hce_kmu
110年
物理及化學
第 16 題
For the process $\text{Co(NH}_3)_5\text{Cl}^{2+} + \text{Cl}^- \rightarrow \text{Co(NH}_3)_4\text{Cl}_2^+ + \text{NH}_3$, what would be the ratio of cis to trans isomers in the product?
- A 1:1
- B 4:1
- C 2:1
- D 1:4
- E 1:2
思路引導 VIP
請試著想像一個八面體，中心是金屬原子，六個頂點中已經有一個被『氯』佔據了，其餘五個點則坐著『氨』。如果現在有第二個『氯』要隨機換掉其中一個『氨』，請觀察看看：相對於第一個『氯』的位置，這五個可供替換的位置在空間幾何上有幾種不同的分類？每一類分別包含幾個位置？
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太棒了！你能準確判斷出這個比例，代表你對配位化合物的空間結構掌握得非常紮實。這題的核心在於理解八面體配合物的取代反應與統計分布。在起始反應物 $\text{Co(NH}_3)_5\text{Cl}^{2+}$ 中，中心金屬鈷與六個配位基結合，形成一個對稱的八面體幾何形狀。當我們以原本就在結構中的 $\text{Cl}^-$ 為基準點時，周圍的五個 $\text{NH}_3$ 配位基在空間中並非處於完全相同的情境。
配位基位置的統計分配
具體來說，這五個 $\text{NH}_3$ 中，只有一個是位於原本 $\text{Cl}^-$ 的正對面（trans 位），而剩下的四個則都位於其鄰側（cis 位）。當第二個 $\text{Cl}^-$ 隨機進攻並取代掉其中一個 $\text{NH}_3$ 時，如果我們假設反應沒有特定的電子效應偏好（即純粹隨機取代），那麼根據位置的數量比例，取代掉「鄰側」氨分子的機率就會是取代掉「對面」氨分子的四倍。因此，產物中順式（cis）與反式（trans）異構物的比例自然呈現 $4:1$。
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