50 Olimpiada chemiczna - Etap II Zadania teoretyczne.pdf - 50. Olimpiada Chemiczna - medstudent

L OLIMPIADA CHEMICZNA

KOMITET GŁÓWNY OLIMPIADY CHEMICZNEJ (Warszawa)

O L I M P I A D A

ETAP II

1954

2003

Z N A

H E M I

Zadania teoretyczne

ZADANIE 1

Narysuj wzór strukturalny naturalnego tripeptydu (z podaniem konfiguracji absolutnej

asymetrycznych atomów węgla) pełniącego w organizmie funkcję układu oksydoredukcyjnego,

wiedząc, że:

1. peptyd poddany próbie ninhydrynowej wykazuje fioletową barwę.

2. jedno z wiązań peptydowych jest wytworzone poprzez grupę funkcyjną znajdującą się

w łańcuchu bocznym jednego z aminokwasów.

3. pik jonu pseudomolekularnego stwierdzony za pomocą spektrometrii mas ze źródłem jonizacji

typu elektrosprej (ang. electrospray ) odpowiada masie cząsteczkowej 308 u (UWAGA: liczba

ta odpowiada masie cząsteczkowej substancji powiększonej o jeden, [M+H] + )

4. w wyniku utlenienia tego peptydu tlenem z powietrza powstaje produkt tworzący jon

pseudomolekularny o masie cząsteczkowej 613 u

5. podziałanie na tak utleniony peptyd chlorkiem tionylu w metanolu (jest to reakcja estryfikacji

wolnych grup karboksylowych) prowadzi do produktu dającego pik pseudomolekularny

odpowiadający masie cząsteczkowej 669 u

6. w wyniku częściowej hydrolizy wyjściowego peptydu powstają m.in. dwa dipeptydy.

Dipeptydy te po rozdzieleniu poddano analizie elementarnej. W obu przypadkach uzyskano

CO 2 , H 2 O, N 2 oraz BaSO 4 .

7. identyfikacja reszty aminokwasowej

znajdującej się na N-końcu badanego

tripeptydu przeprowadzona została metodą Sangera. Stosując spektrometrię mas typu

elektrosprej stwierdzono w widmie hydrolizatu m.in. obecność jonu pseudomolekularnego

DNP-AA odpowiadającego masie cząsteczkowej 314 u.

Metoda Sangera polega na przeprowadzeniu reakcji peptydu z 1-fluoro-2,4-dinitrobenzenem.

Reakcji ulegają wolne grupy aminowe znajdujące się w peptydzie. Otrzymaną w ten sposób pochodną

2,4-dinitrofenylową (DNP) peptydu poddaje się hydrolizie, a następnie różnymi metodami

indentyfikuje się DNP-pochodną aminokwasową.

Rozwiązując zadanie podaj wnioski, jakie wyciągasz z informacji podanych w każdym z

powyższych punktów (1-7). Napisz równania reakcji, jakim ten peptyd zostaje poddany w punktach (4,

5, 7).

W obliczeniach masy molowe należy zaokrąglić do liczb całkowitych.

ZADANIE 2

Historyczne doświadczenia

W pewnej pracy naukowej ogłoszonej w 1754 r. opisano następujące doświadczenia (nazwy

substancji podawane są zgodnie z nomenklaturą używaną w tamtych czasach):

• Podczas silnego ogrzewania biała magnezja przekształca się w magnezję paloną, przy czym

magnezja palona waży dwa razy mniej niż użyta magnezja biała (dokładność ważenia z

XVIII w.)

• Podczas traktowania białej magnezji kwasem siarkowym następuje silne burzenie się i powstaje

sól gorzka .

• Magnezja palona tworzy z kwasem siarkowym również tę samą sól, lecz bez burzenia się

• Jeśli na gorzką sól podziała się potażem to strąca się osad magnezji białej , a kamień siarczany

można oddzielić z roztworu przez odparowanie.

• Pod działaniem kwasu siarkowego na

potaż następuje burzenie się i powstaje

kamień siarczany .

Z doświadczeń tych wysnuto wniosek, że w skład białej

magnezji wchodzi jakaś lotna substancja (nazwano ją powietrzem

zestalonym ), która wydziela się z białej magnezji na przykład

podczas jej prażenia.

Ponad 230 lat później poznano inną interesującą właściwość

magnezji palonej . Stwierdzono, że związek ten powszechnie uważany za „typową” zasadę może w

odpowiednich warunkach ciśnienia i temperatury reagować jak kwas. W wyniku przebiegającej w

fazie stałej, w wysokiej temperaturze, reakcji magnezji palonej z tlenkiem potasu otrzymano związek

X. Związek ten składa się z prostego anionu (o budowie izoelektronowej z serią anionów

charakterystycznych dla okresu, do którego należy kation magnezji palonej ) oraz sześciu identycznych

kationów.

Masa molowa związku X wynosi 322,89 g/mol, zaś kamienia siarczanego - 174,26 g/mol.

Na podstawie powyższego opisu podaj:

1. Obecne nazwy systematyczne oraz wzory chemiczne – białej i palonej magnezji , soli gorzkiej,

potażu , kamienia siarczanego , powietrza zestalonego oraz związku X

2. Równania wszystkich opisanych reakcji

3. Budowę elektronową (wzór kreskowy) anionu należącego do związku X oraz jego budowę

przestrzenną.

4. Wiedząc, że dzienne zapotrzebowanie człowieka na kation magnezji palonej oraz białej wynosi

300 mg oraz znając rozpuszczalności magnezji białej w wodzie (95 mg/dm 3 ) oblicz, na ile lat

wystarczyłyby dla wszystkich Polaków (40 mln ludzi) zasoby tego pierwiastka rozpuszczonego w

wodzie pochodzącej z Bałtyku, gdyby woda ta była „bardzo twarda”, tzn. była roztworem

nasyconym magnezji białej . Objętość wody zawartej w Bałtyku wynosi około 22 tys. km 3 .

5. Jaką objętość (w km 3 ) zajęłoby w warunkach normalnych powietrze zestalone , które zostałoby

uzyskane przez rozłożenie całej magnezji białej rozpuszczonej Bałtyku, tak jak w punkcie 4. Jaka

to będzie część (%) całkowitej objętości Morza Bałtyckiego ?

Uwaga! W obliczeniach masy molowe należy zaokrąglić do drugiego miejsca po przecinku.

Odpowiedzi w punktach 4 i 5 uzasadnić obliczeniami

ZADANIE 3

Uwodornienie węglowodorów aromatycznych. Energia rezonansu a reaktywność .

Energię rezonansu definiuje się jako różnicę

energii rzeczywistych cząsteczek (występujących w

fazie gazowej), w których występuje delokalizacja

elektronów π i hipotetycznych cząsteczek

zawierających izolowane wiązania podwójne i

pojedyncze.

Należy rozwiązać następujące problemy, które pozwolą ocenić przydatność pojęcia energii

rezonansu do oceny termodynamicznej trwałości i potencjalnej reaktywności węglowodorów

aromatycznych na przykładzie reakcji uwodornienia:

1. Wykorzystując poniższe dane termodynamiczne (entalpie spalania Δ H sp i entropie molowe S ):

- zaproponuj odpowiedni cykl termochemiczny (wystarczy jeden),

- oblicz standardowe entalpie reakcji uwodornienia styrenu (winylobenzenu) do etylobenzenu

(reakcja I), a następnie etylobenzenu do etylocykloheksanu (reakcja II). Porównaj wyniki zwracając

uwagę na entalpię obu reakcji odniesioną do 1 mola wodoru i wyjaśnij ewentualną różnicę.

Tabela. Dane termodynamiczne reagentów dla T = 298 K

l.p.

Reagent Δ H sp /kJ . mol -1

10 3. S /kJ . mol -1. K -1

styren (g) −4441,8

345,1

etylobenzen (g) −4610,2

360,5

etylocykloheksan (g) −5269,2

382,6

H 2 (g) −286,0

130,7

2. Przedstaw zależność entalpii swobodnych Δ G obu reakcji od temperatury, a następnie

przedyskutuj wpływ temperatury na względną trwałość wymienionych wyżej węglowodorów, tzn.

podaj, w jakich zakresach temperatur wymienione trzy węglowodory są najtrwalsze. Należy dla

uproszczenia przyjąć niezależność entalpii i entropii reakcji od temperatury.

3. Zaproponuj cykl termochemiczny (wystarczy narysować jeden) umożliwiający oszacowanie

energii rezonansu styrenu i etylobenzenu na podstawie wartości entalpii uwodornienia prostych

alkenów:

• propenu: Δ H propen = −124,3 kJ . mol -1

• cykloheksenu: Δ H cykloheksen = −119,0 kJ . mol -1 .

Ponadto odpowiedz na następujące pytania:

a) Jaki można wyciągnąć wniosek odnośnie do wpływu delokalizacji elektronów π w cząsteczkach

rozpatrywanych związków na ich trwałość ?

b) Jaki można wyciągnąć wniosek odnośnie do delokalizacji elektronów π grupy winylowej ?

c) Jaki można wyciągnąć wniosek odnośnie do reaktywności grupy winylowej w reakcji

uwodornienia, w porównaniu z reaktywnością (w tej samej reakcji) pierścienia aromatycznego ?

ZADANIE 4

50 Olimpiada chemiczna - Etap II Zadania teoretyczne.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: