UNDERVISNINGS MINISTERIET STYRELSEN FOR UNDERVISNING OG KVALITET Kemi A Studentereksamen Fredag den 16. marts 2018 Kl. 9.00-14.00
Side 1 af 13 sider Opgavesættet består af 4 opgaver med i alt 16 spørgsmål samt 4 bilag i 2 eksemplarer. Svarene på de stillede spørgsmål indgår med lige vægt i vurderingen. Alle hjælpemidler er tilladt Følgende hjælpemidler forudsættes: DATABOG, fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave.
Side 2 af 13 sider Opgave 1: Et middel mod alkoholisme I Danmark er ca. 140.000 mennesker afhængige af alkohol. Alkoholikere er i mange år blevet behandlet med antabus, men i 2013 blev et andet stof, nalmefen, godkendt i EU som middel til behandling af alkoholisme. I modsætning til antabus giver nalmefen ingen giftvirkning ved indtagelse af alkohol, men virker ved at nedsætte alkoholtrangen. Nedenfor ses strukturen af nalmefen. Colourbox.com nalmefen Kh = 1,1-10-7 M ved 25 C a) Marker 3 asymmetriske C-atomer i nalmefenmolekylet. Benyt bilag 1 eller tegneprogram. Der fremstilles en 0,026 M vandig opløsning af nalmefen. b) Beregn ph i den vandige opløsning ved 25 C, idet der kan ses bort fra syreegenskaber for OH-gruppen på den aromatiske ring.
Side 3 af 13 sider Virkningen af nalmefen mod alkoholisme forsvinder, når koncentrationen af nalmefen i blodet er under 0,5 pg/l. I en undersøgelse indtog hunde 2,0 mg nalmefen pr. kg hund. Koncentrationen af nalmefen i hundenes blod blev fulgt i tiden efter indtagelsen af stoffet. Resultaterne er vist i nedenstående tabel. t/timer 0,50 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0 8,0 _ / Cnalmefen / ^ 2,9 2,3 1,6 1,2 0,84 0,45 0,23 c) Bestem reaktionsordenen med hensyn til nalmefen for stoffets omsætning i hundenes blod. Angiv funktionsudtrykket for koncentrationen af nalmefen i hundenes blod som funktion af tiden. Mange alkoholikere indtager ikke lægemidlet med den hyppighed, lægen foreskriver. Derfor er der behov for udvikling af depotmedicin, som indføres i muskelvævet og langsomt frigives. Formålet med depotmedicin er at holde koncentrationen af nalmefen nogenlunde konstant omkring den koncentration, der er nødvendig for, at stoffet har den ønskede virkning. Forskere har undersøgt om fedtsyreestere af nalmefen er egnede som depotmedicin. fedtsyreester af nalmefen
Side 4 af 13 sider Der blev anvendt fedtsyrer med kædelængder på 8, 10 og 12 C-atonier. Fedtsyreesterne blev opløst i olie og sprøjtet ind i muskelvæv på hunde. Efter indsprøjtningen frigives esterne efterhånden fra oliedråber i muskelvævet til blodet, som her kan betragtes som en vandfase. Her hydrolyseres esterne til nalmefen og fedtsyre. I undersøgelsen blev der indsprøjtet samme stofmængde af de forskellige fedtsyreestere pr. kg hund. Koncentrationen af nalmefen i blodet blev fulgt i tiden efter indsprøjtning af de forskellige fedtsyreestere. Resultatet af målingerne er vist nedenfor. c(nalmefen)/ pg/l o 5 10 15 20 25 30 t/dage
Side 5 af 13 sider d) Forklar forskellene i de målte koncentrationer af nalmefen i blodet i tiden efter indsprøjtning af depotmedicinen. Argumenter ud fra fedtsyreesternes struktur. Gør rede for hvilken af de undersøgte fedtsyreestere af nalmefen, deler bedst egnet som depotmedicin til behandling af alkoholikere.
Side 6 af 13 sider Opgave 2: Et keramisk materiale I dag udvikles mange nye typer keramiske materialer med særlige egenskaber, der gør dem anvendelige i fx elektroniske komponenter, solceller og superledere. Et meget anvendt keramisk materiale er bariumzirconat, BaZr03, som blandt andet udnyttes i brændselsceller og i varmeisolerende belægninger. Bariumzirconat fremstilles ved ophedning af en blanding af bariumcarbonat og zirconium(iv)oxid, hvorved følgende reaktion forløber BaC03(s) + Zr02(s) BaZr03(s) + C02(g) a) Angiv reaktionsbrøken for reaktionen. Anfør reaktionsbrøkens enhed. I et eksperiment ønsker man at gennemføre reaktionen ud fra en blanding af de to reaktanter. Der afvejes 120 mg Zr02, og der anvendes BaC03 i overskud. Reaktionen gennemføres i et åbent system ved 1000 C og 1,02 bar. b) Beregn volumenet af carbondioxid, der udvikles, hvis reaktionen forløber fuldstændigt. Grafen herunder viser, hvordan AG for reaktionen afhænger af temperaturen. mol 40 n 20-0 700 900 1100 1300 TI K -20 - -40 - y = - 0,176x + 159,7-60 J
Side 7 af 13 sider c) Bestem Af7 og AS for reaktionen. Argumenter for, i hvilken retning ligevægten forskydes, hvis temperaturen sænkes. Eksperimentet gentages med de samme mængder reaktanter, men beholderen anbringes nu i en lukket ovn. I tabellen nedenfor er vist, hvordan luftens sammensætning er i ovnen, i det øjeblik reaktionen begynder at forløbe spontant. digel med reaktionsblanding Stof partialtryk/bar n2 0,795 Oo 0,211 co2 4,08 10-3 HoO 2,65-10"4 Andre gasser 1,05-10-2 d) Beregn den laveste temperatur, hvor reaktionen kan forløbe spontant ved den viste luftsammensætning i ovnen.
Side 8 af 13 sider Opgave 3: Blødgøring af vand Mange steder i Danmark er grundvandet hårdt, fordi det indeholder calcium- og magnesiumioner i forholdsvis høje koncentrationer. Ved et vandværk på Sjælland ønskes indholdet af calciumioner i grundvand bestemt ved spektrofotometri. Der tilsættes et stof, som reagerer fuldstændigt med calciumionerne og danner et blåviolet farvestof. Reaktionsforholdet mellem calciumionerne og det blå farvestof er 1:1. Der fremstilles en række standardopløsninger med forskellige koncentrationer af calciumioner. Standardopløsningerne tilsættes alle den samme mængde af reagenset. Absorbansen af alle de farvede opløsninger måles ved bølgelængden 650 nm. c(ca-+) / mm -^650 nm 0,062 0,151 0,125 0,298 0,187 0,441 0,250 0,580 0,312 0,724 a) Undersøg, om Lambert-Beers lov er opfyldt. Vands hårdhed måles i tyske hårdhedsgrader, dh, Grad deutsche Hårte. 1 dh svarer til 10 mg opløst calciumoxid pr. liter vand. En grundvandsprøve fra vandværket fortyndes ved at overføre 10,0 ml grundvand til en 200 ml målekolbe og fylde op til stregen med demineraliseret vand. Den fortyndede vandprøve behandles på samme måde som standardopløsningerne, hvorved det blåviolette farvestof dannes. Absorbansen måles til 0,353 ved 650 nm. Colourbox.com b) Vis, at koncentrationen af calciumioner i vandet fra vandværket er 2,99 mm. Angiv den tilsvarende hårdhedsgrad. Danske vandværker har siden 2015 vist voksende interesse for blødgøring af vandhanevand. Fordelene ved blødgøring af vandet er blandt andet lavere sæbeforbrug ved tøjvask samt mindre tilkalkning af fx vandrør og vaskemaskiner.
Side 9 af 13 sider Ved en metode til blødgøring af vand udfældes calciumioner som calciumcarbonat på små sandkorn. Carbonat stammer fra vandets naturlige indhold af hydrogencarbonat. Fordelen ved denne metode er, at det vigtige spormineral magnesium ikke fjernes fra vandet, da magnesiumcarbonat ikke udfældes. Opløselighedsprodukter ved 25 C ifo(cac03) / M2 ^0(MgC03)/M2 3,4 10'9 6,8 10'6 I grundvandet er der indstillet en ligevægt mellem carbonsyre (herunder også opløst carbondioxid), hydrogencarbonat og carbonat. Nedenfor ses bjerrumdiagrammet for carbonsyre ved 25 C. 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.6 0.4 0.3 0,2 0.1 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ph I vandprøven er den samlede koncentration af alle de former, carbonsyren findes på, 6,2 mm. Vandprøvens ph er 7,8.1 vandprøven er koncentrationen af magnesiumioner 0,68 mm. c) Gør rede for, at calciumioner men ikke magnesiumioner i vandprøven udfældes, hvis ph hæves til 9,0. Benyt eventuelt bilag 2.
Side 10 af 13 sider Opgave 4: Rasagilin- til behandling af Parkinsons sygdom Patienter, som lider af Parkinsons sygdom, er ofte plaget af motoriske forstyrrelser som rysten og langsomme bevægelser, og de kan desuden lide af søvnløshed. Sygdommen skyldes nedsat produktion af dopamin, som er et signalstof i nervesystemet. Der er endnu ingen kur mod Parkinsons sygdom, men symptomerne kan dæmpes af lægemidlet Azilect, der indeholder stoffet (i?)-rasagilin. Colourbox.com pkh = 5,60 ved 25 C a) Marker de funktionelle grupper i rasagilin, og anfør, hvilke stofklasser de tilhører. Benyt bilag 3 eller tegneprogram. Rasagilin virker ved at hæmme et enzym, MAO, der nedbryder dopamin. Et udsnit af nedbrydningsprocessen er vist på næste side.
Side 11 af 13 sider HO DOPET 'OH b) Angiv reaktionstype for reaktion 2 og for reaktion 3. Selegilin er et lægemiddel, som var på markedet tidligere end rasagilin, og det virker på samme måde, men er ikke helt så effektivt. En af bivirkningerne ved at indtage selegilin kan være, at patienten får hallucinationer, fordi stoffet blandt andet nedbrydes til methamfetamin. Rasagilin nedbrydes til 1-indanamin. c) Vurder, om rasagilin, selegilin, methamfetamin og 1-indanamin kan skelnes fra hinanden ud fra karakteristiske absorptionsbånd over 1500 cm-1 i stoffernes IR-spektre. Benyt eventuelt bilag 4. Rasagilin findes i to stereoisomere former, men det er kun /?-forrnen, der virker som lægemiddel. (i?)-rasagilin fremstilles ved reaktion mellem stofferne A og B, som vist i reaktionsskema 4.
Side 12 af 13 sider A 169,95 g/mol B 196,22 g/mol Rasagilin racemisk blanding I reaktionen dannes rasagilin i en racemisk blanding. Den racemiske blanding af rasagilin isoleres. For at få adskilt (i?)-rasagilin fra (S) -rasagilin tilsættes Lr vinsyre. HO oh HOOC COOH L-vinsyre Når L-vinsyre reagerer med den racemiske blanding, dannes to forskellige salte som vist herunder. I det anvendte opløsningsmiddel har saltet C lavere opløselighed end saltet D. Saltet C kan derfor udfældes og isoleres ved filtrering. racemisk blanding salt af L-vinsyre og (i?)-rasagilin fælder ud salt af L-vinsyre og (S) -rasagilin forbliver i opløsning Der afvejes 0,750 g A og 0,905 g B. De blandes med natriumhydroxid i overskud, hvorefter reaktion 4 forløber. Udbyttet af rasagilin i reaktion 4 er 45 %.
Side 13 af 13 sider d) Beregn massen af L-vinsyre, der skal afvejes for at udfælde saltet C, idet det antages, at reaktion 5 har et udbytte på 100 %. ethylethanoatfase vandfase I syntesens sidste trin frigøres (7?) -rasagilin fra saltet C ved væske-væske-ekstraktion. C overføres til en skilletragt sammen med ethylethanoat og en vandig opløsning af natriumhydroxid. ph i den vandige oplosning er 12. Efter omrystning adskilles de to væskefaser, og (i?)-rasagilin isoleres ved inddampning. e) Argumenter for, at (i?)-rasagilin frigøres fra saltet C og isoleres ved den beskrevne metode. Inddrag syre-basegenskaber samt strukturer for rasagilin og L-vinsyre.