Súťažné úlohy Chemickej olympiády v kategórii A€¦ · Katedra chémie PdF TU, Trnava Maximálne 17 bodov Úvod V tomto ročníku sa v úlohách chemickej olympiády z fyzikálnej

Súťažné úlohy Chemickej olympiády

v kategórii A

Pre najvyššie triedy gymnázií

a iných typov stredných škôl

Študijné kolo – teória

2006/07

��

Vydala Iuventa v spolupráci so Slovenskou komisiou Chemickej olympiády v roku 2006

Teoretické úlohy CHO v šk. roku 2006/07 – Kategória A – Študijné kolo

2

ÚLOHY Z ANORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda – kategória A – šk. rok 2006/07 Študijné kolo Anton Sirota Iuventa, Bratislava _______________________________________________________________________ Ú v o d

Pri vyhodnocovaní výsledkov, ktoré dosiahli súťažiaci žiaci z anorganickej a analytic-

kej chémie v kategórii A chemickej olympiády v ostatných rokoch, sa ukázalo, že najväčšie

problémy im robila elementárna chemická logika. Možno to vyjadriť aj tak, že sa u nich

prejavovali nedostatky v chemickom myslení, čo sa ukázalo v spôsobe riešenia úloh

z reaktivity anorganických zlúčenín a z látkovej bilancie. V odpovediach žiakov sa prejavo-

vala istá bezradnosť pri volení stratégie riešenia a v chaotickom zapisovaní jednotlivých

krokov riešenia. V oblastiach, kde sa mohli vyhnúť nápaditému hľadaniu odpovedí a mohli

pristupovať k riešeniu podľa istých zaužívaných šablón, dosahovali pomerne dobré vý-

sledky. Tento trend sa prejavuje aj pri preverovaní vedomostí žiakov v rámci sústredení

pred medzinárodnými chemickými olympiádami. Súťažiaci akoby podceňovali elementárne

reakcie anorganických zlúčenín a ich kvantitatívne vyjadrenie v podobe chemických výpo-

čtov a zanedbávajú dostatočné precvičenie takýchto úloh. Preto sa v tomto školskom roku

v úlohách z anorganickej chémie vrátime k základom anorganickej chémie a analytickej

chémie kvalitatívnej. Zameriame sa na vzájomné reakcie jednotlivých typov anorganických

zlúčenín, pretože poznanie reaktivity týchto zlúčenín pomôže súťažiacim pri riešení aspoň

polovice úloh chemickej olympiády z anorganickej chémie v tomto školskom roku. Pozor-

nosť treba venovať aj reakciám kovov s kyselinami a rozkladným reakciám vybraných ty-

pov zlúčenín, ktoré prebiehajú pri vyšších teplotách.

Pravdepodobne ste už mali v rukách stavebnicu, pomocou ktorej možno znázorniť

štruktúru chemických zlúčenín alebo ich častí. Rôznofarebné guľôčky, predstavujúce ató-

my rôznych prvkov, možno navzájom spojiť pod rôznymi uhlami spojovacími tyčinkami,

ktoré predstavujú chemické väzby. V niektorých úlohách budete takto znázorňovať, aj keď

len imaginárnym spôsobom, štruktúru molekúl anorganických zlúčenín, prípadne nie-

ktorých katiónov a aniónov. Preto osobitnú pozornosť treba v príprave venovať priestoro-

vému znázorňovaniu tvaru zlúčenín a väzbám medzi jednotlivými atómami v štruktúrnych

vzorcoch zlúčenín a priraďovaniu voľných elektrónových párov a formálnych nábojov jed-

notlivým atómom v štruktúrnom vzorci.


3

Ďalšie pojmy a veličiny, ktoré sa objavia v úlohách a treba ich vhodne aplikovať, sú

tieto: hybridné orbitály, chemické rovnice v stechiometrickom a iónovom tvare, vyjadrenie

zloženia sústav (zlomkové, koncentračné), stechiometrické výpočty, hmotnostná bilancia

v sústavách, v ktorých prebiehajú chemické reakcie, hmotnostná bilancia v sústavách,

v ktorých neprebiehajú chemické reakcie (najmä príprava roztokov, miešanie roztokov,

nasýtené roztoky a vyjadrovanie rozpustnosti látok, kryštalizácia pri zmene teploty rozto-

kov, kryštalizácia v dôsledku odparenia rozpúšťadla, tzv. izotermická kryštalizácia) [3].

Odporúčaná literatúra:

1. A. Sirota, E. Adamkovič: Názvoslovie anorganických látok, SPN, Bratislava, 2003.

2. J. Gažo a spol.: Všeobecná a anorganická chémia, 3. vydanie, Alfa, Bratislava, 1981.

3. J. Kandráč, A. Sirota: Výpočty v stredoškolskej chémii, učebnica pre 1. a 2. ročník

SPŠCH, SPN, Bratislava, 1996.


4

SÚŤAŽNÉ ÚLOHY

Maximálne 18 bodov

Úloha 1 (7,48 b)

Reaktivita anorganických zlúčenín v kocke

V tabuľke sú všeobecne uvedené prvok a jednotlivé typy zlúčenín. Vzájomné reakcie

sú očíslované 1 až 21.

Prvok

a)

Oxid b)

Hyd-roxid

Kyse-lina

Soľ

Voda

Prvok

a)

1 2 3 4 5 6

Oxid b)

2 7 8 9 10 11

Hyd-roxid

3 8 12 13 14 15

Kyse-lina

4 9 13 16 17 18

Soľ

5 10 14 17 19 20

Voda

6 11 15 18 20 21

a) v odpovedi zohľadnite prvky kovové aj nekovové, b) v odpovedi zohľadnite oxidy kyselinotvorné aj hydroxidotvorné.

1.1. Napíšte chemické rovnice vzájomných reakcií 1 až 21. V prípadoch označených a) a

b) uvažujte obidve možnosti. Ak reakcia neprebieha, osobitne to uveďte v odpovedi,

alebo uveďte, že ste takúto reakciu v študijnej literatúre nenašli. Odpovede uveďte

v tabuľke, ktorá bude mať dva stĺpce, a to "číslo reakcie" a "chemické rovnice".


5

Úloha 2 (5,15 b)

Navrhnite štruktúru chemických častíc, ak máte k dispozícii imaginárnu stavebnicu a

na vytvorenie chemickej štruktúry istej častice máte pridelený určitý počet gulôčiek (pred-

stavte si, že sú to atómy) a určitý počet tyčiniek, ktoré môžete využiť ako chemické väzby,

voľné elektrónové páry alebo záporné náboje (-), prípadne z dvoch tyčiniek môžete vytvo-

riť kladné znamienko (+). Musíte pritom využiť všetky tyčinky. Nech vás nemýli, že atómy

sú uvádzané v abecednom poradí podľa ich názvov. Ak je častica zložená z katiónu a a-

niónu,

uveďte každú časť osobitne.

a) Častica 1

K dispozícii máte šesť atómov kyslíka O, štyri atómy síry S a 33 tyčiniek.

b) Častica 2

K dispozícii máte jeden atóm fosforu, dva atómy kyslíka, tri atómy vodíka a 10 tyči-

niek.

c) Častica 3

K dispozícii máte dva atómy dusíka, dva atómy kyslíka, štyri atómy vodíka a 16 tyči-

niek.

2.1. Napíšte sumárne vzorce častíc 1 až 3 a uveďte ich chemický názov.

2.2. Napíšte úplný štruktúrny vzorec jednotlivých častíc, v ktorom musíte:

- vyznačiť jednotlivé väzby,

- priradiť voľné elektrónové páry jednotlivým atómom,

- priradiť formálny náboj príslušným atómom.

2.3. - Znázornite priestorové usporiadanie jednotlivých častíc,

- pomenujte ich geometrický tvar (napr. lomený, lineárny, tetraéder, trojboká pyra-

mída a pod.), pričom berte do úvahy len usporiadanie okolo centrálneho atómu,

- vyznačte hybridný stav atómov, ktoré nie sú koncové.

Úloha 3 (5,37 b)

Na laboratórnom cvičení z anorganickej chémie mal študent reakciou medi s kyseli-

nou sírovou pripraviť z 20,0 g medi modrý kryštalický pentahydrát síranu meďnatého

(modrá skalica). Jeho úlohou bolo najprv vypočítať:

a) objem 96,0 % kyseliny sírovej, ktorý treba použiť na reakciu s meďou tak, aby bol

molový pomer medi a kyseliny sírovej v pomere 1 : 2,


6

b) objem vody, ktorú treba po skončení reakcie pridať do reakčnej zmesi, aby sa získal

nasýtený roztok síranu meďnatého pri 70 °C.

Opísané poznámky z laboratórneho denníka študenta s hodnotami, ktoré vypočítal:

m(96,0 % H2SO4) = 64,3 g, t. j. 35,0 cm3 96,0 % H2SO4

treba odmerať

m(H2O) = 70,3 g, t. j. 70,3 cm3 vody treba pridať

Syntéza si vyžaduje, aby sa reakčná zmes intenzívne miešala a zabezpečil sa tak

styk medi s reagujúcou kyselinou. Reakcia prebieha za horúca, a preto reakčnú zmes tre-

ba zohrievať pod spätným chladičom, aby z nej mohol unikať vznikajúci oxid siričitý, ale

vodná para mohla skondenzovať a odparená voda sa tak mohla vracať späť do reakčnej

zmesi. Navyše aparatúra musí byť zostavená tak, aby sa koncentrovaná kyselina sírová

mohla pridávať do reakčnej zmesi postupne. Reakčnú zmes však nemožno prehriať, lebo

v opačnom prípade by mohlo dochádzať k rozkladu kyseliny sírovej.

3.1. Vysvetlite, prečo nemožno vypočítaný objem vody pridať do reakčnej zmesi hneď na

začiatku reakcie, keď je zabezpečené, že voda nemôže unikať z reakčnej sústavy.

3.2. Napíšte chemickú rovnicu reakcie, ktorá prebieha pri termickom rozklade kyseliny

sírovej.

Študent zostavil aparatúru, skontroloval ju a potom do nej dal reaktanty podľa návo-

du. Syntéza prebehla bez problémov. Potom reakčnú zmes ochladil asi na 50 °C a vylúčilo

sa isté množstvo modrých kryštálov CuSO4 · 5 H2O. Do reakčnej zmesi potom pridal vypo-

čítaný objem vody a po zohriatí zmesi na 70 °C sa v reakčnej zmesi ešte stále vyskytovalo

malé množstvo kryštálov, hoci sa už nemali vyskytovať, lebo mal vzniknúť nasýtený roztok

síranu meďnatého. Učiteľ si to všimol tiež a žiadal, aby mu študent ukázal výpočty. Po

chvíli mu povedal, že vo výpočtoch má chybu. Študent chybu nakoniec našiel, opravil ju a

syntézu dokončil tak, ako sa predpokladalo. Po prefiltrovaní filtračnej zmesi potom získal

nasýtený roztok pri 70 °C, z ktorého krátkym varom pod spätným chladičom vypudil SO2

sa po ochladení na 25 °C vykryštalizoval z neho hydrát CuSO4 · 5 H2O, ktorého hmotnosť

po vysušení bola 36,5 g.

3.3. Viete vysvetliť, akej logickej chyby sa dopustil študent pri výpočte? Dokážte to správ-

nym výpočtom a opravte hodnoty, ktoré pôvodne vypočítal študent a poznamenal si

ich do laboratórneho denníka. Čo musel urobiť študent, aby napravil svoju chybu?

3.4. Pri uvedenej syntéze a manipulácii s produktom dochádza vždy k istým stratám. Vy-

počítajte, aké mal študent straty pri syntéze a vyjadrite ich v percentách.


7

Rozpustnosť CuSO4: - pri 25 °C: 18,5 g v 100 g roztoku

- pri 70 °C: 32,5 g v 100 g roztoku

Hustota 96,0 % H2SO4: 1,8355 g cm-3

Ar(Cu) = 63,546; Ar(H) = 1,008; Ar(S) = 32,066; Ar(O) = 16,00


8

ÚLOHY Z FYZIKÁLNEJ CHÉMIE Chemická olympiáda – kategória A – školský rok 2006/07 Študijné kolo Ján Reguli Katedra chémie PdF TU, Trnava Maximálne 17 bodov Úvod

V tomto ročníku sa v úlohách chemickej olympiády z fyzikálnej chémie budeme ve-

novať chemickej rovnováhe v plynných reakčných sústavách, reakciám prebiehajúcim

v galvanických článkoch a vodným roztokom silných elektrolytov (kyselín, zásad i solí, kde

nás bude zaujímať pH roztoku alebo aj konštanta rozpustnosti).

Odporúčaná literatúra

1. J. M. Lisý, L. Valko: Príklady a úlohy z fyzikálnej chémie, Alfa/SNTL Bratislava 1979.

2. S. Biskupič, P. Kovařík, J. M. Lisý, L. Valko: Príklady a úlohy z fyzikálnej chémie I a II,

STU Bratislava 1996.

3. P. V. Atkins: Fyzikálna chémia. Oxford/STU Bratislava 1999, (1. časť).

4. Predchádzajúce ročníky chemickej olympiády v kategóriách A a F.

5. www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/index.html

Úloha 1 (5 b)

Reakčná sústava vo východiskovom stave obsahovala 3 móly látky A a 2 móly látky

B. V dôsledku priebehu reakcie

3 A (g) + B (g) 2 C (g)

v konečnom stave sústava obsahuje 1,5 mol látky B.

Vypočítajte rozsah reakcie, látkové množstvá všetkých látok v konečnom stave (za

rovnováhy), stupne premeny látok A a B a hodnotu rovnovážnej konštanty Kx . Ktorým

smerom sa posunie rovnováha pri zvýšení tlaku?

Úloha 2 (6 b)

Máme galvanický článok zložený z vodíkovej a nasýtenej kalomelovej elektródy:

(Pt) H2(g) | H+(aq) || KCl(aq, nas.) | Hg2Cl2, Hg(l)


9

Tlak vodíka, ktorým sa nasycuje priestor vodíkovej elektródy, je 101,325 kPa. Pri teplote

25 °C má potenciál nasýtenej kalomelovej elektródy hodnotu 0,2415 V. Do priestoru vodí-

kovej elektródy sme vložili roztok zložený z 10 g vody a 0,2 g fenolu C6H5OH. Napätie

článku sa ustálilo na hodnote 0,5485 V. Vypočítajte pH roztoku fenolu. Fenol je vo vode

slabou kyselinou alebo slabou zásadou? Koľko percent z fenolu v roztoku je disociova-

ných? Aktivitné koeficienty iónov považujte za rovné 1. Molárna hmotnosť fenolu má hod-

notu 94,112 g mol–1. Nakoniec vypočítajte disociačnú konštantu fenolu. Za štandardný tlak

zvoľte tlak vodíka.

Úloha 3 (3 b)

Rovnovážna konštanta Kc pre reakciu

N2O4(g) 2 NO2(g)

má pri 373 K hodnotu 0,36. Akým smerom bude táto reakcia prebiehať, ak bude vo výcho-

diskovej zmesi v nádobe s objemom 4,0 dm3 0,20 mol N2O4(g) a 0,20 mol NO2(g)? Štan-

dardnú koncentráciu považujte za rovnú 1 mol dm–3.

Úloha 4 (3 b)

Molálny iónový súčin vody

Kv = mH+ mOH

–

pri teplote 25 °C má hodnotu Kv = 1,008.10–14 . Vypočítajte stupeň disociácie vody pri

25 °C:

a) v čistej vode,

b) v roztoku HCl, ktorej molalita je mHCl = 2.10–5 mol kg–1.

(Predpokladajte, že aktivitné koeficienty iónov sa rovnajú jednej.)

M(H2O) = 18,02 g mol–1


10

ÚLOHY Z ORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda – kategória A – šk. rok 2006/07 Študijné kolo

Marta Sališová a Andrej Boháč Katedra organickej chémie PRÍF UK, Bratislava ________________________________________________________________________

V tomto ročníku sa zameriame na syntézu a dôkaz štruktúry niektorých prírodných

látok, liečiv a pod. Väčšinou to budú zlúčeniny so substituovaným benzénovým jadrom.

Preštudujte si preto elektrofilné substitučné reakcie aromatických zlúčenín, reakcie aroma-

tických diazóniových solí, ale aj nukleofilné substitúcie halogénderivátov a alkoho-

lov, nukleofilné adície karbonylových zlúčenín vrátane kondenzačných reakcií (aldolová,

Claisenova, Perkinova kondenzácia) a pod. Budeme uvažovať aj o jednoduchých problé-

moch izomérie a stereochémie. Pri dôkaze štruktúry využijeme dôkazové reakcie jednotli-

vých typov organických zlúčenín a jednoduché IČ a NMR spektrá. Predpokladáme znalosť

názvoslovia organických zlúčenín, vrátane chirálnych štruktúr.

Odporúčaná literatúra:

1. Súčasné učebnice chémie, používané na gymnáziách.

2. P. Hrnčiar: Organické chémia, SPN Bratislava, 1990.

3. J. Kováč, S. Kováč, Ľ. Fišera, A. Krutošíková: Organická chémia 1 a 2, Alfa Bratislava,

1992.

4. P. Zahradník, M. Kollárová: Prehľad chémie 2., SPN Bratislava 2002.

5. P. Elečko a kol.: Laboratórne cvičenie z organickej chémie,

UK Bratislava, str. 69-118, 1999.

6. P. Hrnčiar a kol.: Organická chémia v príkladoch, UK Bratislava 1998.

7. M. Sališová: Chemické rozhľady: 2/1 (2000) 17-22 a 4/1 (2000) 12-21.

3 (2001) 10-20 a 4 (2001) 11-22; 3 (2002) 14-24 a 4 (2002)12-21;

3-4 (2003) 167-176 a 197-204; 3 (2004) 165-170 a 187-192;

4 (2004) 217-225.

8. M. Sališová: Chemická olympiáda, 36. ročník, 1. str. 21-27, 1999/2000.

9. V. Milata, P. Segľa: Spektrálne metódy v chémii, STU Bratislava 2004.

10. J. Heger, I. Hnát, M. Putala: Názvoslovie organických zlúčenín, SPN Bratislava, 2004


11

Úloha 1 (1,43 b) Pomenujte substitučným názvoslovím zlúčeniny a-d a u chirálnych zlúčenín vyznačte

hviezdičkou stereogénne centrum.

a) b)

CH2-CH-CH2-CH=CH-CH=CH2

CH=CH2

NH2OH

CH3-CH2-C-CH3

CO-Cl

CH=CH-CH2-Cl

c) d)

CH2-CH-CH-CH=CH

CH2-CH2-NH2

OH NO2 CH2-CO-NH2

S-CH2-CH3

CO-O-CH2-CH3SH

NC

Úloha 2 (0,44 b) Napíšte správny stereochemický názov zlúčenín a a b s využitím deskriptorov

R alebo S.

a) b)

CH2-CH3

CH2-CO-ClCl

H CH2CH2OH

CH2-C-CH3HOOC

H

O Úloha 3 (2,20 b)

Rozhodnite, ktoré zo zlúčenín a až d sú enantioméry alebo diastereoizoméry . Ku

každému stereogénnemu centru napíšte správny deskriptor R alebo S.


12

a) b) c) d)

Br

CH3Cl

CH2OH

COOCH3 H

Br

CH2OHCl

CH3

COOCH3H H

CH3Cl

CH2OH

COOCH3Br H

CH3

COOCH3

Cl

CH2OH

Br

Úloha 4 (0,44 b)

Napíšte stereochemické vzorce nasledovných zlúčenín:

a) etylester kyseliny (2Z,4E)-2-etyl-4-metylhexa-2,4-diénovej

b) (Z)- 3,7-dimetylokta-2,6-dienál (prírodná látka citral) Úloha 5 (0,44 b)

Napíšte správne stereochemické názvy nasledovných zlúčenín: a) b)

C=C

CH2-SHHO-CH2-CH2C=C

CH2-CO-NH2

CH2-NH2Cl-CH2-CH2

CH3-CH2Cl-CH2-CH2-CH2C=C

CH2-NH2

H

H

Úloha 6 (1,76 b)

Chemik Emil sa chystal na cestu autom, ale prv ako naštartoval si uvedomil, že pred

chvíľou užil fenobarbital. Keďže vedel, že tento liek patrí medzi sedatíva, ktoré znižujú po-

zornosť a sústredenosť, cestu autom odložil.

Ak správne nahradíte písmenká A – H v nasledovnej reakčnej schéme reaktantami

resp. produktami, dozviete sa nielen štruktúru fenobarbitalu (H), ale aj jednu z možností

jeho syntézy.


13

CH3 CH2Br CH2MgBr CH2COOH

CH2COOCH2CH3O=C

O-CH2CH3

O-CH2CH3

CH3CH2ONaF

A B C

GC-COOCH2CH3CH2CH3

COOCH2CH3

H2N-CO-NH2H (C12H12N2O3)

D

E

1.

2.

Úloha 7 (2,20 b)

Keďže sa blíži leto, viacerí budeme potrebovať opaľovací krém, aby sme sa pri

opaľovaní „nespálili“. Zaujíma vás, čo môže byť účinnou zložkou opaľovacieho krému ale-

bo mlieka? Viete, že takáto látka musí absorbovať ultrafialové (UV) žiarenie? Jednou z

nich je zlúčenina s obchodným názvom CINOXAT (G). Je to bezfarebná zlúčenina, preto-

že neabsorbuje viditeľné svetlo. Keďže je vo vode nerozpostná a absorbuje UV žiarenie,

používa sa do opaľovacích prípravkov.

CH=CH-COO-CH2-CH2-O-CH3

OMe

G =

Jeden z možných spôsobov prípravy tejto zlúčeniny z benzénu ako východiskovej

látky, je naznačený v nasledovných reakčných schémach:

benzén + kyselinu dusičná + kyselina sírová A

A + HCl + Fe B

B + NaNO2 + HCl C

C + CH3OH D

D + CHCl3 + KOH E

E + (CH3CO)2O + CH3COONa F

F + CH3O-CH2-CH2-OH + katalytické množstvo H2SO4 G


14

a) Nahraďte písmená A – G štruktúrnymi vzorcami produktov.

b) Napíšte mechanizmus prípravy 4-metoxybenzaldehydu, ak pri reakcii musíte využiť

metoxybenzén a chloroform. Všetky ostatné potrebné zlúčeniny máte k dispozícii.

Úloha 8 (1,10 b)

Študenta prvého ročníka chémie veľmi bolel zub. U zubára sa dozvedel, že zub sa

už nedá zachrániť, lekár ho musel vytrhnúť. Študent však predtým dostal injekciu, ktorá

mu zmiernila bolesť. Keďže bol zvedavý, rozhodol sa vyhľadať, čo všetko môže byť účin-

nou látkou zmierňujúcou bolesť zubov. Zistil, že jednu takúto zlúčeninu - EUGENOL - je

možné získať extrakciou z klinčekov (vôňou podobných škorici). Substitučný názov tejto

zlúčeniny je 4-alyl-2-metoxyfenol.

Navrhnite jeho syntézu z fenolu.

Úloha 9 (1,76 b)

Spazmolytiká uvoľňujú kŕče hladkého svalstva, ktoré sú obvykle sprevádzané boles-

ťami. Z prírodných látok, ktoré majú takýto účinok , poznáme napr. papaverín a atropín

(vyhľadajte ich štruktúrny vzorec).

Zo syntetických zlúčenín má podobné účinky látka (A), obchodného názvu TIOS-

PAZMÍN.

CH

COO-CH2-CH2-S-CH3

CH3

+I -

A =

a) Navrhnite syntézu zlúčeniny A z toluénu, ak máte k dispozícii:

toluén, chlór, KCN, brómcyklohexán, vodu, kyselinu sírovú, NaH, PCl3, 2-

metylsulfanyletanol (CH3-S-CH2-CH2-OH) a jódmetán.

b) Navrhnite syntézu 2-metylsulfanyletanolu z etylénoxidu.


15

Úloha 10 (1,10 b)

LUMINOL (A) je látka, ktorá vyžaruje zelenomodré svetlo pri reakcii s bielkovinami

prenášajúcimi kyslík v bunkách červených krviniek. Túto skutočnosť je možné využiť

v kriminalistike, kedy je možné pôsobením luminolu zviditeľniť kvapôčky krvi, ktoré nie je už

možné zbadať voľným okom.

NH

NH

NH2 O

O

A =

Pri syntéze LUMINOLU z o-xylénu (1,2-dimetylbenzénu) je možné postupovať nasle-

dovne:

o-xylén 3-nitro-1,2-dimetylbenzén kyselina 3-nitro-1,2-benzén-dikarboxylová

kyselina 3-amino-1,2-benzéndikarboxylová dichlorid kyseliny 3-amino-1,2-

benzén-dikarboxylovej LUMINOL

Úloha 11 (0,66 b)

Navrhnite syntézu fenolu z:

a) kuménu,

b) benzéndiazónium chloridu,

c) kyseliny benzénsulfónovej.

Úloha 12 (3.52 b)

Z benzénu navrhnite syntézu:

a) 3-metoxybrómbenzénu,

b) 3-nitrobenzonitrilu,

c) 4-chlóretoxybenzénu.


16

Doplnkové úlohy – nehodnotia sa. Úloha 13

Pri pečení koláča, pridala mamka do cesta trochu rumovej príchute. Jej syn – študent

chémie na vysokej škole odrazu začal listovať v skriptách z organickej chémie, lebo si

spomenul, že na prednáške niečo o voňavých látkach počul. Zistil, že rumovú vôňu by mal

okrem iných produkovať aj izobutylester kyseliny propánovej. Najjednoduchším potvrdením

bolo zmeranie 1H NMR spektier, čo aj urobil. V spektre sa objavili nasledovné signály:

a) Napíšte vzorec izobutylesteru kyseliny propánovej.

b) Priraďte jednotlivé signály odpovedajúcim vodíkom.

c) Aký charakteristický intenzívny absorpčný pás by sa mal objaviť v IČ spektre uvede-

ného esteru?


17

Úloha 14

Dva izomérne estery A a B (C9H9BrO2) majú nasledovné signály v 1H NMR spek-

trách:

A: 1.40 (t, 3H, CH3) B: 1.40 (t, 3H, CH3)

4.35 (q, 2H, CH2) 4.35 (q, 2H, CH2)

7.55 (d, 2H, Ph) 7.30 (t, 1H, Ph)

7.88 (d, 2H, Ph) 7.65 (d, 1H, Ph)

7.95 (d, 1H, Ph)

8.15 (s, 1H, Ph)

Vyriešte štruktúru oboch izomérov. Ku každému vodíku priraďte správnu hodnotu

chemického posunu.

Poznámky:

1) (s) v IČ spektre znamená strong – ide teda o silný, charakteristický signál.

2) Okrem charakteristického absorpčného pásu pre esterovú skupinu, bolo v IČ spek-

trách esteru veľa iných signálov

V zápise: 1H NMR (CDCl3), δ:

1) CDCl3 je rozpúšťadlo, v ktorom sa uskutočňuje meranie.

2) δ – je stupnica (hodnoty signálov sú najčastejšie v rozmedzí 0 – 10).

3) Ph – znamená fenyl (takto sú označené vodíky benzénového jadra).


18

ÚLOHY Z BIOCHÉMIE Chemická olympiáda – kategória A – šk. rok 2006/07 Štúdijné kolo

Boris Lakatoš Oddelenie biochémie a mikrobiológie, FCHPT STU, Bratislava ________________________________________________________________________

Maximálne 8 bodov Doba riešenia: 40 min

Úvod

Redoxné reakcie v energetike biochemických dejov

Bioenergetika sa venuje štúdiu premien energie a biomateriálu v biosystémoch

a biochemicky je veľmi úzko spätá s metabolizmom, teda súčtom všetkých chemických

reakcií prebiehajúcich v organizme. Je založená na 1. a 2. zákone termodynamiky.a týka

sa vzájomných premien kinetickej, tepelnej, mechanickej, elektrickej, elektromagnetickej

a osmotickej energie. Taktiež zahŕňa štúdium zmien energie spojených s premenou bio-

molekúl z jednej chemickej formy na inú v priebehu metabolizmu. Degradačné (rozkladné)

reakcie, v priebehu ktorých dochádza k rozpadu chemických väzieb a teda premene zloži-

tejších molekúl na jednoduchšie za súčasného uvoľnenia energie označujeme súborne

ako katabolické reakcie, kým syntetické reakcie, ktoré slúžia na uchovávanie energie vo

forme chemických väzieb za vzniku zložitejších molekúl voláme anabolické reakcie.

Najdôležitejšími reakciami prebiehajúcimi v organizmoch sú oxidačno-redukčné

(redoxné) reakcie, ktoré bunky využívajú na získavanie energie a na tvorbu energeticky

bohatých molekúl (napr. ATP – adenozíntrifosfát – kys. adenozíntrifosforečná). Redoxné

reakcie sa spájajú so stratou elektrónov (oxidácia) resp. ich prijímaním (redukcia). Spra-

vidla znamenajú dehydrogenáciu alebo hydrogenáciu teda odovzdanie alebo priberanie

atómov vodíka. Je známe, že mnohé biologické molekuly existujú buď v oxidovanej alebo

v redukovanej forme v závislosti na tom či elektrón(y) odovzdali alebo prijali. Tieto látky

označujeme ako redoxné páry. V živých organizmoch je priebeh redoxnej reakcie často

podmienený nielen prítomnosťou enzýmov (biokatalyzátorov), ale aj vhodného prenášača

atómov vodíka (koenzýmu), ktorým je práve látka schopná tvoriť redoxný pár (napr.

NAD+/NADH+H+- nikotínamidadeníndinukleotid).


19

Chemické reakcie prebiehajúce v organizmoch a tvoriace podstatu tzv. intermediár-

neho metabolizmu sa vyznačujú tým, že na seba bezprostredne nadväzujú, teda produkt

jednej reakcie je substrátom reakcie nasledujúcej. Tak sa utvárajú rôzne dlhé metabolické

dráhy, v priebehu ktorých sa východisková látka premieňa cez medziprodukty (intermediá-

ty) až na koncový produkt. Najvýznamnejšou metabolickou dráhou, pomocou ktorej bunky

získavajú energiu (vo forme ATP) oxidáciou látok je cyklus kyseliny citrónovej (citrátový

alebo Krebsov cyklus).

Odporúčaná literatúra

1. J. Čársky, J. Kopřiva: Chémia pre 3. ročník gymnázií, SPN, Bratislava 2004, 7. vydanie

str.108 – 142.

2. B. Škárka, V. Szemes: Biochémia – stredoškolská učebnica, PROMP, Bratislava 2005,

str.86 – 129.

3. M. Ferenčík, B. Škárka, M. Novák, L. Turecký: Biochémia, Slovak Academic Press,

Bratislava, 2000, str.43 – 133.


20

Úloha 1 (5 b)

Najvýznamnejšou metabolickou dráhou, pomocou ktorej bunky získavajú oxidáciou

látok energiu (vo forme ATP) je cyklus kyseliny citrónovej (citrátový alebo Krebsov cyklus).

Jednou z reakcií tejto metabolickej dráhy je nasledujúca redoxná reakcia:

pre reakciu platí:

kys. fumarová/kys. jantárová E0' = 0,03 V

FAD/FADH2 E0' = 0 V

Určte na základe výpočtu:

a) či bude táto reakcia prebiehať pri štandardných podmienkach spontánne

b) aké budú hodnoty ∆G´ a ∆E´ pri teplote 37°C ak viete, že koncentrácie látok sú nasle-

dovné:

c(kys. jantárová) = 2,0 × 10-3 mol dm-3

c(kys. fumarová) = 0,5 × 10-3 mol dm-3

c(FAD) = 2,0 × 10-3 mol dm-3

c(FADH2) = 0,2 × 10-3 mol dm-3

c) aký bude smer reakcie, ak sa koncentrácia kyseliny fumarovej zväčší 10-násobne

a koncentrácie ostatných zložiek sa nezmenia

Úloha 2 (3 b)

V procese získavania energie oxidáciou molekúl sa spotrebúva kyslík ako terminál-

ny akceptor elektrónov a tvorí sa CO2. Jeho množstvo vzniknuté v tkanivách závisí na

druhu a počte molekúl látky, ktorej úplnou oxidáciou vzniklo. Pomer množstva vyproduko-

vaného CO2 a množstva spotrebovaného O2 označujeme ako respiračný kvocient RQ.

Pre rôzne živiny má rôznu hodnotu a jeho význam je v poskytovaní informácie o zdroji

energie, ktorý organizmus využíva pre tvorbu ATP. Z hľadiska RQ sú najvýhodnejším

zdrojom energie lipidy, pre ktoré je jeho hodnota najnižšia a teda ich oxidácia je metabo-

licky najúčinnejšia.

kys. jantárová + FAD sukcinát

dehydrogenáza

kys. fumarová + FADH2


21

a) Na základe vypočtu teoretického RQ úplnej oxidácie (1) kyseliny pyrohroznovej a (2)

glycerolu rozhodnite, ktorá z týchto látok je energeticky výhodnejšia. Uveďte aj rovnice

oxidácie uvedených látok.

b) V priebehu metabolizmu kyseliny octovej kvasinkou Saccharomyces cerevisiae vyvo-

lalo 10 µmol kyseliny octovej spotrebu 220 µL (L = dm3) O2 počas jednej hodiny. En-

dogénny metabolizmus vyvolal spotrebu 42 µL O2. Aké percento kyseliny octovej bolo

inkorporované do bunkového materiálu počas tohto časového úseku, ak uvažujeme

o 100 %-nej spotrebe kyslíka. Reakcia prebieha za štandardnej teploty a tlaku.

Documents

Súťažné úlohy Chemickej olympiády v kategórii A€¦ · Katedra chémie PdF TU, Trnava Maximálne 17 bodov Úvod V tomto ročníku sa v úlohách chemickej olympiády z fyzikálnej