Skriftlig eksamen i Almen Kemi I

Transkript

1 Skriftlig eksamen i Almen Kemi I Molekylær Biomedicin November 2004 Hjælpemidler tilladt (Lærerbøger, undervisningsmateriale, molekylebyggesæt, lommeregner og sædvanelige skrive- og tegneredskaber). Der er ialt 6 opgaver på ialt 4 sider. Der kan ialt opnås 100 point. Delspørgsmål inden for en opgave vægtes ens. Det er tilladt at bruge blyant. Når besvarelsen afleveres skal opgaverne være ordnet i rækkefølge. OPGAVE 1 (15 point) Mælkesyre (2-hydroxypropansyre) er en svag monoprot syre med syrestyrkekonstanten K a =10-3,08. a) Beregn ph i en 0,50 M vandig opløsning af mælkesyres korresponderende base (også kaldet lactat). b) Beregn ph i en 0,010 M vandig opløsning af mælkesyre. Syrestyrkekonstanterne for phosphorsyre (H 3 PO 4 ) er K 1 =10-1,86, K 2 =10-6,26 og K 3 =10-10, c) Beregn forholdet [H 2 PO 4- ]/[HPO 4 ] for en vandig opløsning af phosphorsyre, hvor ph er justeret med base til 7,00. OPGAVE 2 (15 point) Når et antibiotika injiceres i blodet på et menneske bliver det med tiden nedbrudt og udskilt af kroppen. I et forsøg injiceredes 64 mg penicillin i blodet på en forsøgsperson, og koncentrationen i blodet (målt i μg per milliliter blod) måltes herefter time for time som følger: t/h 1,0 2,0 3,0 4,0 c/(μg/ml) 6,07 3,68 2,23 1,35 Side 1 af 4 manan.dk

2 a) Vis at koncentrationen aftager med tiden som i en 1. ordensreaktion, f.eks. ved brug af grafisk afbildning eller numerisk behandlig. b) Bestem hastighedskonstanten og halveringstiden for processen c) Bestem koncentrationen af penicillin i blodet (målt i μg per milliliter blod) umiddelbart efter injicering, d.v.s. til t = 0, og bestem det totale blodvolumen for forsøgspersonen. OPGAVE 3 (20 point) I respirationskæden findes ionen (cytochrom b) 3+, der kan reduceres til (cytochrom b) 2+ af dihydroubiquinon (forkortet H 2 (ubq)) under samtidig dannelse af ubiquinon (forkortet ubq). (cytochrom b)'s to former indeholder jern i oxidationstrinnene +3 og +2. I det følgende forkortes de to former som henholdsvis cb 3+ og cb 2+. De indgående redoxsystemer i processen er: cb 3+ + e - cb 2+ E = -0,040 V (i) ubq + 2 H e - H 2 ubq E = 0,304 V (ii) Bruttoprocessen kan skrives: H 2 ubq + 2 cb 3+ ubq + 2 cb H + (iii) a) Opskriv et elektrokemisk celleskema på formen Pt red 1,ox 1 red 2,ox 2 Pt der har processen (iii) som definitionsmæssig celleproces. b) Beregn ΔG for celleprocessen. c) Ved normal belastning af respirationskæden findes forholdene [H 2 ubq]/[ubq] = 0,56 og [cb 2+ ]/[cb 3+ ] = 1,00. Beregn ΔG for processen (iii), når ph er 7,0 i begge halvceller og temperaturen er 25 C. d) Beregn forholdet [cb 2+ ]/[cb 3+ ] ved ligevægt, idet forholdet [H 2 ubq]/[ubq], ph og temperaturen er som angivet i forrige spørgsmål. (iv) OPGAVE 4 (20 point) Tegn formler for følgende forbindelser: a) (E)-3-hexensyre. b) 2-amino-3-methylbutan-1-ol. c) Ethyl-4-hydroxybutanoat. Side 2 af 4 manan.dk

3 Forbindelsen 2,3-dihydroxybutansyre har to stereocentre. d) Tegn Fisherprojektioner for to enantiomere former af 2,3- dihydroxybutansyre. e) Tegn Fisherprojektionen for den stereoisomere form af 2,3- dihydroxybutansyre, hvor begge de to chirale carbonatomer har R- konfiguration. Tegn lewisstrukturer med eventuelle lonepair elektroner og angiv eventuelle formelle ladninger for hvert enkelt atom for følgende forbindelser og ioner: f) H 2 CO 3 (kulsyre). g) HNO 3 (salpetersyre). h) Zwitterionformen af 2-aminopropansyre. OPGAVE 5 (20 point) Tegn formler for reaktionsprodukter for følgende reaktioner. Reagenser angivet over pilene tilsættes i overskud. a) b) c) d) e) Side 3 af 4 manan.dk

4 f) g) h) OPGAVE 6 (10 point) Figuren nedenfor viser formlen for fludrocortison. Fludrocortison er et syntetisk cortisonderivat med forøget biologisk aktivitet i forhold til naturligt forekommende cortison. Fludrocortison a) Tegn formlen for fludrocortison med alle chirale carbonatomer markeret med * (stjerne). b) Tegn formlen for et sandsynligt reaktionsprodukt ved reaktion af fludrocortison med natriumborhydrid. c) Tegn formlen for et sandsynligt reaktionsprodukt ved reaktion af fludrocortison og overskud af propan-1-amin. d) Tegn formlen for et sandsynligt reaktionsprodukt ved reaktion af fludrocortison og brom. Side 4 af 4 manan.dk

5

6

7

8

9

10

11 Skriftlig eksamen i Almen Kemi I Molekylær Biomedicin Februar 2005 Hjælpemidler tilladt (Lærebøger, undervisningsmateriale, molekylbyggesæt, lommeregner og sædvanlige skrive- og tegneredskaber). Der er ialt 6 opgaver på ialt 4 sider. Der kan ialt opnås 100 point. Delspørgsmål inden for en opgave vægtes ens med mindre andet er angivet. Det er tilladt at bruge blyant. Når besvarelsen afleveres skal opgaverne være ordnet i rækkefølge. OPGAVE 1 (15 point) En vandig opløsning af eddikesyre, CH 3 COOH, har densiteten ρ = 1,0125 g/ml og masseprocenten 10,0%. a) Beregn eddikesyrens molære koncentration c. b) Beregn eddikesyrens molalitet m. c) Beregn eddikesyrens molbrøk x. OPGAVE 2 (15 point) Ved reaktion mellem creatinphosphat (crp) og adenosindiphosphat (ADP) dannes creatin (cr) og adenosintriphosphat (ATP). Med forkortelser kan reaktionen skrives: crp(aq) + ADP(aq) cr(aq) + ATP(aq) (1) I en 1 L opløsning reagerer 0,0100 mol crp med 0,0100 mol ADP. Efter ligevægt er indtrådt måles begge koncentrationer til 8, mol/l (ved 37ºC). a) Beregn ligevægtskonstanten for processen (1) ved 37ºC. b) Beregn ΔGº for processen (1) ved 37ºC. Phosphat i vandig opløsning vil vi forkorte med P(aq). For processen (2) Side 1 af 4 manan.dk

12 ADP(aq) + P(aq) ATP(aq) + H 2 O(l) (2) er ΔGº = 30,5 kj/mol ved 37ºC. c) Beregn ΔGº ved 37ºC for processen (3) crp(aq) + H 2 O(l) cr(aq) + P(aq) (3) OPGAVE 3 (20 point) Der er to fotonabsorberende processer i chloroplast, PSI (photosystem I) og PSII (photosystem II). Her behandler vi kun PSI. Fotoner absorberes af proteinet P700. Herfra afgives en elektron til en række elektronacceptorer (indeholdende bl. a. phylloquinon og diverse jern-svovlforbindelser), men slutredoxsystemet er ferredoxinsystemet Fd(II)/Fd(III). Ferredoxinsystemet kan reagere videre på to måder. Her betragter vi kun den ene proces, nemlig reduktion af NADP +. De indgående redoxsystemer er: Fd(III) + e - Fd(II) E = -0,530 V (1) NADP + + H + + e - NADPH E = -0,324 V (2) hvor E angiver de i biokemien anvendte reducerede standard elektrodepotentialer svarende til ph = 7. a) Beregn de sædvanlige standard elektrodepotentialer E for redoxsystemerne (1) og (2) angivet ovenfor. (5 point) Bruttoprocessen ved reduktion af NADP + er NADP + + Fd(II) + H + NADPH + Fd(III) (3) b) Beregn E og ΔG for processen (3), idet det antages, at de stationære koncentrationsværdier opfylder: [Fd(III)]/[Fd(II)] = [NADP + ]/[NADPH] = 1 og ph = 7,8. (25 C). (15 point) OPGAVE 4 (20 point) a) Tegn formlen for 4-aminobenzoesyre. b) Tegn formlen for trans-1,2-dibromcyclopentan. c) Tegn Fisherprojektionen for meso-formen af 2,3-dihydroxybutandisyre. Side 2 af 4 manan.dk

13 d) Angiv et systematisk navn for følgende diastereomere forbindelse: Tegn Lewisstrukturer med eventuelle lonepair elektroner og angiv eventuelle formelle ladninger for hvert enkelt atom for: e) H 2 SO 4 (svovlsyre). - f) HCO 3 (hydrogencarbonationen). Arrangér følgende forbindelser efter faldende opløselighed i vand: g) BaSO 4, MgSO 4, CaSO 4. h) CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH, CH 3 CH 2 CH 2 CHO, CH 3 CH 2 CH 2 COOH, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3. OPGAVE 5 (20 point) Tegn formler for reaktionsprodukter for følgende reaktioner. Reagenser angivet over pilene tilsættes i overskud. a) b) c) d) Side 3 af 4 manan.dk

14 e) f) g) h) OPGAVE 6 (10 point) Figuren nedenfor viser Fischerprojektioner for D-altrose og D-fructose. D-altrose D-fructose a) Tegn Haworthprojektionen for α-d-altrose. b) Tegn Fisherprojektionen for L-fructose. Angiv formler for produkter for følgende reaktioner: c) Oxidation af D-altrose i basisk vædske, f.eks. med Tollens reagens. d) Reaktion af D-altrose med dimethylamin i overskud i svagt sur vædske. Side 4 af 4 manan.dk

15

16

17

18

19

20

21 Skriftlig eksamen i Almen Kemi I Molekylær Biomedicin November 2005 Hjælpemidler tilladt: Lærebøger, undervisningsmateriale, opgavebesvarelser, noter, molekylbyggesæt, lommeregner og sædvanlige skrive- og tegneredskaber. Det er tilladt at bruge blyant. Der er ialt 6 opgaver på ialt 5 sider. Der kan ialt opnås 100 point. Delspørgsmål inden for en opgave vægtes ens med mindre andet er angivet. Når besvarelsen afleveres skal opgaverne være ordnet i rækkefølge. Konstanter: Vands ionprodukt ved 25 C, K w =1, , Gaskonstanten R = 8,315 JK -1 mol -1, Faradays konstant F = 9, C mol -1, Nernsts konstant N = RT ln10/f = 0,05915 V ved 25 C, Den absolutte nulpunktstemperatur kan regnes som -273,15 C. OPGAVE 1 (10 point) Urinstof hydrolyseres efter følgende skema: CO(NH 2 ) 2 (aq) + H 2 O (l) + 2 H + (aq) CO 2 (aq) + 2 NH 4+ (aq) a) Beregn ΔH og ΔS ved 25 C ud fra data i følgende tabel: ΔH f /(kj mol -1 ) S /(J mol -1 K -1 ) CO(NH 2 ) 2 (aq) -319,2 173,8 H + (aq) 0 0 H 2 O (l) -285,9 69,96 CO 2 (aq) -412,9 121,3 NH 4+ (aq) -132,8 112,8 b) Beregn ligevægtskonstanten for hydrolysen af urinstof ved 37 C. c) Beregn ΔG for reaktionen ved 37 C. OPGAVE 2 (15 point) Succinat,, kan oxideres til fumarat,, med dioxygen Side 1 af 5 manan.dk

22 (O 2 ). Succinat og fumarat betegnes i det følgende med forkortelserne suc 2- og fum 2-. De indgående redoxpar er: fum H + + 2e - suc 2- E '=0,030 V O 2 (g) + 4H + + 4e - 2H 2 0 (l) E '=0,815 V Alle de følgende spørgsmål omhandler et system ved 25 C. a) Beregn de tilhørende standardelektrodepotentialer E ud fra de givne reducerede standardelektrodepotentialer, E '. b) Opskriv den afstemte reaktionsligning for succinats oxidation til fumarat med dioxygen, og angiv et elektrokemisk celleskema med to platinelektroder, der har denne reaktion som formel celleproces. c) Beregn E for cellen og beregn ΔG for celleprocessen ved de stationære værdier [fum 2- ] = [suc 2- ], P(O 2 ) = 0,20 bar og ens ph i de to halvceller. OPGAVE 3 (25 point) En vandig opløsning af alanin ((S)-2-aminopropansyre) foreligger hovedsagelig på amfoionform (zwitterionform). Det oplyses at pk s1 og pk s2 for alanin er henholdsvis 2,35 og 9,87 ved 25 C samt at alle opløsninger i denne opgave har temperaturen 25 C. a) Opskriv strukturformlen for amfoionformen. b) Beregn ph i en 0,100 M opløsning af alanin. c) Til 100,0 ml af opløsningen i b) tilsættes 7,0 ml 0,500 M NaOH. Beregn ph i opløsningen herefter. d) Hvilket volumen 0,500 M NaOH skal der ialt sættes til 100,0 ml af opløsning b) for at nå ækvivalenspunktet? Hvad bliver ph her? e) 100,0 ml af opløsningen i b) titreres i stedet med stærk syre. Hvilket volumen 0,500 M HCl skal der tilsættes for at opnå ph = pk s1? OPGAVE 4 (20 point) Tegn Lewis-strukturer med eventuelle lonepair elektroner og angiv eventuelle formelle ladninger for hvert enkelt atom for følgende forbindelser og ioner: a) CO 2 (kuldioxid). b) H 3 PO 3 (phosphorsyrling). c) [CH 3 COCH 2 ] - d.v.s. enolationen af acetone. Side 2 af 5 manan.dk

23 Følgende forbindelser har et eller flere asymmetriske kulstofatomer. Angiv et systematisk navn for hver forbindelse, som beskriver konfigurationen for hvert asymmetrisk kulstofatom: d) e) (Fischerprojektion) f) Tegn strukturformler for følgende forbindelser: g) pentan-2-ol. h) 2,3-dihydroxybutanal. i) cis-2-methylcyclohexancarboxylsyre. j) N,N-dimethyl-2-hydroxybutanamid. OPGAVE 5 (20 point) Tegn formler for reaktionsprodukter for følgende reaktioner. Reagenser angivet over pilene tilsættes i overskud. Et minus foran en forbindelse angiver at forbindelsen fjernes under reaktionen. a) b) c) Side 3 af 5 manan.dk

24 d) e) f) g) h) OPGAVE 6 (10 point) Lanosterol er et mellemprodukt i biosyntesen af cholesterol. Lanosterol a) Angiv alle asymmetriske kulstofatomer i lanosterol. b) Angiv reaktionsligning for reaktion af lanosterol med eddikesyreanhydrid i overskud. c) Angiv hvor mange forskellige stereoisomere produkter der kan opnås ved at reagere lanosterol med brom (Br 2 ) i overskud, og tegn strukturformlen for et af disse produkter. d) Tegn en strukturformel for reaktionsproduktet ved reaktion af lanosterol med peroxyeddikesyre i overskud efterfulgt af sur hydrolyse. e) Opskriv en afstemt elektrodereaktion (halvreaktion) for omdannelsen mellem NAD + og NADH i sur vædske. Side 4 af 5 manan.dk

25 NAD + NADH Side 5 af 5 manan.dk

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36 Skriftlig eksamen i Almen Kemi I Molekylær Biomedicin November 2006 Hjælpemidler tilladt: Lærebøger, undervisningsmateriale, opgavebesvarelser, noter, molekylbyggesæt, lommeregner og sædvanlige skrive- og tegneredskaber. Det er tilladt at bruge blyant. Der er ialt 6 opgaver på ialt 5 sider. Der kan ialt opnås 100 point. Delspørgsmål inden for en opgave vægtes ens med mindre andet er angivet. Når besvarelsen afleveres skal opgaverne være ordnet i rækkefølge. Konstanter: Vands ionprodukt ved 25 C, K w =1, , gaskonstanten R = 8,315 JK -1 mol -1, Faradays konstant F = 9, C mol -1, Nernsts konstant N = RT ln10/f = 0,05915 V ved 25 C, den absolutte nulpunktstemperatur kan regnes som -273,15 C. OPGAVE 1 (20 point) Under fotosyntese indgår en række redoxsystemer, heriblandt ferrodoxin systemet fd(ii)/fd(iii), NADP + /NADPH systemet og cytochrom-bf systemet cyt-bf(iii)/cyt-bf(ii). Systemernes halvreaktioner og de tilhørende standardpotentialer ved 25 C er givet ved: fd(iii) + e - fd(ii) E o = -0,530 V (1) NADP + + H + + 2e - NADPH E o = +0,090 V (2) cyt-bf(iii) + e - cyt-bf(ii) E o = -0,040 V (3) Den normale reduktion af NADP + er en reaktion med fd(ii): NADP + + 2fd(II) + H + NADPH + 2fd(III) (4) som har ΔG o = -119,6 kj/mol ved 25 C. a) Beregn den i biokemien anvendte reducerede standard ændring i den fri energi, ΔG o ', for processen i (4) ved ph=7,0 og temperaturen 25 C. Side 1 af 5 manan.dk

37 Ved lav koncentration af NADP + går elektrontransporten imidlertid ikke til NADP + /NADPH systemet og ferrodoxinsystemet kobler i stedet til cytochrom-bf systmet efter skemaet fd(ii) + cyt-bf(iii) fd(iii) + cyt-bf(ii) (5) b) Beregn potentialet, E, samt ΔG for processen i (5) ved 25 o C under antagelse af at de stationære koncentrationer opfylder at [fd(ii)]/[fd(iii)] = 2,0 og [cyt-bf(ii)]/[cyt-bf(iii)] = 16,0. c) Beregn ligevægtskonstanten, K, for processen i (6) ved 25 o C: OPGAVE 2 (20 point) fd(ii) + cyt-bf(iii) fd(iii) + cyt-bf(ii) (6) Lysin, 2,6-diaminohexansyre (H 2 N(CH 2 ) 4 CH(NH 2 )COOH), HA, er en basisk aminosyre. Lysin der har optaget to protoner har pk a -værdierne pk a1 = 2,18 pk a2 = 8,95 pk a3 = 10,53 henholdsvis svarende til formerne H 3 A 2+, H 2 A + og HA. Carboxylsyregruppen er mere sur end amoniumgruppen i 2-position og amoniumgruppen i 2-position er mere sur end amoniumgruppen i 6- position. a) Den uladede form af lysin, HA, koeksisterer med amfoionen + HA -. Opskriv konstitutionsformlen for den dominerende form af amfoionen. b) Beregn ph i en 0,1M opløsning af lysin. c) Beregn hvilket volumen 0,500 M HCl der skal sættes til 100,0 ml af en 0,1 M opløsning af lysin for at ph bliver 8,3. d) Anfør på en vandret ph-skala lysins tre pk a -værdier, samt hvor der er mest af de fire former H 3 A 2+, H 2 A +, + HA - og A -. OPGAVE 3 (10 point) Dafnier er små krebsdyr som kan anvendes til fodring af akvariefisk. Der eksisterer en dafnieart, der dør efter at dens hjerte har slået et bestemt antal gange. I gennemsnit lever et individ af denne dafniart dobbelt så længe ved 15 o C som ved 25 o C. Beregn aktiveringsenergien, E a, for den biokemiske Side 2 af 5 manan.dk

38 process, der er det hastighedsbestemmende trin for hjerterytmen, hvis det antages at livslængden er omvendt proportional med hastighedskonstanten for det hastighedsbestemmende trin. OPGAVE 4 (20 point) Arrangér følgende forbindelser efter stigende syrestyrke og angiv for hver forbindelse hvilket H den fraspalter: a) CH 3 COOH, CH 3 CH 2 OH, CH 2 ClCOOH og CH 3 CH 2 NH 2. b) CH 3 CH 2 OH, CH 3 COCH 3, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 og CH 3 COCH 2 COCH 3. Arrangér følgende forbindelser efter stigende basestyrke: c) CH 3 CH 2 NH 2, CH 3 CH 2 O -, CH 3 CH 2 NH - og CH 3 COO -. Angiv formelle ladninger samt lonepair elektroner for hvert enkelt atom for følgende forbindelse og ion: d) (udadtil neutral forbindelse) e) Tegn Lewis-strukturer med angivelse af lonepair elektroner samt formelle ladninger for de væsentligste resonansformer af hver af følgende forbindelser og ioner: f) Acetationen (eddikesyres korresponderende base). g) Nitromethan (CH 3 NO 2 ). h) Hydrogencarbonationen (HCO 3- ). Angiv et systematisk navn for følgende forbindelser, som beskriver forbindelsernes stereokemi: i) j) Side 3 af 5 manan.dk

39 OPGAVE 5 (20 point) Tegn formler for reaktionsprodukter for følgende reaktioner. Reagenser angivet over pilene tilsættes i overskud. Et minus foran en forbindelse angiver at denne fjernes under reaktionen. a) b) c) d) e) f) g) h) Side 4 af 5 manan.dk

40 OPGAVE 6 (10 point) Cytocalasin B er en hæmmer af den natriumionuafhængige transport af glucose over cellemembraner. Cytocalasin B a) Angiv på en tegning af cytocalasin B alle asymmetriske kulstofatomer. b) Angiv hvor mange stereoisomere produkter der fås ved reaktion af cytocalasin B med brom (Br 2 ) i overskud, når det oplyses at cytocalasin B er en ren stereoisomer form. c) Angiv produktet ved reaktion af cytocalasin B med thionylchlorid (SOCl 2 ) i overskud. Haworthprojektionen for β-d-glucopyranose kan skrives d) Tegn Haworthprojektionen for β-l-glucopyranose. e) Angiv produktet der dannes ved reaktion af β-d-glucopyranose med butan-1-amin. Side 5 af 5 manan.dk

41

42

43

44

45

46

47

48 Skriftlig eksamen i Almen Kemi I Molekylær Biomedicin November 2007 Hjælpemidler tilladt: Lærebøger, undervisningsmateriale, opgavebesvarelser, noter, molekylbyggesæt, lommeregner og sædvanlige skrive- og tegneredskaber. Det er tilladt at bruge blyant. Der er ialt 7 opgaver på ialt 4 sider. Side 5 er ternet papir, der anvendes til besvarelse af opgave 1. Der kan ialt opnås 100 point. Delspørgsmål inden for en opgave vægtes ens med mindre andet er angivet. Når besvarelsen afleveres skal opgaverne være ordnet i rækkefølge. Konstanter: Vands ionprodukt ved 25 o C, K w = 1, , gaskonstanten R = 8, 315JK 1 mol 1, Faradays konstant F = 9, Cmol 1, Nernsts konstant N = RT ln(10)/f = 0, 05915V ved 25 o C, den absolutte nulpunktstemperatur kan regnes som 273, 15 o C. Opgave 1. Kinetik. 20 point. Esterhydrolyse undersøges kinetisk: RCOOR 1 + OH RCOO + R 1 OH (1) I reaktionsblandingen var der til tiden t = 0 begyndelseskoncentrationerne [RCOOR 1 ] = [OH ] = 5, 76 mmol/l. Reaktionen fulgtes ved 25 o C ved udtagning af prøver som analyseredes. Man fandt følgende værdier: t/s [OH ]/(mmol/l) 5,76 4,72 3,47 1,81 a) Vis grafisk, at reaktionen følger 2. ordens kinetik. (Brug det ternede ark papir på sættets sidste side). (10 point) b) Beregn hastighedskonstanten k ved denne temperatur. (5 point) c) I et tilsvarende forsøg ved 45 o C finder man en hastighedskonstant, der er 4,13 gange så stor. Beregn aktiveringsenergien for reaktionen. (5 point) 1 manan.dk

49 Opgave 2. Energetik og ph for AMP 20 point. ATP (adenosintriphosphat) kan reagere med AMP (adenosinmonophosphat) til ADP (adenosindiphosphat): Følgende termodynamiske værdier anvendes: ATP + AMP 2 ADP (2) H o f G o f ATP -2997, ,49 AMP -1014,07-845,91 ADP -2005, ,55 (talværdierne er i kj/mol). a) Beregn S o ved 25 o C for reaktionenen (2), samt ligevægtskonstanten K ved 37 o C. ( S o og Hf o kan antages temperaturuafhængige i intervallet). b) I muskelceller har man målt koncentrationsforholdene [ATP]/[AMP] = 56, 0 og [ADP]/[AMP] = 12, 0. Beregn G ved 37 o C for reaktionen ved disse koncentrationsforhold. c) Alle tre adenosinphosphater er polyproter. Med ADP som eksempel findes der tre protoniserede former, som vi kan skrive H 3 ADP, H 2 ADP og HADP 2 og endelig den afprotoniserede ADP 3. De to mest protoniserede former har pk s -værdier under 2 og er dermed praktisk fuldt dissocierede under biologiske forhold. pk s3 (for HADP 2 ) er 6,9 (25 o C). Beregn forholdet [ADP 3 ]/[HADP 2 ] ved ph = 7,4. (25 o C). d) Hvad er ph i en 0,0100 mol/l opløsning af [ADP 3 ]? Opgave 3. Elektrokemi 10 point. Malat er æblesyres anion ( OOCCHOHCH 2 COO ). Malat og NAD + kan reagere til oxalacetat ( OOCCOCH 2 COO ) og NADH: De indgående redoxpar er: Malat 2 + NAD + Oxalacetat 2 + NADH + H + (3) Oxalacetat 2 + 2H + + 2e Malat 2 E o = 0, 248V (4) NAD + + H + + 2e NADH E o = 0, 113V (5) (Tabelværdierne er for temperaturen 25 o C, der også anvendes i spm. a og b). a) Beregn ligevægtkonstanten for reaktionen (3). b) Beregn den reducerede Gibbsenergi G o (der refererer til ph = 7) for reaktionen (3). 2 manan.dk

50 ! # # % & # % # ( ) # % % + +,./ ) 2 ) ) 6 2 % 7 + manan.dk

51 8 α 2 ) 25 ) 2 ) α % 21 5 % 21 ) ) ) 2 1 % # α ) 1 # # 12 # 2 12 α ) 21 ) 12 6 ) ) ( 1 ) ( % 7 2 : % ( % 7 2 / % ) 2 : %, ; % β : % manan.dk

52 Koordinatsystem til opgave 1. 1 manan.dk

53

54

55

56

57

58

59

60 Skriftlig eksamen i Almen Kemi I Molekylær Biomedicin 29. oktober 2008 Hjælpemidler tilladt: Lærebøger, undervisningsmateriale, opgavebesvarelser, noter, molekylbyggesæt, lommeregner og sædvanlige skrive- og tegneredskaber. Det er ikke tilladt at bruge computer. Det er tilladt at bruge blyant. Der er ialt 7 opgaver på ialt 4 sider. Der kan ialt opnås 100 point. Delspørgsmål inden for en opgave vægtes ens med mindre andet er angivet. Når besvarelsen afleveres skal opgaverne være ordnet i rækkefølge. Konstanter: Vands ionprodukt ved 25 o C, K w = 1, , gaskonstanten R = 8, 315JK 1 mol 1, Faradays konstant F = 9, Cmol 1, Nernsts konstant N = RT ln(10)/f = 0, 05915V ved 25 o C, den absolutte nulpunktstemperatur kan regnes som 273, 15 o C. Opgave 1. Koncentrationsmål. 15 point. Methanol og vand blandes ved 25 o C: 20,2 ml methanol med densiteten 0,782 g/ml blandes med 100,0 ml vand med densiteten 1,000 g/ml. Blandingens volumen måles til 118,0 ml. a) Beregn methanols molaritet, masseprocent, molalitet og molbrøk i blandingen. 1 manan.dk

61 Opgave 2. Aminosyrers ph. Histidin. 25 point. Histidin er en aminosyre af standardformen H 2 N CH(R) COOH, hvor sidegruppen -R er af formen CH 2 C 2 H 3 N 2. Den indeholder den heterocykliske base imidazol. Denne kan optage en enkelt proton under dannelse af CH 2 C 2 H 4 N + 2. Den fuldt protoniserede form af histidin er dermed en triprot syre, af typen H 3 B 2+, med pk s1 = 1, 80. Dissociationen af den protoniserede form af imidazol i sidekæden har pk s2 = 6, 04, og endelig svarer pk s3 = 9, 33 til dissociationen af ammoniumgruppen afledt af aminosyrens α-amino-gruppe. a) Den fuldt protoniserede form H 3 B 2+ kan skrives H 3 N + CH( CH 2 C 2 H 4 N + 2 ) COOH. Opskriv på tilsvarende måde konstitutionsformlerne for formerne H 2 B +, HB og B. (5 point) H 3 B 2+ titreres med NaOH. b) Beregn ph ved 1. og 2. ekvivalenspunkt. (5 point) c) Hvilken af formerne H 3 B 2+, H 2 B +, HB eller B er den dominerende ved ph = 1? ph = 4? ph = 8? ph = 12? (5 point) d) Hvilke to former dominerer over resten ved ph = 7,4? (5 point) e) De to former i spm. d ovenfor er et korresponderende syre-basepar, der kan kaldes HA og A. Beregn koncentrationsforholdet [A]/[HA] ved ph = 7,4. (5 point) Opgave 3. Elektrokemi 10 point. Ravsyre (HOOCCH 2 CH 2 COOH) kan oxideres til fumarsyre (HOOCCHCHCOOH) idet de to syrers anioner, succinat og fumarat, reagerer med FAD/FADH 2 systemet: De indgående redoxpar er: FAD + succinat 2 FADH 2 + fumarat2 (1) FAD + 2 H + + 2e FADH 2 E o = 0, 050V (2) Fumarat 2 + 2H + + 2e Succinat 2 E o = 0, 031V (3) (Tabelværdierne er for temperaturen 25 o C, der også anvendes i spm. a og b). a) Beregn den reducerede ligevægtkonstant K for reaktionen (1). b) Beregn den reducerede Gibbsenergi G o for reaktionen (1). 2 manan.dk

62 Opgave 4. Syntese af Fentanyl. 30 point. Fentanyl er et meget kraftigt smertestillende lægemiddel (ca. 80 gange så kraftigt som morfin). Fentanyl kan syntetiseres i syv trin: COOEt COOEt NH 2 N N O (1) COOEt (2) A B C COOH N O N O (3) (4) (5) D E N N (6) N N H (7) F G N N O H Fentanyl a) Navngiv udgangsforbindelsen A. (1 point) b) Angiv struktur og navn for en forbindelse, der skal tilsættes, for at få reaktion (1) til at forløbe. Hvilken type reaktion er der tale om? (4 point) c) Angiv det reagens, der skal tilsættes, for at få reaktion (2) til at forløbe. Hvilken type reaktion er der tale om? (3 point) d) Opskriv mekanismen for reaktion (2). (6 point) e) Angiv et reagens, der kan få reaktion (3) til at foregå. Hvilken type reaktion er der tale om? (2 point) f) Angiv betingelserne for reaktion (4). Hvilken type reaktion er der tale om? (3 point) manan.dk

63 g) Angiv struktur og navn for den forbindelse, der skal tilsættes, for at få reaktion (5) til at forløbe. (4 point) h) Angiv betingelser, der får reaktion (6) til at forløbe. Hvilken type reaktion er der tale om? (3 point) i) Angiv struktur og navn for en forbindelse, der kan tilsættes, for at få reaktion (7) til at forløbe. (4 point) Opgave 5. Stereokemi og navngivning. 10 point. a) Tegn forbindelsen I i den mest stabile stolkonformation. (2 point) b) Navngiv forbindelsen I (inkl. stereokemi) (3 point) c) Navngiv forbindelsen J (inkl. stereokemi) (3 point) d) Tegn strukturen af (2S,4R)-4-chlorpentan-2-ol. (2 point) CH 3 I OH J H COOH OH Opgave 6. Strukturen af et disaccharid. 5 point. Gentiobiose er et sjældent disaccharid, som findes i safran. Det er en reducerende sukker, der indeholder en 1,6- -glycosidbinding. Når glycosidbindingen hydrolyseres i vandig syre, dannes der udelukkende D-glucose. Tegn strukturen af gentiobiose. Opgave 7. Reaktioner med alanin. 5 point. Tegn en strukturformel for det produkt, der dannes, når alanin (K) reagerer med: a) Vandig NaOH. (1 point) b) Vandig HCl. (1 point) c) CH 3 CH 2 OH, H 2 SO 4. (1 point) d) (CH 3 CO) 2 O, CH 3 COO Na +. (2 point) O NH 3 K O manan.dk

64

65

66

67

68

69 Skriftlig eksamen i Almen Kemi I Molekylær Biomedicin 28. oktober 2009 Hjælpemidler tilladt: Lærebøger, undervisningsmateriale, opgavebesvarelser, noter, molekylbyggesæt, lommeregner og sædvanlige skrive- og tegneredskaber. Det er ikke tilladt at bruge computer. Det er tilladt at bruge blyant. Kontroller at der er ialt 7 opgaver på ialt 8 sider. Der kan ialt opnås 100 point. Når besvarelsen afleveres skal opgaverne være ordnet i rækkefølge. Konstanter: Vands ionprodukt ved 25 o C, K w = 1, , gaskonstanten R = 8, 315JK 1 mol 1, Faradays konstant F = 9, Cmol 1, Nernsts konstant N = RT ln(10)/f = 0, 05915V ved 25 o C, den absolutte nulpunktstemperatur kan regnes som 273, 15 o C. 1 manan.dk

70 Opgave 1. Aminosyres ph 20 point. a) For Alanin (2-Aminopropansyre) er syrekonstanterne pk 1 = 2, 35 og pk 2 = 9, 87. 1L 0,100 mol/l vandig opløsning af den fuldt protoniserede form tilsættes 0,050 mol NaOH. Beregn ph under antagelse af, at bufferligningen kan anvendes. (5 point). b) I spm. a) ovenfor antog vi, at bufferligningen kunne anvendes, men forudsætningen er, at den beregnede H + koncentration er meget mindre end de støchiometriske koncentrationer af syren og den korresponderende base. Hvis dette ikke er tilfældet, kan man få et bedre resultat: H 2 A + + H 2 O HA + H 3 O + F: C 1 C 2 E: C 1 x?? Angiv først produktkoncentrationerne udtrykt ved x, og beregn derpå x ud fra K = [H 3O + ][HA] [H 2 A + ] med K, C 1 og C 2 som i spm. a) (Voluminet kan sættes til 1 L). (5 point). (1) c) Asparaginsyre (Aminobutandisyre) er en sur aminosyre, med 2 carboxylsyregrupper og een aminogruppe. Den fuldt protoniserede form vil vi kalde H 3 S +, og syrekonstanterne er pk 1 = 2, 10; pk 2 = 3, 86 og pk 3 = 9, 82. Ornithin (2,5-Diaminopentansyre) er en basisk aminosyre, med een carboxylsyregruppe og 2 aminogrupper. Den fuldt protoniserede (syre)form vil vi kalde H 3 B 2+. Syrekonstanterne er pk 1 = 1, 94; pk 2 = 8, 65 og pk 3 = 10, 76. Asparaginsyre antager i et bestemt ph-område en form, hvor molekylets dominerende form er udadtil neutral. Sæt eet kryds i medfølgende skema, der bedst beskriver ph i dette område. Besvar tillige samme spørgsmål for den basiske aminosyre Ornithin ved at sætte eet kryds i skemaet. Angiv derpå i din besvarelse det valgte ph-område, f. eks. Asparaginsyre: ph = pk 4 ; Ornithin: ph < pk 1. (10 point). ph Asparaginsyre Ornithin pk 1 +pc 2 pk 1 pk 1 +pk 2 2 pk 2 pk 2 +pk 3 2 pk 3 ph > pk 3 2 manan.dk

71 Opgave 2. Kinetik 10 point. Sucrose hydrolyserer i sur opløsning til glucose og fructose. Et forsøg gav følgende resultater t/min [sucrose]/(mol L 1 ) 0,316 0,300 0,274 0,256 0,238 0,211 0, ,146 a) Antag at reaktionskinetikken er enten 1. eller 2. orden, og afgør ved grafisk afbildning, hvilken af disse, der er den bedste beskrivelse. Benyt koordinatsystemerne på næste side. Beregn tillige hastighedskonstanten ud fra den bedste grafiske afbildning. (10 point). 3 manan.dk

72 Koordinatsystem til opgave 2, 1.ordens kinetik. Koordinatsystem til opgave 2, 2.ordens kinetik. 4 manan.dk

73 Opgave 3. Elektrokemi 20 point. f H o kj/mol S o kj/(kmol) O 2 (g) 0 0,2050 H + (aq) 0 0 H 2 O(l) ,0699 H 2 (g) 0 0,1306 Standardpotentialet E o og det reducerede potential E o er normalt angivet ved 25 o C. Opgaven går ud på at beregne let korrigerede værdier ved 37 o C. For er E o = 1, 229 V ved 25 o C. O 2 (g) + 4H + + 4e 2H 2 O(l) (2) a) E o ovenfor er beregnet ud fra den målte værdi af E af oxygensystemet overfor en standard hydrogenelektrode med redoxparret dvs med cellen 2H + + 2e H 2 (g) (3) Pt H 2 (g) H +.. H +, H 2 O O 2 (g) Pt (4) Opskriv den definitionsmæssige celleproces for elementet (4). (5 point). b) Vi sætter [H + (v)] = [H + (h)] = 1 mol/l. Beregn H o og S o for celleprocessen ved 25 o C ved brug af data fra ovenstående tabel. (5 point) c) Under antagelse af, at H o og S o er uafhængige af temperaturen mellem 25 o C og 37 o C skal G o ved 37 o C beregnes. Beregn tillige E o ud fra G o ved 37 o C. (5 point). d) Idet E = E h E v og standard hydrogenelektrodens potential også er nul ved 37 o C, bliver E o h(37) = E o beregnet under c) ovenfor. Nernstfaktoren N = RTln(10)/F er 0,05915 V ved 25 o C. Beregn N ved 37 o C, og beregn derpå E h for (4), hvis [H + ] i højre halvcelle er 10 7 M og P(O 2 ) = 1 bar. (5 point). 5 manan.dk