50 icho 2018 · kontribusi rata-rata terhadap energi gibbs reaksi asosiasi dua untai tunggal...
TRANSCRIPT
19th – 29th July 2018
Bratislava, SLOVAKIA
Prague, CZECH REPUBLIC
www.50icho.eu
SOAL TEORI
Negara: Indonesia
Nama sesuai paspor:
Kode siswa: IDN-1
Bahasa: Indonesia
50th IChO 2018 International Chemistry Olympiad
SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC
BACK TO WHERE IT ALL BEGAN
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 1
Daftar Isi
Instruksi ........................................................................................................................................... 2
Tetapan fisik dan rumus .................................................................................................................. 3
Soal 1. DNA .................................................................................................................................... 5
Soal 2. Pemulangan jasad peninggalan abad pertengahan ........................................................... 10
Soal 3. Pengembangan elektro-mobilitas ...................................................................................... 17
Soal 4. Kromatografi kolom untuk copper radioaktif ....................................................................... 23
Soal 5. Batu mulia Bohemian garnet ............................................................................................. 27
Soal 6. Mari berburu jamur! ........................................................................................................... 33
Soal 7. Cidofovir ............................................................................................................................ 38
Soal 8. Caryophyllene ................................................................................................................... 45
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 2
Instruksi
• Buklet ujian teori ini terdiri dari 52 halaman.
• Mulailah menulis segera setelah perintah Start diumumkan.
• Anda memiliki waktu 5 jam untuk menyelesaikan ujian.
• Semua hasil dan jawaban harus dituliskan dengan jelas menggunakan pena di dalam kotak
yang disediakan pada berkas ujian. Jawaban di luar kotak jawaban tidak akan dinilai.
• Anda akan diberi 3 lembar kertas untuk corat-coret. Jika anda memerlukan lebih, gunakan
bagian belakang berkas ujian. Ingat bahwa semua yang dituliskan di luar kotak jawaban
tidak akan dinilai.
• Tabel periodik dan spektrum cahaya tampak bukan bagian dari buklet soal ujian ini; keduanya
disediakan terpisah.
• Gunakan hanya pena dan kalkulator yang disediakan.
• Buklet “The official English version” dapat diminta hanya untuk klarifikasi saja.
• Jika anda perlu meninggalkan ruang ujian (untuk ke toilet atau makan cemilan dan minum),
lambaikan kartu IChO warna biru. Pengawas ujian akan datang untuk menemani anda.
• Pengawas akan memberikan peringatan 30 menit sebelum perintah Stop diberikan.
• Anda harus segera menghentikan pekerjaan anda ketika perintah Stop diumumkan. Jika anda
tidak berhenti menulis dalam waktu lebih dari ½ menit, maka seluruh hasil ujian teori anda akan
mendapatkan nilai nol.
• Setelah perintah Stop diberikan, masukkan kembali buklet berkas ujian di dalam amplopnya dan
tunggu di bangku anda. Pengawas ujian akan datang untuk mengumpulkan amplop tersebut.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 3
Tetapan fisik dan rumus
Tetapan Avogadro: NA = 6.022 × 1023 mol−1
Tetapan gas universal: R = 8.314 J K−1 mol−1
Kecepatan cahaya: c = 2.998 × 108 m s−1
Tetapan Planck's: h = 6.626 × 10−34 J s
Tetapan Faraday: F = 9.6485 × 104 C mol−1
Tekanan standar: p = 1 bar = 105 Pa
Tekanan normal (atmosfer): patm = 1.01325 × 105 Pa
Skala nol derajat Celsius: 273.15 K
Massa elektron: me = 9.109 × 10−31 kg
Satuan massa atom: u = 1.6605 × 10−27 kg
Ångström: 1 Å = 10−10 m
Electronvolt: 1 eV = 1.602 × 10−19 J
Watt: 1 W = 1 J s−1
Persamaan gas ideal: pV = nRT
Hukum pertama termodinamika ΔU = q + W
Power input untuk alat listrik:
P = U I
dengan U = voltase dan I = arus listrik
Enthalpy: H = U + pV
Energi bebas Gibbs: G = H – TS
ΔGo = – RT lnK = – zFEcell
o
ΔG = ΔGo + RT lnQ
Quosien Reaksi Q
Untuk reaksi a A + b B ⇌ c C + d D: Q = [C]c[D]d
[A]a[B]b
Perubahan Entropy:
ΔS = q
rev
T
dengan qrev
kalor untuk proses reversibel
Perubahan kalor
untuk cm: yang tidak bergantung suhu
Δq = ncmΔT
dengan cm = kapasitas kalor molar
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 4
Persamaan van ’t Hoff: d lnK
dT =
ΔrHm
RT2
⇒ ln (K2
K1
) = –ΔrHm
R(
1
T2
– 1
T1
)
Persamaan Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log[A–]
[HA]
Persamaan Nernst–Peterson: E = Eo –
RT
zFlnQ
Energi foton: E = hc
λ
Hubungan antara E dalam eV dan J: E eV⁄ = E J⁄
qe
C⁄
Hukum Lambert–Beer: A = logI0
I = εlc
Bilangan gelombang: ν̃ = ν
c =
1
2πc√
k
μ
Massa tereduksi µ untuk molekul AX: μ = mA mX
mA + mX
Energi osilator harmonik: En = hν (n +1
2)
Persamaan Arrhenius: k = A e−
EaRT
Hukum laju integral:
Orde ke-nol: [A] = [A]0
– kt
Orde pertama: ln[A] = ln[A]0
– kt
Orde kedua: 1
[A] =
1
[A]0
+ kt
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 5
Soal Teori 1 Pertanyaan 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Total
Poin 5 5 4 12 12 24 62
7% dari total Nilai
Soal 1. DNA
Palindromic sequences (urutan palindrom) merupakan suatu kelompok DNA yang menarik. Dalam
satu spesi palindromic double-stranded DNA (dsDNA), urutan pembacaan satu untai dari arah 5′→3′
akan sama persis dengan pembacaan untai komplementernya dari arah 5′→3′. Oleh karena itu,
satu palindromic dsDNA terdiri dari dua untai identik yang saling komplementer satu sama lain.
Salah satu contohnya dikenal sebagai Drew–Dickerson dodecanucleotide (1):
(1)
1.1 Berapa banyak kemungkinan variasi yang berbeda untuk palindromic double-stranded DNA
dodecanucleotides (spesi dsDNA yang memiliki dua belas pasang basa) yang bisa
ditemukan? Tunjukkan perhitungan anda.
1.2 Berapa banyak kemungkinan variasi yang berbeda untuk palindromic double-stranded DNA
undecanucleotides (spesi dsDNA yang memiliki sebelas pasang basa)?
Titik leleh dsDNA, Tm didefinisikan sebagai suhu pada saat 50% dari jumlah untai-ganda (double-
strands) DNA awal yang terdisosiasi menjadi untai yang terpisah.
1.3 Perhatikan Drew–Dickerson dodecanucleotide (1). Asumsikan bahwa pasangan basa
nukleotida G–C memiliki kontribusi lebih besar terhadap kestabilan dupleks DNA daripada
pasangan basa A–T. Hitung (uraikan caranya) berapa banyak probabilitas terjadinya kenaikan
5′-CGCGAATTCGCG-3′ | | | | | | | | | | | |
3′-GCGCTTAAGCGC-5′
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 6
Tm ketika salah satu pasangan basa dalam dodekanukleotida tersebut secara acak dipilih dan
kemudian digantikan dengan pasangan basa G–C?
Probabilitas
Marilah kita analisis termodinamika pembentukan double-helical DNA dari untai tunggal, serta
kebergantungannya terhadap panjang DNA dan suhu. Tetapan kesetimbangan proses asosiasi
(penggabungan) untai tunggal menjadi dsDNA untuk palindromic dan non-palindromic dsDNA
berbeda. Suatu larutan dsDNA dengan konsentrasi awal cinit = 1.00 × 10−6 mol.dm−3 dipanaskan
hingga Tm dan kesetimbangan tercapai.
1.4 Hitung tetapan kesetimbangan proses asosiasi untai tunggal pada saat Tm, masing-masing
untuk non-palindromic dan palindromic DNA.
Non-palindromic dsDNA
Perhitungan:
K =
Palindromic dsDNA
Perhitungan:
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 7
K =
Kontribusi rata-rata terhadap energi Gibbs reaksi asosiasi dua untai tunggal membentuk dsDNA
diperkirakan melewati rentang kondisi eksperimental tertentu, dan besarannya mencapai −6.07
kJ.mol−1 per satu pasang G–C, dan −1.30 kJ.mol−1 per satu pasang A–T yang terdapat di dalam satu
dsDNA.
1.5 Berapa banyak pasang basa yang terdapat dalam dsDNA oligonucleotide terpendek yang
memiliki Tm di atas 330 K? Pada Tm ini, pertimbangkan faktor besarnya tetapan
kesetimbangan proses asosiasi untai tunggal membentuk satu dsDNA: Knp = 1.00 × 106 untuk
non-palindromic dsDNA, Kp = 1.00 × 105 untuk palindromic dsDNA. Yang mana yang
terpendek: apakah oligonucleotide palindromic atau non-palindromic?
Perhitungan jumlah pasang basa:
Panjang yang dibutuhkan untuk membentuk non-palindromic dsDNA terpendek:
Panjang yang dibutuhkan untuk membentuk palindromic dsDNA terpendek:
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 8
Oligonucleotide terpendek adalah (beri tanda silang untuk jawaban yang sesuai)
☐ palindromic (P)
☐ non-palindromic (NP).
Akhirnya, marilah kita sederhanakan ide mengenai pasangan basa yang berkontribusi secara
individual dalam proses asosiasi pembentukan untai-ganda DNA. Energi Gibbs untuk proses ini
secara eksplisit dapat dianggap bergantung pada suhu. Kebergantungan 1/Tm suatu Drew–
Dickerson dodecanucleotide (1) terhadap logaritma dari konsentrasi awal dupleks cinit ditunjukkan di
bawah ini. (Catatan: konsentrasi standar c0 = 1 mol.dm−3 dimasukkan.)
cinit / 10−6 mol dm−3 0.25 0.50 1.00 2.0 4.0 8.0
Tm / K 319.0 320.4 321.8 323.3 324.7 326.2
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 9
1.6 Hitung Enthalpy ΔH° standar dan Entropy ΔS° standar untuk proses asosiasi untai tunggal
DNA membentuk palindromic double-stranded Drew–Dickerson dodecanucleotide (1).
Asumsikan bahwa ΔH° dan ΔS° tidak bergantung pada suhu.
Perhitungan:
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 10
Soal Teori
2
Pertanyaan 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 Total
Poin 1 4 4 2 6 10 17 14 58
8% dari total Nilai
Soal 2. Pemulangan jasad peninggalan abad pertengahan
Pada suhu normal, rasemisasi merupakan reaksi yang lambat, karena itu dapat digunakan untuk
prediksi umur objek biologi, bahkan untuk studi sejarah termalnya. Contoh L-isoleucine (L-Ile)
((2S,3S)-2-amino-3-methylpentanoic acid) dapat terisomerisasi pada karbon- membentuk (2R,3S)-
2-amino-3-methylpentanoic acid, yang dikenal sebagai D-allo-isoleucine. Karena perubahan
konfigurasi hanya terjadi pada satu dari dua pusat stereogenik, proses ini disebut epimerisasi bukan
rasemisasi.
2.1 Pilih di antara pernyataan berikut yang benar dengan cara memberi tanda silang.
☐ D-allo-isoleucine dan L-isoleucine memiliki nilai putaran optik spesifik yang sama tetapi
kedua isomer memiliki titik leleh yang berbeda.
☐ D-allo-isoleucine memiliki nilai putaran optik spesifik absolut yang identik dengan L-
isoleucine tetapi tandanya berbeda. Kedua isomer memiliki titik leleh yang sama.
☐ D-allo-isoleucine dan L-isoleucine memiliki nilai putaran optik spesifik berbeda tetapi
kedua isomer memiliki titik leleh yang sama.
☐ D-allo-isoleucine dan L-isoleucine memiliki nilai putaran optik berbeda dan kedua isomer
juga memiliki titik leleh yang berbeda.
☐ D-allo-isoleucine tidak optis aktif.
2.2 Pasangkan dengan tepat antara struktur berikut dengan konfigurasi absolut untuk setiap
stereoisomer isoleucine.
2S,3R (L-allo-isoleucine)
2R,3S (D-allo-isoleucine)
2S,3S (L-isoleucine)
2R,3R (D-isoleucine)
2.3 Tetapan kesetimbangan Kep untuk epimerisasi L-isoleucine adalah 1.38 (pada 374 K). Jika
energi bebas Gibbs untuk L-isoleucine adalah Gm°
= 0 kJ mol−1, hitung energi bebas Gibbs
untuk semua struktur A–D dari pertanyaan 2.2 pada 374 K.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 11
A kJ mol−1
B kJ mol−1
C kJ mol−1
D kJ mol−1
2.4 Jika kita mempertimbangkan kestereoisomeran pada semua pusat stereogenik, berapa jumlah
maksimum stereoisomer yang mungkin untuk tripeptide Ile-Ile-Ile?
Jumlah stereoisomers adalah
Pada awal epimerisasi, kita dapat mengabaikan reaksi arah sebaliknya. Maka epimerisasi mengikuti
kinetik orde-pertama:
Nilai tetapan laju pada 374 K adalah k1(374 K) = 9.02 × 10−5 h−1 dan pada 421 K adalah
k1(421 K) = 1.18 × 10−2 h−1.
Pada perhitungan selanjutnya, gunakan kependekan penulisan konsentrasi L-isoleucine sebagai [L]
dan untuk D-allo-isoleucine ditulis sebagai [D].
Kita dapat memformulasikan besaran de (diastereomeric excess) sebagai:
de = [L] – [D]
[L] + [D] × 100(%).
2.5 Jika kita didihkan L-isoleucine selama 1943 jam pada 374 K. Hitung nilai de (dengan tiga
angka penting) untuk L-isoleucine a) sebelum pendidihan dan b) setelah pendidihan?
a) Sebelum pedidihan
Perhitungan:
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 12
de = % (dengan tiga angka penting)
b) Setelah pendidihan
Perhitungan:
de = % (dengan tiga angka penting)
2.6 Berapa lama waktu yang diperlukan untuk mengkonversi 10% L-isoleucine menjadi D-allo-
isoleucine pada 298 K?
Perhitungan:
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 13
t = tahun
Fakta menunjukkan reaksi arah sebaliknya tidak dapat diabaikan. Skema kinetik yang sebenarnya
dinyatakan sebagai:
Mari kita formulasikan deviasi (penyimpangan) konsentrasi dari nilai pada kesetimbangan [L]eq
x = [L] – [L]eq
Maka dapat diturunkan bahwa x bergantung pada waktu sesuai persamaan berikut:
x = x(0) × e – (k1 + k2)t ,
dengan x(0) adalah deviasi dari kesetimbangan pada t = 0 h.
2.7 Larutan L-isoleucine 1.00 mol dm−3 kita didihkan selama 1943 jam pada 374 K. Tetapan laju
untuk reaksi ke kanan adalah k1(374 K) = 9.02 × 10−5.h−1, Kep untuk epimerisasi L-isoleucine
nilainya 1.38 (pada 374 K). Pada perhitungan selanjutnya, gunakan symbol [L] untuk
konsentrasi L-isoleucine dan [D] untuk konsentrasi D-allo-isoleucine. Hitung (dengan tiga
angka penting) a) [L]eq, b) diastereomeric excess (de) setelah pendidihan.
a) Perhitungan:
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 14
[L]eq = mol dm−3
b) Perhitungan:
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 15
de = % (dengan tiga angka penting)
Asam amino berpusat kiral tunggal dapat mengalami rasemisasi, contoh rasemisasi L-arginine:
Evolusi waktu konsentrasi (hukum laju) dinyatakan sebagai:
ln
1 + [D][L]
1 – [D][L]
= 2k1t + C
Dengan [D] dan [L] masing-masing adalah konsentrasi D- dan L-arginine pada waktu t, k1 adalah
tetapan laju, dan notasi C dapat ditentukan berdasarkan konsentrasi awal.
Holy Roman Emperor Lothar III meninggal saat perjalanan ke Sicily pada tahun 1137. Agar tidak
cepat membusuk saat pemulangan sisa jenazahnya, jenazahnya didihkan dalam air (373 K) untuk
waktu tertentu. Mari kita coba memperkirakan waktu pendidihan dengan konsep kinetika kimia. Kita
tahu tetapan laju k1 untuk rasemisasi arginine dalam protein adalah 5.10 × 10−3 h−1 pada 373 K dan
pH = 7.
Untuk mengetahui komposisi isomer arginine dalam tulang Lothar, kita harus membuat arginine
menjadi larutan. Tulang Lothar dihidrolisis dalam lingkungan yang sangat asam selama 4 jam pada
383 K. Rasio isomer optik adalah [D]
[L] = 0.090. Jenazah Istri Lothar yang bernama Richenza, tidak
didihkan setelah kematiannya. Tulangnya dihidrolisis dengan cara yang sama, dan pada kasus ini
rasio isomer optik adalah [D]
[L] = 0.059. (catatan: rasemisasi juga dapat terjadi selama hidrolisis,
dengan tetapan laju k1', berbeda dari k1).
2.8 Berapa lama jenazah Holy Roman Emperor Lothar III didihkan dalam air pada tahun 1137?
Catatan: Rasemisasi arginine adalah proses yang sangat lambat pada suhu di dalam kuburan.
Karena kedua jenazah berumur sekitar 880 tahun, rasemisasi alami dapat diabaikan selama
waktu tersebut.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 16
Perhitungan:
tboiling = h (jam)
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 17
Soal Teori
3
8% dari total
Pertanyaan 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
Poin 2 6 7 3 7 8
Nilai
Pertanyaan 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 Total
Poin 6 10 5 2 6 62
Nilai
Soal 3. Pengembangan elektro-mobilitas
Alat transportasi kontemporer saat ini bergantung pada pembakaran bahan bakar fosil, walaupun
efisiensi mesin kalor yang sebenarnya sangat terbatas dan umumnya berkisar antara 20 dan 40%.
3.1 Tandai faktor-faktor apa saja yang dapat meningkatkan efisiensi mesin kalor:
☐ Peningkatan friksi dalam bagian mekanik mesin
☐ Peningkatan suhu pembakaran bahan bakar dalam mesin
☐ Penyempitan interval suhu kerja pada mesin
☐ Peningkatan tekanan gas
Sel bahan bakar merupakan salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi mesin pada kendaraan
masa depan. Efisiensi mesin dapat ditingkatkan dengan sel bahan bakar berbasis hydrogen.
3.2 Enthalpy pembentukan standar air dalam bentuk liquid adalah ΔfH°(H2O,l) = −285.84 kJ mol−1,
dan Enthalpy pembakaran standar isooctane adalah ΔcH°(C8H18,l) = −5065.08 kJ mol−1
(Keduanya pada 323.15 K). Hitung nilai spesifik (per satuan massa) enthalpy pembakaran dari
cairan isooctane murni dan gas hydrogen murni pada 323.15 K.
ΔcHs°(C8H18) =
ΔcHs°(H2) =
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 18
3.3 Hitung daya gerak listrik atau electromotive force (EMF) standar dari sel bahan bakar dengan
bahan bakar gas oxygen dan hydrogen, keduanya adalah gas ideal pada 100 kPa dan 323.15
K, menghasilkan air dalam fasa cairan. Gunakan data entropy pada 323.15 K: S°(H2O,l) = 70
J.K−1.mol−1, S°(H2,g) = 131 J.K−1.mol−1, S°(O2,g) = 205 J K−1 mol−1.
Perhitungan:
EMF = V
3.4 Hitung efisiensi termodinamik ideal (η) untuk sel bahan bakar yang menghasilkan cairan air
pada 353.15 K. Pada suhu ini, enthalpy pembentukan air adalah ΔfH°(H2O,l) = −281.64 kJ mol−1
dan perubahan energi bebas Gibbs adalah ΔrG° = −225.85 kJ mol−1.
η = %
3.5 Suatu fasilitas elektrolisis dengan membran polimer bekerja pada potensial 2.00 V dan
digerakkan oleh 10.0 MW pembangkit turbin angin yang beroperasi dari jam 10 pm sampai 6
am. Elektrolisis menghasilkan 1090 kg hydrogen murni. Hitung yield elektrolisis yang
didefinisikan sebagai massa hydrogen yang dihasilkan dibagi massa teoritisnya.
Perhitungan:
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 19
ηelektrolisis = %
3.6 Hitung massa hydrogen yang diperlukan untuk menempuh jarak antara Prague dan Bratislava
(330 km) dengan kecepatan rata-rata 100 km h−1 menggunakan mobil yang dilengkapi dengan
mesin listrik 310 kW yang rata-rata bekerja dengan laju 15% dari power maksimumnya.
Asumsikan efisiensi sel hydrogen menghasilkan energi listrik adalah 75%, efisiensi mesin
listrik adalah 95%, dan perubahan energi bebas Gibbs untuk pembakaran bahan bakar
hydrogen adalah ΔrG = −226 kJ mol−1.
Perhitungan:
m = kg
Efisiensi produksi hydrogen yang rendah dan isu keselamatan/keamanan terkait penyimpanannya
menghambat penyebaran teknologi transportasi berbasis hydrogen. Bahan bakar hydrazine (N2H4)
barangkali dapat menjadi alternatif.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 20
Potensial reduksi standar untuk sistem hydrazine(aq) tertera sebagai berikut:
3.7 Lengkapi diagram Latimer berikut dengan menuliskan hydrazine dan ammonia dalam bentuk
spesi yang sesuai dengan kondisi yang diberikan, serta tuliskan nilai potensial redoks pada
masing-masing tanda panah yang merupakan representasi setengah reaksi elektrokimia.
Tunjukkan semua cara perhitungannya.
a) Kondisi asam (pH = 0)
b) Kondisi basa (pH = 14)
Perhitungan:
Karena alasan toksisitas, bau dan dampak lingkungan, adanya produksi ammonia dalam sel bahan
bakar sangat tidak disarankan.
N2(g) + 5 H+(aq) + 4 e− → N2H5+(aq) E° = −0.23 V
N2H5+(aq) + 3 H+(aq) + 2 e− → 2 NH4
+(aq) E° = +1.28 V
N2(g) + 4 H2O(l) + 4 e− → N2H4(aq) + 4 OH− (aq) E° = −1.16 V
N2H4(aq) + 2 H2O(l) + 2 e− → 2 NH3(aq) + 2 OH− (aq) E° = +0.10 V
2 H2O(l) + 2 e− → H2(g) + 2 OH− (aq) E° = −0.83 V.
N2
N2
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 21
3.8 Tuliskan reaksi total dekomposisi hydrazine dalam kondisi basa yang menghasilkan (i)
ammonia dan nitrogen; dan (ii) nitrogen dan hydrogen; serta hitung masing-masing tetapan
kesetimbangannya pada T = 298.15 K.
Persamaan reaksi total dekomposisi hydrazine:
Perhitungan:
Hydrazine terdekomposisi menjadi NH3 dan N2 dalam kondisi basa:
K =
Hydrazine terdekomposisi menjadi H2 dan N2 dalam kondisi basa:
K =
Baterai berbasis lithium yang dapat diisi ulang (rechargeable) adalah alternatif untuk sel bahan
bakar. Baterai ion lithium umumnya menggunakan graphite untuk salah satu elektrodanya,
dimana cluster (kumpulan) lithium terinterkalasi (terjebak) di antara lembaran graphite. Elektroda
yang lainnya terbuat dari lithium cobalt oxide, yang secara reversibel menyerap ion-ion lithium
yang bergerak dari satu elektroda ke elektroda lainnya selama proses isi ulang (charge and
discharge processes). Setengah reaksi yang relevan uuntuk sistem tersebut umumnya ditulis
sebagai berikut:
3.9 Menggunakan informasi di atas, tuliskan reaksi kimia keseluruhan dalam baterai selama
proses discharge. Tuliskan bilangan oksidasi atom cobalt pada reaksi tersebut.
(C)n
+ Li+ + e– → Li(C)
n E
° = – 3.05 V,
CoO2 + Li+ + e– → LiCoO2 E
°= +0.19 V.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 22
3.10 Beri tanda ceklis () pada kotak-kotak berikut yang paling sesuai untuk pernyataan yang relevan
dengan proses discharge pada baterai berbasis lithium sesuai penjelasan pada 3.9:
Elektroda Li(C)n adalah Katoda Karena ion-ion lithium tereduksi di sini.
Anoda Karena atom-atom lithium teroksidasi di sini.
Elektroda LiCoO2
adalah
Katoda Karena ion-ion cobalt tereduksi di sini.
Anoda Karena ion-ion cobalt teroksidasi di sini.
3.11 Asumsikan bahwa satu unit C6, satu unit CoO2 dan atom Li membentuk massa baterai aktif
yang diperlukan untuk mentransfer satu elektron di antara elektroda tersebut. Berdasarkan
nilai EMF standar yang sesuai, hitung kapasitas muatan reversibel spesifik secara teoritis
(satuan mAh g−1) dan densitas energi (satuan kWh kg−1) dari model baterai ion lithium tersebut
terkait dengan massa keseluruhan baterai aktif.
Perhitungan:
Kapasitas muatan (cq,s) = mAh g−1
Perhitungan:
Densitas energi (ρel
)= kWh kg−1
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 23
Soal Teori
4
Pertanyaan 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 Total
Poin 2 5 1 2 7 2 3 2 24
6% dari total
Nilai
Soal 4. Kromatografi kolom untuk copper radioaktif
64Cu untuk positron emission tomography dibuat melalui penembakan target zinc dengan inti
deuterium (selanjutnya dinyatakan sebagai target teraktifkan).
4.1 Tuliskan persamaan setara penembakan inti 64Zn oleh inti deuterium sehingga menghasilkan 64Cu. Tuliskan nomor atom dan nomor massa semua spesi. Tidak perlu menuliskan
muatannya.
… + … → … + …
Target teraktifkan dilarutkan dalam hydrochloric acid (HCl (aq)) pekat untuk menghasilkan campuran
yang mengandung ion-ion Cu2+ dan Zn2+ dan kompleks chlorido keduanya yang sesuai.
4.2 Hitung fraksi mol spesi copper bermuatan negatif terhadap jumlah copper yang dibuat dengan
aktivasi target zinc. Asumsikan [Cl−] = 4 mol.dm−3. Untuk tetapan pembentukan kompleks
keseluruhan, β, lihat Table 1.
Sebelum anda mulai perhitungan, tuliskan muatan spesi pada setiap kotak di kanan atasnya:
Cu [CuCl] [CuCl2] [CuCl3] [CuCl4]
Table 1. Tetapan pembentukan kompleks keseluruhan β dari spesi Cu (muatan dihilangkan dari
rumusnya): 𝛽𝑖 =[CuCl𝑖]
[Cu]∙[Cl]𝑖 .
i dalam [CuCli]
1 2 3 4
βi 2.36 1.49 0.690 0.055
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 24
Perhitungan:
Fraksi Mol =
(jawab dengan 2 angka di belakang koma)
Campuran yang mengandung ion-ion Cu2+ dan Zn2+ dan kedua kompleks chlorido terkait, dipisahkan
menggunakan resin penukar ion. Resin kering dalam bentuk OH− didispersikan dalam air dan
suspensi tersebut dimasukkan ke dalam suatu kolom. Untuk membuat resin dalam bentuk Cl−
(dengan cara mengganti semua ion dengan Cl−), resin tersebut direndam dalam hydrochloric acid
dan selanjutnya dicuci dengan air deionisasi untuk menghilangkan kelebihan ion Cl− yang tidak
terikat.
4.3 Awalnya semua diamati pada suhu lab sebelum pencucian dengan hydrochloric acid. Apakah
terjadi perubahan suhu selama pencucian dengan hydrochloric acid?
☐ Tidak.
☐ Ya, suhu menurun.
☐ Ya, suhu meningkat.
Campuran yang mengandung ion Cu2+ dan Zn2+ dan kedua kompleks chlorido yang terkait
dipindahkan ke dalam kolom terisi resin. Larutan hydrochloric acid digunakan sebagai eluen.
Menggunakan formula eksperimen sederhana, anda dapat menghitung besaran karakteristik elusi
rata-rata untuk spesi copper dan zinc dalam kolom.
Volum retensi VR (volume fasa gerak dimana 50% senyawa sudah dielusi dari kolom) dapat dihitung
sebagai berikut:
VR = Dg × mresin,dry,OH form + V0
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 25
4.4 Menggunakan koefisien distribusi massa rata-rata Dg (Dg(Cu species) = 17.4 cm3 g−1, Dg(Zn
species) = 78.5 cm3 g−1), hitung volume retensi VR dalam satuan cm3 untuk spesi copper dan
spesi zinc jika massa resin kering dalam bentuk OH− adalah mresin,dry,OH form = 3.72 g dan void
volume (volume kosong) dari kolom V0 = 4.93 cm3.
Perhitungan:
VR(Cu species) = cm3 (jawab dengan 1 angka di belakang koma)
VR(Zn species) = cm3 (jawab tanpa angka desimal)
Jika anda tidak berhasil mendapatkan jawaban, gunakan VR(Cu species) = 49.9 cm3 dan VR(Zn
species) = 324 cm3 untuk perhitungan selanjutnya.
Menggunakan rumus sederhana, pemisahan dua set spesi, A dan B, dapat dianggap sempurna jika:
V0.001(A) – V0.999(B) > 10Vc
dengan V0.001 adalah volume fasa bergerak pada saat 0.1% dari A sudah terelusi dari kolom, dan
V0.999 adalah volume fasa bergerak pada saat 99.9% dari B sudah terelusi dari kolom.
V0.001(A) = VR(A) × (1 – 6.91√dp/Lc)
V0.001(B) = VR(B) × (1 – 6.91√dp/Lc)
V0.999(B) = 2VR(B) – V0.001(B)
4.5 Dengan perhitungan, buktikan apakah spesi copper terpisah sempurna dari spesi zinc.
Volume kolom yang terisi resin yang mengembang Vc = 10.21 cm3, diameter partikel resin dp
= 0.125 mm, dan tinggi resin basah yang mengembang dalam kolom Lc = 13.0 cm.
V0.001(A) = cm3
V0.999(B) = cm3
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 26
Sangat mungkin memisahkan spesi copper dari spesi zinc.
☐ Betul ☐ Salah
4.6 Hitung nilai teoritis kapasitas massa pertukaran ion total dari resin kering yang digunakan pada
soal ini, Qm,theor, dalam satuan mmol g−1. Anggap hanya gugus tetraalkylammonium yang
berperan pada pertukaran ion dalam resin. Tidak ada gugus yang mengandung nitrogen
lainnya. Fraksi massa nitrogen dalam resin kering adalah 4.83%.
Qm,theor = mmol g−1 (jawab dengan 2 angka di belakang koma)
Jika anda tidak berhasil, gunakan Qm,theor = 4.83 mmol g−1 untuk perhitungan selanjutnya.
Kenyataannya, tidak semua gugus tetraalkylammonium terlibat dalam pertukaran ion. Untuk
menentukan kapasitas volume pertukaran ion, Qv, kolom diisi dengan 3.72 g resin kering dan
dikonversi ke bentuk Cl− dan dicuci dengan larutan sodium sulfate berlebih. Eluen dikumpulkan
dalam labu ukur 500 cm3 kemudian ditambahkan air sampai tanda batas. Aliquot sebanyak 100 cm3
dititrasi secara potensiometri dengan larutan perak nitrat 0.1027 mol.dm−3. Volume larutan perak
nitrat pada titik ekivalen adalah 22.20 cm3. Volume kolom yang terisi resin yang mengembang Vc,
adalah 10.21 cm3.
4.7 Hitung Qv resin yang mengembang dalam mmol gugus tetraalkylammonium aktif per cm3 resin
yang mengembang.
Qv = mmol.cm−3 (jawab dengan 2 angka di belakang koma)
Jika anda tidak berhasil, gunakan Qv = 1.00 mmol.cm−3 untuk perhitungan selanjutnya.
4.8 Hitung fraksi mol (x) gugus tetraalkylammonium aktif yang terlibat pada pertukaran ion.
x = (jawab dengan 3 angka di belakang koma)
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 27
Soal Teori
5
8% dari total
Pertanyaan 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9
Poin 3 3 1 5 3 2 4 1 2
Nilai
Pertanyaan 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 Total
Poin 5 7 3 2 6 1 1 1 50
Nilai
Soal 5. Batu mulia Bohemian garnet
Batu mulia Bohemian garnet (pyrope) adalah batu semi-berharga Czech berwarna merah-darah.
Komposisi kimia garnet alami dinyatakan sesuai rumus stoikiometri umum A3B2(SiO4)3, dengan AII
adalah kation divalen dan BIII adalah kation trivalen. Garnet memiliki sel satuan kubus yang
mengandung 8 unit formula. Strukturnya terdiri dari 3 tipe polyhedra: kation AII menempati posisi
dodecahedral (dikelilingi oleh delapan atom O), kation BIII menempati posisi octahedral (dikelilingi
oleh enam atom O) dan SiIV dikelilingi oleh empat atom O tersusun secara tetrahedron.
Mineral garnet yang paling umum adalah almandine dengan rumus Fe3Al2(SiO4)3. Parameter sel
satuannya adalah a = 11.50 Å.
5.1 Hitung densitas almandine secara teoritis.
= g.cm−3
Bohemian garnet memiliki komposisi Mg3Al2(SiO4)3. Senyawa murni ini tidak berwarna dan warna
garnets alami berasal dari chromophores – Kation logam transisi yang mensubstitusi kation material
yang ada. Warna merah Bohemian garnet berasal dari sejumlah kecil ion CrIII yang menempati
posisi octahedral dan ion FeII menempati posisi dodecahedral.
5.2 Gambarkan diagram pembelahan orbital-d pada [CrIIIO6]oct dan gambarkan posisi elektronnya.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 28
5.3 Tentukan symbol unsur transisi deret-1 yang merupakan kation trivalen MIII menempati posisi
octahedral, yang bersifat diamagnetik saat susunan spin rendah dan paramagnetik saat
susunan spin tinggi.
5.4 Gambar berikut menunjukkan pembelahan orbital-d dalam medan kristal dodecahedral.
Gambarkan posisi electron pada chromophor [FeIIO8]dod untuk kedua susunan berikut
a) susunan spin-tinggi b) susunan spin rendah
5.5 Tuliskan ketidaksamaan (contoh P < E1 + E2 + E3) untuk besaran energi pemasangan elektron,
Pairing energy (P) yang berkaitan dengan energi E1, E2 dan E3 untuk kedua susunan tersebut.
a) Susunan spin-tinggi: P
b) Susunan spin-rendah: P
5.6 Asumsikan bahwa P > E3, Tuliskan simbol unsur-unsur transisi deret-1 yang merupakan kation
divalent MII menempati posisi dodecahedral, bersifat diamagnetik saat susunan spin rendah
dan paramagnetik saat susunan spin tinggi.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 29
Gambar-gambar berikut menunjukkan spektra serapan sederhana untuk empat mineral Bohemian
garnet warna darah, uvarovite hijau, sapphire biru dan citrine orange-kuning.
5.7 Cocokkan spektra di atas dengan mineral-mineral berikut.
Bohemian garnet: Sapphire:
Uvarovite: Citrine:
5.8 Jika diiluminasi dengan cahaya monokromatik hijau-biru (blue-green), bagaimana Bohemian
garnet akan terlihat oleh anda?
Red Blue Yellow-orange Black
Yellow Blue-green Violet White
Andradite adalah mineral garnet lainnya; komposisi kimianya adalah Ca3Fe2(SiO4)3. Substitusi
ganda kation – TiIV menggantikan FeIII dalam posisi octahedral dan FeIII menggantikan SiIV dalam
posisi tetrahedral – menghasilkan black schorlomite. Komposisi kimianya dapat dinyatakan sebagai
Ca 3[Fe,Ti]
oct 2 ([Si,Fe]
tetO
4)
3.
Ab
sorb
an
ce
λ (nm)450400 500 600 700650550350300
Ab
sorb
an
ce
λ (nm)450400 500 600 700650550350300
λ (nm)450400 500 600 700650550350300
Ab
sorb
an
ce
Ab
sorb
an
ce
λ (nm)450400 500 600 700650550350300
A B
C D
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 30
5.9 Hitung persentase ion SiIV dalam sampel schorlomite yang harus disubstitusi dengan FeIII, jika
diketahui bahwa 5% ion FeIII dalam posisi octahedral tersubstitusi oleh TiIV.
p = %
Warna mineral disebabkan oleh dua chromophores: [FeIIIO6]oct dan [FeIIIO4]tet. Ion pusat pada kedua
chromophores mempunyai elektron tak berpasangan yang sama jumlahnya.
5.10 Gambarkan diagram pembelahan orbital-d untuk kedua chromophores dan gambarkan posisi
elektronnya.
[FeIIIO6]oct: [FeIIIO4]tet:
Medan tetrahedral menyebabkan pembelahan yang lebih kecil dibandingkan dengan medan
octahedral (∆tet = 4
9 ∆oct). Tetapi pada ion FeIII, energi transisi d–d pertama (walaupun sangat lemah)
untuk chromophore octahedral (11000 cm−1) lebih kecil dari yang tetrahedral (22 000 cm−1).
5.11 Hitung besarnya pairing energy (P) dan besarnya pembelahan Δoct dan Δtet. Asumsikan bahwa
nilai pairing energy sama untuk kedua chromophores.
P = cm−1
Δoct = cm−1
Δtet = cm−1
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 31
Garnet sintetis YAG (YttriumAluminiumGarnet), yang digunakan dalam optoelectronics, memiliki
komposisi Y3Al5O12. Strukturnya diturunkan dari struktur garnet umum A3B2(SiO4)3 dengan
menempatkan ion YIII dan AlIII pada posisi-posisi A, B dan Si.
5.12 Berdasarkan pengetahuan anda terkait dengan ukuran ion relatif, tuliskan kation mana yang
menempati posisi berikut:
A: B: Si:
5.13 Pada teknologi LED, YAG didoping dengan CeIII. Tentukan nilai x dan y dalam rumusan YAG
dimana 5% atom yttrium disubstitusi oleh cerium.
YxCeyAl5O12
x = y =
Jika anda tidak berhasil memperoleh nilainya, gunakan nilai x = 2.25 dan y = 0.75.
5.14 YAG yang di-doping dengan CeIII dibuat dengan proses pengerasan (annealing) campuran
Y2O3, Al2O3 dan CeO2 dalam atmosfer H2. Gunakan rumus molekul dari pertanyaan 5.13, lalu
tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi ini dengan koefisien stoikiometri berupa
bilangan bulat terkecil.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 32
Doping (penyisipan) struktur YAG dengan ion tanah jarang (rare-earths) memungkinkan
pembentukan laser dengan panjang gelombang emisi berkisar dari daerah UV sampai mid-IR. Pada
skema berikut ditunjukkan penyederhanaan energi transisi f–f untuk beberapa ion tanah jarang.
5.15 Kation mana yang memiliki transisi sesuai dengan emisi cahaya biru?
Er3+ Sm3+ Tm3+ Pr3+
Yb3+ Nd3+ Tb3+
5.16 Hitung panjang gelombang emisi cahaya tersebut.
λ = nm
5.17 Berdasarkan legenda, Noah menggunakan tongkat dengan batu garnet untuk penerangan
selama perjalannnya. Dengan hanya mengasumsikan efek photoluminescence, tentukan
warna sinar laser yang diemisikan tongkatnya jika batu yang digunakan adalah blood-coloured
Bohemian garnet (berwarna merah-darah).
Red Blue Yellow-orange Black
Yellow Blue-green Violet White
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 33
Soal Teori 6 Pertanyaan 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 Total
Poin 18 4 8 3 4 12 16 3 68
7% dari total Nilai
Soal 6. Mari berburu jamur!
Mushrooming atau berburu jamur merupakan tradisi nenek moyang Czech dan Slovak sejak tempo dulu. Beberapa spesies jamur bisa dimakan, sebagian tidak bisa dimakan dan bahkan beracun.
Jamur payung atau Inky cap (Coprinopsis atramentaria) dapat dimakan dan enak rasanya. Jamur ini mengandung senyawa alam coprine (E), yang dapat disintesis dengan mudah dari bahan baku ethyl 3-chloropropanoate (1).
6.1 Gambarkan struktur A–E termasuk stereokimianya jika ada. Petunjuk: Reaksi pertama yang
menghasilkan senyawa A berlangsung melalui pembentukan senyawa organologam terlebih dulu
yang kemudian mengalami siklisasi.
A B
C
D E
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 34
Dalam tubuh manusia, coprine mengalami hidrolisis menjadi L-glutamic acid (3) dan senyawa C
serta 4, yang menimbulkan efek samping yang berlawanan/antagonis dengan efek coprine semula.
Senyawa-senyawa tersebut menginhibisi kerja enzim acetaldehyde dehydrogenase, yang terlibat
dalam metabolisme alkohol. Ketika enzim tersebut diinhibisi, acetaldehyde yang terbentuk oleh
adanya alcohol dehydrogenase akan terakumulasi dalam tubuh, yang menyebabkan munculnya
gejala teler atau mabuk (disebut sebagai efek antabuse). Sisi aktif enzim mengandung gugus -SH
cysteine, yang dapat terblokir/terlindungi oleh senyawa C atau 4.
Enzim = acetaldehyde dehydrogenase
6.2 Dengan menggunakan penggambaran piktogram acetaldehyde dehydrogenase seperti pada
skema di atas, gambarkan struktur F yang merupakan enzim yang terinhibisi oleh senyawa 4.
Efek antabuse diberi nama berdasarkan senyawa antabuse (5), yang merupakan obat terkenal yang
digunakan dalam terapi pengobatan terhadap kebergatungan alkohol. Obat ini dapat disintesis
sesuai skema berikut.
6.3 Gambarkan struktur senyawa G dan H. Petunjuk: Senyawa H mengandung lima atom karbon.
F
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 35
G
H
6.4 Beri tanda silang pada daftar reagen berikut yang merupakan reagen paling sesuai sebagai
reagen I yang digunakan dalam skema reaksi di atas.
☐ m-chloroperbenzoic acid (mCPBA) ☐ H2O2 encer
☐ Zn/CH3COOH ☐ NaBH4
☐ I2 ☐ H2SO4 pekat dan panas
☐ K2CO3, H2O ☐ AlCl3
Cara antabuse menginhibisi acetaldehyde dehydrogenase mirip dengan efek pemblokiran oleh
senyawa C dan 4.
Enzim = acetaldehyde dehydrogenase
6.5 Dengan menggunakan piktogram untuk acetaldehyde dehydrogenase seperti gambar di atas,
gambarkan struktur J yang merupakan enzim yang diinhibisi oleh antabuse (5). Petunjuk: Tiga
atom sulfur harus ada di dalam struktur yang anda gambar.
Jamur menarik lainnya adalah False morel (Gyromitra esculenta). Walaupun dahulu jamur ini boleh
dimakan (sesuai nama Latin esculentus yang berarti bisa dimakan), namun terdapat bukti bahwa
jamur ini beracun karena mengandung gyromitrin (M). Senyawa alam ini dapat disintesis dari
N-methylhydrazine (6):
J
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 36
6.6 Gambarkan struktur senyawa K–M.
K
L
M
Dalam tubuh manusia, gyromitrin (M) mengalami hidrolisis dan menghasilkan N-methylhydrazine
(6), yang bersifat sangat hepatotoksik (meracuni liver/hati). Gyromitrin (M) mengalami hidrolisis
langsung ketika memasuki lingkungan asam di dalam perut manusia, di mana baik gugus amida
maupun gugus imina akan terhidrolisis.
Fokuskan perhatian anda pada hidrolisis gugus fungsi amida dalam struktur molekul gyromitrin.
Bilangan gelombang vibrasi untuk modus ulur/stretching yang relevan dengan ikatan C−N adalah
1293.0 cm−1 dan energi potensial permukaan tidak secara signifikan mengubah bentuknya oleh
adanya efek substitusi isotop.
6.7 Hitung efek isotop kinetik hipotetik tertinggi yang mungkin terjadi pada suhu tubuh manusia,
37 °C, untuk reaksi hidrolisis tersebut, dengan asumsi bahwa baik atom nitrogen maupun
karbon yang terkait dalam proses tersebut secara bersamaan disubstitusi/diganti, yaitu 14N
menjadi isotop 15N dan 12C menjadi isotop 13C. Pertimbangkan bahwa hanya energi vibrasional
titik nol (zero point vibrational energy) yang mempengaruhi tetapan laju reaksi. Asumsikan
bahwa massa molar semua isotop adalah bilangan bulat. Dalam seluruh proses perhitungan
selanjutnya, gunakan lima angka penting.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 37
6.8 Setelah melakukan perubahan isotop tersebut, ternyata laju hidrolisis tidak menunjukkan
perbedaan signifikan. Manakah di antara proses berikut yang paling mungkin merupakan
tahap penentu laju reaksi? Beri tanda silang pada bagian yang dipilih.
☐ Serangan nukleofilik air pada gugus fungsi amida yang terprotonasi.
☐ Pemutusan ikatan C−N.
☐ Protonasi molekul gyromitrin.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 38
Soal Teori 7 Pertanyaan 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 Total
Poin 10 6 15 9 11 6 57
7% dari total Nilai
Soal 7. Cidofovir
Cidofovir (1), awalnya dirancang dan dibuat oleh kelompok penelitian Professor Holy di
Czechoslovakia, merupakan suatu analog nukleotida dengan aktivitas antivirus. Senyawa ini
digunakan untuk mengobati infeksi oleh virus, sebagian besar untuk pasien pengidap AIDS.
Intermediet (senyawa antara) kunci dalam sintesis cidofovir adalah senyawa diol 2 yang murni optis
aktif, yang dapat dibuat dari L-mannitol (3).
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 39
7.1 Gambarkan struktur senyawa A–D, termasuk stereokimianya. Satu molekul A menghasilkan
dua molekul B.
A C12H22O6
B
C D
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 40
7.2 Gambarkan struktur semua stereoisomer alternatif dari senyawa 3 yang bisa digunakan dalam
tahap reaksi yang sama seperti di atas yang hanya akan menghasikan produk 2 yang sama.
Diol 2 dimodifikasi lebih lanjut menghasilkan senyawa I. Sintesis phosphonate 4 yang digunakan
untuk mengubah senyawa F menjadi G akan dibahas kemudian.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 41
7.3 Gambarkan struktur senyawa E–I, termasuk stereokimianya yang tepat. Gunakan singkatan
MMT untuk gugus (4-methoxyphenyl)diphenylmethyl.
Skema yang sama dengan yang di halaman
sebelumnya, untuk lebih mudah dipahami
E C30H30O4
F G
H
I C16H27O8PS
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 42
Phosphonate 4 dapat dibuat berdasarkan skema reaksi berikut:
7.4 Gambarkan struktur senyawa J–L.
J
K
L
Reaksi antara I (dari pertanyaan 7.3) dengan cytosine (5) menghasilkan campuran 3:1 antara M dan
N yang merupakan senyawa isomer satu sama lain. Pembentukan kedua produk tersebut dapat
dipahami dengan meyakini bahwa cytosine (5) juga dapat berada dalam bentuk sebagai
tautomernya, yaitu senyawa P yang aromatik. Reaksi antara M dengan cyclohexa-1,4-diene dan
palladium hydroxide pada permukaan karbon menghasilkan senyawa O. Gugus phosphonic ester
dalam senyawa O bereaksi dengan bromotrimethylsilane menghasilkan cidofovir (1).
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 43
7.5 Gambarkan struktur kedua isomer M, N, dan senyawa O, termasuk stereokimianya yang tepat,
serta struktur P yang merupakan tautomer aromatik dari cytosine (5). Transformasi M menjadi
O merupakan proses pelepasan gugus pelindung.
M (75%)
N (25%)
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 44
O
P
7.6 Gambarkan struktur dua senyawa organik sederhana Q dan R yang terbentuk selama proses
konversi M menjadi O.
Q dari cyclohexadiene
R dari gugus pelindung
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 45
Soal Teori 8 Pertanyaan 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 Total
Poin 14 14 2 16 6 8 9 6 75
9% dari total Nilai
Soal 8. Caryophyllene
-Caryophyllene (3) merupakan senyawa sesquiterpene alami yang terkandung dalam pohon
cengkeh dan beberapa tanaman tradisional Czech dan Slovak, seperti tanaman hop atau linden
berdaun-kecil.
Sintesis -caryophyllene dimulai dari enantiomer tunggal dienone A. Reaksi antara A dengan silyl
ketene acetal 1 yang segera diikuti dengan reduksi dan aqueous work-up (penyelesaian reaksi
dengan penambahan larutan dalam air) menghasilkan ketone 2. Senyawa antara (intermediet) ini
kemudian mengalami reaksi dengan tosyl chloride, menghasilkan B. Siklisasi senyawa ini dalam
suasana basa menghasilkan C. Akhirnya, reaksi antara C dengan ylide D menghasilkan
-caryophyllene.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 46
8.1 Gambarkan struktur senyawa A–D, termasuk stereokimianya yang tepat. Petunjuk: dalam
transformasi A → 2, silyl ketene acetal bertindak sebagai suatu nukleofil.
A C10H14O B
C D
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 47
Salah satu ikatan rangkap dalam 2 sebagaimana halnya dalam 3 memiliki konfiguarasi trans dan
kerangkanya cukup stabil karena ukuran cincin yang besar. Senyawa trans-Cyclooctene (4)
merupakan cincin terkecil yang dapat mengakomodasi adanya ikatan rangkap trans. Senyawa ini
dapat dibuat berdasarkan skema reaksi berikut:
8.2 Gambarkan struktur reagen E dan intermediet (senyawa antara) F dan G, termasuk
stereokimianya yang tepat. Untuk F dan G, Beri tanda silang pada kotak yang menunjukkan
produk stereokimia yang dihasilkan.
E F
☐ akiral
☐ enantiomer tunggal
☐ campuran rasemat
☐ campuran diastereoisomer
G
☐ akiral
☐ enantiomer tunggal
☐ campuran rasemat
☐ campuran diastereoisomer
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 48
8.3 Gambarkan struktur enantiomer cycloalkene 4 dengan stereokimia yang tepat.
Dua ikatan rangkap dalam -caryophyllene menunjukkan perbedaan kereaktifan: ikatan rangkap di
dalam cincin (endocyclic) lebih reaktif daripada yang di luar cincin (exocyclic) akibat tegangan cincin.
8.4 Gambarkan struktur Ha + Hb, I dan Ja + Jb, termasuk stereokimianya yang tepat. Petunjuk:
Ha + Hb dan Ja + Jb merupakan pasangan diastereomer.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 49
Ha + Hb
I
Ja + Jb
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 50
Yang menarik adalah, ternyata kereaktifan ikatan rangkap di dalam dan di luar cincin pada senyawa
isocaryophyllene (5) justru berkebalikan dari kereaktifan ikatan rangkap dalam -caryophyllene (3).
8.5 Gambarkan struktur Ka dan Kb, dengan sterokimia yang tepat. Petunjuk: Ka + Kb merupakan
pasangan diastereomer.
Ka + Kb
Senyawa berlabel-isotop merupakan perangkat yang berharga untuk penentuan mekanisme reaksi,
penentuan struktur, penentuan massa maupun studi spektroskopi NMR. Perhatikan sintesis analog
-caryophyllene berlabel-isotop berikut.
8.6 Gambarkan struktur L dan M dilengkapi dengan stereokimianya yang tepat.
IDN-1 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018
UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 51
L
M C14H20D2O
-Caryophyllene (3) mengalami siklisasi yang dikatalisis asam, yang akan menghasilkan suatu
campuran produk yang kompleks. Di antara produk tersebut, yang paling banyak adalah pasangan
diastereomer Na + Nb dan pasangan diastereomer 7a + 7b. Reaksi dimulai dengan proses
protonasi pada ikatan rangkap internal yang lebih reaktif sehingga menghasilkan kation O. Siklisasi
ini tanpa disertai pemutusan ikatan tunggal karbon-karbon sehingga menghasilkan pasangan
diastereomer kation trisiklik Pa dan Pb, yang kemudian mengalami hidrasi sehingga menghasilkan
senyawa alkohol target Na dan Nb. Alternatif lainnya, kation Pa dan Pb mengalami penataan ulang
dengan terjadinya pemutusan ikatan tunggal karbon-karbon sehingga menghasilkan kation Qa dan
Qb, yang kemudian mengalami deprotonasi sehingga menghasilkan 7a dan 7b.
8.7 Gambarkan struktur tiga intermediet (senyawa antara) O, Pa, Qa yang menghasilkan
diastereomer 7a, dilengkapi dengan stereokimianya yang tepat.