Klausur in Organischer Chemie (KlOC)

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1 1 Klausur in Organischer Chemie (KlOC) zum Praktikum Chemie für Biologen, SS2000, Kurse SF Sa Blätter 1-5 (es folgt ein Leerblatt 6) - Blätter 7-11 (es folgt ein Leerblatt 12) Separat geheftet. - Beide Teile sind zu bearbeiten. Name:... Vorname:... Wenn Nachschreiber aus einem der Vorkurse, bitte eintragen: Geb. am in Semester des Labor-Kurses Unterschrift SS:...WS: ) Oxidation und Reduktion mögliche/erreichte Punkte a) Ordnen Sie die folgenden 6 Begriffe in zwei Analogiereihen: Batterie - Mitochondrium - Muskelkontraktion - Seilwinde - Motor - Nahrung! Was leisten beide Reihen? b) Welche einfachen Moleküle entstehen bei der vollständigen Oxidation von Glucose? Formulieren Sie die Gleichung (Strukturformel für Glucose!), bei der pro mol Glucose 2782 kj gewonnen werden! Wieviel mol ATP entspricht dieser Wert, wenn bei der Speicherreaktion von ATP 30,5 kj/mol umgesetzt werden und der Wirkungsgrad 0,38 beträgt? Was bedeutet die Abkürzung ATP? Formulieren Sie das Speichergleichgewicht von ATP mit Strukturformeln! Was wird gespeichert? c) NADH ist das wichtigste biologische Reduktionsmittel, wobei es in NAD + übergeht. Was bedeuten die Abkürzungen? Formulieren Sie das Redoxgleichgewicht mit Strukturformeln!

2 2 2) Polysaccharide und Disaccharide Beim partiellen Abbau von Stärke (Amyloseanteil) und Cellulose entstehen die Disaccharide Maltose und Cellobiose. Alle vier Saccharide sind aus demselben Monosaccharid aufgebaut. a) Wie heißt dieses Monosaccharid? Zeichnen Sie die Fischerprojektion! Numerieren Sie die C-Atome, und kennzeichnen Sie die chiralen C-Atome durch * und (R) oder (S)! b) Formulieren Sie für dieses Monosaccharid die Reaktion beim Übergang in die tatsächlich vorliegende cyclische Struktur! Welchen Namen trägt der sich bildende Verbindungstyp? c) Bei der Cyclisierung wird ein "weiteres" C-Atom chiral. Welche Möglichkeiten gibt es für die Anordnung seiner Substituenten? Zeichnen Sie den Ring räumlich und in Haworth- Projektion! d) Verknüpfen Sie das Monosaccharid aus 2c) zu Maltose und Cellobiose und weiterhin zu Stärke (Amyloseanteil) und Cellulose! Zeichnen Sie die vier Strukturen räumlich! Welchen Reaktionstyp stellt die Verknüpfungsreaktion dar, und was für ein Verbindungstyp entsteht? Kennzeichnen Sie die verknüpfenden C-Atome durch (R) oder (S)! 1 Pkt.

3 3 3) Substitution am Aromaten a) Sie setzen Phenol mit konzentrierter Schwefelsäure um. Welche Effekte (Namen, Erklärung) bestimmen das zu erwartende Produktgemisch? b) Vergleichen Sie Phenol und Benzolsulfonsäure bezüglich der Zweitsubstitution bei der Reaktion mit konzentrierter Schwefelsäure, und formulieren Sie die möglichen Grenzstrukturen! c) Welches Endprodukt erwarten Sie, wenn Sie die Schwefelsäure in 3b) in sehr großem Überschuß zugeben? 1 Pkt.

4 4 4) Isomerie Sie untersuchen eine Ihnen unbekannte, durch Destillation gereinigte Substanz. Die von Ihnen in Auftrag gegebene Elementaranalyse ergibt 44.1 % Cl, 29.8 % C, 19.9 % O und 6.2 % H. Bei der kryoskopischen Molmassenbestimmung finden Sie M= 80.5 g/mol. a) Wie lautet die Summenformel des Stoffes? 0,25 Pkt b) Welche Isomeren sind bei dieser Summenformel theoretisch möglich? Welche dieser Isomeren sind Konfigurations- und welche sind Konstitutionsisomere (Begründung)? c) Nach umfassendem Literaturstudium kommen Sie zu dem Schluß, daß die Konfigurationsisomeren instabil sind und daher nicht für Ihre Substanz in Betracht kommen. Nach Zugabe von Natronlauge und Iod-Kaliumiodid- Lösung fällt Ihnen ein deutlicher Geruch nach Iodoform auf; mit Benzoylchlorid erfolgt unter Schotten-Baumann- Bedingungen offensichtlich eine Reaktion (Wärmetönung und ph-änderung). Welches Isomere liegt demnach vor? 1,25 Pkt 0,25 Pkt d) Welche Vorzugskonformation nimmt dieses Isomere ein? 0,25 Pkt

5 5 5) Trennung/Charakterisierung Am letzten Tag des Praktikums findet ein Student kurz vor der Platzabgabe bei Putzarbeiten einen fast vollen Erlenmeyerkolben mit einer klaren, farblosen Flüssigkeit, die beim zweiten Hinsehen in der Mitte eine Trennschicht aufweist. Um diese unbekannten Substanzen ordnungsgemäß zu entsorgen macht er sich daran herauszufinden, was er vor sich hat. - Beim Umfüllen des Kolbens tropft etwas Flüssigkeit auf den Arbeitstisch und nach einiger Zeit bildet sich dort eine weiße Kruste. a) Wie würden Sie die unbekannten Substanzen trennen und reinigen? (Geben Sie die Reihenfolge der Arbeitsoperationen!) - Charakterisieren sie die erhaltenen (drei) Stoffe mit Worten! 1 Pkt. Nachdem der Student die Stoffe getrennt hat, findet er im selben Abzug, in dem der Erlenmeyerkolben stand, ein zerknäultes Stück Papier, auf dem handschriftlich die folgenden acht Chemikaliennamen eingetragen sind: Cyclohexan - Benzoesäure - Aceton - Cyclohexen - Glukose - Methanol - Benzol - Fruktose. b) Versuchen Sie im Ausschlußverfahren herauszufinden, um welche (drei) Chemikalien es sich handelt! Geben Sie Begründungen an! 1,5 Pkt. Benutzen Sie dazu die folgenden Hinweise, die bruchstückhaft auf der Rückseite des Papiers stehen: - eine leichtflüchtige und eine schwerflüchtige Substanz - zugegebenes Brom entfärbt sich - Farbreaktion bei Oxidationsversuch - angesetzte Lösung zeigt saure Reaktion.

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7 7 Klausur in Organischer Chemie (KlOC) zum Praktikum Chemie für Biologen, SS2000, Kurse SF Blätter 1-5 (es folgt ein Leerblatt 6) - Blätter 7-11 (es folgt ein Leerblatt 12) Separat geheftet. - Beide Teile sind zu bearbeiten. Sa Name:... Vorname:... 6) Aminosäuren a) Geben Sie für Cystein die relative Konfiguration nach Fischer und die absolute Konfiguration gemäß (R)/(S)! Zeichnen Sie beides in der jeweiligen Darstellungsform. b) Worin unterscheidet sich Cystein in seiner (R)/(S)-Konfiguration prinzipiell von allen anderen natürlichen Aminosäuren? Durch welche Eigenschaft des Cysteins ist dieser Unterschied bedingt? Vergleichen Sie mit Methionin! c) Geben Sie eine chemische Klassifikation für die 20 natürlichen Aminosäuren mit je einem Beispiel (räumliche Strukturformeln)! Welche Aminosäure hat kein und welche hat mehr als ein Chiralitätszentrum (räumliche Strukturformeln)?

8 8 7) Nernstscher Verteilungssatz Bei der Herstellung von Penicillin ist das gewünschte Penicillin G in wäßriger Phosphatlösung durch 10 % Penicillin F verunreinigt. Die Verunreinigung Penicillin F wird mit Isopropylether ausgeschüttelt. a) Wieviel % des Penicillins G verbleiben in der wäßrigen Lösung, wenn mit dem gleichen Volumen Isopropylether behandelt wird? Wie groß ist der Anteil an Penicillin F nach der Extraktion? b) Wie groß sind die Werte nach einer zweiten Extraktion mit dem gleichen Volumen Isopropylether? Verteilungskoeffizienten zwischen wäßriger Phosphatlösung und Isopropylether für Penicillin G: "q(g) = 0,34" - für Penicillin F: "q(f) = 0,68".

9 9 8) Reaktionsmechanismen Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen! a) b) H Br C Br Nach welcher Regel führt der Weg vom instabilen Zwischenprodukt normalerweise zum Endprodukt? Br +2H 2 O -HBr " " (?) Br Welche Regel führt beim 2.Reaktionsschritt zum gefragten Hauptprodukt? c) 0,25 Pkt. O N H d) H H N N C H +3 H 2N NH NH 2 HO N N -NH 3, -2H 2 O, - OH OH CH 2 OH Geben Sie ein Beispiel an! Wie viele Substanzen ergeben bei dieser Nachweisreaktion dieses Endprodukt?

10 10 9) Säure- und Basen-Stärke Geben Sie für die folgenden Verbindungen die Strukturformeln an und ordnen Sie nach zunehmendem pk S Wert! a) Essigsäure, Glycolsäure (Hydroxyessigsäure), 3-Butensäure, Monochloressigsäure, Propionsäure, Phenylessigsäure pk S Strukturformel / Name der Verbindung 2,85 3,83 4,28 4,34 4,76 4,86 b) Methylamin, ß-Phenylethyl-amin, tert.-butylamin, Ethan-2-ol-amin, Ethylamin pk S Strukturformel / Name der Verbindung 9,50 9,84 10,63 10,70 10,83 Beachten Sie die Beziehung zwischen pk s und pk b!

11 11 10) Kinetik Während eines Großbrand in einer Chemiefirma beauftragt die Feuerwehr einen Spezialisten, der die Brandursache klären soll. Dieser traf, kurz nachdem der Brand gelöscht werden konnte, am Montag morgen gegen kurz vor acht am Ort des Geschehens ein. Nach kurzer Inspektion fand er einen zerborstenen Druckbehälter, dessen Inhalt um 8 00 Uhr nur noch 50 kg von ehemals 100 kg einer Chemikalie enthielt, die sich bei Normaldruck in zwei gasförmige Komponenten zersetzt, die wiederum eine Großbrand, wie diesen hier, auslösen können. Nach kurzer Überlegung erklärte der Fachmann, daß die Katastrophe schon am Sonntag Abend um Uhr ihren Anfang nahm. Hätte die Feuerwehr nicht löschen können, so hätte sich der Brand noch mehrere Stunden hingezogen, bis die Chemikalienmenge nur noch 10 kg betragen hätte, da ab diesem Zeitpunkt die Gasnachlieferung nicht mehr ausgereicht hätte, um den Brand weiter zu unterstützen. a) Welche Ordnung hat die beschriebene Reaktion? b) Wie lautet die Geschwindigkeitskonstante, die der Spezialist im Kopf hatte? 1 Pkt. c) Wann wäre der Brand von alleine erloschen? 1 Pkt. Hilfestellung: Benutzen sie die Masse der Chemikalie für die Rechnung! Summe der Punkte 20

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