Archiwa tagu: 66 olchem

Analiza II etapu 66 Olimpiady Chemicznej

Analiza II etapu 66 Olimpiady Chemicznej

I po wszystkim! Emocje powoli opadają, a rozpoczyna się teraz okres, który pewnie lubicie najbardziej na OlChemie, czyli długie, ponad trzytygodniowe czekanie na najważniejsze wyniki.

Standardowo rozwiązywanie zacząłem od szybkiego przejrzenia wszystkich zadań i oceny, co weszło z Folderu Wstępnego (FW). Czytaj dalej Analiza II etapu 66 Olimpiady Chemicznej

Chemia organiczna w krótkich zadaniach – trochę wszystkiego

Chemia organiczna w krótkich zadaniach – trochę wszystkiego

Znajdź błędy w syntezie organicznej :

Wiadomo, najłatwiej uczyć się na cudzych błędach, często zresztą prościej dostrzec błąd innych, niż ten swój, zatem zapraszam do zabawy!

Krótka informacja :

  • nie każda reakcja jest błędna
  • do każdej reakcji podchodzimy osobno, więc jeśli poprzednia reakcja nie zaszła (lub coś jest w niej źle), to w następnym etapie syntezy już nas to nie interesuje, patrzymy na syntezę ,,etap po etapie”
  • szarym (zielonym?) kolorem zaznaczono cząsteczki, które zostały źle zapisane w syntezie, a obok każdej takiej cząsteczki na niebiesko zapisano prawidłowy produkt danej reakcji
  • czasami błędy są ordynarne, a innym razem mogą być nieco bardziej subtelne

Błędna synteza 1 :

 

Błędy w syntezie 1

 

Odpowiedź :

  • pierwszy etap, czyli potraktowanie etylobenzenu N-bromosukcynoimidem w istocie powoduje substytucję wodoru atomem bromu, na drodze rodnikowej. W związku z tym, że rodnik benzylowy wykazuje dużo większą trwałość, podstawienie to zachodzi właściwie jedynie na pozycji benzylowej.
  • drugi etap to tworzenie związku Grignarda, który jednak powinno się prowadzić w rozpuszczalniku aprotycznym – typowo THF czy eter dietylowy. Obecna w mieszaninie reakcyjnej woda spowoduje reakcję kwas zasada.
  • trzeci etap jest ,,prawie dobrze”, tylko nagle pojawił się jeden dodatkowy węgiel w postaci grupy  -CH_{2}-
  • pozostałe etapy są prawidłowe. Na komentarz zasługuje ostatnia reakcja z tBuOK , która jest reakcją eliminacji niezgodnie z regułą Zajcewa, co jest spowodowane dużym zatłoczeniem sterycznym tert-butanolanu potasu.

Błędy w syntezie 1 odp.jpg

TsCl = chlorek tosylu


Błędna synteza 2 :

 

Błędy w syntezie 2.jpg

Odpowiedź :

  • pierwszy etap, to reakcja alfa-substytucji, podczas gdy został narysowany błędy produkt beta-substytucji.
  • drugi etap, to reakcja eliminacji, która na pozór powinna dać mieszaninę produktów (,,remis” w regule Zajcewa), jednak musimy pamiętać o trwałości związków sprzężonych – w tym przypadku powinien powstać  \alpha, \beta - nienasycony keton. W bolesny sposób, można było się o tym przekonać tutaj :  Zadanie 4 , reakcja F -> G
  • trzeci etap również jest źle, została tutaj przedstawiona nieprawidłowa stereochemia względna dwóch atomów chloru. Zgodnie z mechanizmem przebiegającym przez kation chloroniowy, powstaje produkt addycji anti. 

 

Błędy w syntezie 2 odp.jpg

Błędna synteza 3 :

 

Błędy w syntezie 3

Odpowiedź :

  • pierwszy etap, czyli pozornie prosta reakcja Grignarda napotyka tutaj problem w postaci niezabezpieczonej grupy hydroksylowej, która będzie reagowała na zasadzie reakcji kwas-zasada z odczynnikiem Grignarda – powstanie sól.
  • drugi etap jest dobrze, PCC to łagodny utleniacz. Alkohol trzeciorzędowy nie ulega utlenianiu.

Błędy w syntezie 3 odp.jpg

Błędna synteza 4 :

 

Błędy w syntezie 4.jpg

Odpowiedź :

  • pierwszy etap, to reakcja Dielsa-Aldera, która jest ,,prawie dobrze” – źle jednak została zapisana stereochemia. Musimy pamiętać, że reakcja Dielsa-Aldera jest stereospecyficzna a konfiguracja (cis/trans) substratu determinuje konfigurację powstającego produktu. Zatem użycie trans-alkenu musi skutkować powstaniem cykloheksanu, w którym grupa aldehydowa i nitrowa są względem siebie trans.
  • drugi etap jest prawidłowy (ozonoliza redukująca). .

Błędy w syntezie 4 odp.jpg

Błędna synteza 5 :

 

Błędy w syntezie 5

 

Odpowiedź :

  • pierwszy etap, czyli wyczerpujące metylowe jest prawidłowy.
  • drugi etap jest nieprawidłowy. Owszem jest to reakcja nitrowania, jednak powinien powstać izomer meta (grupa  (CH_{3})_{3}N   jest grupą wyciągającą elektrony).
  • trzeci etap, jest nieprawidłowy. Redukcja w pierwszej kolejności dotknęłaby grupę nitrową, a dopiero w drugiej kolejności pierścień aromatyczny. W ramce z przerywaną linią podano ewentualną poprawną strukturę.

Błędy w syntezie 5 odp

Spektroskopia :

Spektroskopia 1 – ,,topowość protonów” :

Poniżej przedstawiono dwa różne związki (propan oraz butan), a na czerwono zaznaczono po dwa atomy wodoru, które poddamy analizie. Zakwalifikuj te czerwone atomy wodoru jako homotopowe, diastereotopowe lub enancjotopowe. 

Widmo 1 (topowość protonów)

Odpowiedź :

Widmo 1 (topowość protonów) odp.jpg

 

Spektroskopia 2 – tajemnicza reakcja (bardzo ważna w tym roku!) :

Cyklohepten został poddany reakcji (która powinna być Ci znana) z tlenkiem osmu w obecności N-tlenku morfoliny. Powstały produkt w środowisku kwaśnym daje produkt o wzorze  C_{7}H_{12}O   , a w widmie  ^{1}H \ NMR   jest obecny singlet przy wartości przesunięcia chemicznego  \delta = 9,7 \ ppm   , podczas gdy w spektroskopii IR obserwuje się pasmo absorbcji przy  1729 \ cm^{-1}

 

Widmo 2 (przegr. pinakolinowe).jpg

 

Odpowiedź :

Widmo 2 (przegr. pinakolinowe) odp.jpg

  • pierwsza rekcja to dość często pojawiająca się reakcja tworzenia 1,2-diolu (cis). Następna reakcja to sygnalizowane w folderze wstępnym przegrupowanie pinakolowe/pinakolinowe.
  • sygnał  \delta = 9,7 \ ppm   jest sygnałem diagnostycznym dla aldehydu, co potwierdza się dodatkowo z informacji z widma IR. Skoro powstała grupa aldehydowa, to musiała nastąpić kontrakcja pierścienia – powstaje cykloheksen.

Spektroskopia 3 – ,,identyfikacja izomerów dzięki NMR” :

Nitrowanie toluenu może skutkować powstaniem mieszaniny izomerów. W jaki sposób używając spektroskopii  ^{1}H \ NMR   można rozróżnić oba te izomery?

Widmo 3 (nitrowanie toluenu).jpg

Odpowiedź :

Nitrowanie toluenu daje dwa główne produkty : izomery orto oraz para (chociaż powstają również śladowe ilości izomeru meta, o czym boleśnie można było się przekonać tutaj : http://www.olchem.edu.pl/59iit.pdf ). Wystarczy porównać liczbę sygnałów w rejonie aromatycznym : dla izomeru para zaobserwujemy tylko dwa sygnały, podczas gdy w izomerze orto mielibyśmy cztery sygnały.

Widmo 3 (nitrowanie toluenu) odp.jpg

 

Spektroskopia 4 – ,,widmo MS” :

Poniżej przedstawiono widmo MS pewnego związku. W rejonie piku molekularnego występują trzy piki przy  m/z  równym 156 , 158 oraz 160 o intensywnościach względnych 9 : 6 : 1 (patrz niżej). Co można wywnioskować na podstawie obecności tych trzech pików?

MS widmo 4.jpg

Odpowiedź :

Jest to obraz charakterystyczny dla obecności dwóch atomów chloru, a intensywności względne pików są skorelowane z zawartością procentową izotopów chloru :  ^{35}Cl   oraz  ^{37}Cl

Umiesz to obliczyć? Podaj obliczenia w komentarzu.

 

Spektroskopia 5 – ,,identyfikacja prostego związku” :

Pewien związek X o masie molowej 43 g/mol wykazuje 2 sygnały w widmie 1H NMR o intensywnościach względnych 4 : 1. Zidentyfikuj ten związek.

Odpowiedź :

  • na podstawie reguły azotowej spodziewamy się obecności nieparzystej ilości atomów azotu. Ze względu na niską wartość masy molowej sens ma tylko jeden atom azotu. Wówczas masa molowa reszty wynosi 29, co odpowiada  fragmentowi  C_{2}H_{5}
  • związek X ma zatem wzór sumaryczny :  C_{2}H_{5}N
  • stopień nienasycenia związku X wynosi :   DBE = 1 , zatem musimy mieć wiązanie podwójne  (C=C   lub  C=N )  lub pierścień (tylko trójczłonowy).
  • ze względu na intensywność względną równą  4 : 1 wiadomo, że muszą istnieć dwie grupy  $latex  -CH_{2}- $  , które są takie same (równocenne), a sam związek musi być zatem symetryczny, czyli musi to być pierścień. Jedyna możliwość to azyrydyna (warto znać tą nazwę) :

Aziridine.svg

 

Mechanizmy :

Nowość w tym roku. Naprawdę ciężko powiedzieć czy po pierwsze odważą się wrzucić zadanie typu : ,,narysuj mechanizm” już na II etapie (a i może nawet na finale). Jednak takie zadania funkcjonują w zadaniu B4, zatem te podstawowe mechanizmy wypada umieć już na II etap.

Mechanizm 1 :

Zaproponuj mechanizm poniższego przekształcenia. Co jest jego siłą napędową?

Mechanizm 1.jpg

Odpowiedź :

 

Mechanizm 1 odp.jpg

Siłą napędową tego przegrupowania jest tworzenie trwalszego, trzeciorzędowego karbokationu. 

 

Mechanizm 2 (formy rezonansowe) :

Narysuj wszystkie formy rezonansowe :

Mechanizm 2 (formy rezonansowe).jpg

Odpowiedź :

Rysowanie form rezonansowych ostatnio na dobre zagościło w zadaniach olimpijskich i jest już wymagane od uczestników na zawodach I etapu! Jeśli nie potrafisz zrobić tego zadania to troszkę bym się zmartwił….

Mechanizm 2 (formy rezonansowe) odp.jpg

 

Mechanizm 3 :

Zaproponuj mechanizm, który tłumaczyłby tworzenie przedstawionego poniżej produktu.

Mechanizm3.jpg

Odpowiedź :

Nie powinno być wątpliwości co do pierwszego etapu – mocna zasada odrywa lekko kwasowy proton alkoholowy, co wiąże się z powstaniem ładunku ujemnego na atomie tlenu.  Dalej reakcja następuje z równoczesnym przegrupowaniem allilowym, a samą reakcję oznacza się jako  S_{N}2'

Mechanizm3 odp.jpg

 

Reaktywny Czwartek :

 

Reaktywny Czwartek 15 :

Dzisiaj trudna reakcja, która sprawia problemy osobom, które nie uczą się myśleć mechanizmami.

Wskazówka : powstały produkt ulega reakcji hydrolizy kwasowej z powstaniem metanolu.

Reakcja 1 (Faworski).jpg

Odpowiedź :

Jest to reakcja (przegrupowanie) Faworskiego. Na Olimpiadzie debiutowała o ile się nie mylę tutaj :  58 edycja, FW – zadanie B5

Hydroliza w warunkach kwaśnych, w której produktem jest metanol sugeruje utworzenie estru metylowego. Musiało się to wiązać ze zmniejszeniem pierścienia z 6-członowego do cyklopentanu.

Reakcja 1 (Faworski) odp.jpg

 

Reaktywny Czwartek 16 :

 

Reakcja 2 (HWE).jpg

Odpowiedź :

Jest to reakcja Hornera-Wadswortha-Emmonsa, która pomimo że odstrasza swoją długą nazwą  (której znać nie musicie oczywiście), to jest właściwie tożsama ze ,,zwykłym Wittigiem”  chociaż jeśli zgłębimy temat, wykazuje pewne odmienności. Pojawiała się na finale :  60 edycja, III etap – Zadanie 5

 

Reakcja 2 (HWE)  odp.jpg

 

Reaktywny Czwartek 17 :

Jest to reakcja, której daję ogromne szanse pojawienia się na drugim etapie, zatem radziłbym ją ,,ogarnąć”. Powstały produkt daje czerwone zabarwienie po dodaniu chlorku żelaza (III).

Reakcja 3 (przegrupowanie Claisena).jpg

Odpowiedź :

Jest to przegrupowanie Claisena.

Reakcja 3 (przegrupowanie Claisena) odp.jpg

Reaktywny Czwartek 18 :

[Ankieta] : który produkt nitrowania furanu będzie tym głównym?

Reakcja 4 (nitrowanie furanu) odp.jpg

Odpowiedź :

Powstaje oczywiście 2-nitrofuran (prawidłowa odpowiedź : A). Powinniście być w stanie rozrysować odpowiednie formy rezonansowe, które udowadniają Waszą odpowiedź!

 

Reaktywny Czwartek 19 :

Dla rozwiania wątpliwości : użyty nad strzałką reagent to chlorek jodu.

Reakcja 5 (addycja ICl).jpg

Odpowiedź :

Jest to zwykłą reakcji addycji elektrofilowej do alkenów, zachodzącej oczywiście zgodnie z regułą Markownikowa.

Reakcja 5 (addycja ICl)  odp.jpg

 

PS  Przy okazji zapraszam na ,,Instagramy” , bo od lutego będzie się już tutaj więcej działo.

Próbny I etap przed 66. Olimpiadą Chemiczną

Próbny I etap przed 66. Olimpiadą Chemiczną

[Jeśli ktoś nie może się doczekać rozwiązań, to można je sprawdzić tutaj :  Zadania i rozwiązania próbnego I etapu przed 66. OlChemem

Zadanie 1 – Rozpuszczalność

Związki srebra są istotne z punktu widzenia historycznego w kontekście rozwoju fotografii. W siedemnastym wieku Johann Heinrich Schulze uzyskał pierwsze odwzorowanie obrazu na emulsji światłoczułej sporządzonej z chlorku srebra na podkładzie z białej kredy.

Wiadomo, że w temperaturze 25 stopni Celsjusza chlorek srebra rozpuszcza się w wodzie w stosunku masowym  1 : 556000.

Reakcje kompleksowania mogą mieć duży wpływ na rozpuszczalność osadów. Jony srebra (I) tworzą związki kompleksowe, w których najczęściej liczba koordynacyjna wynosi 2. Takie reakcje jonu metalu  M^{+}   z dowolnym ligandem (o symbolu ogólnym  L   ), który może być zarówno cząsteczką obojętną jak i naładowaną, przedstawia poniższa reakcja :

M^{+} + L \rightleftharpoons ML^{+}

Równowaga ta jest opisywana przez stałą równowagi, którą nazywamy stałą trwałości oznaczana symbolem  \beta_{1}

Analogiczna stała równowagi  \beta_{6}   opisywałaby tworzenie kompleksu o liczbie koordynacyjnej 6 :  

M^{+} + 6L \rightleftharpoons ML_{6}^{+}

Poniższa tabelka zestawia wartości stałych trwałości    dla kompleksów srebra (I) z trzema różnymi ligandami :

                           Ligand :                             \beta_{2}
                        NH_{3}                          2,5 \cdot 10^{7}
                        S_{2}O_{3}^{2-}                           3,2 \cdot 10^{13} 
                        CN^{-}                          1,26 \cdot 10^{21} 

 

W fotografii historyczne znaczenie odgrywał również jon heksacyjanożelazianowy (II). Do roztworu zawierającego jony heksacyjanożelazianowe (III)  dodano roztworu zawierającego jony jodkowe, co spowodowało utlenienie go do jodu. Powstały jod (roztwór R1) oraz drugi produkt rozdzielono i wykrystalizowano (roztwór R2). Oba produkty  rozpuszczono w osobnych zlewkach w wodzie tworząc po  100 \ cm^{3}    roztworów.

Roztwór R1 zaczęto miareczkować roztworem tiosiarczanu sodu o stężeniu  0,0004 \ \frac{mol}{dm^{3}}   wobec kleiku skrobiowego aż do odbarwienia roztworu, zużywając  0,0026 \ dm^{3}  titranta.

Do roztworu R2 zaczęto dodawać kroplami roztwór azotanu miedzi (II) o stężeniu  c = 1,73 \cdot 10^{-5} \ \frac{mol}{dm^{3}}     i zaobserwowano strącanie się osadu po dodaniu  30 ml azotanu miedzi.

Masy molowe podane w  \displaystyle \frac{g}{mol} 

M_{Ag} = 107,87    M_{Cl} = 35,45

a)  napisz równanie reakcji rozpuszczania chlorku srebra. Oblicz rozpuszczalność chlorku srebra (wynik podaj w  \frac{mol}{dm^{3}}    oraz  \frac{g}{dm^{3}}   (3 pkt)

b)  oblicz stałą rozpuszczalności chlorku srebra K_{so}   oraz wartość  pK_{so}   (1 pkt)

c)  oblicz stałą rozpuszczalności heksacyjanożelazianu (II) miedzi  (5 pkt)

d)  zapisz równania reakcji rozpuszczania chlorku srebra w trzech ligandach z utworzeniem związków kompleksowych, w których LK = 2, zarówno w postaci cząsteczkowej lub jonowej skróconej – łącznie trzy równania reakcji.    (1,5 pkt)

e)  oblicz rozpuszczalność molową chlorku srebra w roztworze amoniaku o stężeniu  c = 0,1 \ M   . Przyjmij, że stężenie amoniaku pozostaje niezmienne przez całą reakcję. W trakcie obliczeń zaniedbaj tworzenie się kompleksu o LK = 1.    (6,5 pkt)

f)  uszereguj kompleksy srebra (I) podane w tabelce według wzrastającej trwałości. Ustal czy można uzyskać kompleks diaminasrebra (I) w poniższej reakcji  (3 pkt)  :

Ag(CN)_{2}^{-} + 2NH_{3} \rightleftharpoons Ag(NH_{3})_{2}^{+} + 2CN^{-} 

 

Zadanie 2 – Multum informacji

Metal X jest w stanie zredukować trójatomowy związek A jedynie w warunkach bardzo wysokiej temperatury – powstaje wówczas pierwiastek B oraz siedmioatomowy związek C. Jeśli podpalić mieszaninę rozdrobnionego metalu ( m_{Y} = 0,5396 \ g)    i związku C to powstanie pięcioatomowy związek D oraz metal ( m_{X} = 1,257 \ g)

Jeśli metal X reaguje z pierwiastkiem E to tworzy się związek F złożony z czterech atomów. Związek F składa się z tych samych pierwiastków, które tworzą związek G

Związek G natomiast jest produktem reakcji metalu X z kwasem solnym. Jeśli jednak w takiej reakcji dodatkowo bierze udział dwuatomowy pierwiastek H, wówczas powstaje mieszanina związków A oraz F

Związek C w odpowiednich warunkach może zostać zsyntezowany podczas reakcji między pierwiastkami X oraz H, jednak zazwyczaj powstanie pięcioatomowy związek I

Wszystkie wymienione powyżej związki są binarne, to jest składają się z dwóch różnych pierwiastków. 

Gęstość metalu X wynosi  \displaystyle d = 7,87 \ \frac{g}{cm^{3}}    natomiast objętość molowa metalu X wynosi  \displaystyle V_{m} = 7,09 \ \frac{cm^{3}}{mol}

a) zidentyfikuj metal X – swoją odpowiedź potwierdź odpowiednimi obliczeniami.  (4 pkt)

b)  zidentyfikuj związki A I oraz metal Y(8 pkt)

c)  zapisz równania wszystkich wymienionych w zadaniu reakcji (sześć)   (3 pkt)

d)  który metal : X czy Y znajduje się wyżej w szeregu elektrochemicznym? Krótko wyjaśnij swoją odpowiedź.    (2 pkt)

e)  dla pierwiastków obecnych w związku C, przypisz wartości stopni utlenienia. Napisz równanie reakcji otrzymywania związku C w wyniku reakcji dysproporcjonacji, jeśli drugim produktem jest metal X.    (3 pkt)

 

Zadanie 3 – Analiza stanu równowagi reakcji chemicznej

Uczeń przeprowadził eksperyment, który polegał na analizie stanu równowagi w dwóch naczyniach A oraz B zamkniętych tłokiem przesuwnym. Naczynie A zawierało stechiometryczną mieszaninę wodoru i tlenku węgla (IV), natomiast naczynie B zostało napełnione propanem. 

Oba naczynia zostały podgrzane do temperatury  T = 437 \ ^{\circ} C    przy zachowaniu stałego ciśnienia. 

W takiej temperaturze ustalają się następujące równowagi (wszystkie reagenty są gazami) – obok podano wartości stężeniowych stałych równowagi : 

Naczynie A   :   CO_{2} + H_{2} \rightleftharpoons CO + H_{2}O    K_{1} = 0,12

Naczynie B   :   C_{3}H_{8} \rightleftharpoons C_{3}H_{6} + H_{2}    K_{2} = 4 \cdot 10^{-3}          

Uczeń zauważył, że w temperaturze  T = 437 \ ^{\circ} C   całkowite ciśnienia równowagowe w obu naczyniach są takie same (p_{A} = p_{B}  )  . Ustalił on, że procent objętościowy dla propanu w naczyniu B po ustaleniu się stanu równowagi wynosi  65%

p^{\circ} = 1 \ bar = 1000 \ hPa            R = 8,314 \ \frac{J}{mol \cdot K }     

a) napisz wyrażenia na stężeniowe  (K_{1}  oraz  K_{2}    ) i ciśnieniowe stałe równowagi ( K_{p_{1}}  oraz K_{p_{1}}  ) dla reakcji zachodzących w naczyniu A oraz B.    (2 pkt)

b) udowodnij, że jeśli propan zajmuje 65% objętościowych w naczyniu B, to jego ułamek molowy w tej mieszaninie w stanie równowagi wynosi    \chi = 0,65    (2 pkt)

c)   oblicz równowagowe stężenia i ciśnienia reagentów w  naczyniu B.    (3 pkt)

d) oblicz równowagowe stężenia i ciśnienia reagentów w  naczyniu A.    (3 pkt)

e) w drugiej części eksperymentu uczeń przesunął tłok w taki sposób, że objętość naczyń A oraz B wzrosła dwukrotnie w porównaniu do wyjściowej wartości, a temperatura nie ulegała zmianie. Oblicz całkowite ciśnienia panujące w naczyniu A (p_{A}' )  po zmianie objętości.  Czy obliczona wartość jest zgodne z regułą Le Chateliera (tak zwaną ,,regułą przekory”) ?   (4 pkt)

f) oblicz równowagowe ciśnienia reagentów w naczyniach A oraz B po zwiększeniu objętości oraz całkowite ciśnienie panujące w naczyniu B (p_{B}' )    (6 pkt)

 

Zadanie 4 – Kwas chryzantemowy

Kwas chryzantemowy  to związek organiczny posiadający w swojej strukturze najmniejszy możliwy pierścień, naturalny pestycyd występujący w kwiatach chryzantemy. Analiza elementarna tego związku wskazuje na to, że zawartość procentowa węgla wynosi 71,39% oraz 9,59% wodoru.

Aby przeprowadzić reakcję zobojętniania 247 mg tego kwasu roztworem wodorotlenku potasu o stężeniu  c = 0,0218 \ M   potrzeba 67,4 ml tego wodorotlenku.

Kwas chryzantemowy na potrzeby komercyjne otrzymuje się w postaci estru etylowego (związek D) wychodząc z acetonu oraz acetylenu jako materiałów wyjściowych, a cały schemat syntezy jest przedstawiony poniżej :

Kwas chryzantemowy.jpg

-Et   oznacza resztę etylową, czyli  -CH_{2}CH_{3}

W drugiej reakcji (tworzenie związku B), zużywane są dwa równoważniki wodoru.  Podczas następnej reakcji, prowadzonej w kwaśnym środowisku i w warunkach podwyższonej temperatury odchodzą dwie cząsteczki wody. Stosunek pierwszorzędowych do drugorzędowych atomów węgla w związku B wynosi  2 : 1

Ostatnia reakcja, w której powstaje ester etylowy kwasu chryzantemowy (związek D) przebiega z utworzeniem karbenu. Karbeny to związki organiczne zawierające atom węgla związany z dwiema grupami jednowartościowymi lub jedną grupą dwuwartościową. Są cząsteczkami obojętnymi elektrycznie i zawierają atom węgla z sześcioma elektronami walencyjnymi. Karbeny są związkami wysoce reaktywnymi, których nie można wyodrębnić ze środowiska reakcji.

a) ustal wzór sumaryczny kwasu chryzantemowego oraz jego estru etylowego czyli związku D. Swoje odpowiedzi poprzyj odpowiednimi obliczeniami.  (3 pkt)

b) ustal wzory sumaryczne związków A, B oraz C wraz z krótkim uzasadnieniem.  (3 pkt)

c) podaj wzory strukturalne związków A, B oraz C(6 pkt)

d) narysuj wzór sumaryczny kwasu chryzantemowego oraz zaznacz gwiazdką obecne centra asymetrii.  (2 pkt)

e) ile jest możliwych stereoizomerów dla związku D ? Narysuj te izomery przestrzenne i wskaż wśród nich pary enancjomerów i diastereoizomerów (o ile istnieją). Przypisz konfigurację centrum/centrów stereogenicznych w dowolnie wybranym przez Ciebie stereoizomerze.  (5 pkt)

f) którą mieszaninę łatwiej byłoby rozdzielić – mieszaninę enancjomerów czy diastereoizomerów? Krótko wyjaśnij.   (1 pkt)

Masy molowe podane w  \displaystyle \frac{g}{mol} 

M_{H} = 1,01    M_{C} = 12,01     M_{O} = 16

       

Zadanie 5 – Reakcje metaboliczne w zachodzące mięśniach

Kreatynina (związek X ) to cykliczny związek organiczny. Jest to produkt metabolizmu, występujący we krwi i moczu, wydalany przez nerki. Obok mocznika, jest jednym z głównych związków azotowych. Pomiar jej stężenia ma zastosowanie w diagnostyce chorób – podwyższenie tego stężenia można zaobserwować na przykład w przewlekłej niewydolności nerek. Analiza elementarna kreatyniny ujawniła informację o procentach masowych, które wynoszą odpowiednio dla węgla (42,46%) , azotu (37,15%) i tlenu (14,14%).

Poniżej przedstawiono schemat syntezy kreatyniny z naturalnego aminokwasu, argininy.  Pierwszy etap tej syntezy, w której powstaje nieaktywny optycznie związek A jest katalizowany przez enzym o nazwie amidynotransferaza.

Arginina - kreatyinina.jpg

Oznaczenia :

  • SAM – to enzym o nazwie S-adenozylometionina. W tym przypadku jest to związek, który odpowiada za przyłączenie grupy metylowej do grupy aminowej, która znajduje się w najbliższym sąsiedztwie grupy karbonylowej.
  • Gly – czyli Glicyna, to najprostszy alfa-aminokwas. Jako jedyny białkowy aminokwas jest nieczynny optycznie.
  • Orn – czyli Ornityna, to kwas 2,5-diaminopentanowy.
  • ATP oraz ADP – czyli adenozynotrifosforan, który jest podstawowym nośnikiem energii. ADP to adenozynodifosforan. Struktura ATP jest przedstawiona poniżej :

Znalezione obrazy dla zapytania atp structure

Wskazówka : notacja spotykana w chemii szlaków biochemicznych jest nieco inna niż ta, którą zwykle używamy. Poniżej przykład reakcji, która jest jednym z etapów tak zwanego cyklu Krebsa. W trakcie tej reakcji izocytrynian zostaje utleniony do szczawiobursztynianu za pomocą  NAD^{+}   z użyciem enzymu (nie pokazanego na schemacie), który z kolei ulega redukcji do  NADH     . W trakcie tej reakcji wydziela się cząsteczka dwutlenku węgla.  Reakcja ta została przedstawiona na dwa sposoby, które pokazano poniżej :

biochemiczna notacja.jpg

Masy molowe podane w  \displaystyle \frac{g}{mol} 

M_{H} = 1,01    M_{C} = 12,01    M_{N} = 14,01    M_{O} = 16

           

a) Podaj wzór sumaryczny kreatyniny i ustal ile zawiera wiązań podwójnych. Pomiędzy jakimi atomami mogą teoretycznie występować w kreatyninie wiązania podwójne?  (2 pkt)

b)  Wyjściowy substrat do syntezy kreatyniny, czyli arginina należy do aminokwasów  (1 pkt)  

I :   kwasowych

II :   obojętnych

III :  zasadowych

IV :   o rozgałęzionym łańcuchu (aminokwas z grupy BCAA)

c) narysuj wzór strukturalny glicyny oraz ornityny. Narysuj dominującą formę glicyny w roztworze, w którym wartość pH = 1. Narysuj L-ornitynę w projekcji Fischera.  (4 pkt)

d) ustal wzory sumaryczne związków A oraz B wraz z uzasadnieniem.   (2 pkt)

e) podaj wzory strukturalne związków A, B oraz wzór sumaryczny (wraz z uzasadnieniem) i strukturalny związku C(4,5 pkt)

f) podaj wzór strukturalny kreatyniny.  (2,5 pkt)

g) jednym z laboratoryjnych parametrów stanu nerek jest tak zwany klirens kreatyniny  (C_{Cr} ), który można obliczyć ze wzoru Cockrofta-Gaulta :

\displaystyle C_{Cr} = \frac{(140 - wiek) \cdot M}{72 \cdot [Cr]}

gdzie M to masa ciała, a  [Cr] to stężenie kreatyniny w osoczu w surowicy wyrażone w  \frac{mg}{dl}

Zakładając, że typowy laureat Olimpiady Chemicznej ma 18 lat i waży 70 kg, a jego stężenie kreatyniny wynosi  88,4 \ \frac{ \mu mol}{l}    oblicz klirens kreatyniny laureata OlChemu.  (1 pkt)

h)  krótko wyjaśnij dlaczego ATP jest nośnikiem energii. Narysuj wzór ADP oraz AMP (adenozynomonofosforanu) oraz zaznacz w nich wiązanie  \beta - N - glikozydowe(3 pkt)

 

Czas rozwiązywania : 300 minut

Suma punktów :  100 pkt

Analiza I etapu 66. Olimpiady Chemicznej

Analiza I etapu 66. Olimpiady Chemicznej

Minął już tydzień od zawodów, emocje już w miarę opadły. Tegoroczny I etap okazał się niestety łatwy, co powinno przełożyć się na wysoki (rekordowo?) próg, co nie jest dobrą wiadomością.

Przy okazji chciałem Wam bardzo podziękować za ogromny odzew pod postem z relacjami z I etapu! Naprawdę dzięki Wam udało się poczuć te emocje, nerwy, smutek i radość. Dziękuję Wam! Czytaj dalej Analiza I etapu 66. Olimpiady Chemicznej