Question

1964年Eaton合成了一種新奇的烷，叫立方烷，化學(xué)式為C₈H₈ (A)。20年后，在Eaton研究小組工作的博士后XIONG YUSHENG (譯音熊余生)合成了這種烷的四硝基衍生物(B), 是一種烈性炸藥。最近，有人計(jì)劃將B的硝基用19種氨基酸取代，得到立方烷的四酰胺基衍生物(C)，認(rèn)為極有可能從中篩選出最好的抗癌、抗病毒，甚至抗愛滋病的藥物來。回答如下問題：(1)四硝基立方烷理論上可以有多種異構(gòu)體，但僅只一種是最穩(wěn)定的，它就是(B)，請(qǐng)畫出它的結(jié)構(gòu)式。(2)寫出四硝基立方烷(B)爆炸反應(yīng)方程式。(3)C中每個(gè)酰胺基是一個(gè)氨基酸基團(tuán)。請(qǐng)估算，B的硝基被19種氨基酸取代，理論上總共可以合成多少種氨基酸組成不同的四酰胺基立方烷(C)？(4) C中有多少對(duì)對(duì)映異構(gòu)體？

Answer 1

(1)

                                      (2分)
注：只要四個(gè)硝基在相間的位置上都
是正確的，其他答案不給分。
(2) C₈H₄(NO₂)₄­ = 2H₂O + 6CO +2C + 2N₂                              (2分)
(注：爆炸反應(yīng)是分解反應(yīng)，加氧不合理。寫其他產(chǎn)物不合理。)
(3)
該題應(yīng)是一個(gè)組合題，分析如下：
AX4 因4個(gè)氨基酸一樣，故是組合問題  19種取其1種  C₁₉ ="19" 種
AX3Y 因三個(gè)氨基酸一樣，第四個(gè)氨基酸不一樣，故是19種氨基酸中取2種，是組合問題,       

但AX3Y與AY3X是不一樣共2類，故其數(shù)目應(yīng)是2倍的19取2的組合數(shù)：
因 CF3H與CH3F是不一樣的
AX2Y2 因二個(gè)氨基酸一樣，另二個(gè)氨基酸一樣，故是組合問題，19種取其2種，但AX2Y2

與AY2X2是一樣的，故只是1種組合問題，其種類：
正象CF2Br2 不是2*1種，而是2*1/2=1種
AX2YZ 因氯基酸19種取其3種，故仍是組合問題，但AX2YZ與AY2XZ與AZ2XY不一樣共3類,

故有3倍的19種取3種的組合,其數(shù)目為：
正象F Cl Br I四種元素取代甲烷生成 CX2YZ形式有幾種一樣 不是4*3*2=24種,
而是CF2ClBr CF2ClI CF2BrI CCl2FI CCl2FBr CCl2BrI.. 共12種,即C4*3 ="4*3=12"
AXYZQ 因19種氨基酸中取4種,故是組合問題,且CXYZQ與CYZQX一樣,故只是一種組合問

題其數(shù)目為:
因?yàn)橛袑?duì)映異構(gòu)體存在,故種類有 3876*2=7752種
那么共有數(shù)目:
19+342+171+2907+7752=11191種
(注：本小題總共5分，給總數(shù)也滿分)
(4)  AXYZQ有光學(xué)異構(gòu)體，共3876對(duì)                               (1分)
(注：只要得出總數(shù)就給分)

本題立意，意在反映我國(guó)學(xué)者的科學(xué)研究成就。我國(guó)有許多學(xué)者或?qū)W子在美國(guó)進(jìn)修、學(xué)習(xí)或工作，近年來我國(guó)在美國(guó)的學(xué)者或?qū)W子的工作報(bào)道越來越多，本題的信息便是其中之一。由于我國(guó)大陸的獨(dú)特拼音，是不難與韓國(guó)、越南、海外華裔乃至我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的拼音相區(qū)別而對(duì)研究者的來歷作出正確判斷的，不過我們并不能確定研究者的中文名稱，只能譯音。本題涉及的母體化合物──立方烷曾經(jīng)在全國(guó)化學(xué)競(jìng)賽里出現(xiàn)過，估計(jì)有的選手是熟悉的，但為避免不公平起見，還是給出了分子式，使即便不知道的選手通過名稱(立方烷)和分子式(C₈H₈)的相互對(duì)應(yīng)也可想象出它的立體結(jié)構(gòu)。隨后的信息則全是新的。本題的第一問只要求畫最穩(wěn)定的四硝基立方烷的結(jié)構(gòu)，既避免與過去的試題的重復(fù)，又突出了重點(diǎn)。本題第三問和第四問是有趣的數(shù)學(xué)問題和立體化學(xué)問題�；瘜W(xué)競(jìng)賽里要考點(diǎn)數(shù)學(xué)是這類試題的命題人堅(jiān)持不懈的努力，而本題力圖從一個(gè)新的角度出發(fā)討論數(shù)學(xué)問題。本題立體化學(xué)問題大大超過了中學(xué)化學(xué)水平，但符合章程的規(guī)定以及我國(guó)此級(jí)競(jìng)賽試題的傳統(tǒng)。我們認(rèn)為，單就立體化學(xué)的這種水平而言，這種層次的競(jìng)賽仍然應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持的(別的另說)�？疾炝Ⅲw異構(gòu)時(shí)，學(xué)生應(yīng)該想象：本題的立方烷母體可以相當(dāng)于一個(gè)連著四個(gè)基團(tuán)的碳原子(從立體幾何的角度，正四面體的中心若放到立方體的體心位置，則四面體的四個(gè)頂角就恰處于立方體的相間的頂角)，這點(diǎn)想象力是解本題所必需的。