Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
1
Kemi A STX
24. maj 2013
1stx131-KEM/A-
Opgave 1: Terpenoider
a)
Alle carbon- og hydrogen-atomer er anført ved hjælp af programmet chemsketch:
CH
3
C
CH
CH
2
CH
2
C
CH
CH
CH
3
O
CH
3
Teknisk hjælp: Carbon-backbonet tegnes ved brug af de almindelige værktøjer. Carbon vises explicit ved at
vælge ”Structure Properties” i menuen ”Tools”. I dialog bokses under ”Common” findes en funktion der
hedder ”Show Carbons”. Her skal checkbox’en ”All” tjekkes
b)
De to reaktanters funktionelle gruppe er en organisk syre og en alkohol. Derfor er reaktion en esterficiering,
hvor alkoholgruppen angriber carbonylen og vand spaltes fra. Reaktionskemaet er tegnet i chemsketch:
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
2
c)
Affarvning af bromvand betyder at stoffet indeholder carbon-carbon dobbeltbindinger. Altså er B og D citral
og linalool. Kun linalool er optisk aktiv og da kun B udviser en drejning af polarisationsplan må denne være
linalool, og D være citral.
Af de tilbageværende stoffer er der kun carvacrol som ikke er optisk aktiv. Denne må derfor være C som
ikke drejer planpolariseret lys.
De to tilbageværende stoffer, menthol og menthon, adskilles på at menthol har en alkoholgruppe hvor
menthon har en keton. Ketonen er påvist i glas A som giver et gult bundfald med 2,4-
dinitrophenylhydrazineopløsning. Altså er menthol i glas E og menthon i glas A.
Opsummering:
A
B
C
D
E
Menthon
Linalool
Carvacrol
Citral
Menthol
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
3
Opgave 2: Brezel
a)
Først udregnes stofmængden af natriumcarbonat ved hjælp af:
Hvor:
- Massen (m) er opgivet til 54 g
- Molarmassen (M) findes i databogen s. 80 og til 286,1418 g/mol
Stofmængdekoncentrationen udregnes ved hjælp af:
Hvor:
- Volumen (V) er opgivet til 1,0 L
Stofmængdekoncentrationen af natriumcarbonat i opløsningen er 0,19 M.
b)
Da carbonat har en pKb mellem 1,7 og 4 er det en middelstærk base og pOH udregnes med formlen:
Hvor:
- pK
b
findes i databogen s. 81 til 3,68. Ud fra denne udregnes K
b
:
- Koncentrationen af Carbonat (
) blev udregnet i forrige opgave til 0,19M
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
4
pH af opløsningen er 11,79.
c)
Titreringspunktet er aflæst fra titrererkurven til 33 mL. I titreringspunktet gælder:
Hvor:
- Koncentrationen af HCl (
) er opgivet til 0,097 M
- Volumen af HCl (
) er aflæst til 33 mL
- Volumen af NaOH (
) er opgivet til 5,0 mL
Da koncentrationen af NaOH er under 1M overholder bageren de tyske fødevareregler.
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
5
Opgave 3: Fedmemedicin
a)
På A er aminen primær, da den er bundet til ét carbonatom. Bindingspartneren samt den primære ammin
er markeret med rød på nedenstående billede.
På Lorcaserin er aminen sekundær, da den er bundet til to carbonatomer. Bindingspartnerne samt den
sekundære amin er markeret med blå, på ovenstående billede.
b)
Den naturlige logaritme til den maksimale mængde lorcaserin i 1 g musehjerne er aflæst til at være 8,72
Stofmængden udregnes ved hjælp af:
Hvor:
- Massen (m) er udregnet til
- Molarmassen er opgivet til 195,69 g/mol
Den maksimale stofmængde locarserin i 1 g rottehjerne er 3,13·10
-8
mmol.
c)
For en førsteordens reaktion gælder sammenhængen:
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
6
Altså kan ses en ret linje hvis logaritmen til koncentrationen plottes mod tiden. Dette er gjort i figuren
præsenteret i opgaven og her ses en ret linje efter at den maksimale koncentration er opnået. Altså er
reaktionen af 1. orden efter maksimal masse af lorcaserin er opnået.
Af udtrykket kan det ses at hastighedskonstanten k svarer til den negative hældning. Hældningen af kurven
bestemmes ved at aflæse to punkter på kurven:
Hvor de to punkter er aflæst til:
- (1,0;8,72) og (4,0;8,28)
Halveringstiden bestemmes ved hjælp af:
Altså er halveringstiden 4,6 timer.
d)
I spørgsmål c har vi vist at reaktionen er af førsteorden så derfor isoleres tiden i førsteordensudtrykket
præcenteret i c:
Hvor:
- ln[A] er opgivet som ln[5]
- ln[A
0
] blev i opgave b aflæst til 8,72
- k er udregnet i forrige opgave til 0,15h
-1
Dertil skal den time tillægges, som er før vi opnår maksimal stofmængde lorcaserin i hjernen.
Altså er den tid det tager fra indtagelsen til lorcaserin før niveauet er på 5 ng pr. 1 g rottehjerne 48 timer.
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
7
e)
Antal H’er er bestemt ud fra integralkurven som er vist i H NMR-Spektret. De forskellige kemiske skift er
givet et ID-nr for nemmere reference.
Kemisk skift
ID-nr
Koblingsmønster
Antal H
Forslag til gruppe
8,3
I
Singlet
1
N-H
6,9-7,3
II
Multiplet
4
Ar-H
4,3-4,6
III
Kvartet
1
CH-(CH3)
3,1-3,5
IV
Triplet
2
CH
2
-(CH
2
)
2,6-3,9
V
Triplet
2
CH
2
-(CH
2
)
1,3-1,7
VI
Dublet
3
CH3-(CH)
ID-nr I og II samt IV og V beskriver de grupper som allerede er kendt i strukturen. Udover den kendte
struktur mangler der at placeres 2 carbonatomer, 4 hydrogenatomer og et chloratom. På det ene
carbonatom sidder 3 hydrogener og på det andet sidder 1 hydrogen. Dette kan ses ud fra koblingsmønstret,
hvor III kobler til 3 andre hydrogener (kvartet) og VI kobler til et andet hydrogen (dublet). Ud fra
oktetreglen samt det høje kemiske skift for III, må det forventes at chlorgruppen sidder på III.
R gruppen ser ud som følgende:
Cl
CH
CH
3
R'
NMR-spektre: Når man ser et NMR-spektre er det vigtigt at samle de forskellige informationer der er om
hver type hydrogen. Dette inkluderer kemisk skift, koblingsmønster og integralkurven.
Kemisk skift: Det kemiske skift fortæller noget om hvilke typer af nabo-atomer man kan forvente. De
forventede kemiske skift for H koblet til forskellige funktionelle grupper kan findes i databogen.
Koblingsmønstre: Koblingsmønstret fortæller noget om hvor mange nabo-hydrogener det pågældende
hydrogen kan se. Som tommelfingerregel gælder at hydrogenet har et nabo-hydrogen mindre end antal
toppe.
Integralkurven: Integralkurven fortæller noget om ratioen af hydrogener mellem forskellige toppe. Så hvis
integralkurven viser et skift på 1 over én bestemt top og 3 over en anden top, vil den sidstnævnte svare til
tre gange så mange hydrogener som den første.
Man kan med fordel samle de nævnte data i en tabel ligesom den vist i opgaveløsningen. Når man har alle
informationerne kan man starte med at bygge sin model. En vigtig måde at starte og samle sit molekyle på
er ved at finde de koblingsmønstre som passer sammen. Hvis en gruppe af tre hydrogener ser to nabo-
hydrogener, må der også være et sted hvor to hydrogener ser tre nabo-hydrogener. Når man så har samlet
brudstykker af sit molekyle vil der som oftest kun være én måde at få sat stykkerne sammen på. Tjek også
de oplysninger som er tilgængelige i teksten, omkring eksempelvis molekyleformlen, dele af den molekylære
struktur eller den molekylære masse.
f)
Først udregnes pKs:
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
8
Da pH 7,4 er over 2 pH enheder under pK
s
er lorcaserin næsten udelukkende på syreform.
Strukturen af lorcaserin er generelt hydrofob, med en aromatisk ring og længere carbonkæder. Lorcaserin
har to hydrofile grupper, chloride-gruppen og den sekundære amin. Da aminen er på syreform har den en
stor betydning for fordelingsforholdet (da den er ladet). Derfor må det forventes at fordelingsforholdet er
forholdsvis lille, selvom molekylet indeholder flere hydrofobe grupper.
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
9
Opgave 4: Cobaltforbindelser i ligevægt
a)
Cobaltforbindelsen indeholder ionerne CO
2+
og Cl
-
.
b)
Den formelle stofmængdekoncentration udregnes som forholdet mellem de to volumener ganget den
gamle koncentration:
Hvor:
- V
før
er opgivet til 12,00 mL
- V
efter
er opgiver til 25,00 mL
- C
før
er opgivet til 0,00916 M
Den formelle stofmængdekoncentration er 4,40 mM.
c)
Før du læser løsningen, bør du prøve at løse opgaven alene med vores guide, som du kan hente her.
Først udregnes den aktuelle koncentration af B ved hjælp af den opgivne forskrift:
Hvor:
- A er opgivet til 0,331
Koncentration af R udregnes:
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
10
Hvor:
- [B ] udregnet til 0,000905M
- C er udregnet til 0,00440 M i forrige opgave
Altså er den aktuelle koncentration af B: 905 µM og den aktuelle koncentration af R er 3,495 mM
d)
Før du læser løsningen, bør du prøve at løse opgaven alene med vores guide, som du kan hente her.
Entropien og enthalpien kan bestemmes ud fra den opgivne regression samt ligningen:
Som det kan ses er hældningen
så
udregnes:
Hvor:
- er opgivet til 6050,1K
- Gaskonstanten (R) er 8,314
Som det kan ses svarer
til konstanten i regressionen, så
udregnes:
Hvor:
- er opgivet til -23,304
- Gaskonstanten (R) er 8,314
Kemi A STX – Skriftlig eksamen – 24. maj 2013
11
e)
Vi ser at entropien (
) er negativ altså at vi går mod større orden. Dette er også hvad man ville forvente
ved at se på reaktionskemaet (I) hvor 4 reaktanter bliver til 2 produkter.
Ud fra formlen: kan vi se at hvis vi øger temperaturen, vil leddet få en større positiv
værdi, da er negativ og -T altid vil være negativ. En større positiv værdi betyder at reaktionen vil blive
forskudt mod stoffet B.
Da stoffet B absorberer ved 610 nm vil vi se en højere absorbans under opvarmning.