Oefenmateriaal T4

Oefenmateriaal T4
1
Grondontsmetting
Jaar in jaar uit aardappelen verbouwen op hetzelfde stuk grond is niet goed omdat in de grond
het aantal organismen (aaltjes) die de aardappelen aantasten, toeneemt. Door gebruik te maken
van grondontsmettingsmiddelen worden de aaltjes bestreden, zodat met wel vaker aardappelen
kan telen op hetzelfde stuk grond. Een grondontsmettingsmiddel dat men tegen aaltjes kan
gebruiken, heeft de volgende structuurformule:
CH2Cl
Cl
verbinding A
H
H
Van verbinding A bestaan verscheidene isomeren. Eén van die isomeren, verbinding B
verschilt alleen n ruimtelijke structuur van verbinding A:
Cl
H
verbinding B
H
a 3p
CH2Cl
Geef de systematische naam van verbinding A, zodanig dat daaruit blijkt in welk opzicht
verbinding A van verbinding B verschilt.
.
Hoewel alleen verbinding A werkzaam is tegen aaltjes, werd jarenlang een mengsel van
verbinding A en verbinding B gebruikt als grondontsmettingsmiddel tegen aaltjes.
Verbinding A en verbinding B zijn onderzocht op giftigheid voor de mens. Hierbij is gebleken
dat beide stoffen een zekere mate van mutageniteit bezitten. Op basis hiervan zou het gebruik
van beide stoffen verboden moeten worden. De mutagene eigenschappen zijn echter zo gering
dat men het risico voor gebruikers en omwonenden verwaarloosbaar klein acht. Daarom heeft
men besloten om het gebruik van verbinding A in ieder geval tot het jaar 2004 toe te staan. Het
gebruik van mengsels van verbinding A en verbinding B is sinds 1 augustus 1999 echter
verboden.
Mengsels van verbinding A en verbinding B die bij de bereiding van het ontsmettingsmiddel
ontstaan, moeten dus sinds 1 augustus 1999 gescheiden worden.
Destillatie is een scheidingsmethode die men vaak kan toepassen om een mengsel van
verbindingen te scheiden. Er bestaan echter mengsels van stereo-isomeren die men niet kan
scheiden door middel van destillatie.
b 2p
Leg uit bij welk soort stereo-isomeren een mengsel zeker niet door middel van destillatie te
scheiden is.
c 2p
Leg uit of verwacht mag worden dat een mengsel van verbinding A en verbinding B door
middel van destillatie te scheiden is.
Geef op basis van bovenstaande gegevens een argument dat de wetgever gebruikt kan hebben
om het gebruik van mengsels van verbinding A en verbinding B te verbieden
d 2p
2
Parkinson
De ziekte van Parkinson is een neurologische aandoening. Wanneer van een bepaalde
soort hersencellen een aanzienlijk deel is afgestorven, komt deze ziekte tot uiting.
Deze hersencellen produceren de stof dopamine. Dopamine speelt een rol in de
overdracht van impulsen vanuit de hersenen naar het ruggenmerg.
In deze hersencellen wordt dopamine gevormd via twee opvolgende reacties.
In de eerste reactie wordt uit L-tyrosine met behulp van een enzym L-dopa gevormd.
De structuurformule van L-dopa is :
HO
O
HO
H
CH2 C
C
OH
NH2
In de tweede reactie ontstaat dopamine uit L-dopa, onder invloed van het enzym Ldopadecarboxylase. Bij deze reactie ontleedt L-dopa tot dopamine en koolstofdioxide.
De aanduiding ‘L’ in L-tyrosine en L-dopa geeft informatie over de ruimtelijke
structuur van de moleculen van deze stoffen. In de naam van dopamine is de
aanduiding ‘L’ niet nodig.
a
Geef de reactievergelijking voor de ontleding van L-dopa tot dopamine en
koolstofdioxide. Gebruik daarbij structuurformules voor L-dopa en dopamine
b
Leg aan de hand van de structuurformules uit waarom in L-dopa de aanduiding ‘L’
wel nodig is en waarom die aanduiding in de stofnaam dopamine ontbreekt.
3
Methanal
Formaline (een veel gebruikt conserveringsmiddel) is een oplossing van methanal in
water. In formaline heeft zich het volgende evenwicht ingesteld :
H2C ═ O + H2O
⇆ H2C (OH)2
Hieronder is een infraroodspectrum afgebeeld van formaline.
Door bovenstaande gegevens te vergelijking met gegevens in Binas 39B1 wordt
duidelijk dat slechts één van de absorptiepieken een aanwijzing vormt voor de
aanwezigheid van CH2(OH)2 in de formaline. De andere pieken geven daarvoor geen
aanwijzing. Zo wordt de piek bij ongeveer 3500 cm–1 weliswaar veroorzaakt door de
aanwezigheid van O─H bindingen in het mengsel, maar deze piek vormt geen
aanwijzing voor de aanwezigheid van CH2(OH)2 in de formaline.
a
Geef de reden waarom de piek bij ongeveer 3500 cm–1 geen aanwijzing vormt
voor de aanwezigheid van CH2(OH)2 in de formaline.
Leg uit welke piek wél een aanwijzing vormt voor de aanwezigheid van
CH2(OH)2
b
4
Dizuren
Hexaandizuur is een van de grondstoffen voor de bereiding van sommige soorten
nylon.
De structuurformule van hexaandizuur is:
O
HO
C
O
H2
C
H2
C
H2
C
H2
C
C
OH
In de in industrie worden grote hoeveelheden hexaandizuur bereid door cyclohexanol
te laten reageren met salpeterzuur. Hierbij ontstaan, behalve hexaandizuur, ook water
en stikstofdioxiden. De volgende reactie treedt onder andere op:
H2
C
O
CH
H2C
+ 8NO3 + 8H+
H2C
O
OH
HO
H2
C
C
H2
C
H2
C
H2
C
C
OH
+ 8NO2 + 5H2O
CH2
C
H2
Deze bereidingswijze heeft bepaalde nadelen. Daarom wordt gezocht naar
alternatieven. Eén van de alternatieven die in ontwikkeling is, is de reactie van
cyclohexeen in zuur milieu met waterstofperoxide. Bij deze bereidingswijze ontstaat,
H2
C
O
CH
H2C
+ 4H2O2
H2C
HO
C
O
H2
C
H2
C
H2
C
H2
C
C
OH
CH
C
H2
behalve hexaandizuur, uitsluitend water.
2p a Leg met behulp van bovenstaande gegevens uit wat het voordeel is van de
bereidingswijze met behulp van waterstofperoxide ten opzichte van de bereidingswijze
met behulp van salpeterzuur.
Waterstofperoxide is tijdens deze bereiding opgelost in water. Cyclohexeen lost
vrijwel niet op in water. Als tijdens de bereiding een stof met de algemene formule
R3CH3NHSO4 aanwezig is, kan men een hoog rendement verkrijgen. In R3CH3NHSO4
is R een alkylgroep met 6 tot 8 koolstofatomen.
Tijdens een experimentele uitvoering van dit proces heeft men uit 100 gram
cyclohexeen 161 gram zuiver hexaandizuur verkregen.
3p b Bereken het rendement van dit proces.
+4H2O
In het reactiemengsel is R3CH3NHSO4 gesplitst in R3CH3N+ ionen en HSO4 ionen.
Het zwakke zuur HSO4 zorgt voor het zure milieu. De R3CH3N+ ionen zorgen voor
het hoge rendement van het proces.
In de stof R3CH3NHSO4 die tijdens het onderzoek naar de bereiding van
;hexaandizuur uit cyclohexeen en waterstofperoxide werden gebruikt, was het aantal
koolstofatomen in de alkylgroepen R gelijk aan 8.
De ruimtelijke bouw van en R3CH3N+ ion, met 8 koolstofatomen in elke groep R, kan
als volgt worden weergegeven:
H3C
N
De zigzaglijntjes in bovenstaande weergave van een R3CH3+ ion stellen de C8H17
groepen voor.
Omdat cyclohexeen en de waterstofperoxide-oplossing niet mengen, moet tijdens de
reactie heftig geroerd worden. Door de aanwezigheid van de R3CH3N+ ionen wordt de
menging van het cyclohexeen en de waterige fase sterk verbeterd.
3p c Leg uit aan de hand van de bouw van de R3CH3N+ ionen uit hoe het komt dat door de
aanwezigheid van deze ionen de menging van het cyclohexeen en de waterige fase
sterk wordt verbeterd.
Gesubstitueerde cyclohexenen reageren in zuur milieu op dezelfde wijze met
waterstofperoxide als cyclohexeen. Zo kan bijvoorbeeld ook 1,2,3,4-butaan
O
O
HO
C
H2
C
H
C
H
C
O
C
C
OH
OH
H2
C
C
OH
O
tetracarbonzuur worden bereid.
2p d Geef de structuurformule van een gesubstitueerde cyclohexeen dat als beginstof voor
de bereiding van 1,2,3,4-butaantetracarbonzuur kan worden gebruikt. Je hoeft bij het
beantwoorden van deze vraag geen rekening te houden met stereo-isomerie..
5
Broom
Het water van de Dode Zee bevat vele opgeloste zouten waaronder bromiden.
Door dit water onder invloed van de zon gedeeltelijk te laten verdampen wordt de
bromide-concentratie groter en uiteindelijk hoog genoeg om broom te gaan
produceren. Dit gebeurt door chloor toe te voegen aan de oplossing die is
overgebleven nadat een deel van het water is verdampt
a 2p
Geef de vergelijking van de omzetting van bromide tot broom door reactie met chloor.
Het gevormde broom bestaat uit de isotopen Br-79 en Br-81. Het wordt wel
‘natuurlijk’ broom genoemd. Enkele gegevens van deze isotopen staan in tabel 1.
tabel 1
atoommassa
percentage voorkomen in de natuur
Br-79
78,9 u
50,5
Br-81
80,9 u
49,5
Het massaspectrum van natuurlijk broom is hieronder afgebeeld
Natuurlijk broom dat op bovenstaande wijze is bereid, is altijd verontreinigd met wat
waterstofbromide.
b 2p Leg uit hoe uit het massaspectrum blijkt dat natuurlijk broom is verontreinigd met
waterstofbromide.
In een laboratorium wil men 81Br2 bereiden. 81Br2 is broom waarvan de moleculen
uitsluitend de isotoop Br-81 bevatten. Men gaat daarbij uit van K81Br, kaliumbromide
met uitsluitend de isotoop Br-81.
De leverancier van het K81Br beweert dat van al het bromide dat in het kaliumbromide
aanwezig is, minstens 99,0% Br-81 is en dus dat Br-79 voor 1,0% of minder aanwezig
is. Om dit te controleren wordt met een zeer kleine hoeveelheid van het gevormde
broom een massaspectrum opgenomen. De hoogte van de piek bij m/z = 162 wordt
vergeleken met de hoogte van de piek bij m/z = 160. De verhouding tussen deze
piekhoogten blijkt 100,0 : 4,1 te zijn. De hoogte van de piek die bij m/z = 158 ligt, is
zo gering dat hij door de massaspectrometer niet meer wordt gemeten.
Bij massaspectrometrie is de piekhoogte recht evenredig met de hoeveelheid van het
betreffende deeltje
c 4p Ga na of de bewering van de leverancier klopt dat het gehalte Br-81 in het geleverde
kaliumbromide minstens 99,0% is.
Uitwerkingen
1
Grondbemesting
a
cis- 1,3 di-chloor propeen
b
Spiegelbeeld-isomeren hebben hetzelfde kookpunt dus deze zijn niet door destillatie te scheiden.
c
dit zijn geen spiegelbeeld-isomeren dus deze verbindingen hebben niet hetzelfde kookpunt dus kun je ze
waarschijnlijk wel scheiden dmv destillatie
d
Omdat alleen verbinding A effectief is moet je bij een mengsel een dubbele hoeveelheid gebruiten.
Verbinding A en B zijn mutageen.
2
a
Parkinson
HO
HO
O
H
CH2 C
HO
C
OH
HO
H
CH2 C
NH2
H
NH2
b
Dopamine bevat geen assymetrisch koolstofatoom meer.
3
a
Methanal
door het water
b
door de C–O strek bij 1000 cm–1 deze zit niet in methanal of pieken bij 2800 voor sp3
hybridisatie
4
a
Dizuren
Bij de reactie met behulp van waterstof peroxide ontstaat niet het schadelijke NO 2 wat wel bij de
bereiding met salpeterzuur ontstaat
b
molecuulmassa cyclohexeen = 6 · 12,01 + 10· 1,008 = 82,14
100;82
100 g cyclohexeen ≙
= 1,217 mol cyclohexeen ≙ 1,217 mol hexaandizuur
14
molecuulmassa hexaandizuur = 6 · 12,01 + 10 · 1,008 + 4· 16 = 146,14
1,217 mol hexaandizuur ≙ 1,217 · 146,14 = 178 g hexaandizuur.
Rendement = Error!· 100 = 90,4 %
c
het R3CH3N+ ion heeft een ionogene kop en apolaire staarten (R). De ionogene kop mengt goed met
water en de apolaire staarten goed met het cyclohexeen. Dus is de menging veel beter.
d
O
HO
H2
C
C
CH
CH
HC
C
HO
5
O
CH
C
H2
Broom
+ CO2
a
2Br– + Cl2 → Br2 + 2 Cl–
b
M (H81Br) = 1,008 + 80,9 = 82 en M(H79Br) = 80
Dus de kleine piekjes bij 80 en 82 wijzen op een hoeveelheid HBr
c
Piek 160 is een 81Br en één 79Br atoom
Piek 162 is 81Br2
4
Verhouding 81Br : 79Br = 102,05 (100 +
) : 2,05
01;2
Percentage 79Br = Error!• 100 = 2,0 % > 1% dus leverancier heeft niet gelijk