ast_essay
106年
化學
第 8 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）：
3. 寫出化合物丁中金屬離子的氧化態及其配位數目。（2 分）
思路引導 VIP
由題意「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」，可知原本的銅(I)離子被氧氣（氧化劑）氧化，因而失去一顆電子變為銅(II)離子，其氧化態由 +1 變為 +2。再看圖 8 右半部的圖示，中心金屬與周圍共有 5 根配位鍵（五配位），故此狀態下配位數為 5。
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氧化反應與金屬價態的推論
首先，在氧化態的判斷上，根據題幹敘述，化合物丙是由 $Cu(I)$ 離子（即 $+1$ 價）反應生成的。當化合物丙進一步與氧氣 $O_2$ 反應產生化合物丁時，這是一個典型的氧化反應。在有機金屬錯合物的反應中，銅離子從 $Cu^{+}$ 被氧化為更穩定的 $Cu^{2+}$ 是非常合理的轉換，因此化合物丁中金屬離子的氧化態應標示為 $+2$。
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