50 IChO 2018 · Hukum pertama termodinamika ΔU = q + W Power input untuk alat listrik: P = U I ......

of 53 /53
19 th – 29 th July 2018 Bratislava, SLOVAKIA Prague, CZECH REPUBLIC www.50icho.eu SOAL TEORI Negara: Indonesia Nama sesuai paspor: Kode siswa: IDN-3 Bahasa: Indonesia 50 th IChO 2018 International Chemistry Olympiad SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC BACK TO WHERE IT ALL BEGAN

Embed Size (px)

Transcript of 50 IChO 2018 · Hukum pertama termodinamika ΔU = q + W Power input untuk alat listrik: P = U I ......

19th 29th July 2018

Bratislava, SLOVAKIA

Prague, CZECH REPUBLIC

www.50icho.eu

SOAL TEORI

Negara: Indonesia

Nama sesuai paspor:

Kode siswa: IDN-3

Bahasa: Indonesia

50th IChO 2018 International Chemistry Olympiad

SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC

BACK TO WHERE IT ALL BEGAN

IDN-3 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-3 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 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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 3

Tetapan fisik dan rumus

Tetapan Avogadro: NA = 6.022 1023 mol1

Tetapan gas universal: R = 8.314 J K1 mol1

Kecepatan cahaya: c = 2.998 108 m s1

Tetapan Planck's: h = 6.626 1034 J s

Tetapan Faraday: F = 9.6485 104 C mol1

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 1031 kg

Satuan massa atom: u = 1.6605 1027 kg

ngstrm: 1 = 1010 m

Electronvolt: 1 eV = 1.602 1019 J

Watt: 1 W = 1 J s1

Persamaan gas ideal: pV = nRT

Hukum pertama termodinamika U = 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

Go = RT lnK = zFEcell

o

G = Go + 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:

S = q

rev

T

dengan qrev

kalor untuk proses reversibel

Perubahan kalor

untuk cm: yang tidak bergantung suhu

q = ncmT

dengan cm = kapasitas kalor molar

IDN-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 4

Persamaan van t Hoff: d lnK

dT =

rHm

RT2

ln (K2

K1) =

rHm

R(

1

T2

1

T1)

Persamaan HendersonHasselbalch: pH = pKa + log[A]

[HA]

Persamaan NernstPeterson: E = Eo

RT

zFlnQ

Energi foton: E = hc

Hubungan antara E dalam eV dan J: E eV = E J

qe

C

Hukum LambertBeer: A = logI0

I = lc

Bilangan gelombang: =

c =

1

2c

k

Massa tereduksi untuk molekul AX: = mA mX

mA + mX

Energi osilator harmonik: En = h (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-3 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 53

akan sama persis dengan pembacaan untai komplementernya dari arah 53. Oleh karena itu,

satu palindromic dsDNA terdiri dari dua untai identik yang saling komplementer satu sama lain.

Salah satu contohnya dikenal sebagai DrewDickerson 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 DrewDickerson dodecanucleotide (1). Asumsikan bahwa pasangan basa

nukleotida GC memiliki kontribusi lebih besar terhadap kestabilan dupleks DNA daripada

pasangan basa AT. Hitung (uraikan caranya) berapa banyak probabilitas terjadinya kenaikan

5-CGCGAATTCGCG-3 | | | | | | | | | | | |

3-GCGCTTAAGCGC-5

IDN-3 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 GC?

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 = 1.00 106 mol.dm3 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-3 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.mol1 per satu pasang GC, dan 1.30 kJ.mol1 per satu pasang AT 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-3 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.dm3 dimasukkan.)

cinit / 106 mol dm3 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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 9

1.6 Hitung Enthalpy H standar dan Entropy S standar untuk proses asosiasi untai tunggal

DNA membentuk palindromic double-stranded DrewDickerson dodecanucleotide (1).

Asumsikan bahwa H dan S tidak bergantung pada suhu.

Perhitungan:

IDN-3 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 mol1, hitung energi bebas Gibbs

untuk semua struktur AD dari pertanyaan 2.2 pada 374 K.

IDN-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 11

A kJ mol1

B kJ mol1

C kJ mol1

D kJ mol1

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) = 9.02 105 h1 dan pada 421 K adalah

k1(421 K) = 1.18 102 h1.

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-3 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-3 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 dm3 kita didihkan selama 1943 jam pada 374 K. Tetapan laju

untuk reaksi ke kanan adalah k1(374 K) = 9.02 105.h1, 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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 14

[L]eq = mol dm3

b) Perhitungan:

IDN-3 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 5.10 103 h1 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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 16

Perhitungan:

tboiling = h (jam)

IDN-3 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 fH(H2O,l) = 285.84 kJ mol1,

dan Enthalpy pembakaran standar isooctane adalah cH(C8H18,l) = 5065.08 kJ mol1

(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.

cHs(C8H18) =

cHs(H2) =

IDN-3 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.K1.mol1, S(H2,g) = 131 J.K1.mol1, S(O2,g) = 205 J K1 mol1.

Perhitungan:

EMF = V

3.4 Hitung efisiensi termodinamik ideal () untuk sel bahan bakar yang menghasilkan cairan air

pada 353.15 K. Pada suhu ini, enthalpy pembentukan air adalah fH(H2O,l) = 281.64 kJ mol1

dan perubahan energi bebas Gibbs adalah rG = 225.85 kJ mol1.

= %

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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 19

elektrolisis = %

3.6 Hitung massa hydrogen yang diperlukan untuk menempuh jarak antara Prague dan Bratislava

(330 km) dengan kecepatan rata-rata 100 km h1 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 rG = 226 kJ mol1.

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-3 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-3 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-3 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 g1) dan densitas energi (satuan kWh kg1) dari model baterai ion lithium tersebut

terkait dengan massa keseluruhan baterai aktif.

Perhitungan:

Kapasitas muatan (cq,s) = mAh g1

Perhitungan:

Densitas energi (el

)= kWh kg1

IDN-3 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.dm3. Untuk tetapan pembentukan kompleks

keseluruhan, , 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 dari spesi Cu (muatan dihilangkan dari

rumusnya): =[CuCl]

[Cu][Cl] .

i dalam [CuCli]

1 2 3 4

i 2.36 1.49 0.690 0.055

IDN-3 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-3 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 g1, Dg(Zn

species) = 78.5 cm3 g1), 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 6.91dp/Lc)

V0.001(B) = VR(B) (1 6.91dp/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-3 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 g1. 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 g1 (jawab dengan 2 angka di belakang koma)

Jika anda tidak berhasil, gunakan Qm,theor = 4.83 mmol g1 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.dm3. 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.cm3 (jawab dengan 2 angka di belakang koma)

Jika anda tidak berhasil, gunakan Qv = 1.00 mmol.cm3 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-3 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 .

5.1 Hitung densitas almandine secara teoritis.

= g.cm3

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-3 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-3 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

(nm)450400 500 600 700650550350300

Ab

sorb

an

ce

(nm)450400 500 600 700650550350300

(nm)450400 500 600 700650550350300

Ab

sorb

an

ce

Ab

sorb

an

ce

(nm)450400 500 600 700650550350300

A B

C D

IDN-3 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 Fe

III, energi transisi dd pertama (walaupun sangat lemah)

untuk chromophore octahedral (11000 cm1) lebih kecil dari yang tetrahedral (22 000 cm1).

5.11 Hitung besarnya pairing energy (P) dan besarnya pembelahan oct dan tet. Asumsikan bahwa

nilai pairing energy sama untuk kedua chromophores.

P = cm1

oct = cm1

tet = cm1

IDN-3 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-3 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 ff 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.

= 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-3 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 AE 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-3 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-3 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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 36

6.6 Gambarkan struktur senyawa KM.

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 CN adalah

1293.0 cm1 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-3 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 CN.

Protonasi molekul gyromitrin.

IDN-3 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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 39

7.1 Gambarkan struktur senyawa AD, termasuk stereokimianya. Satu molekul A menghasilkan

dua molekul B.

A C12H22O6

B

C D

IDN-3 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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 41

7.3 Gambarkan struktur senyawa EI, 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-3 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 JL.

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-3 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-3 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-3 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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 46

8.1 Gambarkan struktur senyawa AD, termasuk stereokimianya yang tepat. Petunjuk: dalam

transformasi A 2, silyl ketene acetal bertindak sebagai suatu nukleofil.

A C10H14O B

C D

IDN-3 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-3 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-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 49

Ha + Hb

I

Ja + Jb

IDN-3 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-3 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.

IDN-3 INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD / SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC, 2018

UJIAN TEORI, OFFICIAL INDONESIAN VERSION 52

O Pa

Qa

8.8 Gambarkan struktur diastereomer Na + Nb, dilengkapi stereokimianya yang tepat.

Na + Nb C15H26O