2010年理化诺贝尔奖及其新编化学试题

lina

2010年诺贝尔物理奖授予安德烈·盖姆（Andre Geim，荷兰籍，1958年出生于俄罗斯的索契，现任英国曼彻斯特大学教授）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov，又译为克斯特亚·诺沃塞洛夫 Kostya Novoselov，1974年8月出生于俄罗斯的下塔吉尔，具有英国和俄罗斯双重国籍。2004年诺沃肖洛夫在荷兰奈梅亨大学获得博士学位。在读博士期间，他就与安德烈·海姆开始了合作研究。现任英国曼彻斯特大学教授）两位科学家，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终通过显微镜在大量的薄片中寻找到了理论厚度只有0.335nm（约为头发直径的二十万分之一）的石墨烯。这种材料仅有一个碳原子厚，是目前已知的最薄的材料。作为电导体，它和铜有着一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池。如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，因此其应用前景十分广阔。

【例1】（1）下列关于石墨烯的说法正确的是

      A．与石墨互为同位素

      B．与C60互为同素异构体

      C．像烯烃一样，是一种有机化合物

      D．每个碳原子均以sp2杂化，与相邻3个碳原子的sp2杂化轨道形成3个p—pσ键

（2）已知石墨烯中紧邻的两个碳原子间的距离为142pm，每平方米石墨烯的质量为_________g，现已制得理论厚度只有335pm的石墨烯，即其的密度为___________。

（3）石墨烯中每个碳原子还有1个p电子，共有6n个p电子，形成大Π键。由此可推知：石墨烯像链烃中的烯烃一样，可形成一系列对应的加成产物，则石墨烷的化学式为______。假设石墨烯能与HBr完全加成，所得的溴代石墨烷的化学式为_____________。石墨烷或其他的加成产物再发生取代反应，可创造出“面烃”及其衍生物。

（4）如果选定一个六元环为起点，然后以此六元环向外延伸，分别得到1、2、3、……n（如图所示），则其通式为____________________。

【答案】（1）BD  （2）0.76mg    2.27g·cm—3  （3）C6nH6n      C6nH3nBr3n  （4）6n2

【解析】第（2）题：平均每个正六边形分摊2个碳原子，其质量m==24/NAg，每个正六边形的面积

S==3√3 a2/2==2.6×(142×10—12m)2==5.24×10—20m2，即每平方米石墨烯的质量为：     

         24/(5.24×10—20NA)g·m—2==0.76mg·m—2

由于石墨烯的厚度D==335pm，所以正六棱柱体积：

V==SD==5.24×10—20m2×335×10—12m==1.76×10—29m3

石墨烯的密度ρ==m/V==24/(1.76×10—29NA)g·m—3==2.27×106g·m—3==2.27g·cm—3

第（4）题：

n	1	2	3	……	n
碳原子数	6	24	54	……	6n2

2010年诺贝尔化学奖授予理查德·赫克（Richard Heck，美国科学家，1931年出生于美国的斯普林菲尔德，1954年在美国加利福尼亚大学洛杉矶分校获得博士学位。随后，他进入瑞士苏黎世联邦工学院进行博士后阶段的学习，后又进入美国特拉华大学工作并于1989年退休。赫克现为特拉华大学名誉教授）、根岸英一又译为伊智根岸（Ei-ichi  Negishi，日本人，1935年出生于中国长春，1958年从东京大学毕业后进入帝人公司。1963年在美国宾夕法尼亚大学获得博士学位，现任美国普渡大学教授）和铃木章（Akira Suzuki，すずき あきら，日本人，1930年出生于日本北海道鹉川町，1959年在北海道大学获得博士学位，此后他留校工作了一段时间。美国普渡大学留学回国后，铃木章于1973年就任北海道大学工学系教授，现任北海道大学名誉教授）[url=]三位科学家。以表彰他们有机合成领域中钯催化交叉偶联反应方面的卓越研究，这一成果广泛应用于制药、电子工业和先进材料等领域，可以使人类造出复杂的有机分子。[/url]

【例2】）美日三名化学家[理查德·赫克(美)、根岸荣一(日)、铃木章(日利用钯（Pd）作催化剂，将有机化合物进行“裁剪”、“缝合”，创造出具有特殊功能的新物质而荣获2010年诺贝尔化学奖。赫克反应（Heck reaction）的通式可表示为（R—X中的R通常是不饱和烃基或苯环；R′CH=CH2通常是丙烯酸酯或丙烯腈等）：

现有A、B、C、D等有机化合物有如下转化关系：

请回答下列问题：

（1）写出反应Ⅰ的化学方程式__________________________________________。

（2）写出B催化加氢的化学方程式____________________________________。

（3）写出D的结构简式（必须表示出分子的空间构型）_________________________。

（4）已知：    —CHO很难发生银镜反应。写出同时符合下列条件的

①波谱分析显示分子中没有甲基；

②1，3，5—三取代苯；

③具有酸性，既能与Fe3+作用显色，又能使溴水褪色，还能发生银镜反应。

D的同分异构体的结构简式__________________________。

  

【答案】（1）           + Br2                                           —Br+HBr               

       （2）CH2=CH—COOH + H2       CH3CH2COOH                  

  

【赫克反应机理】Heck反应的催化循环是围绕催化的钯中心而展开，如下图所示。循环中所需的活性钯(0)一般是由钯(II)前体在反应中原位产生，例如，乙酸钯可被三苯基膦还原为双(三苯基膦)合钯(0)，进入催化循环，同时三苯基膦则被氧化为三苯基氧膦。

循环中，首先是电子不饱和的含钯物种(1)与卤代烃氧化加成，钯插入到卤-碳键中。然后，钯原子与烯烃作用产生π配合物(3)，配位的烯烃再顺式插入到钯-碳键中，得(4)。(4)经旋转（未画出）异构化为扭张力较小的反式异构体后，发生β—氢消去，获得另一个钯与烯烃配位的中间体(5)。(5)经解配，即得反应产物烯烃，同时还产生钯(II)物种(6)，而(6)在碳酸钾作用下发生还原消去，又转化为(1)，从而获得再生。可见，反应中用到的碳酸钾是计量的，但钯却是催化性的。

此类催化机理不仅限于乙烯基化合物，其他钯催化偶联反应中也可以见到大同小异的循环，例如Sonoqashira偶联反应（一个底物为炔）、Suzuki偶联反应（烯烃被芳基硼酸替代）和Stille反应（烯烃被芳基锡烷替代）等。循环也可应用于其他10族元素，如Neqishi偶联反应便是有机锌与芳卤在钯或镍催化下的偶联，也是采取类似的机理

liujjun

强人，佩服死了。呵呵，不错啊  

所向无敌

知道了 不错~~~  

mjh7198

呵呵，我觉得很有用