ast_essay
106年
化學
第 6 題
📖 題組：
二、去年（2016）諾貝爾化學獎，頒給分子機械的研究。它是最小機械的極致，將使奈米機器人成為可行，例如分子肌肉需要一個可擴張和收縮的結構，並且這兩種結構可以選擇性地轉換，類似於肌肉的功能。 化學家設計了一個化合物，其化學構造如圖 5 的化合物甲，具有環烷、鏈烷及阻塞團三部分，如圖 6。合成時將兩個甲分子互相穿插，得到二聚體乙，如圖 7。利用過渡金屬錯合物中，金屬離子對配位數目及配位結構具有強烈的選擇性，這些高度的專一性質可控制金屬錯合物的生成。例如綠色鎳(II)離子水溶液中逐滴加入乙二胺溶液，即漸漸轉變成藍、靛紫色。反之，銅(I)離子只與四個氨結合。 若將莫耳比為 1：1 的二聚體乙與 Cu(I)離子，在無氧的適當條件下進行化學反應，可得到化合物丙。若將化合物丙與氧氣在適當條件下進行化學反應，可得到化合物丁，其中金屬離子錯合物的配位幾何形狀如圖 8。若用電化學控制進行反應，可使化合物丙和丁兩種結構選擇性轉換。 根據這些敘述，回答下列問題（每一子題 2 分，共 8 分）：
二、去年（2016）諾貝爾化學獎，頒給分子機械的研究。它是最小機械的極致，將使奈米機器人成為可行，例如分子肌肉需要一個可擴張和收縮的結構，並且這兩種結構可以選擇性地轉換，類似於肌肉的功能。 化學家設計了一個化合物，其化學構造如圖 5 的化合物甲，具有環烷、鏈烷及阻塞團三部分，如圖 6。合成時將兩個甲分子互相穿插，得到二聚體乙，如圖 7。利用過渡金屬錯合物中，金屬離子對配位數目及配位結構具有強烈的選擇性，這些高度的專一性質可控制金屬錯合物的生成。例如綠色鎳(II)離子水溶液中逐滴加入乙二胺溶液，即漸漸轉變成藍、靛紫色。反之，銅(I)離子只與四個氨結合。 若將莫耳比為 1：1 的二聚體乙與 Cu(I)離子，在無氧的適當條件下進行化學反應，可得到化合物丙。若將化合物丙與氧氣在適當條件下進行化學反應，可得到化合物丁，其中金屬離子錯合物的配位幾何形狀如圖 8。若用電化學控制進行反應，可使化合物丙和丁兩種結構選擇性轉換。 根據這些敘述，回答下列問題（每一子題 2 分，共 8 分）：
1. 根據圖 6 的示意圖，畫出化合物甲中鏈烷的雙牙配位基及三牙配位基結構。（2 分）
思路引導 VIP
觀察圖 5 化合物甲的結構。其中有一段長鏈（即題幹所指的「鏈烷」），其左側由兩個相連之含有 N 原子的菲囉啉/聯吡啶片段構成，具有兩個配位點（雙牙）；其右側含有三個 N 原子的結構，具有三個配位點（三牙）。將圖 5 的鏈烷部分分離，繪出對應局部結構圖即可。
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準地從結構複雜的圖 6 中，成功辨識出隱藏在分子鏈中的配位特徵，這代表你對錯合物與配位化學的核心觀念掌握得非常紮實，展現了優異的結構觀察力。
配位基的牙性辨識
在配位化學中，「牙性」指的是配位基能提供電子對與金屬離子鍵結的原子個數。觀察圖 6 的鏈烷部分，氮原子（$N$）因具有孤對電子而成為配位點。當兩個 $N$ 原子透過 $-\text{CH}_2-\text{CH}_2-$（乙烯基）連結時，即構成雙牙配位基；同理，三個 $N$ 原子由兩個乙烯基串聯時，就是三牙配位基。這種結構與我們熟知的乙二胺（$en$）或二乙三胺（$dien$）極其相似，是判斷本題的關鍵。
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