương pháp sắc ký giấy.
Bằng phương pháp này thì Sanger đã nhận được giải thưởng Nobel năm 1958 và 1980.
16-2
Phản ứng nào xảy ra khi cho aminoaxit tác dụng với tác nhân Sanger (để cho gọn thì aminoaxit
đầu N được viết tắt là
H
2
NR).
Viết phản ứng
.
Aminoaxit đuôi C chứa nhóm chức –COOH tự do trong peptit thì được phân lập bằng cách thủy phân
chọn lọc đơn vị aminoaxit đuôi C bằng enzym cacboxipeptidaza (phân lập từ tuyến tụy). Đối với một
tetrapeptit chứa các aminoaxit F, A, glyxin G và Leuxin L thì aminoaxit đuôi C nhận diện được là F.
Phương pháp Sanger nhận diện được G là aminoaxit đầu N.
16-3
Đề nghị các công thức cấu tạo có thể có của tetrapeptit này.
14
Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị
Bài 17 Ribonucleaza
Enzym ribonucleaza A lấy được từ tuyến tụy của trâu bò là enzym được dùng để tìm hiểu về RNA. Nó rất bền
vững. Nó vẫn giữ lại được hoạt tính khi đun trong nước ở 100
o
C và pH = 7 trong khi các enzym khác thì không
thể giữ lại được hoạt tính trong điều kiện đó. Tính bền của A được giải thích là do sự hình thành các cầu nối
disunfua S -S giữa mạch cystein. Cầu nối S – S được hình thaàn bằng cách oxy hóa thiol hiện diện trong
các phân tử cystein theo phương trình sau:
SH SH

oxi hóa
S



S
17-1
Các tác nhân khử hóa như
2-mercaptoethanol

có thể cắt cầu nối S – S. Viết phản ứng cắt mạch
khi ta sử dụng hai đương lượng

2-mercaptoethanol.
Viết công thức cấu tạo của A, B và C.
S



S
HSCH
2
CH
2
OH HSCH
2
CH
2
OH
A B

+

C
17-2
Động lực nào khác được biết là có thẻ sử dụng để lập nên cấu trúc 3D của protein
 Nồng độ prolin cao
 Áp suất khí quyển
 Lực tĩnh điện
 Trọng lực
 Liên kết hydro
 Lực từ
 Kích thước của các cơ thể hữu cơ (protein của động vật lớn bền vững hơn)
 Lực Van der Waals.
Chọn câu trả lời đúng (có thể nhiều hơn 1).
Xử lý ribonucleaza

A
với
8

M

ure

H
2
NC(=O)NH
2

trong sự có mặt

0.01

M

2-mercaptoetanol dẫn đến sự
biến mất hoàn toàn hoạt tính enzym do sự bẻ gãy liên kết cầu S – S. Ta từ từ tách ure và 2-mercaptoetanol
bằng cách thẩm tách cùng với việc tiến hành oxy hóa lại trong sự có mặt của chất oxy hóa
sẽ phục hồi lại
hoạt tính của enzym. Các thí nghiệm của Christian Anfinsen cách đây gần 50 năm đã điều tra ra được
protein protein tồn tại chủ yếu ở dạng gấp nếp cơ sở và có hoạt tính sinh học, dạng 3D. Trong những thí
nghiệm bổ sung thì Anfinsen chỉ loại bỏ 2 – mercaptoetanol và chỉ cho ribonucleaza tương tác với 8M ure
trong sự tương tác với oxy. Lúc này thì các liên kết cầu S – S xuất hiện một cách ngẫu nhiên. Thay thế bằng
cách loại bỏ ure chỉ dẫn đến việc hồi phục lại 1% hoạt tính của enzym.
Giả thiết rằng chỉ có sự hình thành các liên kết cầu S – S là liên quan đến hoạt tính của enzym. Cũng
giả thiết rằng trong những điều kiện như trên thì các liên kết S – S được tạo thành với xác suất như
nhau.
17-3
Tính số trung tâm hoạt động của ribonucleaza A
.
Bài 18 Động học các phản ứng xúc tác enzym
Phản ứng xúc tác enzym đóng vai trò quan trọng tron hóa học. Phân tích động học các phản ứng đó giúp
chúng ta hiểu thêm về tính chất của enzym.
Phản ứng xúc tác enzym của hai chất A và B với enzym E có
thể được miêu tả bởi các phương trình từ (1) – (5):
(1) E

+

A EA

K
A
(2) E

+

B EB

K
B
(3) EB

+

A EAB

K'
A
(4) EA

+

B EAB

K'
B
(5) EAB
sản phẩm tốc độ phản ứng

v

=

k

[EAB]
Groningen | Hà Lan | 5 - 14 / 7, 2002
15
Khi hằng số tốc độ phản ứng nhỏ thì cân bằng

(1)-(4)
rất khó chuyển dịch do có phản ứng
(5).
Điều này
dẫn đến biểu thức (6) với

V
max

là vận tốc cực đại của phản ứng, điều này đạt được khi enzym bị phân chia
bởi chất phản ứng (tất cả enzym đều liên kết với A hay B).
V
max
(6)
v =
1 + K
A
/[A] + K
B

/[B] + K
A
K'
B
/[A][B]
18-1
Viết biểu thức của các hằng số cân bằng
.
Xét phản ứng thủy phân mantozơ bằng enzym

α-glucosidaza, phản ứng này cho hiệu suất toàn lượng
(7) maltozơ

+

H
2
O 2

glucozơ
Nồng độ chất phản ứng mantozơ thường dao động trong khoảng từ10
-4

đến

10
-1

M.
Nước là dung môi,

như vậy nồng độ của nước là một hằng số là
55.6

M.
Biểu thức
(6)

có thể được đơn giản hóa do

[B]
không
đổi
.
18-2 Hãy đưa ra

phương trìn đơn giản hơn. Phương trình đó chính là phương trình nổi tiếng
Michaelis – Menten cho phản ứng xúc tác enzym chỉ với một chất phản ứng.
18-3 (a)
Đơn giản hóa phương trình Michaelis – Menten khi cho [A] rất bé (tiến dần đến 0).
(b)
Bậc n của phản ứng được định nghĩa bằng
v

=

k

c
n
.

Vậy với
n=1

thì phản ứng là bậc 1.
Chỉ ra

bậc n của phản ứng khi
[A] 0.
18-4 (a)
Đơn giản hóa phương trình Michaelis – Menten khi
[A]
rất lớn, tức là
[A] ∞,
đây là thời
điểm mà enzym hoàn toàn bị phân lập bởi cơ chất
.
(b)
Chỉ ra bậc n của phản ứng khi:
[A] ∞.
18-5
Hằng số
K
A

là đại lượng đo ái lực của enzym đối với chất phản ứng. Ái lực cao thì tương ứng với
gía trị K
A
cao hay thấp ?. Ở vận tốc nào thì [A] = K ?
18-6 Vẽ
đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vận tốc va vào [A]

.
Xác định
V
max

và

K
A

trên đồ thị này.
Phản ứng xúc tác enzym có thể được ngăn chặn một cách mạnh mẽ khi thêm chất ức chế I phản ứng với
enzym theo phương trình
(8) E

+

I EI K
I
Đối với phản ứng xảy ra sự cạnh tranh giữa chất phản ứng và chất ức chế thì chất ức chế sẽ cạnh tranh
với chất phản ứng về trung tâm liên kết của enzym, chính vì vậy phản ứng sẽ chậm lại nhưng

V
max

thì
không bị ảnh hưởng.Trong phương trình Michaelis – Menten thì K
A
được nhân lên bởi hệ số

(1+[I]/K
i
),

(hệ số này bằng 1 khi [I]
=

0
và rất lớn khi [I] vô cùng lớn). Đối với các phản ứng không xảy ra sự cạnh
tranh thì chất ức chế [I] sẽ không cạnh tranh với chất phản ứng A, K
A
lúc này sẽ không đổi còn V
max
sẽ giảm
xuống. Trong phương trình Michaelis – Menten thì V
max
sẽ bị chia bởi thừa số

(1+[I]/K
I
).
Khi ta nghiên cứu
phản ứng thuỷ phân mantozơ bằng enzym α - glucozidaza thì chất

p-nitrophenyl-

α-D-glucosit

(PNPG)

được sử dụng để thay thế cho mantozơ . Chất p – nitrophenol sinh ra được xác định bằng phương
pháp trắc quang. Từ thí nghiệm thì người ta có thể rút ra được PNPG được sử dụng trong sự có
mặt của mantozơ để xác định hoạt tính của enzym glucozidaza.
18-7
Phát biểu nào sau đây đúng:
 Mantozơ không ảnh hưởng đến tốc độ hình thành

p-nitrophenol.
 Mantozơ là chất ức chế cạnh tranh.
 Mantozơ là chất ức chế không cạnh tranh.
Chọn câu trả lời đúngr.
18-8 Vẽ
đồ thị
V

phụ thuộc

[A]

(cho

[A]
ở trục
x)
đối với phản ứng tạo thành p – nitrophenol trong
sự có mặt của mantozơ khi
[maltose]

=K
maltose

.

Thêm vào
biểu đồ ở câu
18-6.
Chỉ ra điểm
V
max

và

½

V
max
.
16
Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị
Bài 19 Dendrime: Những chất cao phân tử dạng cây
Dendrime
là những phân tử lớn có độ phân nhánh cao với cấu trúc dạng cây. Một phương pháp để
điều
chế những chất này là sử dụng phản ứng cộng Michael, một ví dụ đơn giản như chỉ ra ở dưới đây
(C
2
H
5
)
2
NH

+
dung môi trơ
+

acetic

acid
H
2
C



CHCO
2
Et (C
2
H
5
)
2
N



CH
2
CH
2
CO

2
Et
0

o
C
Một dendrime có thể nhận được bằng cách tiến hành lần lượt các phản ứng sau:
(1)

NH
3

được xử lý hoàn toàn với lượng dư của

acrylonitrin

(H
2
C=CH-C≡N)
để cho sản phẩm có
chứa ba nhóm xianua
.
(2)
Sản phẩm này được xử lý bằng
H
2

với
chất xúc tác để sinh ra một hợp chất có ba nhóm amin bậc
một

(3)
Amin bậc một này được xử lý lần nữa với lượng dư
acrylonitrin.
(4)
Sản phẩm ở bước
(3)
lại được hydro hóa với
H
2

trong sự có mặt của chất xúc tác để cho một
hexaamin. Đây là bước đầu tiên của việc tổng hợp các phân tử lớn có mạch nhánh ?
19-1 (a)
Viết phản ứng xảy ra ở bước
(1).
(b)
Viết phản ứng xảy ra ở bước
(2).
(c)
Viết công thức cấu tạo của chất sinh ra ở bước (3).
(d)
Viết công thức cấu tạo của sản phẩm hydro hóa sinh ra ở bước (4).
Thứ tự của các bước xử lý với acrylonitrin và các phản ứng khử ion xianua có thể được lặp đi lặp lại
vài lần, cuối cùng dẫn đến một phân tử có dạng hình cầu với nhóm amin bậc một nằm trên bề mặt
19-2
Tính xem có bao nhiêu nhóm amin bậc một nằm ở phân tử được tổng hợp sau 5 chu trình
(chu trình thứ nhất bao gồm các bước 1 và 2).
19-3 (a)
Tính số mol hydro trên mol
NH

3
,
cần cho 5 chu trình
(b)
Tính số mol của acrylonitrin cần cho 5 chu trình
.
(c)
Đường kính của dendrime tăng lên
10

Å
sau mỗi chu trình. Tính thể tích của dendrime nhận
được sau 5 chu trình
Bài 20 Carvone
Hợp chất thiên nhiên

l-carvone
được tìm thấy trong cây bạc hà và dầu gừng,
l-Carvone
có góc quay
cực âm. Đồng phân đối quang của nó là
d-carvone
có trị số góc quay cực dương thì được tìm thấy
trong hạt cây carum. Phân tích thành phần carvone thu được
80.00%

carbon,

9.33%

hydrogen
và
10.67% oxy.
Phổ khối lượng chỉ ra rằng khối lượng phân tử của
carvone

=

150.
Phổ
NMR
và
IR
của

carvone
được cho ở dưới đây. Trong phổ UV của carvon thì có một dải hâp thụ cực đại ở
238nm
20-1
Xác định công thức phân tử của
carvone.
20-2
Tính độ bất bão hòa của
carvone.
20-3
Nhóm chức nào biểu thị cho độ hấp thụ mạnh ở
1680

cm
-1

trong phổ IR của carvone?
20-4
Trong phổ IR thì không tìm thấy vạch hấp thụ mạnh trên
3000

cm
-1
.
Chỉ ra nhóm chức nào
vắng mặt trong carvone
.
Groningen | Hà Lan | 5 - 14 / 7, 2002
17
Ở

200

MHz phổ

1
H-NMR
của các tín hiệu có dạng như sau (chúng ta không xem xét sự ghép trên vùng
phổ rộng)
δ

(ppm)
Kiểu Số vạch
1.63
đơn

3
1.68 đơn 3
1.9-2.2 bội 2
2.2-2.5 các vân bội xen phủ lẫn nhau 3
4.75 đôi 1
4.93 đôi 1
6.73 ba 1
20-5 Xây dựng

cấu trúc thích hợp nhất của carvone khi ta biết rằng nó là một vòng 6 cạnh có ba nhóm
thế ở vị trí 1, 2, 4

(Các vân bội xen phủ lẫn nhau bao gồm các tín hịêu CH và CH
2
)
Phổ
1
H - NMR
của

carvone

(khu vực

4.5-5.0

ppm
được phóng to ra
)
Phổ IR của

carvone:
18
2 2
Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 34 | Bài tập chuẩn bị
Bài 21 Điện hóa học của việc chuyển năng lượng
Động cơ là một phần quan trọng của cuộc sống hiện đại. Các xe hơi chạy điện đang được phát triển để
đảm bảo sự vận chuyển trong tương lai. Một trong số những phương pháp chính cho các phương tiện chạy
bằng điện là sử dụng nguồn năng luợng điện thích hợp. Acquy thì cần phải sạc lại khi hết điện cho nên nó
không thể được sử dụng liên tục. Sử dụng phương pháp tạo ra điện tại chỗ trong các pin nhiên liệu đang là
một phương pháp rất hấp dẫn. Pin nhiên liệu là một tế bào điện hóa trong đó các phản ứng hóa học diễn
ra liên tục. Pin nhiên liệu sử dụng các phản ứng cháy để sinh ra điện. Các bán phản ứng cũng diễn ra ở
các điện cực và các electron chuyển
dịch qua một mạch điện kín
.
Các điện cực được phân lập bởi dung
dịch dẫn điện ion hay là điện cực rắn nóng chảy. Các bán phản ứng của pin nhiên liệu hydro – oxy với
chất điện ly là dung dịch KOH bão hòa diễn ra như sau:
O

(k)

+

2

H

O

+

4

e
-
-
→

4

OH
-

(aq) (1)
-
H
2

(k)

+

2

OH

(aq)

→

2

H
2
O

+

2

e
(2)
Phản ứng tổng quát trong pin sau khi thăng bằng electron là:
2

H
2

(g)

+

O
2

(g)

→

2

H
2
O (3)
Sản phẩm phản ứng là nước và hiệu suất khoảng từ

50-60%.
21-1
Phản ứng nào xảy ra trên catot
.
21-2
Phản ứng nào xảy ra trên anot
.
21-3
Viết các phản ứng điện cực khi chất điện ly được sử dụng là axit photphoric
Sự biến thiên năng lượng Gibbs

∆G
o

là thước đo động lực của một phản ứng. Biến thiên năng
lượng này được tính bởi biểu thức:
∆G
o

=

-

n

F

E
với n là số electron di chuyển trong phản ứng và F là hằng số Faraday (96487C). Thế điện cực chuẩn của
O
2

(k)
ở
25

°C
là
+

1.23

V.
21-4
Hãy tính
∆G
o

của pin nhiên liệu trong môi trường axit

(câu

21-3).

Qúa trình sinh ra năng lượng do sự đốt cháy nhiên liệu là rất khó kiểm soát. Ở Hà Lan, khí thiên nhiên là
một nguồn năng lượng hấp dẫn vì nó luôn có sẵn. Các nhà máy điện hiện đại có thể chuyển hóa được
35 – 40% nguồn năng lượng sinh ra do đốt cháy khí thiên nhiên. Phản ứng tỏa nhiệt của khí thiên nhiên
(metan) với oxy được biểu diễn bởi phương trình:
CH
4

(k)

+

2

O
2

(k)

→

CO
2

(k)

+

2

H

2
O

(k)

+
năng lượng
Năng lượng sinh ra thường được sử dụng một cách gián tiếp để sưởi ấm ngôi nhà hay để chạy máy
móc. Tuy nhiên, trong những loại ximăng chịu nhiệt chứa các oxit kim loại ở trạng thái rắn (tồn tại ở
trạng thái ion) làm những chất dẫn điện thì khí thiên nhiên có thể được sử dụng một cách trực tiếp, không
cần xúc tác và hiệu suất chuyển hóa cao hơn hẳn (75%). Phản ứng trong pin này là:
CH
4

(k)

+

2

O
2

(k)

→

CO
2

(k)

+

2

H
2
O

(k)
21-5
Viết các phản ứng ở catot và anot
.
Một loại pin chịu nhiệt khác tận dụng muối cacbonat nóng chảy như là chất dẫn điện. Hydro được sử
dụng làm nhiên liệu, oxy được trộn với

CO
2
.
21-6
Viết phản ứng ở cato, anot và phản ứng tổng quát của pin
.
Groningen | Hà Lan | 5 - 14 / 7, 2002
19