§ 1 – Meten is weten

Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 1 – Verzadigde koolwaterstoffen
1
n
molecuulformule
naam
1
CH4
Methaan
2
C2H6
Ethaan
3
C3H8
Propaan
4
C4H10
Butaan
5
C5H12
Pentaan (penta = 5)
6
C6H14
Hexaan (hexa = 6)
7
C7H16
Heptaan (hepta = 7)
8
C8H18
Octaan (octa = 8)
2
Het kookpunt bij alkanen wordt bepaald door de vanderwaalskrachten, die afhangen van de
molecuulmassa. Hoe hoger de molecuulmassa, des te groter de vanderwaalskracht, des te
hoger het kookpunt. Hexaan met n=6 heeft dus een hoger kookpunt van propaan met n=3.
3
Bij C4H10 zijn twee structuren mogelijk:
 Onvertakt = butaan
 Vertakt = methylpropaan
Bij C5H12 zijn drie structuren mogelijk:
 Onvertakt = pentaan
 Vertakt = methylbutaan en dimethylpropaan
Bij C3H7Cl zijn twee mogelijkheden om het chlooratoom te plaatsen, op het eerste of tweede
koolstofstoom:
 1-chloorpropaan
 2-chloorpropaan
Bij C3H6Cl2 zijn vier mogelijkheden om de twee chlooratoom te plaatsen. In de naamgeving
worden de twee chlooratomen weergegeven met ‗dichloor‘ en beide chlooratomen krijgen een
plaatsnummer:
 1,1-dichloorpropaan
 1,2-dichloorpropaan
 1,3-dichloorpropaan
 2,2-dichloorpropaan
4
H3C
CH2
CH2
CH3
CH2
CH2
hexaan
CH3
H3C
HC
CH
CH2 2CH
3
2-methylpentaan
1
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
CH3
H3C
CH
CH3
CH2
CH2
H3C
3-methylpentaan
CH3
H3C
C
CH2
H3C
2,2-dimethylbutaan
CH3
H3C
HC
CH
H3C
5
Cl
CH3
2,3-dimethylbutaan
Cl
CH2
CH3
CH2
CH
H3C
1,1-dichloorbutaan
Cl
CH3
CH2
C
Cl
2,2-dichloorbutaan
Cl
H2C
CH
H2C
H3C
Cl
CH
Cl
CH3
CH
1,2-dichoorbutaan
CH3
2,3-dichloorbutaan
Cl
Cl
Cl
CH
CH2 2 CH3
CH
Cl
Cl
HC
CH
CH3
H3C
1,3-dichloorbutaan
1,1-dichloor-2-methylpropaan
Cl
Cl
CH2
CH2
CH
CH2 2
Cl
H2C
Cl
C
1,4-dichloorbutaan
CH3
H3C
1,2-dichloor-2-methylpropaan
Cl
H2C
CH
CH2
Cl
CH3
6
1,3-dichloor-2-methylpropaan
Molecuulformule: C13H28
Systematische naam: 3-ethyl-4-isopropyl-octaan of 3-ethyl-4-(1-methylethyl)-octaan
2
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
7
Vertakkingen kunnen nooit aan begin of einde van de hoofdketen vast zitten.
De juiste naam van onderstaande structuur is tetramethylbutaan.
H3C
H3C
CH3
C
CH3
C
CH3
H3C
8
In onderstaande structuur bestaat de langste keten niet uit 4 maar 5 koolstofatomen.
De juiste naam is dus 3-methylpentaan.
CH
CH2 3
H3C
9
HC
CH
CH2 3
CnH2n
10
H
H
H
C
H
C
C
H
H
H
C
C
H
C
H
H
C
CH3
cyclopentaan
H
H
C
H
H
H
H
H
CH3
H
1,1-dimethylcyclopropaan
H
C
C
H
H
C
C
H
CH3
C
H
H
CH3
C
methylcyclobutaan
C
H
CH3
1,2-dimethylcyclopropaan
ethylcyclopropaan
11
Cl
Cl
H
H
C
C
C
C
H
H
CH3
H
3
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Alkanen behoren tot de verzadigde en voldoen aan de algemene formule CnH2n+2
 De namen en formules van de eerste 8 alkanen moet je kennen!
 Verzadigde koolwaterstoffen kunnen ook ringvormig zijn. Deze cyclische koolwaterstoffen
noemt men de cycloalkanen en voldoen aan de algemene formule CnH2n
 Isomeren zijn verschillende stoffen met verschillende structuur, maar met dezelfde
molecuulformules.
 Vergeet niet de regels voor de systematische naamgeving goed te leren!
4
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 2 – Onverzadigde koolwaterstoffen
1
CnH2n
2
CnH2n-2
3
H
H
H
C
C
H
H
C
H
C
C
H
H
H
4
H
H
C
C
H
H
H
C
C
C
C
H
6
C
H
H
H
C
C
H
5
H
C
H
H
HC
C
CH CH3
H3C
7
HC
C
CH2
CH3
H3C
H2C
H2C
C
1-butyn
C
CH3
C
CH
CH
CH
CH3
CH2
2-butyn
1,2-butadiëen
1,3-butadiëen
8
Er is te kort waterstof om alleen maar verzadigde koolwaterstoffen te vormen. Zie ook het
antwoord op de volgende vraag!
9
C10H22 → C8H18 + C2H4
5
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
10
Een destillatiefractie is een mengsel van stoffen met een beperkt kooktraject dat door
destillatie wordt verkregen uit een mengsel van stoffen met een groter verschil in kookpunt.
Een voorbeeld hiervan is ruwe aardolie: dit wordt—met behulp van een fractioneerkolom—
in een groot aantal fracties gescheiden om er bruikbare stoffen van te maken. Hierbij
worden geen zuivere stoffen gekregen, maar mengsels van stoffen met kookpunten die dicht
bij elkaar liggen. Destillatie van ruwe olie is een belangrijke stap bij olieraffinage in de
petrochemie. Bron: Wikipedia.
11
Nee, het is een scheidingsmethode. De moleculen blijven in tact.
12
In het Engels gegoogled op afbeeldingen met als zoekopdracht ―oil fractions‖.
Bron: www.wikipedia.org
13
Bij het kraken kan men grotere moleculen uit fracties met hogere kookpunten knippen in
kleinere moleculen met lagere kookpunten, die wel geschikt zijn voor toepassing in benzine.
14
C – C : 154 pM (picometer = 10-12 meter)
C = C : 135 pM
C ≈ C : 140 pM (benzeen)
De bindingslengte in benzeen ligt tussen een enkele en een dubbele binding in.
15
Nee, cyclohexaan (C6H12) heeft een andere molecuulformule dan benzeen (C 6H6).
16
Cl
Cl
1,2-dichloorbenzeen
6
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
Cl
Cl
1,3-dichloorbenzeen
Cl
Cl
1,4-dichloorbenzeen
17
Fenyletheen (tabel 66A).
H
H
H
H
H
H
H
18
H
De MAC waarde van benzeen is laag (7,5 mg m-3 lucht, tabel 97A). Benzeen is erg giftig.
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Onverzadigde koolwaterstoffen bevatten één of meer dubbele of zelfs of drievoudige koolstofkoolstof bindingen en hebben daardoor minder waterstofatomen dan verzadigde
koolwaterstoffen. De homologe reeksen van de alkenen (CnH2n) en alkynen (CnH2n-2)
behoren tot deze groep.
 Bij kraken ontstaan uit grote alkanen koolwaterstoffen met kortere koolstofketens.
 Stoffen met een benzeenring noemen we aromaten.
 Niet cyclische koolwaterstoffen zijn alifatische verbindingen.
 Bestudeer het schema van pag. 8!
7
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 3 – Karakteristieke groepen
1
Koolstofketen:
- naarmate de koolstofketen langer wordt neemt het apolaire karakter toe en daarmee de
oplosbaarheid in water af, want water is een polair oplosmiddel (zie module 1);
- naarmate de koolstofketen langer wordt neemt de molecuulmassa toe en daarmee ook de
vanderwaalskrachten, het kookpunt wordt dus hoger.
Karakteristieke groepen als –OH, - NH2 en –COOH:
- bij O – H, C – O en O – H bindingen is sprake van een groot verschil in elektronegativiteit
en spreekt men van polaire atoombindingen en stoffen met een of meer polaire bindingen
hebben een polair karakter; de oplosbaarheid in water zal toenemen naarmate het polaire
karakter toeneemt;
- bij polaire stoffen zorgen de elektrostatische krachten tussen de moleculen voor een hoger
van het kookpunt; deze elektrostatische krachten zijn doorgaans van meer belang dan de
zwakke vanderwaalskrachten.
2
C6H12O6 → 2 CO2 + 2 C2H5OH
3
H3C
CH2
OH
4
Glycol = 1,2-ethaandiol
Glycerine = 1,2,3-propaantriol
5
Benzenol
6
7
Kz = 1,3 10-10
Evenwichtsvoorwaarde opstellen:
Kz = {[H3O+].[C6H5O-]} / [C6H5OH]
Invullen, stel [H3O+] = [C6H5O-] = x en verwaarloos [C6H5OH] = 0.10 (-x):
1,3 10-10 = x2 / 0,10 ↔ x = √ 1,3 10-11 = 3,6 10-6 M
pH = -log 3,6 10-6 = 5,44
8
H3C
O
CH3
9
Ethers (alkoxyalkanen).
8
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
10
11
Zie tabel 42B: ethanol = 351 K en methoxymethaan = 248 K
Ethanol heeft een hoger kookpunt vanwege de aanwezigheid van de sterk polaire OH-groep
en de mogelijkheid tot vorming van waterstofbruggen (zie module 1).
O
CH2
CH2
CH3
H3C
O
H3C
CH
1-methoxypropaan
CH3
CH3
2-methoxypropaan
CH2
CH2
O
CH3
H3C
CH3
CH2
CH
CH
2
HO
2
ethoxyethaan
1-butanol
OH
H3C
HC
CH2
CH3
2-butanol
CH3
H3C
HC
HO
H3C
OH
CH2
2-methyl-1-propanol
CH3
C
CH3
2-methyl-2-propanol
12
De ketonen en aldehydes hebben dezelfde algemene formule: C nH2nO
13
Links: 4-methyl-2-pentanon (molecuulformule C6H12O)
Rechts: 1,6-hexadial (molecuulformule C6H10O2)
De stoffen hebben niet dezelfde molecuulformule en zijn dus geen isomeren.
14
2-amino-4-methylpentaanzuur
15
2,6-diaminohexaanzuur
16
2-aminopentaandizuur
17
Kb = 4,3 10-4
Evenwichtsvoorwaarde opstellen:
Kb = {[CH3NH3+].[OH-]} / [CH3 NH2]
Invullen, stel [CH3NH3+] = [OH-] = x en verwaarloos [CH3 NH2] = 0.10 (-x):
4,3 10-4 = x2 / 0,10 ↔ x = √ 4,3 10-5 = 6,6 10-3 M
pOH = -log 6,6 10-3 = 2,18  pH = 11,82
18
Deeltjes met zowel zure als basische eigenschappen.
9
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
19
H2N-CH2COOH  NH3+-CH2COO‾
20
pH = 6,06
21
NH3+-CH2COOH
22
NH2-CH2COO‾
23
4-methyl-3,5-dinitrobenzeencarbonzuur
24
H
O
H
H
C
C
C
O
H
H
C
H
H
C
C
C
H
H
H
H
H
25
Citroenzuur = 2-hydroxy-1,2,3-propaantricarbonzuur
26
Oxaalzuur = ethaandizuur
27
CH3-CHOH-CH3 → CH3-C-CH3 + 2 H+ + 2 e║
O
MnO4‾ + 8 H+ + 5 e- → Mn2+ + 4 H2O
(x5)
(x2)
5 CH3-CHOH-CH3 + 2 MnO4‾ + 16 H+ → 5 CH3-C-CH3 + 2 Mn2+ + 10 H+ + 8 H2O
║
O
5 CH3-CHOH-CH3 + 2 MnO4‾ + 6 H+ → 5 CH3-C-CH3 + 2 Mn2+ + 8 H2O
║
O
28
Een carboxylgroep (-COOH) past niet midden in een koolstofketen. Er zou een 5-waardig
koolstofatoom ontstaan. De carboxylgroep krijgt dus altijd plaatsnummer één.
29
Een tertiair alcohol kan niet worden omgezet in een keton, want ook hier zou een 5-waardig
koolstofatoom ontstaan.
10
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
30
5 CH3-CH2OH + 4 MnO4‾ + 12 H+ → 5 CH3-COOH + 4 Mn2+ + 11 H2O
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Bestudeer het schema van pag. 11 met een overzicht van alle karakteristieke groepen en
hun naamgeving.
 Bij een primair alcohol is de -OH groep gebonden is aan een -CH2 groep.
 Bij een secundair alcohol is de -OH groep gebonden aan een -CH groep.
 Bij een tertiair alcohol is de -OH groep gebonden aan een -C groep zonder H’s.
 Alcoholen kunnen als reductor reageren met sterke oxidatoren.
 Een primair alcohol wordt door een oxidator omgezet in een aldehyde. Het aldehyde dat
ontstaat na oxidatie van een primair alcohol kan zelf weer worden omgezet in een
alkaanzuur. Voor deze reactie is echter wel de aanwezigheid van water noodzakelijk.
 Een secundair alcohol wordt door een oxidator omgezet in een keton.
 Een tertiair alcohol kan niet worden geoxideerd.
11
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 4 – Stereo isomerie
1
Beide chlooratomen zitten vast aan hetzelfde koolstofatoom.
2
1,2-dichloorethyn is een lineair molecuul en bij 1,2-dichloorbenzeen zitten beide
chlooratomen altijd aan de buitenkant van de ring.
cis-2-buteen (links) en trans-2-buteen (rechts)
3
4
Cl
H
Cl
C
C
C
C
H
H
H
Bij 1,2-dichloorbuteen komt geen cis/trans isomerie voor. De chlooratomen bevinden zich
altijd ‗cis‘ ten opzichte van elkaar.
5
Bij 3,4-dichloor is wel cis/trans isomerie mogelijk. Hieronder de trans isomeer in 3-D.
6
De C-Cl binding is een polaire atoombinding.
Bij de cis-isomeer zijn er gescheiden ladingscentra. Het is een dipool molecuul.
Bij de trans-isomeer valt het centrum van positieve lading samen met het centrum van
negatieve lading. Dit is geen dipool molecuul.
7
Oliezuur (tabel 67B2) heeft de cis structuur (beide H-atomen aan ‗dezelfde kant‘).
8
Voor beide dubbele bindingen geldt ‗H-atomen aan ‗dezelfde kant‘.
9
Nee, alle fysische eigenschappen zoals kookpunt, smeltpunt zijn hetzelfde.
10
Alleen 2-chloorpentaan heeft een asymmetrisch koolstofatoom (het 2e).
12
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
11
CH3
CH2 CH2
H3C HC
CH2 CH3
12
3-methylhexaan, 3e koolstof atoom is asymmetrisch
O
HO
C
CH CH2
H3C
CH3
2-methylbutaanzuur, 2e koolstofatoom is asymmetrisch
13
t/m
15
In de figuur hierboven is ‗Et‘ een ethylgroep en is te zien hoe het broomatoom wordt
vervangen door een OH-groep. Hierbij vindt ‗inversie‘ plaats, dat wil zeggen dat het
parapluutje ‗omklapt‘ op het moment dat de OH-groep zich hecht aan het C-atoom.
Het reactieproduct heeft een andere optische activiteit gekregen (S), maar is wel degelijk
optisch actief. Wanneer je echter begint met een racemisch mengsel van 2-chloorbutaan, zal
er na de reactie ook een racemisch mengsel ontstaan, dat niet optisch actief is.
13
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
16
+
17
In de figuur hierboven is ‗Et‘ een ethylgroep en ‗Pr‘ een propylgroep. Je ziet dat in de
langzame, snelheidsbepalende stap eerst een bromide-ion wordt afgesplist.
In de snelle 2e stap kan de OH-groep vervolgens ‗aanvallen‘ aan de voor- of achterkant van
het positief geladen koolstofatoom. Omdat deze kans even groot is, zal een racemisch
mengsel ontstaan, dat niet optisch actief is.
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Als een C-atoom wordt omringd door vier enkele bindingen, treedt tetraëdrische omringing
op. De bindingshoeken zijn 109,5o.
 Als een C=C of C=O binding aanwezig is bevinden de andere bindingen zich in hetzelfde
platte vlak. De bindingshoeken zijn 120o.
 Als een C≡C binding aanwezig is liggen de andere bindingen in het verlengde (lineair). De
bindingshoeken zijn 180o.
 Om een enkele binding kunnen groepen vrij draaien. Dubbele en drievoudige bindingen
zijn starre bindingen.
 Bij C=C bindingen komt cis/trans isomerie voor. ‘Cis’ betekent aan ‘aan deze zijde’ en
‘trans’ betekent ‘aan de andere zijde’.
 Behalve een dubbele en drievoudige binding is een ringstructuur ook star. Daarom kan bij
cyclische koolwaterstoffen ook cis/trans isomerie voorkomen.
 Een andere vorm van stereo isomerie is de optische isomerie of spiegelbeeld isomerie. Dit is
het geval bij moleculen, die één of meer asymmetrische koolstofatomen bevatten. Een
asymmetrisch C-atoom is een koolstofatoom waar 4 verschillen atomen of groepen aan vast
zitten en wordt in de structuur aangegeven met een sterretje (C*). Als je in een molecuul
een asymmetrisch C-atoom aantreft, komen er van die stof twee spiegelbeelden voor: een
‘linksdraaiende’ en een ‘rechtsdraaiende’ isomeer. We zeggen dat spiegelbeeld isomeren
optisch actief zijn. Met behulp van een polarimeter kun je de optische draaiingshoek te
meten van optisch actieve stoffen.
14
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 5 – Substitutie versus additie
1
C4H10 + Br2 → C4H9Br + HBr
2
1-broombutaan en 2-broombutaan
3
Initiatie betekent ‗het begin‘ van iets, in dit geval de substitutie reactie.
Deze stap verloopt uitsluitend onder invloed van zonlicht. De reactievergelijking luidt:
Cl2 → 2 Cl∙
4
5
Cl∙ + CH4 → HCl + ∙CH3
Cl2 + ∙CH3 → CH3Cl + Cl∙
----------------------------------- +
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
Propagatie betekent voortgang, in dit geval voortgang van het proces.
In de eerste propagatiestap verdwijnt een chloorradicaal en ontstaat een methylradicaal.
In de tweede propagatiestap verdwijnt het methylradicaal weer en wordt een chloorradicaal
teruggevormd.
6
Voor de initiatiestap van vraag 3 is zonlicht nodig. Deze stap verloopt het langzaamst en is
dus de snelheidsbepalende stap. Onthoud daarbij dat radicalen zeer reactief zijn en dat de
propagatiestappen van vraag 4 zeer snel verlopen!
7
Er zijn twee radicalen bij deze reactie betrokken, deze kunnen zowel met zichzelf als met
elkaar reageren. Je ziet hieronder dat bij de reactie van twee methylradicalen er ethaan
wordt gevormd, een bewijs voor dit radicaalmechanisme!
2 Cl∙ → Cl2
2 ∙CH3 → C2H6
Cl∙ + ∙CH3 → CH3Cl
8
Broomwater
9
H H H H H
H H H H H
│ │ │ │ │
│ │ │ │ │
H─C─C═C─C─C─H + I2 → H─C─C─C─C─C─H
│
│ │
│ │ │ │ │
H
H H
H I I H H
10
H H H H
H HH H
│ │ │ │
│ │ │ │
C═C─C═C + 2 H2 → H─C─C─C─C─H
│
│
│ │ │ │
H
H
H HH H
11
H H
HH
│ │
│ │
C═C + HCl → H─C─C─H
│ │
│ │
H H
H Cl
12
C4H8 + H2O → C4H9OH
15
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
13
Er zijn 3 isomeren, één daarvan is 1-butanol:
Deze andere twee zijn de twee spiegelbeeld isomeren van 2-butanol:
14
Bij de additie van water aan 2-buteen ontstaan uitsluitend de twee spiegelbeeld isomeren
van 2-butanol.
15
Substitutie
Additie
Zonlicht nodig
Langzame reactie
Geen dubbele binding nodig
Twee reactieproducten
Geen zonlicht nodig
Snelle reactie
Dubbele binding nodig
Eén reactieproduct
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Reacties waarbij atomen of groepen worden vervangen door andere atomen of groepen
noemen we substitutiereacties.
 Bij additiereacties verdwijnt de dubbele binding en wordt een (relatief) klein molecuul in
zijn geheel opgenomen door het molecuul met de dubbele binding (meestal C=C) en
ontstaat één nieuw molecuul.
 Een additie reactie herken je dus aan het verdwijnen van de dubbele binding.
 Alkenen en alkynen kun je aantonen met broomwater (wordt ontkleurd).
16
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 6 – Esters
1
CH3 – OH + HO – C – H → CH3 – O – C – H + H2O
║
║
O
O
methylmethanoaat
2
O
OH
C
HO
+
H3C HC
CH3
O
CH
C
H3C
O
+
H2O
CH3
3
Methylbutanoaat
4
Butaanzuur en methanol: CH3 – CH2 – CH2 – COOH en CH3 – OH
5
1,2,3-propaantriol
6
H2C – OH
│
HC – OH
│
H2C – OH
7
+
3 HO – NO2 →
H2C – O – NO2
│
HC – O – NO2
│
H2C – O – NO2
+
3 H2O
4 C3H5O9N3 → 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Esters worden gevormd tijdens de reactie tussen een alcohol en een (alkaan)zuur. Bij deze
reactie wordt een watermolecuul afgesplitst. Daarom wordt dit type reactie ook wel
condensatiereactie genoemd.
 Om een alkaanzuur met een alcohol te laten reageren is geconcentreerd zwavelzuur als
katalysator nodig.
17
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 7 – Polyadditie
1
2
H H
| |
nC═C
| |
H Cl
H H
| |
nC═C
| |
H CH3
→
H H H H
| |
| |
~C — C— C — C~
| |
| |
H Cl H Cl
→
H H
H H
| |
| |
~C — C — C— C~
| |
| |
H CH3 H CH3
3
PP = polypropeen
PVC = polyvinylchloride (de triviale naam voor polychlooretheen)
4
De molecuulformule van isopreen is C5H8, de molecuulmassa is dus 68,11 u.
Aantal eenheden: 2,0.105 / 68,11 = 2,9.102
5
(2-)methyl-1,3-butadiëen
6
De koppeling vindt plaats via het 1e en het 4e koolstofatoom van de hoofdketen.
7
Bij eboniet wordt meer zwavel gebruikt dan bij rubber. Hierdoor ontstaan meer
dwarsverbindingen en wordt de stof hard en niet-elastisch.
8
H H
H
| |
|
n C ═ C—C ═ C
|
|
|
H
H H
9
H H
| |
nC═C
| |
H CH
║
CH2
→
→
H H
H H H
H
| |
| | |
|
~C—C ═ C—C—C—C ═ C—C~
|
| | |
| |
H
H H H
H H
H H H H
| | | |
~C—C—C—C~
| | | |
H CH H CH
║
║
CH2 CH2
10
De ketens zijn niet allemaal even lang. Er is sprake van een gemiddelde ketenlengte en dus
ook van een gemiddelde molecuulmassa. Het is dus een soort mengsel met een smelttraject.
11
UF = ureumformaldehyd
12
Stofeigenschappen: zelfdovend, geleid geen stroom, niet brandbaar of smeltbaar.
Structuureigenschappen: netwerkstructuur met (veel) ‗crosslinks‘ en een laag gehalte aan
brandbare groepen (bv. weinig waterstofatomen).
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Plastics zijn kunststoffen opgebouwd uit zeer grote moleculen, zogenaamde
macromoleculen. De meeste plastics worden gemaakt uit één beginstof, die we het
monomeer noemen.
18
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden




Polymerisatie reacties kunnen verlopen via twee principes, additie of condensatie.
Plastics die bij verwarmen smelten noemen we thermoplasten. Thermoplasten kun je
herkennen aan een ketenstructuur. De temperatuur waarbij een thermoplast week begint te
worden heet het verwekingspunt. Je kunt deze temperatuur beschouwen als het begin van
het smeltproces.
Plastics die bij verwarmen hard blijven zijn thermoharders. Dit komt door
dwarsverbindingen tussen de polymeerketens. Op deze manier ontstaat een starre
netwerkstructuur.
Voor het maken van een thermoharder heb je niet genoeg aan een gewoon monomeer. Je
moet er voor zorgen dat na de polymerisatie in de polymeerketen reactieve groepen
aanwezig zijn. Thermoharders kunnen ook ontstaan als er in het monomeer meerdere
reactieve groepen aanwezig zijn.
19
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 8 – Polycondensatie
1
2
Nylon-6,10 staat voor de 6 koolstofatomen van het diamine (1,6-hexaandiamine) en de 10
voor de 10 koolstofatomen van het dicarbonzuur (decaandizuur).
3
4
1,6-hexaandiamine
decaandizuur
5
~NH–(CH2)5–C~
║
O
6
Nylon-6 is gemaakt van één monomeer met 6 koolstofatomen.
7
12-aminododecaanzuur of H2N–(CH2)11COOH
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Polyesters ontstaan bij de koppeling van een hydroxylgroep en een carboxylgroep onder
afsplitsing van water. De monomeermoleculen bevatten zowel de –OH groep als de –COOH
groep.
 Polyamiden ontstaan bij de koppeling van een aminogroep en een carboxylgroep onder
afsplitsing van water. De monomeermoleculen bevatten zowel de –NH2 groep als de –
COOH groep.
 Karakteristieke groep van de polyamiden is de peptide/amide binding.
 Bij copolymerisatie is er meer dan één monomeer aanwezig.
20
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 9 – Voeding
1
Zie tabel 67B2:
α-linoleenzuur C18H30O2
arachidonzuur C20H32O2
2
Zie tabel 67C1 voor de essentiële aminozuren, voetnoot 2► onderaan.
Zie tabel 66A voor de systematische namen.
3
MgCl2
4
KNO3
5
Ca3(PO4)2
6
Handhaven lichaamstemperatuur en spierarbeid
7
C12H22O11 + 12 O2 → 12 CO2 + 11 H2O
8
2 C18H34O2 + 51 O2 → 36 CO2 + 34 H2O
9
Katalysator
10
(C6H10O5)n + n H2O → n C6H12O6
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Voedingsstoffen zijn in te delen in brandstoffen (koolhydraten en vetten), bouwstoffen
(eiwitten en mineralen) en beschermende stoffen (vitaminen).
 Koolhydraten zijn verbindingen tussen de elementen koolstof, waterstof en zuurstof (zie
BINAS tabel 67A). Hun algemene formule is: Cx(H2O)y. Koolhydraten worden door de
planten opgebouwd via fotosynthese.
 Vetten zijn, chemisch gezien, triglyceriden. Dit zijn esters van glycerol en vetzuren.
Essentiële vetzuren zijn vetzuren die het lichaam niet zelf kan aanmaken uit andere
vetzuren, terwijl het lichaam ze wel nodig heeft om normaal te kunnen functioneren. Dit
betekent dat ze via de voeding moeten worden ingenomen.
 Onder eiwitten of proteïnen verstaan we stoffen, die uit aminozuren zijn opgebouwd.
Eiwitten vormen het bouwmateriaal van dierlijke wezens. Spieren, bloed en organen
bestaan in hoofdzaak uit eiwitten. Enkele hormonen en alle enzymen zijn eiwitten.
 In totaal nemen aan de bouw van een voedingseiwit ongeveer 20 verschillende aminozuren
deel. Van de 20 aminozuren zijn er 10 essentieel; essentiële aminozuren zijn aminozuren
die niet in het lichaam van de mens kunnen worden gemaakt. Deze behoren daarom in
voldoende mate in het voedsel aanwezig te zijn. Niet-essentiële aminozuren kunnen in de
lever uit andere aminozuren worden gevormd.
21
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 10 – Vetten en zepen
1
H2C – OH
│
HC – OH
│
H2C – OH
2
+ 3 HO – C – C17H33
║
O
O
║
H2C – O – C – C17H33
│
→ C17H33 – C – O – CH
║
│
O
H2C – O – C – C17H33
║
O
O
║
H2C – O – C – C17H33
│
C17H33 – C – O – CH
+ 3 H2
║
│
O
H2C – O – C – C17H33
║
O
→
+
3 H2O
O
║
H2C – O – C – C17H35
│
C17H35 – C – O – CH
║
│
O
H2C – O – C – C17H35
║
O
3
De molecuulformule van glyeryltrioleaat is C 57H104O6, de molmassa is dus 885,4 g mol-1.
75 g glyeryltrioleaat is 75 g / 885,4 g mol-1 = 0,0847 mol.
De molverhouding glyeryltrioleaat : waterstof = 1 : 3. Er is dus 3 x 0,0847 = 0,254 mol
waterstof nodig. Dit is 24,0 dm3 mol-1 x 0,254 mol = 6,10 dm3 waterstof.
4
O
║
H2C – O – C – C17H35
│
C17H35 – C – O – CH
║
│
O
H2C – OH
O
║
H2C – O – C – C17H35
│
HO – CH
│
H2C – O – C – C17H35
║
O
5
1,2-glyceryldistearaat
1,3-glyceryldistearaat
O
║
H2C – O – C – C17H35
H2C – OH
│
│
C17H35 – C – O – CH
+ 3 OH¯
→
HC – OH + 3 C17H35 – C – O‾
║
│
│
║
O
H2C – O – C – C17H35
H2C – OH
O
║
O
Let op: de Na+ ionen zijn tribune ionen en komen niet in de reactievergelijking!
22
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Eetbare oliën en vetten ontstaan als 1,2,3-propaantriol (glycerol) en vetzuur in de
molverhouding 1:3 met elkaar reageren.
 De hydrolyse van vetten is een evenwichtsreactie en verloopt erg langzaam.
 Als vetten worden gekookt met kali– of natronloog dan reageert de base met het vetzuur,
zodat de teruggaande reactie niet meer mogelijk is. Deze reactie heet verzeping, omdat deze
reactie plaats vindt bij de productie van zeep uit vet en loog. Bij deze verzeping ontstaan
glycerol en natrium- of kaliumzouten van diverse vetzuren.
23
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 11 – Koolhydraten
1
De algemene formule van de koolhydraten CnH2mOm kan ook geschreven worden als
Cn(H2O)m
2
De repeterende eenheid is C6H10O5 dus de formule van zetmeel wordt (C6H10O5)n
3
n C6H12O6 → (C6H10O5)n + n H2O
4
Sacharose hydrolyseert in een molecuul glucose en fructose (allebei C 6H12O6), dus:
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
5
De systematische naam van glucose (zie tabel 66A) is 2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal.
De systematische naam van fructose (zie tabel 66A) is 1,3,4,5,6-pentahydroxy-2-hexanon.
6
De ringvorm van glucose ―springt open‖ en wel tussen C(1) en het O-atoom in de ring.
Daarbij verhuist er één waterstofatoom van C(1) naar C(5):
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Tot de koolhydraten behoren fructose, glucose, sacharose (kristalsuiker) en zetmeel.
 Glucose en fructose zijn monoschariden, ook wel enkelvoudig suikers genoemd.
 Twee monosachariden kunnen onder afsplitsing van water aan elkaar gekoppeld worden
tot een disacharide.
 Uit de monosachariden kunnen door polycondensatie ook polysachariden ontstaan.
Voorbeelden hiervan zijn amylose (zetmeel) en cellulose.
24
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 12 – Eiwitten
1
Leu = 2-amino-4-methylpentaanzuur
Gly = (2-)aminoethaanzuur
2
Leu heeft een asymmetrisch koolstofatoom en Gly niet.
3
H3C – CH – CH3
H3C – CH – CH3
│
│
CH2
CH2
H
│
│
│
H2N – CH – C – OH + H2N – CH2 – C – OH → H2N – CH – C – N – CH2 – C – OH + H2O
║
║
║
║
O
O
O
O
4
H3C – CH – CH3
│
H CH2
│ │
H2N – CH2 – C – N – CH – C – OH
║
║
O
O
5
Aminozuren bevatten meer polaire groepen / bindingen (meer NH / OH bindingen).
6
Cys en Met zijn de zwavelhoudende aminozuren.
7
Bij het koken ontvouwen eiwitten zich en gaat de tertiaire structuur verloren.
8
Bij een hoge pH staat de zure -COOH groep een proton af en ontstaat er de negatief geladen
COO− groep.
9
Rangschik de vijf fragmenten als volgt onder elkaar:
Leu-Phe-Pro
Pro-Val-Orn
Val-Orn-Leu
Orn-Leu-Phe
Phe-Pro-Val
Dit levert een volgorde op waarin de molverhouding (nog) niet klopt (Orn komt slechts 1x
voor en de andere 4 aminzuren 2x):
Leu-Phe-Pro-Val-Orn-Leu-Phe-Pro-Val
10
Molvolume bij 310 K is: (310K / 273K) x 22,41 dm3 mol-1 = 25,45 dm3 mol-1
63,6 cm3 N2 / 25,45 cm3 mmol-1 = 2,5 mmol
Bij de reactie ontstaat voor elke NH2 groep één molecuul N2: molverhouding = 1:1
Aantal vrije NH2 groepen per molecuul gramicidine-S = 2,5 mmol / 1,25 mmol = 2
11
In een ringstructuur worden alle NH2 groepen aan het tweede koolstofatoom gebruikt voor
het vormen van de peptide binding en zijn dus verdwenen. Het enige aminozuur met een
‗extra‘ NH2 groep is ornithine. Er moeten dus per molecuul gramicidine-S twee moleculen
ornithine voorkomen. Dat betekent dat van alle andere aminozuren er ook twee moleculen
moeten voorkomen, want van alle aminozuren blijkt immers even veel mol voor te komen.
25
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
De ring bestaat dus uit 10 aminozuren:
Phe – Pro – Val
│
│
Leu
Orn
│
│
Orn
Leu
│
│
Val – Pro – Phe
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Eiwitten binnen worden tijdens de spijsvertering door hydrolyse afgebroken tot
aminozuren. Kenmerkend voor de aminozuren uit voedsel, dat het allemaal 2-aminozuren
zijn: de –NH2 groep is altijd gebonden aan het 2e koolstofatoom. We noemen deze
aminozuren de natuurlijke aminozuren. Hiervan zijn er 20 bekend.
 Lichaameigen eiwitten worden uit natuurlijke aminozuren gemaakt door polycondensatie,
waarbij –NH2 groepen reageren met –COOH groepen onder afsplitsing van water. In deze
eiwitten (ook wel polypeptiden genoemd) komen peptide bindingen voor.
 De ‘besturing’ van de eiwitsynthese is gevestigd in de celkern, waar zich de chromosomen
bevinden, die op hun beurt zijn opgebouwd uit genen. Ieder gen is verantwoordelijk voor de
aanmaak van een bepaal eiwit. De stoffen die daarbij de hoofdrol spelen zijn de
nucleïnezuren DNA en RNA.
 De primaire structuur van eiwitten is de aminozuurvolgorde.
 De secundaire structuur is het ontstaan van een opgerolde structuur, de zogenaamde αhelix, die door waterstofbruggen tussen de N—H en de C═O groepen in stand gehouden
wordt.
 De tertiaire structuur ontstaat doordat de α-helixen op hun beurt weer gevouwen worden
door de vorming van zwavelbruggen of ionbindingen.
 Bij sommige eiwitten is er ook nog een quaternaire structuur aanwezig als een gevolg van
het feit dat meerdere eiwitketens een eiwitcomplex vormen.
26
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 13 – DNA en RNA
1
2
3
Bij een pH = 7,0 ligt het voor de hand, dat de H+ (de Kz waarde van fosforzuur is 6,9 10-3)
van de HPO4 groep is afgesplitst.
De oplosbaarheid van DNA neemt hierdoor toe, omdat het polaire karakter groter wordt.
4
Tegenover een C komt een G, tegenover een T een A en tegenover een A een U.
Het mRNA heeft de basenvolgorde: G-C-A-U-U-C-A-A-A-G-U-C
5
De stukjes tRNA zijn: CGU, AAG, UUU, CAG
6
De eiwitvolgorde is: Ala-Phe-Lys-Val
7
Het mRNA heeft nu de basenvolgorde: G-C-A-G-U-C-A-A-A-G-U-C
De stukjes tRNA zijn dan: CGU, CAG, UUU, CAG
Daarbij hoort de eiwitvolgorde: Ala-Val-Lys-Val
8
Er zijn 4 basen. Als je per aminozuur 2 basen nodig hebt, kun je 4 2 = 16 verschillende
aminozuren coderen. Dat is te weinig. Bij 3 basen per aminozuur heb je 4 3 = 64
mogelijkheden. Dat is meer dan voldoende.
9
10
In L-dopa komt een asymmetrisch koolstofatoom voor en in dopamine niet.
27
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
11
Voorbeelden van juiste antwoorden zijn:
 De enzymremmer bindt zich (sterker) aan het enzym (dan L-dopa). Daardoor is de
ruimtelijke structuur van het enzym veranderd en past een molecuul L-dopa er niet
meer in.
 De enzymremmer heeft zich zodanig gebonden aan het enzym dat het actieve
centrum is geblokkeerd.
 Het enzym heeft voorkeur om de enzymremmer om te zetten. Daardoor is het enzym
niet beschikbaar om L-dopa om te zetten.
12
13
Voorbeelden van juiste antwoorden zijn:
 Aan het stikstofatoom van de proline-eenheid in ~ Ala – Pro – Ala ~ is geen
waterstofatoom gebonden dat een binding zou kunnen vormen met een C = O groep
van een andere peptidebinding.
 Aan het stikstofatoom van de proline-eenheid in ~ Ala – Pro – Ala ~ is geen
waterstofatoom gebonden dat een waterstofbrug zou kunnen vormen.
14
Het aflezen van aminozuur 166 begint bij het basenpaar met nummer 3 × 165 + 2.
Het middelste basenpaar in het triplet is anders. Dit leidt tot de conclusie dat het
basenpaar met nummer 497 is gemuteerd.
15
De middelste base in het codon in het m-RNA voor leucine is telkens een U en voor proline
een C. Dus in de matrijsstreng van het DNA zit op het gen voor normaal DJ-1 een A en in
het gen met de puntmutatie een G. In de coderende streng van het DNA zit op het gen voor
normaal DJ-1 een T en in het gen met de puntmutatie een C. Dit leidt tot de conclusie dat
op het gen met de puntmutatie het basenpaar G ··· C voorkomt op de plaats waar in het
normale gen het basenpaar A ··· T zit. De eerstgenoemde base van elk basenpaar zit op de
matrijsstreng en de andere op de coderende streng.
Wat je na deze paragraaf moet weten / kunnen:
 Een DNA-molecuul bestaat uit twee lange strengen van nucleotiden, die samen zich buigen
tot een dubbele helix. De twee strengen zijn aan elkaar verbonden door zogenaamde
baseparen. Een basepaar verbindt twee tegenover elkaar liggende nucleotiden.
 De volgorde van nucleotiden in een streng wordt een sequentie genoemd. Omdat er zeer veel
sequenties mogelijk zijn, kan de volgorde van nucleotiden unieke erfelijke informatie
verschaffen.
 Aan de hand van de genetische code kan de DNA-sequentie van een gen vertaald worden in
de aminozuursequentie van een eiwit. Dit proces wordt eiwitexpressie genoemd. Bij de
transcriptie wordt het DNA van een gen eerst gekopieerd naar mRNA, en het mRNA wordt
vervolgens bij de translatie vertaald naar een eiwit.
 Voor het DNA zijn er 4 verschillende basen: guanine, cytosine, adenine en thymine,
afgekort met respectievelijk G, C, A en T. In het DNA kunnen twee soorten basenparen
gevormd worden: A-T en C-G.
28
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
§ 15 – Voorbeeld proefwerkopgaven
Opmerking: bij een aantal proefwerkopgaven is de carboxylgroep voor het gemak als
‘COOH’ weergegeven. Als er op een toets of examen gevraagd wordt naar een
structuurformule, moet de carboxylgroep echter worden weergegeven met:
1
Propeenzuur.
2
n C3H4O2 → (C3H4O2)n
3
De crosslinking agent bevat drie C=C bindingen, die kunnen reageren met propeenzuur en
kunnen op deze manier polymeerketens aan elkaar koppelen.
4
H H
| |
~C—C~
| |
H C═O
│
OH
5
+ Na+OH−
→
H H
| |
~C—C~
+ H2 O
| |
H C═O
│
O−Na+
De volgende twee stappen worden initiatie stappen genoemd, omdat ze het
polymerisatieproces op gang brengen.
R—O—O—R → 2 R—O•
R—O• + H─Br → R—O—H + Br•
6
De volgende twee stappen worden propagatie stappen genoemd, omdat ze de voortgang van
het polymerisatieproces weergeven.
CH3
Br CH3
│
│
│
Br• + CH2═C─CH3 → CH2─C─CH3
•
Br CH3
Br CH3
│
│
│
│
CH2─C─CH3 + H─Br → CH2─CH─CH3 + Br•
•
7
Omdat er tijdens de reactie drie radicalen worden gevormd zijn er in totaal zijn er zes
terminatie reacties mogelijk:
2 R—O• → R—O—O—R
2 Br• → Br2
R—O• + Br• → R—O—Br
29
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
Br CH3
Br CH3
│
│
│
│
CH2─C─CH3 + Br• → CH2─C─CH3
•
│
Br
Br CH3
Br CH3
│
│
│
│
CH2─C─CH3 + R—O• → CH2─C─CH3
•
│
O─R
Br CH3
Br CH3
│
│
│
│
2 CH2─C─CH3 → CH2─C─CH3
•
│
CH2─C─CH3
│
│
Br CH3
8
Behalve bij de eerste terminatie reactie ontstaan er bij de andere vijf terminatie reacties
producten die niet op een andere manier kunnen zijn ontstaan.
9
O
║
H2C – O – C – C17H33
│
C17H33 – C – O – CH
+ 3 OH¯
║
│
O
H2C – O – C – C17H33
║
O
→
H2C – OH
│
HC – OH
│
H2C – OH
+
3 C17H33 – C – O‾
║
O
Let op: de Na+ ionen zijn tribune ionen en komen niet in de reactievergelijking!
10
11
O
║
H2C – O – C – C17H33
│
C17H33 – C – O – CH
+ 3 I2
║
│
O
H2C – O – C – C17H33
║
O
→
O
║
H2C – O – C – C17H33I2
│
C17H33I2 – C – O – CH
║
│
O
H2C – O – C – C17H33I2
║
O
Bereken eerst de molmassa van glyceryltrioleaat: M = 885,4 g mol-1.
Daarna het aantal mol glyceryltrioleaat: 100 g / 885,4 g mol-1 = 0,113 mol.
Molverhouding glyceryltrioleaat : jood = 1 : 3. Er is dus 0,339 mol jood nodig.
Dit komt overeen met 0,339 mol x 253,8 g mol-1 = 86,0 gram jood.
30
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
12
H COOH
│ │
C═C
│ │
HOOC H
13
H COOH
H COOH
│ │
│ │
C═C + Br2 → Br─C*─C*─Br
│ │
│ │
HOOC H
HOOC H
14
In principe ontstaat een deeltje met twee asymmetrische koolstofatomen en een intern
spiegelvlak, dat zich bevindt tussen deze twee atomen in. Door het interne spiegelvlak zijn
er geen 22 = 4 maar 3 stereo-isomeren (zie onderzoek 3 van §5).
Door het reactiemechanisme van een additie reactie is hier echter wel wat meer aan de
hand. Ga met behulp van molecuul modellen na dat de additiereactie van broom aan
fumaarzuur twee spiegelbeeld isomeren oplevert en dat bij de additiereactie van broom aan
maleïnezuur (zie vraag 17) de isomeer ontstaat met het interne spiegelvlak.
Het is even puzzelen, maar dan heb je wel wat! Vraag je docent om uitleg als je er niet
uitkomt.
15
H COOH
H COOH
│ │
│ │
C═C + H2O → H─C─C*─OH
│ │
│ │
HOOC H
HOOC H
Merk op dat het product nu slechts één asymmetrisch koolstofatoom bevat.
16
Met een polarimeter kan de optische activiteit worden gemeten. Een racemisch mengsel
vertoont geen optische activiteit. Op deze manier is het vrij eenvoudig vast te stellen via
welk mechanisme de reactie is verlopen.
17
HOOC COOH
│ │
C═C
│ │
H H
18
Tussen de COOH groepen kunnen waterstofbruggen gevormd worden. In beide isomeren
komen de twee COOH groepen voor. Bij maleïnezuur zitten de COOH groepen naast elkaar
aan ‗dezelfde kant‘ van de C═C binding (cis) en bij fumaarzuur zitten ze schuin tegenover
elkaar (trans). Daardoor zijn de eigenschappen van de 2 isomeren totaal verschillend.
Terwijl maleïnezuur oplosbaar is in water is fumaarzuur onoplosbaar in water. Verder is
het smelpunt totaal verschillend (137 °C tegenover 287°C voor fumaarzuur). Deze
verschillen in eigenschappen kunnen herleid worden naar de hoeveelheid en sterkte van de
waterstofbruggen. Maleinezuur kan interne waterstofbruggen vormen, terwijl dit bij
fumaarzuur niet het geval is. De moleculen van fumaarzuur kunnen daarentegen veel beter
intermoleculaire verbindingen aangaan. Hierdoor blijven de moleculen van fumaarzuur
dichter bijeen en ligt het kookpunt hoger.
Door het verschil in oplosbaarheid en kookpunt kun je de twee isomeren dus scheiden door
extractie of destillatie.
19
2-hydroxypropaanzuur
31
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
20
21
C6H12O6 → 2 C3H6O3
22
23
24
De polymerisatie van melkzuur is een voorbeeld van verestering, waarbij een OH groep
reageert met een COOH groep onder afsplitsing van water. Het gaat hier dus om een
polycondensatie reactie.
25
De repeterende eenheid is weergegeven in de antwoorden van vraag 19 en 23: (C 3H4O2)n
26
(C3H4O2)n + 3n O2 → 3n CO2 + 2n H2O
27
28
Bij de polymerisatie van tetrafluoretheen verdwijnen de dubbele bindingen en is er dus
sprake van polyadditie.
29
Teflon is een thermoplast, want er zijn geen ‗dwarsverbindingen‘ tussen de polymeerketens
en heeft dus geen netwerkstructuur.
30
Teflon is bijzonder weinig reactief en heeft een vrij hoog smeltpunt (327 °C).
31
Het andere deeltje is het acetaat-ion:
32
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
32
2-amino-3,4,5,6-tetrahydroxy-hexanal
33
Bereken eerst het aantal mmol stikstof: 35 cm3 / 25 cm3 mmol-1 = 1,4 mmol
De molverhouding N2 : C8H13NO5 (eenheid met NH-CO-CH3) = 1 : 1
Dus ook 1,4 mmol C8H13NO5 eenheden met een molmassa van 203,2 g mol-1
Aantal mg C8H13NO5 eenheden is dus 1,4 mmol x 203,2 g mol-1 = 284,5 mg
Aantal mg C6H11NO4 (eenheid met NH2) eenheden is 380 mg – 284,5 mg = 95,5 mg
Berekening aantal mmol C6H11NO4 eenheden: 95,5 mg / 161,2 mg mmol-1 = 0,59 mmol
Molverhouding C8H13NO5 : C6H11NO4 = 1,4 : 0,59 = 1,0 : 0,42
33
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
Samenvatting Module 6
1
Koolwaterstoffen
Koolwaterstoffen kunnen verdeeld worden in verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen.
Alkanen behoren tot de eerste groep en voldoen aan de algemene formule CnH2n+2.
Verzadigde koolwaterstoffen kunnen ook ringvormig zijn. Deze cyclische koolwaterstoffen
noemt men de cycloalkanen en voldoen aan de algemene formule CnH2n.
Onverzadigde koolwaterstoffen bevatten één of meer dubbele of zelfs of drievoudige koolstofkoolstof bindingen en hebben daardoor minder waterstofatomen dan verzadigde
koolwaterstoffen. De homologe reeksen van de alkenen (C nH2n) en alkynen (CnH2n-2) behoren
tot deze groep.
Bij kraken ontstaan uit grote alkanen koolwaterstoffen met kortere koolstofketens.
Stoffen met een benzeenring noemen we aromaten. Niet cyclische koolwaterstoffen zijn
alifatische verbindingen.
2
3
Homologe reeks van de alkanen
n
molecuulformule
naam
1
CH4
Methaan
2
C2H6
Ethaan
3
C3H8
Propaan
4
C4H10
Butaan
5
C5H12
Pentaan (penta = 5)
6
C6H14
Hexaan (hexa = 6)
7
C7H16
Heptaan (hepta = 7)
8
C8H18
Octaan (octa = 8)
Isomerie en systematische naamgeving (zie ook BINAS tabel 66)
Isomeren zijn verschillende stoffen met verschillende structuur, maar met dezelfde
molecuulformules. Dit zijn in het kort de regels voor de systematische naamgeving:
1. Zoek de langste koolstofketen op, dit is de ‗hoofdketen‘. De naam van de hoofdketen
wordt de ‗stamnaam‘.
2. Kijk welke atomen of zijgroepen (anders dan waterstof) aan de hoofdketen vast
zitten. Deze atomen of zijgroepen zullen benoemd moeten worden. Kijk vervolgens
aan welk koolstofatoom van de hoofdketen deze zijgroepen bevinden. Deze worden in
de systematische naam aangegeven met een zo laag mogelijk plaatsnummer. Als er
geen verwarring mogelijk is, mag je het plaatsnummer weglaten.
34
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
3. Als er meer zijgroepen zijn, wordt in de naamgeving—onafhankelijk van de Griekse
numerieke voorvoegsels—de alfabetische volgorde aangehouden.
4. Bij de aanwezigheid van meer dan één vertakking of karakteristieke groep (zie §6.3)
die met een plaatsnummer moet worden aangeduid, moeten de plaatsnummers
achter elkaar worden gezet in opklimmende waarde. De juiste nummering is die
nummering waarbij het zo gevormde getal het kleinst is.
4
Karakteristieke groepen
Bestudeer het schema van pag. 11 met een overzicht van alle karakteristieke groepen en
hun naamgeving. Zie ook BINAS tabel 66.
5
Oxidatie van alcoholen
Bij een primair alcohol is de -OH groep gebonden is aan een -CH2 groep.
Bij een secundair alcohol is de -OH groep gebonden aan een -CH groep.
Bij een tertiair alcohol is de -OH groep gebonden aan een -C groep zonder H’s.
Alcoholen kunnen als reductor reageren met sterke oxidatoren:
Een primair alcohol wordt door een oxidator omgezet in een aldehyde. Het aldehyde dat
ontstaat na oxidatie van een primair alcohol kan zelf weer worden omgezet in een
alkaanzuur. Voor deze reactie is echter wel de aanwezigheid van water noodzakelijk.
Een secundair alcohol wordt door een oxidator omgezet in een keton.
Een tertiair alcohol kan niet worden geoxideerd.
6
Stereo isomerie
Als een C-atoom wordt omringd door vier enkele bindingen, treedt tetraëdrische omringing
op. De bindingshoeken zijn 109,5o.
Als een C=C of C=O binding aanwezig is bevinden de andere bindingen zich in hetzelfde
platte vlak. De bindingshoeken zijn 120o.
Als een C≡C binding aanwezig is liggen de andere bindingen in het verlengde (lineair).
De bindingshoeken zijn 180o.
Om een enkele binding kunnen groepen vrij draaien. Dubbele en drievoudige bindingen zijn
starre bindingen. Bij C=C bindingen komt cis/trans isomerie voor. ‗Cis‘ betekent aan ‗aan
deze zijde‘ en ‗trans‘ betekent ‗aan de andere zijde‘. Behalve een dubbele en drievoudige
binding is een ringstructuur ook star. Daarom kan bij cyclische koolwaterstoffen ook
cis/trans isomerie voorkomen.
Een andere vorm van stereo isomerie is de optische isomerie of spiegelbeeld isomerie. Dit is
het geval bij moleculen, die één of meer asymmetrische koolstofatomen bevatten. Een
asymmetrisch C-atoom is een koolstofatoom waar 4 verschillen atomen of groepen aan vast
zitten en wordt in de structuur aangegeven met een sterretje (C*). Als je in een molecuul
een asymmetrisch C-atoom aantreft, komen er van die stof twee spiegelbeelden voor: een
‗linksdraaiende‘ en een ‗rechtsdraaiende‘ isomeer, die beide optisch actief zijn. Met behulp
van een polarimeter kun je de optische draaiingshoek te meten van optisch actieve stoffen.
7
Substitutie versus additie
Reacties waarbij atomen of groepen worden vervangen door andere atomen of groepen
noemen we substitutiereacties.
35
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
Bij additiereacties wordt een (relatief) klein molecuul in zijn geheel opgenomen door het
molecuul met de dubbele binding (meestal C=C) en ontstaat één nieuw molecuul. Additie
reacties vinden plaats bij alkenen. Na de reactie is de dubbele binding verdwenen. Een
additie reactie herken je dus aan het verdwijnen van de dubbele binding. Behalve halogenen
kunnen ook andere kleine moleculen als waterstof, waterstofchloride en water worden
geaddeerd.
8
Esters
Esters worden gevormd tijdens de reactie tussen een alcohol en een alkaanzuur. Bij deze
reactie wordt een watermolecuul afgesplitst. Daarom wordt dit type reactie ook wel
condensatiereactie genoemd. Om een alkaanzuur met een alcohol te laten reageren is
geconcentreerd zwavelzuur als katalysator nodig.
9
Plastics
Plastics zijn kunststoffen opgebouwd uit zeer grote moleculen, zogenaamde macromoleculen.
De meeste plastics worden gemaakt uit één beginstof, die we het monomeer noemen.
Polymerisatie reacties kunnen verlopen via twee principes, additie of condensatie.
Plastics die bij verwarmen smelten noemen we thermoplasten. De temperatuur waarbij een
thermoplast week begint te worden heet het verwekingspunt. Je kunt deze temperatuur
beschouwen als het begin van het smeltproces.
Plastics die bij verwarmen hard blijven zijn thermoharders. Dit komt door
dwarsverbindingen tussen de polymeerketens. Op deze manier ontstaat een starre
netwerkstructuur.
Voor het maken van een thermoharder heb je niet genoeg aan een gewoon monomeer.
Je moet er voor zorgen dat na de polymerisatie in de polymeerketen reactieve groepen
aanwezig zijn.
Polyesters ontstaan bij de koppeling van een hydroxylgroep en een carboxylgroep onder
afsplitsing van water. De monomeermoleculen bevatten zowel de –OH groep als de –COOH
groep.
Polyamiden ontstaan bij de koppeling van een aminogroep en een carboxylgroep onder
afsplitsing van water. De monomeermoleculen bevatten zowel de –NH2 groep als de –COOH
groep.
Karakteristieke groep van de polyamiden is de peptide binding.
Bij copolymerisatie is er meer dan één monomeer aanwezig.
10
Voeding
Voedingsstoffen zijn in te delen in brandstoffen (koolhydraten en vetten), bouwstoffen
(eiwitten en mineralen) en beschermende stoffen (vitaminen).
Koolhydraten zijn verbindingen tussen de elementen koolstof, waterstof en zuurstof (zie
BINAS tabel 67A). Hun algemene formule is: Cx(H2O)y. Koolhydraten worden door de
planten opgebouwd via fotosynthese. Tot de koolhydraten behoren fructose, glucose,
sacharose (kristalsuiker) en zetmeel. Glucose en fructose zijn monoschariden, ook wel
enkelvoudig suikers genoemd. Twee monosachariden kunnen onder afsplitsing van water
36
Module 6 “Organische chemie”
Antwoorden
aan elkaar gekoppeld worden tot een disacharide. Uit de monosachariden kunnen door
polycondensatie ook polysachariden ontstaan. Voorbeelden zijn amylose en cellulose.
Vetten zijn, chemisch gezien, triglyceriden. Dit zijn esters van glycerol en vetzuren.
Essentiële vetzuren zijn vetzuren die het lichaam niet zelf kan aanmaken uit andere
vetzuren, terwijl het lichaam ze wel nodig heeft om normaal te kunnen functioneren.
Dit betekent dat ze via de voeding moeten worden ingenomen.
Vetten ontstaan als 1,2,3-propaantriol (glycerol) en vetzuur in de molverhouding 1:3 met
elkaar reageren. De hydrolyse van vetten is een evenwichtsreactie en verloopt erg langzaam.
Als vetten worden gekookt met kali– of natronloog dan reageert de base met het vetzuur,
zodat de teruggaande reactie niet meer mogelijk is. Deze reactie heet verzeping, omdat deze
reactie plaats vindt bij de productie van zeep uit vet en loog. Bij deze verzeping ontstaan
glycerol en natrium- of kaliumzouten van diverse vetzuren.
Eiwitten of proteïnen zijn stoffen, die uit aminozuren zijn opgebouwd. Eiwitten binnen
worden tijdens de spijsvertering door hydrolyse afgebroken tot aminozuren. Kenmerkend
voor de aminozuren uit voedsel, dat het allemaal 2-aminozuren zijn: de –NH2 groep is altijd
gebonden aan het 2e koolstofatoom. We noemen deze aminozuren de natuurlijke
aminozuren. Hiervan zijn er 20 bekend. Lichaameigen eiwitten worden uit natuurlijke
aminozuren gemaakt door polycondensatie, waarbij –NH2 groepen reageren met –COOH
groepen onder afsplitsing van water. In deze eiwitten (ook wel polypeptiden genoemd)
komen peptide bindingen voor. De ‗besturing‘ van de eiwitsynthese is gevestigd in de
celkern, waar zich de chromosomen bevinden, die op hun beurt zijn opgebouwd uit genen.
Ieder gen is verantwoordelijk voor de aanmaak van een bepaal eiwit. De stoffen die daarbij
de hoofdrol spelen zijn de nucleïnezuren DNA en RNA.
De primaire structuur van eiwitten is de aminozuurvolgorde.
De secundaire structuur is het ontstaan van een opgerolde structuur, de zogenaamde α-helix,
die door waterstofbruggen tussen de N—H en de C═O groepen in stand gehouden wordt.
De tertiaire structuur ontstaat doordat de α-helixen op hun beurt weer gevouwen worden
door de vorming van zwavelbruggen of ionbindingen.
Bij sommige eiwitten is er ook nog een quaternaire structuur aanwezig als een gevolg van
het feit dat meerdere eiwitketens een eiwitcomplex vormen.
11
DNA en RNA
Een DNA-molecuul bestaat uit twee lange strengen van nucleotiden, die samen zich buigen
tot een dubbele helix. De twee strengen zijn aan elkaar verbonden door zogenaamde
baseparen. Een basepaar verbindt twee tegenover elkaar liggende nucleotiden.
De volgorde van nucleotiden in een streng wordt een sequentie genoemd. Omdat er zeer veel
sequenties mogelijk zijn, kan de volgorde van nucleotiden unieke erfelijke informatie
verschaffen.
Aan de hand van de genetische code kan de DNA-sequentie van een gen vertaald worden in
de aminozuursequentie van een eiwit. Dit proces wordt eiwitexpressie genoemd.
Bij de transcriptie wordt het DNA van een gen eerst gekopieerd naar mRNA, en het mRNA
wordt vervolgens bij de translatie vertaald naar een eiwit.
Voor het DNA zijn er 4 verschillende basen: guanine, cytosine, adenine en thymine, afgekort
met respectievelijk G, C, A en T. In het DNA kunnen twee soorten basenparen gevormd
worden: A-T en C-G.
37