TENTAMEN I ALLMÄN OCH ORGANISK KEMI

Transkript

1 KALINSKA INSTITUTET Biomedicinprogrammet (Kandidat) TENTAMEN I ALLMÄN C GANISK KEMI TISDAGEN DEN 30 MAS 2010, och Tentamen är uppdelad i två pass med en uppsättning frågor för varje pass. Dessa skrivs under tiderna och Frågorna i denna mapp hör till det första passet (sidor 1-7) och skall inlämnas senast BS! Texta tydligt! Kontrollera att alla sidor är med! Efternamn:... Mappnr:... Förnamn:... Personnr:... esultatsammanställning: Totalsumma: esultat: BS! MYCKET VIKTIGT!! FÖSE VAJE SIDA MED MAPPNUMME! 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, kalkylator. Betyg (preliminär poäng): A 54-60, B , C , D , E , F x , F

2 1. Nedanstående förening är ett viktigt antibakteriellt läkemedel. Besvara följande frågor som rör föreningen: (6 0.5 p) a) Ange hybridiseringstyp för atomerna a, b, c. sp 2, sp 3, sp 3 b) Ange oxidationstalet för atomerna a, d, e. I, +III, +III d) Vilken konfiguration har kolatomen f enl. /S-systemet (Cahn-Ingold-Prelog)? S e) Markera rätt svar: Föreningen är ett/en modifierad socker/nukleotid/lipid/peptid. peptid f) Vad kallas den form av 4-ringen som ingår i strukturen? laktam g) Markera bindningen/bindningar i molekylen som påverkas vid behandling med Cl/ 2. amidbindningar a b c d f e 2. ita strukturformler som visar den principiella uppbyggnaden hos följande föreningar: (4 0.5 p) a) α-aminosyra 2 N C b) eter ' 2 C c) ketotrios 2 C d) ester ' 2

3 3. Definiera följande begrepp: a) geometrisk isomer, b) resonansenergi, c) elektronegativitet (3 1 p) a) Also cis-trans isomers: stereoisomers that differ by groups being on the same side or on opposite sides of a site of rigidity in a molecule; occurs in alkenes and cyclic compounds; have different physical properties; b) Sänkning av energiinnehållet hos t.ex. en aromatisk förening beroende på den stabilisering som överlappande π-orbitalerna medför. c) Intrinsic ability of an atom to attract the shared electrons in a covalent bond 4. Beskriv hur man praktiskt kan gå tillväga för att separera anilin, salicylsyra och benzoesyra etylester från varandra medelst extraktion? (3 p) The mix is dissolved in an organic solvent (e.g. heptan/ethylacetate 1:1) and transferred to a separatory funnel. 1. Extraction with dilute Na or NaC 3 to deprotonate/ionize the acid, which moves it to the water phase ( the water phase is then made acidic and extracted with ether ether solution of the salicylic acid) 2. Extraction with aqueous acid (e.g. Cl) to protonate/ionize the base, which moves it to the water phase ( the water phase is then made basic and extracted with ether ether solution of aniline) 3. The remaining organic phase contains the benzoic acid ethyl ester 4. (otary evaporation of all three ether phases and distillation or recrystallization of the 3 compounds.) 3

4 5. Förutsäg de organiska huvudprodukterna i följande reaktioner. Ge strukturformel och förklara varför just denna produkt dominerar: (2 + 2 p) a) + elimination of 2, proton eliminated from carbon next to ring so that the newly formed double bond is in conjugation with the ring system b) C 3 C 2 + (C 3 ) 3 N C 3 C 2 + (C 3 ) 3 N Acetic acid is an acid, that can donate protons/accept electrons. Trimethylamine is a base, it has unshared electrons that can be donated to form a covalent bond with the proton. The equlibrium of the reaction is on the right side. 6. Beräkna ΔG vid rumstemperatur när eten reagerar med vatten. Använd tabellvärden nedan. Är reaktionen spontan vid rumstemperatur och i så fall åt vilket håll? (3 p) 2 C=C 2 (g) + 2 (l) C 3 C 2 (l) Δ f (kjmol -1 ) S (JK -1 mol -1 ) 2 C=C 2 (g) (l) C 3 C 2 (l) Δ = ( kj/mol) - ( kj/mol) 52.5 kj/mol = kj/mol ΔS = J/(Kmol) J/(Kmol) 69.9 J/(Kmol) = J/(K*mol) ΔGº = Δ - T * ΔS T = K ΔGº = * 10 3 J/mol 298 K J/(Kmol) = J/mol = -5.2 kj/mol eaktionen är spontan åt höger. 4

5 5 Mappnr: Vad menas med reduktiv aminering? Visa ett exempel med två trekolföreningar. (3 p) mvandling av en aldehyd eller keton till en amin i närvaro av vätgas + katalysator. Den primärt bildade iminen reduceras direkt till amin. 8. Cellobios är trivialnamnet för disackariden β-d-glukopyranosyl-(1 4)-β-D-glukopyranos. ita strukturformeln av cellobios i aworth projektion och ge en detaljerad mekanism (inkl. resonansstrukturer) för syrakatalyserad syntes av cellobios från respektive monosackarider. (4 p) B C B C C C C C - 2 -B

6 9. En biomedicinare erhöll föreningen X som biprodukt i en organisk syntes och fann den värd att karakterisera närmare. on gjorde därför följande analyser: a) Några mg sändes för elementaranalys vilket gav molekylformeln C 4 7 Br 2. b) Ett masspektrum registrerades: [ 3 C-C-CC 3 ] + [C 3 ] + [CC 3 ] + [ 3 C-CBr] + ( 79 Br and 81 Br) M + c) Ett 1 -NM-spektrum registrerades också: Br d) 5 mg refluxades med 10% Na i 3 timmar. Därefter surgjordes och extraherades med eter. Efter indunstning av etern återstod föreningen Y. Dess spektra registrerades inte, utan provet oxiderades direkt med 1 ekv. Jones reagens. Efter upparbetning erhölls föreningen Z med molekylformeln C Nedan visas masspektrum och 1 -NM-spektrum för Z. 6

7 + [C 3 -C=] (43) [C 3 ] + M + (88) tre Vilken är föreningen X, och vilka är föreningarna Y och Z? Ge namn och strukturformel för alla föreningar och förklara hur du kommit fram till detta! (5 p). X: 3 C-CBr-CC 3-2-bromopropanoic acid methyl ester Y: 3 C-C-C - 2-hydroxy-propanoic acid= lactic acid Z: 3 C-C-C - 2-oxo-propanoic acid= pyruvic acid efluxing X with Na leads to ester hydrolysis as well as substitution of Br by. xidation with Jones reagent transforms the secondary alcohol to the ketone. 7

8 KALINSKA INSTITUTET Biomedicinprogrammet (Kandidat) TENTAMEN I ALLMÄN C GANISK KEMI TISDAGEN DEN 30 MAS 2010, och Tentamen är uppdelad i två pass med en uppsättning frågor för varje pass. Dessa skrivs under tiderna och Frågorna i denna mapp hör till det andra passet (sidor 8-15) och skall inlämnas senast BS! Texta tydligt! Kontrollera att alla sidor är med! Efternamn:... Mappnr:... Förnamn:... Personnr:... BS! MYCKET VIKTIGT!! FÖSE VAJE SIDA MED MAPPNUMME! 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, kalkylator. Betyg (preliminär poäng): A 54-60, B , C , D , E , F x , F

9 10. Ge reagens/betingelser för följande reaktioner. Flera steg kan vara nödvändiga. (2 2 p) a) (1) värme/heat (2) 2 /Pt b) (1) 3 (2) Zn/ Förutsäg de organiska huvudprodukterna i följande reaktioner. Ge strukturformler. (4 1 p) a) I I b) 2 N N N 3 / 2 S 4 N 2 2 c) C 3 C 2, + d) 2 C 3 C 2 C 2 C - 9

10 12. Vilken eller vilka av nedanstående föreningar är inte aromatiska? Förklara! (2 p) A B C D N E A and B: do not fulfill the ueckel rule of having (4n+2) π-electrons 13. edogör för fri-radikal-klorinering av metan. Nämn och visa med formler vad som händer vid respektive reaktionsfas. (3 p) 10

11 14. ur skulle du gå tillväga för att framställa heptansyra (heptanoic acid) med hjälp av malonestersyntes? Ge reaktionsmekanismen. (3 p) (1) Na +- Et C 3 C 2 C 2 C 2 C 2 Br + C 2 (C 2 C 2 C 3 ) 2 C 3 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C (2) 3 +, heat 11

12 15. Du har fått stänk i ögonen när du kokar en 1 M Na-lösning. Vad gör du och varför? (1 p) Spolar omedelbart med stora mängder vatten, helst ögondusch, i minst 15 min. Kontaktar akuten och åker dit. isk för frätskador på hornhinnan. 16. Ett preparat märkt med 11 C injiceras i en patient. Vilken strålning kan då uppmätas utanför kroppen? Vilken klinisk användning har detta? (1 p) gamma rays can be detected outside the body ( 11 C emits positrons (β+), which do not travel very far in the body until they encounter electrons and become annihilated under release of gamma radiation); PET scan 17. Såkallade ADME-studier ingår som en integrerad del i läkemedelsupptäcktprocessen. Vad är det som undersöks, eller med andra ord, vad står förkortningen ADME för? (2 p) absorption, distribution, metabolism and elimination of the drug 12

13 Frågor i anslutning till artikeln A simple and efficient total synthesis of (±)-danshexinkun A, a bioactive diterpenoid from Salvia miltiorrhiza (F.M. Moghaddam & M.M. Farimani, Tetrahedron Letters 51, , 2010). (Totalt 10 p) Förkortningar: p-tsa= para-toluen sulfonsyra, s= singlett, d=dublett, t=triplett 18. Artikeln beskriver en enkel och effektiv metod för framställning av danshexinkun A, men det är inte första gången som syntes av föreningen rapporteras. Vem syntetiserade föreningen först och i vilket år? (1 p) Danheiser,.L., Casebier, D.S., Loebach, J. (1992) 19. ita strukturen av -isomeren av förening 1. Markera kirala kolet med asterisk och förtydliga stereokemin! (1 p) 3 C * 20. mvandlingen av förening 9 till 10 leder till en anti-markovnikov additionsprodukt. Varför? Förklara! (1 p) The actual reactant is borane B 3, in which the hydride ions represent the electronegative portions of the molecule. ence they become bonded to the more substituted carbon, while the boron atom is simultaneously attached to the less substituted carbon (steric hindrance also plays a role). After attachement of three alkenes to one borane, the resulting organoborane is oxidized to yield alcohols. 13

14 21. Ge reaktionsmekanismen i detalj (intermediärer, resonansstrukturer, protonerings- och deprotoneringssteg) för omvandling av förening 6 till 7. (3 p) 22. mvandlingen av förening 7 till 8 sker i flera steg. ita strukturformeln för intermediären som bildas efter första steget när 1 mol av förening 7 reagerar med endast 1 mol metylmagnesiumjodid. (1 p). Me C 3 Me 14

15 23. Vilken typ av reaktion utgör omvandlingen av förening 13 till 14, och vilken mekanism följer den? ita energidiagram för reaktionen och placera in de olika komponenterna (tex. reaktanter, intermediärer). (1 p) Nucleophilic substitution, The compound is a primary alcohol, which would make an S N 2 mechanism S N 2 more likely. owever, the direct neighborhood to the aromatic ring leads to resonance stabilization of the carbocation in case a S N 1 S N 1 mechanism is followed. Both answered (with the correct corresponding energy profile) are accepted as correct. 24. Vid 1 -NM analysen av förening 7 registrerades ett spektrum med fyra toppar: δ 3.83 (6, singlett), 3.93 (3, singlett), 6.57 (2, dublett), 7.35 (1, triplett). Använd strukturformeln nedan och markera vilka delar av molekylen som ger upphov till de olika topparna. (2 p) 6.57 (2, d) Me Me 3.93 (3, s) Me 7.35 (1, t) 3.83 (6, s) 15