TENTAMEN I ALLMÄN OCH ORGANISK KEMI

Transkript

1 KALINSKA INSTITUTET Biomedicinprogrammet (Kandidat) TENTAMEN I ALLMÄN GANISK KEMI TISDAGEN DEN 3 APIL 2012, och Tentamen är uppdelad i två pass med en uppsättning frågor för varje pass. Dessa skrivs under tiderna och rågorna i mapp hör till det första passet (sidor 1-7) och skall inlämnas senast BS! Texta tydligt! Efternamn:... Mappnr:... örnamn:... Personnr:... esultatsammanställning: Totalsumma: esultat: BS! MYKET VIKTIGT!! ÖSE 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, enkel kalkylator. Betyg (preliminär poäng): A 54-60, B , , D , E , x ,

2 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! 1 1. Nedanstående förening är oseltamivir, ett antiviralt läkemedel. Det marknadsförs under namnet tamiflu och har använts för att behandla och förhindra influensa A-och B-virusinfektion sedan Besvara följande frågor som rör föreningen: (3 1 p (b,c,g) p (a,d-f)) a) Ange bindningsvinklar för atomen a? ~109.5 b) Ange oxidationstal för atomerna b, c, d. 0, +III, -III c) Ange hybridiseringstyp för atomerna e och f. sp 2, sp 3 d) Vilken konfiguration har kolatomen g enl. /S-systemet (ahn-ingold-prelog)? S e) ur många bindningar i föreningen kan klyvas genom sur hydrolys vid höjd temperatur? 2 f) Är föreningen en lakton? (J/N) N g) seltamivir är ett så kallat proläkemedel (prodrug). Definiera begreppet prodrug. a e b c d f N N 2 g A prodrug is a (relatively) inactive form of a drug. It is converted into its active form by metabolic process after uptake into the body. 2. ita strukturformler som visar den principiella uppbyggnaden av: (4 0.5 p) a) en phenyleter b) en aldehyd c) ett diazoniumsalt X N N d) en hemiketal '' '

3 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! 2 3. Bestäm huruvida de två strukturerna i vart och ett av de följande paren representerar strukturisomerer, stereoisomerer eller olika konformationer av samma förening. (4 0.5 p) a) and different conformations and b) structural isomers c) stereoisomers and d) and stereoisomers 3 4. Stryk under de föreningar som är dipoler. (2 p) cis-1,2-dibrometen koldioxid butanol dietyleter diklormetan B 3

4 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! 3 5. edogör hur du framställer (E)-2-metyl-2-pentenal från en förening som har 3 kolatomer. ormler behövs inte. (2 p) Aldol condensation of propanal with diluted Na. Increased temperature has to be used to ensure dehydration of the initially formed aldol to the desired product. 6. Vad innebär Saytzeffs regel? örklara. (1 p) In elimination reactions, the alkene with the greatest number of alkyl groups on the doubly bonded carbon atoms predominates in the product mixture (goes via the lower-energy transitions state and thus proceeds faster). 7. Ange reagens för följande omvandlingar. m flera reagens behövs ange i vilken ordning de tillsätts. (2 2 p) a) b) a = 1. KMn 4, +, 2 (or Jones reagent, or Tollens reagent), 2. +, 3 b = 1. 3, 2. Zn, +

5 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! 4 8. ör en okänd halogenerad förening med molekylformeln 4 7 X 2 registreras följande mass-, 1 -NM- och I-spektra. Vilken är den okända föreningen? Ge namn och formel och motivera ditt svar! (3 p) D A B topp lista: A triplet, 3 B quintet, 2 triplet, 1 D (12.2 ppm) singlet, 1

6 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! 5 2-bromo butyric acid

7 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! 6 9. rdna följande föreningar efter ökande syrastyrka (svagaste syra först!). (2 p) bensoesyra, p-metoxybensoesyra, p-klorobensoesyra, p-nitrobensoesyra p-metoxybensoesyra < bensoesyra < p-klorobensoesyra < p-nitrobensoesyra 10. ita mekanism inkl. resonansstrukturer samt reaktionskoordinatdiagram för nitrering av bensen. Vilken är den egentligen elektrofilen och vilka reagens behövs för att bilda den? Vad kallas den intermediär som erhålls då elektrofilen attackerat bensenringen? ita in intermediär i reaktionskoordinatdiagrammet. (3 p) The electrophile is the nitronium ion N 2 + which is formed from N 3 and 2 S 4. N 2 N 2 N 2 N 2 N 2 an arenium ion G benzene + nitric acid nitrobenzene

8 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! Ge strukturformler för huvudprodukten i följande reaktioner. (4 1 p) a) 2 N i / in 2 3 N b) /Ni 2 N N c) Br Na +- S 3 i/in 3 N S (1) Mg i/in d) Br (2) (3) + / 2

9 KALINSKA INSTITUTET Biomedicinprogrammet (Kandidat) TENTAMEN I ALLMÄN GANISK KEMI TISDAGEN DEN 3 APIL 2012, och Tentamen är uppdelad i två pass med en uppsättning frågor för varje pass. Dessa skrivs under tiderna och rågorna i mapp hör till det andra passet (sidor 8-14) och skall inlämnas senast BS! Texta tydligt! Efternamn:... Mappnr:... örnamn:... Personnr:... BS! MYKET VIKTIGT!! ÖSE 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, enkel kalkylator. Betyg (preliminär poäng): A 54-60, B , , D , E , x ,

10 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! Namnge 1, 2 och 3 i nedanstående figur och beskriv vad de innebär. (3 p) Wikipedia source: 1) Övergångstillståndet eller det aktiverade komplexet beskriver det tillstånd under ett reaktionsförlopp där molekylerna har den högst energinivån 2) Aktiveringsenergin beskriver den mängd energi som måste tillföras för att en reaktion ska initieras 3) Närvaron av en katalysator innebär att aktiveringsenergin för initieringen av en reaktion minskas, däremot är energiskillnaden mellan reaktanter och produkter densamma 13. Vilka krav ställs för aromaticitet? Är cyklooktatetraen aromatisk? Motivera! (2 p) Krav: Bindande orbitaler fyllda, cyklisk, plan, parallella p-orbitaler, 4n+2 π-elektroner (n heltal). Nej, 8 π-elektroner, ej plan.

11 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! mkristallisering är en vanlig metod för att rena upp fasta produkter i labbet. Beskriv kortfattat hur det utförs vilka är huvudstegen? ur avgör du om produkten är ren? (2.5 p) Lös i minsta möjliga mängd varmt lösningsmedel. Varmfiltrera för att bli av med olösliga kontaminationer. Låt svalna långsamt, för att kristallisera ämnet. Vakuumfiltrera. Torka kristallerna i desiccator. heck purity via melting point determination. A narrow melting interval (within a range of 1 around the expected temperature) indicates purity. 15. ita aworthprojektionen för disackariden i vilken två molekyler D-glucopyranos är sammanbundna genom en α1 6-glykosidisk bindning. (2 p) 2 2 both anomeric forms can be drawn (but β-anomer more likely)

12 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! Ge strukturformler för huvudprodukten i följande reaktioner. (6 1 p) a) S 4 b) c) + l All 3 + d) Br Br + e) + ättiksyraanhydrid / acetic acid anhydride f)

13 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! ör att få släppas ut på marknaden ska kemiska produkter vara klassificerade och märkta. Klassificeringen ska baseras på kemikaliens eller produktens inneboende egenskaper kemisk/fysikaliska, toxikologiska och ekotoxikologiska egenskaper. Nämn tre hälsofarliga egenskaper som ska bedömas. (1.5 p) cancerframkallande, mutagent, reproduktionstoxiskt, allergiframkallande, frätande, irriterande, dödligt. 18. Isotop-märkning används för att studera metabolism av nyutvecklade läkemedel. Nämn två metoder för detektion av isotop-märkta metaboliter och förklara vilken typ av isotop som kan detekteras med metoden, dvs ange vilken egenskap hos isotopen som utnyttjas. (2 p) mass spectrometry for stable (and radio-)isotopes -based on differences in mass NM - for stable (and radio-)isotopes with odd number of nucleons or protons based on differences in magnetic spin Ionization chamber radioisotopes based on radiation Scintillation counter radioisotopes based on radiation Track detectors radioisotopes based on radiation Autoradiography radioisotopes based on radiation (any 2 of the above are okay) 19. Du har extraherat en vattenlösning med etylacetat. Beskriv hur du gör för att ta bort det lösta vattnet ur etylacetatfasen. (1 p) add a solid inorganic drying agent to the ethylacetate phase (e.g. Na 2 S 4 ), let the solution stand for a period of time (> 15 min), filter away the drying agent

14 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! 12 rågor i anslutning till artikeln A straightforward approach towards α-amino-β-keto esters via acylation of chelated amino acid ester enolates (K. Schultz, L. Stief & U. Kazmaier, Synthesis 44, , 2012). (Totalt 10 p) 20. I artikeln beskrivs ett enkelt och direkt tillvägagångssätt för syntes av α-amino-β-ketoestrar. Den rapporterade reaktionen liknar en laisen-ester-kondensationsreaktion. Vilka är de viktigaste mekanistiska stegen i en laisen-kondensation (beskriv, gärna med formler) och vilken är den största skillnaden jämfört med reaktionen i artikeln? (2 p) Möjlighet att tjäna 1 extra poäng: Vilken funktion har zinkjonerna som tillsätts i reaktionen? 1. formation of the resonance stabilized enolate = acid-base reaction (abstraction of an α- by a strong base that does not hydrolyse the ester function) 2. Nucleophilic attack of the nucleophilic enolate carbon on the carbonyl carbon of a second ester molecule = carbonyl addition 3. elimination of major difference: the nucleophilic attack occurs at the carbonyl carbon of an acid chloride instead of an ester, l- (l) is eliminated instead of an alcohol function of the Zn ions: stabilization of the enolate by coordination (chelation) of the negatively charged groups 21. örfattarna undersökte inverkan av ett antal reaktionsparametrar på produktutbyte och reaktionsspecificitet (dvs förekomst av sidoreaktioner). Vilken faktor visade starkast inflytande, och vilken/vilka gjorde ingen stor skillnad? (1 p) utilization of more sterically hindered, strong bases increased the product yield without increasing the occurrence of side reactions Little influence of the type of group protecting for ester and amine function, and little influence of the type of acyl halide

15 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! Användning av alifatiska istället av aromatiska syrahalogenider leder under basiska betingelser till bildning av olika biprodukter, såsom ketener. Ketener har den nedan visade allmänna strukturen. öreslå en mekanism för hur en keten kan bildas från den syrahalogenid som förväntades för att framställa produkt 13 (se Table 2). Vilken typ av reaktion är det, och vilka strukturella och elektroniska egenskaper hos syrahalogeniden gör att reaktionen sker lätt? (2.5 p) elimination reaction the direct neighborhood of the carbonyl function increases the acidity of the α-hydrogens, which can be abstracted by the strong bases used in reaction a chloride ion is a weak base and therefore a good leaving group B l 23. Produktidentiteten kontrollerades bland annat med hjälp av 1 NM. Vilken eller vilka av topparna i 1 -NM-spektrat för produkt 5 kan hänföras till protonerna i den -skyddande (= syreskyddande) gruppen? (1 p) peak at δ=1.30 (s, 9 )

16 VIKTIGT ATT DU YLLE I DETTA PÅ SAMTLIGA SID SM LÄMNAS IN! örfattarna anger att ytterligare modifieringar av β-ketogruppen krävs innan de skyddande grupperna kan avlägsnas, eftersom de oskyddade reaktionsprodukterna är instabila. Till exempel, β-keto-α-aminosyror utan skyddsgrupp för karboxylen undergår dekarboxylering till α-aminoketoner. m man genom syrabehandling vill ta bort den -skyddande gruppen i produkt 5 (se Table 1) sker därför esterhydrolys följd av dekarboxylering. Ge detaljerad mekanism för dessa två steg, inkl. resonansstrukturer och alla protonerings- och deprotoneringssteg. (3.5 p) Möjlighet att tjäna 1 extra poäng: Indikera elektronförflyttningar som leder till bildningen av det cykliska övergångstillståndet för dekarboxyleringsreaktionen. = N '= ' + 2 ' - ' ' ' - - ' - 2 N N N