ВсОШ 2025, 9–11 классы, №Н-9
Thinking Space
Бинарная частица , состоящая из элементов малых периодов (один из них – , обнаруживается в межзвёздном пространстве. На Земле же ее образование возможно лишь в аргоновой матрице при низких температурах ввиду склонности к олигомеризации с образованием в основном тримера (р-ция и полимера (р- ция .
Известно не так много способов генерации молекулы . Одними из них являются получение органических соединений , и их последующее разложение. Исходными соединениями для синтеза являются вещества и . образуется в качестве единственного продукта при реакции магния с трициклическим и содержащим двойные связи углеводородом (дающий в масс-спектре сигнал с = в растворе распространённого органического растворителя (M(D) г/моль), который также входит в координационную сферу комплекса. = %) является источником дианиона . Молекулярное соединение получают взаимодействием одного эквивалента хлорида с двумя эквивалентами диметиламина (р-ция , при этом не выделяется. образуется в ходе следующей последовательности реакций:
и реагируют в соотношении (р-ция ;
Полученный продукт обрабатывают соляной кислотой (р-ция ;
Проводят взаимодействие с , являющейся натриевой солью. В результате последней реакции образуется (ω(С) = %), которое уже при комнатной температуре разлагается. При этом продуктами, помимо , являются и газ . также выделяется при разложении . = %, = %) можно получить по той же последовательности реакций, что и , но исходным соединением вместо является другое органическое вещество – . При нагревании до , образуются продукта: , органическое и изоэлектронные и . Если разложение проводить при , то выделяются только два вещества: и . Дополнительная информация: не содержит магния и хлора; и содержат и типов атомов водорода, соответственно; содержит три оси симметрии второго порядка.
Вопрос 1. Определите все неизвестные вещества. Для органических соединений приведите структурные формулы.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 2. Запишите уравнения реакций . В реакциях укажите структурные формулы продуктов.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 3. Почему для получения нельзя в качестве исходного реагента использовать хлорид вместо ? При разложении при К под действием света реакция идёт по другому пути. В этих условиях могут образовываться как , так и продукта из-за существования равновесия между и другим продуктом данной реакции.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 4. Запишите уравнения двух возможных реакций с изображением структурных формул веществ. Взаимодействием хлорида и соли (р-ция , а также реакцией другого хлорида с ионным соединением натрия (р-ция , получают соединение того же качественного состава, что и , но обладающее лучшей стабильностью. В реакции выделяется , а в реакции выделяется , причем из одного моль хлоридов выделяется примерно в раз больше , чем . Гидролиз его проходит с образованием раствора двух солей (р-ция . Ещё одно соединение с тем же качественным составом, что и , является производным от тримера и содержит ось симметрии третьего порядка. Оно является относительно стабильным, однако неаккуратная работа с ним приведёт к взрыву.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 5. Запишите уравнения реакций – . Изобразите структурную формулу .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Начнём с определения соединения . По условию оно является источником дианиона , а так как магний должен присутствовать в виде двухзарядного катиона, тогда соотношение количества к равно . В реакции его получения образуется лишь один продукт, тогда с учётом растворителя его можно представить в виде . Из данных масс-спектра варианты молярных масс можно найти без определения . Имея, что M(C) = г/моль составим уравнение для определения M(D):
| M(D) |
Значения при = и не подходят под условие M(D) г/моль. Значения при больших не представляются реалистичными для размещения в координационной сфере . Также для вхождения в координационную сферу желательно наличие гетероатомов. Под эти условия и молярные массы подходят различные варианты: г/моль: , , , ; г/моль: , ; г/моль: ; Выбрать определённый вариант можно дальше. Под = г/моль подходят лишь два углеводорода: и . По условию содержит три цикла и двойные связи. В таком случае второй вариант углеводорода отпадает ввиду его степени водородной ненасыщенности ( = , поскольку в данном случае при наличии трёх циклов в нём не может содержаться двойных связей. Тогда – . По количеству типов водорода и оси симметрии он должен быть высокосимметричным. Под эти условия подходят антрацен и фенантрен. Однако фенантрен сам по себе содержит типов водорода, что оставляет единственный вариант в виде антрацена. Даже если в будет присутствовать лишь тип водорода, то из фрагмента, содержащего и антрацен, должно приходиться максимум типа, что является возможным лишь при введении в центральное кольцо (также из органической химии известна склонность этого фрагмента к реакциям присоединения). Тогда представить его можно следующим образом: Этот фрагмент содержит типа водорода, тогда на растворитель должно приходиться ещё . Такие соединения можно подобрать для , , , и . Однако распространённым органическим растворителем может являться только и единственный его изомер с типами водорода – тетрагидрофуран (THF). Тогда – . Далее определим в общем виде соединение . Реакцию можно представить в общем виде: + + вступает в реакцию замещения с , и в продукте реакции отсутствуют и . Такое возможно лишь при наличии двух в . В таком случае это говорит об образовании элементом хлоридов типа , что в дополнении
к условию об элементах малых периодов оставля на выбор элемента: , , , . Реакция выглядит так: + + Последующая реакция с : + + Следующая реакция должна являться замещением на анион соли . Молярная масса получившегося фрагмента: = = г/моль При возможных элементах молярные массы анионов могут быть равны: , , , г/моль. Под последние два варианта подходят нитрит и азид соответственно. Однако под фрагмент дальнейшие превращения выглядят нереалистичными и невозможными. В таком случае фрагментом является . Тогда раскрываются следующие соединения: – , – , – , – , – , – . Определим . Очевидно, что он также должен содержать фрагмент . Вычислим соотношение n(C):n(H) = : = ∶ . Молярная масса за вычетом фрагмента :
При = невозможно наличие в соединении, при = г/моль. Вычитанием получаем: – – = г/моль, что соответствует либо одной сере, либо двум кислородам. Для варианта с серой невозможно подобрать молекулу, содержащую два типа водорода, тогда – , являющийся производным пирокатехина. Газ изоэлектронный , который может выделяться в реакции разложения – угарный. Из реакции разложения найдём :
+ + + Из исходной молекулы по такой реакции логично образование только циклопентадиенона. Соединению при выделении лишь азота соответствует формула , которое при наличии типов водорода должно соответствовать структуре справа.
–
. Уравнения реакций:
. Из-за наличия третьего атома хлора реакция не закончится на образовании и может идти его дальнейшее замещение с образованием большой смеси. Наличие препятствует этому.
. Одним из продуктов должен являться азот. Тогда в случае двух продуктов вторым является изомерное соединение. При отщеплении от него остаётся орто-бензохинон.
. Стабильным соединением азота и фосфора должен являться .
Из условия ионное соединение натрия должно содержать также азот и водород. Таковым является амид. При этом выделение водорода говорит о протекании окислительно-восстановительной реакции. Такое возможно, только если хлорид – , тогда в реакции должен участвовать . Являясь производным от тримера, должен содержать определённые заместители. Раз качественный состав такой же, то заместителем должен являться азид. По наличию оси симметрии второго порядка получаем , аналогию которого можно провести с известным .
Уравнения реакций: