TENTAMEN I ALLMÄN OCH ORGANISK KEMI

Transkript

1 KARLISKA ISTITUTET Biomedicinprogrammet (Kandidat) TETAME I ALLMÄ C RGAISK KEMI TISDAGE DE 15 JAUARI 2013, och Tentamen är uppdelad i två pass med en uppsättning frågor för varje pass. Dessa skrivs under tiderna och Frågorna i mapp hör till det första passet (sidor 1-7) och skall inlämnas senast BS! Texta tydligt! Efternamn:... Mappnr:... Förnamn:... Personnr:... Resultatsammanställning: Totalsumma: Resultat: BS! MYCKET VIKTIGT!! FÖRSE VARJE SIDA MED MAPPUMMER! Besvara frågorna direkt i det utdelade materialet. Använd helst inte andra lösa blad, och var i så fall noga med att skriva namn och mappnummer på alla inlämnade papper! Lägg in samtliga blad i den bifogade mappen. Inga blad får plockas bort! Poängen står angiven vid varje fråga. Skrivningar får ej tas med ut från skrivsalen. Tillåtna hjälpmedel: Molekylmodeller, periodiskt system, enkel kalkylator. Betyg (preliminär poäng): A 54-60, B , C , D , E , F x , F

2 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! 1 1. edanstående förening är reserpin, ett antispykotiskt läkemedel som också har använts som blodtryckssänkare. På grund av sina många biverkningar används dock reserpin sällan i dag. Besvara följande frågor som rör föreningen: (6 p = 4 1 p [a,b,c,h] p [d-g]) a) Ange hybridiseringstyp för atomerna a, b, c. sp 3, sp 2, sp 3 b) Ange oxidationstal för atomerna d, e, f. -II, -III, 0 c) Dra en linje genom alla bindningar som kan hydrolyseras under sura förhållanden. d) ur många kirala kol finns i reserpin? 6 e) Vad kallas den bicykliska delstrukturen som är inringad? indole f) Är den inringade delstrukturen aromatisk? (Ja/ej) Ja g) Bör föreningen uppvisa absorption inom UV-området? (Ja/ej) Ja h) Vilken av de två kväveatomerna som ingår i strukturen är den mest basiska? Motivera ditt svar! The non-aromatic, tertiary amine nitrogen. Uptake of a proton by the indol nitrogen is not favored as it would destroy aromaticity. b c d a e f 2. amnge nedanstående förening! Stereokemin ska framgå ur namnet. (1 p) Svar: (2R,3R,6R)-trimethyloctanoic acid

3 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! 2 3. Rita strukturformler som visar den principiella uppbyggnaden av: (3 1 p) a) en amid R R' R'' b) en tiol R S c) en anhydrid R R' 4.Förklara baserat på molekylorbitalsteorin (Molecular orbital theory) varför C-C enkelbindningar är längre och svagare än C-C dubbel- och trippelbindningar. (1 p) Svar: beror på andelen s-karaktär i hybriseringen sp 3 <sp 2 <sp; ökande ordning av s-karaktär, elektroner är närmre kärnan, lägre energi, bildar starkare och kortare bindningar. 5. Betrakta följande reaktion och besvara frågorna! (1.5 p) (A) (B) (C) (D) a) Vilken av föreningarna A,B,C,D är den starkaste Brønsted-basen? C b) Vilken är den starkaste Brønsted-syran? D c) Är jämvikten höger- eller vänsterförskjuten? vänsterförskjuten

4 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! 3 6. Följande figur illustrerar kinetiken för omvandlingen av molekyl A till molekyl B. (1.5 p) umber of molecules a) Vilken reaktionsordning gäller för omvandlingen? b) Ange en ekvation som ger reaktionshastigheten "r" Time (s) A B A) astigheten för bildandet av B klingar av över tiden och motsvarar den omvända hastigheten för minskningen av A, dvs konverteringen följer en första ordnings kinetik B) 7. ur kan du syntetisera 3-metyl-2-cyklohexen-1-on från 1,2-dimetyl-1-cyklopenten? Vilka reagens och/eller reaktionsbetingelser behövs? (4 p) 1. A 2. B ring-öppet mellanprodukt/ ring-open intermediate 1. C 2. D A = 3 C = - B = Zn, + D = heat (acid/base catalysis)

5 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! Amino-1-fenylbutan-1-on genomgår en intramolekylär reaktion under syrakatalys. a) Rita detaljerad mekanism för reaktion, inkl. resonansstrukturer och alla protonöverföringssteg. (3 p) b) m p istället är 1 går reaktionen inte alls. Varför inte? Förklara. (0.5 p) c) Vad kallas den nybildade funktionella gruppen i produkten? (0.5 p) a) b) Aminen är i mycket hög utsträckning protonerad vid ph1 och därför är den inte längre nukleofil och kan inte deltaga i den intramolekylära attacken. c) Imin

6 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! 5 9. Ge strukturformler för huvudprodukten i följande reaktioner. (3 1 p) a) 1. C 3 C 2 MgBr C C b) S o C 2 c) 1. LiAl En kemist vid MBB fick i sin senaste syntes en oväntad flyktig biprodukt, här kallad "A". Dess molekylformel bestämdes till C 6 12, och dess masspektrum och FT-IR-spektrum visas nedan:

7 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! 6 För att få ytterligare belägg för strukturen hos "A" utfördes reduktiv ozonolys med ab 4 (!!) som reduktionsmedel. Detta gav upphov till föreningarna "B" och "C", vilkas MR-spektra visas på nästa

8 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! 7 Som en sista kontroll behandlades "A" med perättiksyra i kloroform, varvid som väntat föreningen "D" erhölls. Vilken var föreningen "A", och vilka var föreningarna "B", "C" och "D"? Ange namn och formler. Motivera ditt svar! (5 p) A = (E)-4-metyl-2-penten B = etanol C = 2-metyl-1-propanol D = 2,3-epoxy-4-metylpentan

9 KARLISKA ISTITUTET Biomedicinprogrammet (Kandidat) TETAME I ALLMÄ C RGAISK KEMI TISDAGE DE 15 JAUARI 2013, och Tentamen är uppdelad i två pass med en uppsättning frågor för varje pass. Dessa skrivs under tiderna och Frågorna i mapp hör till det andra passet (sidor 8-16) och skall inlämnas senast BS! Texta tydligt! Efternamn:... Mappnr:... Förnamn:... Personnr:... BS! MYCKET VIKTIGT!! FÖRSE VARJE SIDA MED MAPPUMMER! Besvara frågorna direkt i det utdelade materialet. Använd helst inte andra lösa blad, och var i så fall noga med att skriva mappnummer på alla inlämnade papper! Lägg in samtliga blad i den bifogade mappen. Inga blad får plockas bort! Poängen står angiven vid varje fråga. Skrivningar får ej tas med ut från skrivsalen. Tillåtna hjälpmedel: Molekylmodeller, periodiskt system, enkel kalkylator. Betyg (preliminär poäng): A 54-60, B , C , D , E , F x , F

10 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! Förklara fenomenet av mutarotation i relation till kolhydrater. På vilket sätt kan mutarotation påvisas? (1.5 p) Svar: Mutarotation is the change in rotation of polarized light observed upon anomerization. Cyclic sugars show mutarotation due to the interconversion of the a- and b-anomers via the ring open form that occurs in solution. It is observed by monitoring the optical rotation using a polarimeter. 12. amnge följande monosackarid. Ur namnet skulle också framgår ringens storlek och konfigurationen vid anomeriska kolet. (1 p) Svar: α-d-mannopyranose 13. Vilka av följande föreningar är aromatiska? Anta att alla är plana. (1.5 p) Svar: C,D,F

11 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! a) Vilken mekanism kommer reaktionen nedan att följa? Motivera ditt svar och ange strukturformler för alla huvudprodukter med förtydligad stereokemi. (3 p) b) Rita och förklara energidiagrammet för reaktionen. (1 p) Br C 3 C 3 C C värme/heat 3 C 3 C + 3 C C 3 C C Svar: S 1 & E1: 3 alkyl halide, weak nucleophile/base, polar solvent, heat (favors both reaction types, but increases contribution of E1) energy diagram for both reactions look very similar, both proceed via a carbocation intermediate; for E1, the last energy maximum would be absent in the diagram

12 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! På organkemiska labbet är det ofta nödvändigt att arbeta under reducerat tryck. a) Ge exempel på två metoder där reducerat tryck används. (1 p) b) Vilka säkerhetsåtgärder/-detaljer är viktiga att komma ihåg när man arbetar under reducerat tryck? ämn två. (1 p) Svar: a) Vakuumdestillation, Vakuumfiltration, Rullindunstning b) Glasmaterialet skall vara intakt, utan sprickor eller frakturer. Använd endast rundkolvar och tjockt glasmaterial ämnat för vakuum. Minska alltid trycket först, värm sedan. 16. ur kan du i ett electron impact (EI) masspektrum avgöra om en förening innehåller halogenerna klor eller brom? (1 p) Svar: Båda atomerna ger upphov till signaler med karakteristisk separation på 2 m/z med relativ signalstyrka 3:1 resp 1:1 återspeglande de relativa naturliga isotopsammansättningarna för klor 35/37 resp brom 79/ Slutför reaktionsformlerna nedan som beskriver två typer av radioaktivt sönderfall. Ge värden för masstal (x) och atomnummer (y) för varje nuklid. (2 p) x x Ra Rn + e2+ y y 11 x y 6 C B + β+ + ν e Svar: Rn (x=222, y=86), e 2+ (x=4, y=2), B (x=11, y=5)

13 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! Ge strukturformler för huvudprodukten i följande reaktioner. (2 1 p) a) + C C - + b) edanstående tre föreningar kan alla omvandlas till karboxylsyror - hur? Ange reagens och strukturformel för resp. karboxylsyra! Ett eller flera steg behövs och det kan finnas flera sätt. (3 1 p)

14 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! Vilken är den rätta produkten i följande reaktion? (1 p) A B Br Br 2 2 Br Br C Br D Svar: A 21. Varför väljer man att ge vissa läkemedel som prodrugs? (1 p) Svar: För att göra extremt lipidlösliga ämnen vattenlösliga så de löses upp i magtarmkanalen eller för att göra väldigt vattenlösliga ämnen tillräckligt lipidlösliga så att de kan passera cellmembran I bägge fallen ökar biotillgängligheten - framför allt underlättas absoptionen från tarm till blod

15 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! Frågor i anslutning till artikeln An efficient synthesis of 2-alkylpyridines using an alkylation/double decarboxylation strategy (C. Donald & S. Boyd, Tetrahedron Letters 53, , 2012). (Totalt 10 p) I artikeln beskrivs en ny väg för alkylering av pyridin ringen i 2-position, som upnås genom dekarboxylering av pyridyl malonylestrar. Pyridiner har specifika egenskaper som gör dem attraktiva som byggstenar av många läkemedel. Vad kan du säga om pyridins löslighet i vatten och dess benägenhet att genomgå elektrofila aromatiska substitutioner jämfört med bensen, och dess basicitet jämfört med piperidin? Motivera ditt svar!(1.5 p) Svar: more polar/soluble than benzene due to electronegativity difference between and C less active in EAS due to electron deficiency in the ring that is caused by the higher electronegativity of compared to C (ring has a partial positive charge) less basic than piperidine, because the nitrogen is sp 2 -hybridized and thus holds its electrons more tightly 23. För alkyleringen används i artikeln olika alkylbromider. ur kan de syntetiseras? Ge två möjliga vägar/metoder för syntes av alkylhalogenider (haloalkaner). (1 p) Radical halogenation of alkanes, ucleophilic subsitutions of alcohols (with X or SCl 2 ), Cleavage of ethers with Br 24. är man vill brominera alkener i allylisk position (t.e.x för att framställa den bromid som krävs för att tillverka föreningen 6b) är de reaktionsbetingelser som används för brominering av alkaner vanligtvis inte lämpliga. Vad är problemet, och vilken alternativ metod kan användas för att brominera alkener vid den allyliska positionen? (1.5 p) Svar: The high concentrations of Br/Br 2 and high temperatures that are often used in these methods would lead to the addition of Br/Br 2 to the double bond, rather than to allylic bromination. Allylic bromination with BS

16 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! Ge detaljerad mekanism inkl. resonsansstrukturer för omvandlingen av föreningen 5 till förening 6 (Scheme 2). (2.5 p) :B - (C 3 2- ) R Br R + Br + B (C 3 - )

17 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! För omvandlingen av förening 6b till förening 7b, ge detaljerad mekanism för den alkaliska hydrolysreaktion (första reaktionen i Scheme 3) som föregår de båda dekarboxyleringsstegen. (2.5 p) Möjlighet att tjäna 1 extra poäng: ur sker den första dekarboxyleringen? Vilka strukturella förutsättningar måste vara uppfyllda i föreningen som dekarboxyleras och varför? + + same again for hydrolysis of second ester bond Svar: heating of the carboxylic acid is sufficient to achieve decarboxylation if there is a carbonyl group in β position; decarboxylation proceeds via a cyclic transition state cyclic TS R

18 VIKTIGT ATT DU FYLLER I DETTA PÅ SAMTLIGA SIDR SM LÄMAS I! Förväntar du dig att den andra dekarboxyleringen kommer att ske om 4-jodpyridin istället för 2- jodpyridin använts i reaktionen med dietylmalonat (Scheme 2)? Motivera ditt svar. (1 p) o, because no cyclic transitions state as shown in Scheme 4 could be achieved due to the larger distance between the carboxyl group and the ring nitrogen.