发布时间 : 星期一 文章中学化学竞赛试题资源库 - 分子的结构更新完毕开始阅读499d4bd5360cba1aa811dae8
C20HBr13的产物。这说明已经摘除了部分氢了。接着他们用电子冲击质谱仪来脱溴，在质
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谱仪的气相组分中观察到，在大量的C20的各种溴化物中有微量C20和C202的存在。Prinzbach知道，根据计算的结果，C20的碗状异构体远比球状的稳定。为排除在质谱仪里看到的C20可能是碗状异构体，Prinzbach又从具有芳香性的轮烯（CorannuleneC20H10）溴化，然后在与得到球碳C20相同的条件下摘除它的溴原子，然后与Boston学院的L.T.Scott和FreiBurg的VonIssendorff合作，对比这两种异构体的光电子能谱，发现这两种异构体的光电子能谱是不同的，而且也跟早先已经得知的单环状的C20的光电子能谱也是不同的，球状的C20的光电子能谱十分明显具有封闭笼状多烯的特征，相比之下，单环状的C20构体则具有炔的特征。右图是C20球状的异构体（仅画出骨架结构）。
（1）C20H20中C－C－C键角是 °、C－C－H键角分别是 °。 （2）C20H20的二溴取代物（C20H18Br2）种数是 。
（3）C20中是否存在二次轴、三次轴、四次轴、五次轴或六次轴（n次轴表示绕该轴旋转360o/n与图形完全重合），并说明分别有几条。
（4）写出Prinzbach将C20H20转化为产物C20HBr13的化学方程式。
（5）画出C20碗状异构体骨架结构的平面投影图（垂直“碗口”的方向观察）；为什么C20的碗状异构体远比球状的稳定？
（6）画出C20单环异构体状的结构简式。
84．稠环分子的三维结构常常可以用角张力的减小得以解释。考虑十二面体烷（如右图所示）：
（1）哪一种构型（平面三角形120o；四面体109.5o；或者八面体90o）跟它的键角的角度最接近？
（2）十二面体烷的的立体结构式跟哪一种杂化类型（sp、sp2 or sp3）最接近？
定义“连接处”为分子中任何一个三环体系共用的中心碳原子。试观察十二面体烷中用粗线标出的三个五角形（如图5－5所示）。设有一根轴穿过连接处的中心碳原子，该轴跟三个C—C键的夹角是相同的（如右图所示）。
（3）试作一个理智的猜测，对于十二面体烷，这个角度的精确到的数值是多大？
（4）上述角度减去90o可以描述它们偏离平面性。十二面体烷的连接处是否是平面的？
现在再加富勒烯。所有己知的富勒烯中任何一个连接处偏离平面性都比十二面体烷小。对于C60，所有的连接处都是完全相同的。
已经证实存在比C60更小的富勒烯，例如C58。如果忽略C58的结构中任何一个双键和单键的区别（如右图所示）。为清楚起见，把该分子中的连接处的中心碳原子标为A、B和C并用如右图所示标出。 （5）哪一个连接处偏离平面性最小？哪一个最大？A、B还是C？
最后考虑更大的富勒烯C180，作一级近
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似，设C60和C180。都是“完美的”球体（如右图所示）。
（6）它们的结构中哪一个连接处偏离平面性比较大些？是C60
呢？还是C180？ （7）C180中A、B、C型碳原子各有几个？ A 、B 、C
（8）若把周围全是六边形的六边形的中心标出一个*，那么这些*构成的几何图形为
85．美国Riverside加洲大学教授C.A.Reed发现，用超酸H(CB11H6X6，X＝Cl,Br)将
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C60质子化为HC60，后者在溶液和固态都是很稳定的。研究者获得该超酸的方法是：在低温下液态HCl 作用于固态(C2H5)3Si(CB11H6X6)，随后在真空状态下蒸馏除去挥发性的副产
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物(C2H5)3SiCl。该超酸与C60在溶液中反应得到纯净的固体样品[HC60][CB11H6X6]。解答如下问题：
（1）常见化学反应中， 与超酸H(CB11H6X6，X＝Cl,Br)将C60质子化的反应很相似。
（2）C60，C70，金刚石和石墨四者的关系是 ；有机溶剂中（如乙醇）溶解性较好的是 和 。
（3）副产物(C2H5)3SiCl名称是 ，该物质易水解，产物是 和 ，请分析SiCl4在空气中产生的现象和反应方程式：
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（4）比较下列三种物质的酸性强弱：H(CB11H6X6，X＝Cl,Br)，[HC60][CB11H6X6]，盐酸
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（5）CH3CH＝CH2的水化，通常需要质子性催化剂，其原理与HC60相似。常见的几种酸中：硫酸、盐酸、硝酸、磷酸等，适于作丙烯水化催化剂的是_______________。
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（6）上述阴离子[CB11H6X6](X＝Cl,Br)的结构可以跟下左图的硼二十面体相比拟，也
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是一个闭合的纳米笼，而且，[CB11H6X6]离子有如下结构特征：它有一根轴穿过笼心，依据这根轴旋转360°/5的度数，不能察觉是否旋转过。
①写出满足条件的全部阴离子的化学式： ②请在下右图右边的图上添加原子（用元素符号表示）和短线（表示化学键）画出任一一个阴离子的结构，这样的阴离子共有 个（其中与碳原子相连的是氢原子而不是X原子）。
86．稠环分子的三维结构常常可以用角张力的减小得以解释。试考虑下列分子： 十二面体烷（下左图）和椭圆烯C32H14（下右图）。
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在十二面体烷中的每一个C5环是规则的正五角形，而椭圆烯中的每一个C6环可以认为是正六角形。
（1）它们的∠（CCC）角分别多大？
（2）哪一种构型（平面三角形，120°；四面体，109.5°；或者八面体，90°）跟上面的∠（CCC）的角度最接近？
（3）十二面体烷和椭圆烯的立体结构式跟哪一种杂化类型（sp、sp2或sp3）最接近？ 定义“连接处”为分子中任何一个三环体系共用的中心碳原子。试比较十二面体烷中用粗线标出的三个五角形、椭圆烯中的三个六角形（下图）。
设有一根轴穿过连接处的中心碳原子，该轴距三个C－C键的夹角是相同的（右图）。
（4）试作一个理智的猜测，对于十二面体烷和椭圆烯，这个角度精确到三度的数值是多大？
（5）上述角度减去90°可以描述它们偏离平面性。哪一种连接处是平面的？ 现在让我们来考虑两种稠环烯：十二面体烯（C20H18）和椭圆烯（下图）。
假设分子骨架是刚性的，而且在（上图中标出的）双键加氢后骨架的畸变可以忽略。再假定所有的双键都是离域的。
（6）试比较上图中标出的一对碳原子C＝C加氢时，哪一种放出的热量较多？
现在再考虑富勒烯。所有已知的富勒烯中任何一个连接处偏离平面性都比十二面体烷小。
对于C60（左下图），所有的连接处都是完全相同的。试考虑在C60的任何一个C＝C处加氢（中下图）。
（7）C60、十二面体烯和椭圆烯中哪一个加氢放热最多？（仍然假设双键是离域的）
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（8）C60、十二面体烯和椭圆烯哪一个加氢放热最少？ 已经证实存在比C60更小的富勒烯，例如C58。如果忽略他的结构中任何一个双键和单键的区别（见右上图）：
为清楚起见把该分子中的连接处的中心碳原子标为A、B和C，并用下图标出。
（9）哪一个连接处偏离平面性最小？是A还是B、C？ （10）哪一个连接处偏离平面性最大？是A还是B、C？
（11）将上述碳碳键编号为1－9，哪一处最容易发生加氢反应？ 最后考虑更大的富勒烯C180（右图）。
作一级近似，设C60和C180都是“完美的”球体。
（12）对它们的结构中哪一个连接处偏离子面性比较大些？是C60还是C180？
（13）对比C60、C180和石墨，下面对于以kJ/g为单位的ΔHf?值哪一个是正确的？ ΔHf?（C60）＜ΔHf?（C180）＜ΔHf?（石墨） ΔHf?（C60）＞ΔHf?（C180）＞ΔHf?（石墨） ΔHf?（C60）＝ΔHf?（C180）＜ΔHf?（石墨） ΔHf?（C60）＝ΔHf?（C180）＝ΔHf?（石墨） ΔHf?（C60）＝ΔHf?（C180）＞ΔHf?（石墨） ΔHf?（C180）＞ΔHf?（C60）＞ΔHf?（石墨）
富勒烯生成的时间很快，典型的是毫秒级。在所有的合成技术中得到的C60的量比C180
的量大得多。
（14）在下图见a～e中，哪一个对于下面两个转化反应表达势能对反应进程的依赖关系是在确的？
反应物3C60 反应物C180
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