KAROLINSKA INSTITUTET Biomedicinprogrammet (Kandidat) TENTAMEN I ALLMÄN OCH ORGANISK KEMI MÅNDAGEN DEN 22 DECEMBER 2008, 08.30-11.00 och 12.00-14.30 Tentamen är uppdelad i två pass med en uppsättning frågor för varje pass. Dessa skrivs under tiderna 08.30-11.00 och 12.00-14.30. Frågorna i denna mapp hör till det första passet och skall inlämnas senast 11.00. OBS! Texta tydligt! Efternamn:... Mappnr:... Förnamn:... Personnr:... Resultatsammanställning: Totalsumma: Resultat: OBS! MYCKET VIKTIGT!! FÖRSE VARJE SIDA MED MAPPNUMMER! 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 48-53.5, C 42-47.5, D 36-41.5, E 30-35.5, F x 20-29.5, F 0-19.5
1. Nedanstående förening är ett viktigt hormon hos växter och har betydelse bl.a. för reproduktion och försvar mot insekter. Besvara följande! (10 0.5 p) a, b, d: ange atomernas hybridisering sp 3, sp 2, sp 3 resp. c, e, f: ange atomens oxidationstal +II, -III, -III resp. g: ange atomens stereokonfiguration S h: ange dubbelbindningens geometriska konfiguration Z i: ringa in den del av molekylen som påverkas vid behandling med NaBH 4 ringketonen j: ringa in den del av molekylen som påverkas vid behandling med HCl/H 2 O peptidbindningen 2. Illustrera med formler den principiella uppbyggnaden av (1+1 p) a. en sekundär alkohol OH R' R'' b. en β-keto ester O O R' O R''
3. Välj rätt eller fel i nedanstående påståenden! (6 0.5 p) a) Syreatomen i vatten kan dela sina fria elektronpar med Rätt Fel väteatomer i kolväten och bilda vätebindningar. b) En racemisk blanding innehåller lika delar av en chiral Rätt Fel och en icke-chiral förening. c) Reaktionshastigheten hos en S N 1 ökar 4 gånger om Rätt Fel man dubblerar koncentrationen för både substrat och nukleofil. d) (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 I undergår E2-elimination snabbare Rätt Fel än (CH 3 ) 2 CHCHICH 3. e) Vid katjonbytes-kromatografi eluerar en positivt laddad Rätt Fel förening efter en neutral förening. f) Cholesterol ger stark UV-absorption. Rätt Fel
4. En mikrobiolog karakteriserade olika antibakteriella föreningar från brunalger och renade bl.a. fram 100 mg av föreningen X med hjälp av högtryckskromatografi. För att strukturbestämma X gjordes följande analyser: a) Några mg sändes för elementaranalys vilket gav molekylformeln C 3 H 4 O 2. b) Masspektrometri gav nedanstående spektrum: c) Resten av X refluxades 5 tim med metanol/saltsyra vilket gav upphov till föreningen Y. Katalytisk hydrogenering av Y gav upphov till föreningen Z, som analyserades med NMR: d) Reduktiv ozonolys (O 3 följd av behandling med NaBH 4 ) utförd på Y gav två produkter. Den med den högsta molekylvikten, föreningen W, gav följande IR- och NMR-spektra:
Vilken är föreningen X (namn och formel), och vilka är föreningarna Y, Z och W? Förklara hur du kommit fram till detta! (5 p)
5. Visa hur två molekyler av α-d-glukopyranos kan reagerar för att bilda en disackarid i vilken sockerenheterna är förenade via en α-1 4 bindning. Vad kallas denna typ av bindning? (2 p) O-glycosidic bond
6. Nedanstående 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 x 1 p)
7. Du skall analysera ett prov innehållande en blandning av tre peptider med hjälp av HPLC teknik. För detta väljer du en så kallad reversed-phase kolonn (dvs principen är adsorptionskromatografi med omvända faser ). Vi tänker oss att peptid A är mest hydrofob av de tre peptiderna och peptid B är mest hydrofil, medan peptid C ligger mitt emellan i polaritet. Vi vet dessutom att alla tre peptiderna har en tyrosin-rest i sin kedja samt att ingen annan aromatisk aminosyra förekommer. Till sist vet vi att peptiderna B och C förekommer i ungefär halva mängden i förhållande till mängden av peptid A. Detektion sker med UV ljus vid 280 nm. a) Beskriv kortfattat principen för denna separationsteknik, dvs hur går det till? (1 p) b) Visa hur kromatogrammet i princip kommer att se ut samt markera topparna med A, B respektive C! (1 p) (a) I en reversed-phase kolonn är den stationära fasen (fasta fasen, partiklarna) hydrofob medan den mobila fasen (vätskefasen) huvudsakligen är hydrofil. Separationen sker alltså efter polaritet och på sådant sätt att hydrofila molekyler eluerar tidigt medan hydrofoba molekyler som har större affinitet till den stationära fasen fördröjs mer och därför eluerar senare. (b) Enligt svaret i (a) kommer peptiderna eluera i ordningen B, C, A. UV-ljus vid 280 nm absorberas huvudsakligen av aromatiska aminosyror i peptiderna och då alla tre endast innehåller var sin tyrosin-rest och ingen annan aromatisk aminosyra, blir detektorutslaget likartat om peptiderna förekommer i samma mängd. Men då det är ungefär hälften så mycket av peptiderna B och C som av peptid A kommer topparna som motsvarar B och C att vara ungefär hälften så stora som toppen för A. 8. Vilka egenskaper måste en substans ha för att vara aromatisk? (2 p) cyclic, planar, each ring atom with a p-orbital perpendicular to the plane of the ring, (4n+2) π electrons (Hückel rule fulfilled)
9. Ge strukturformeln för huvudprodukten i följande reaktioner: (1+1 p) HBr Br Cl 1. Mg, dietyleter 2. O HO 3. H 2 O, H +
10. a) Beräkna ΔG vid standardtillstånd för förbränningen av β-d-glukos med hjälp av tabellvärden nedan. Åt vilket håll är alltså reaktionen spontan vid rumstemperatur? (3 p) C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O(l) Δ f H (kjmol -1 ) S (JK -1 mol -1 ) C 6 H 12 O 6 (s) -1268 212 O 2 (g) 0 205.138 CO 2 (g) -393.51 213.74 H 2 O(l) -285.83 69.91 ΔH = 6*(-393.51) + 6*(-285.83) - (-1268) - 0 = -2808.04 kj/mol ΔS = 6*213.74 + 6*69.91-212 - 6*205.138) = 259.072 J/(K*mol) ΔGº = ΔH - T * ΔS T = 273 + 25 = 298K ΔGº = -2808.04 * 10 3 298 * 259.072 = -2885.24 kj/mol Reaktionen är spontan åt höger. b) Förbränningen av glukos står för en stor del av energiproduktionen i de flesta levande celler och katalyseras av enzymer. Vilken roll spelar enzymerna? Ge en termodynamisk förklaring till detta. (Rita gärna din förklaring.) (1 p) Enzymer agerar som katalysatorer, de stabiliserar transition state/sänker aktiveringsenergin för reaktionen. Större andel av glukosmolekylerna har då tillräckligt med energi för att komma över tröskeln och reaktionen sker mycket snabbare. Utan katalysator Fri energi, G Reaktanter A Med katalysator Aktiveringsenergi, E a ΔG Produkter B Reaktions-koordinat A B
KAROLINSKA INSTITUTET Biomedicinprogrammet (Kandidat) TENTAMEN I ALLMÄN OCH ORGANISK KEMI MÅNDAGEN DEN 22 DECEMBER 2008, 08.30-11.00 och 12.00-14.30 Tentamen är uppdelad i två pass med en uppsättning frågor för varje pass. Dessa skrivs under tiderna 08.30-11.00 och 12.00-14.30. Frågorna i denna mapp hör till det andra passet och skall inlämnas senast 14.30. OBS! Texta tydligt! Efternamn:... Mappnr:... Förnamn:... Personnr:... OBS! MYCKET VIKTIGT!! FÖRSE VARJE SIDA MED MAPPNUMMER! 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 48-53.5, C 42-47.5, D 36-41.5, E 30-35.5, F x 20-29.5, F 0-19.5
11. Man låter 2(E),4(Z),6(E)-oktatrien undergå fotokemisk elektrocyklisk reaktion. Vilken stereokemi får produkten (motivera med orbitaldiagram)? (2 p) 12. Kadmium är en toxisk metall som använts inom många områden, t.ex. som stabilisator och färgpigment samt i batterier och legeringar. a) Nämn två negativa hälsoeffekter av för höga kadmiumintag. b) Nämn två sätt att hålla kadmiumintaget lågt. (1+1 p) a) njurskador, påverkan på skelettet, cancer (främst lungcancer), hormonstörande (fungerar som östrogen), effekter på hjärnans utveckling vid foster/spädbarn (två räcker!) b) inte röka, äta varierad kost, upprätthalla en bra järnstatus, följa rekommendationerna om livsmedel med höga halter (potatis, rotfrukter, grönsaker, spannmålsprodukter, inälvsmat, vissa svampar och skaldjur), använd inte keramikkärl av okänt ursprung för förvaring av livsmedel, sopsortera (t ex NiCd batterier) (två räcker!)
13. Ge strukturformeln för huvudprodukten i följande reaktioner: (1+1 p) O + Cl AlCl 3 O NO 2 NO 2 O O + CH 3 OH (överskott) H + O O + OH 14. Varför väljer man att ge vissa läkemedel som prodrugs? (1 p) Göra helt extremt lipidlösliga ämnen vattenlösliga så de löses upp i mag- och tarmkanalen eller göra väldigt vattenlösliga ämnen tillräckligt lipidlösliga så att de kan passera cellmembran Båda dessa syftar till att öka biotillgängligheten och fram för allt öka absoptionen från tarm till blod 15. Isotop-märkning används för att studera metabolism av nyutvecklade läkemedel. Nämn tre 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. (3 p) mass spectrometry for stable (and radio-)isotopes -based on differences in mass NMR - 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 (either 3 are okay)
16. Vilka produkter bör bildas när du upphettar följande föreningar? Formel på produkterna räcker. (3 1 p) (stereochemistry not required since we do not specifically ask for it) 17. a) Vad innebär Hammond s postulat? b) Varför är BDE-värdena för heterolytisk klyvning c:a dubbelt så stora som BDE för homolytisk klyvning? (BDE=bindningsdissociationsenergi) (1+1 p) a) Transitions state liknar strukturmässigt startmaterialet eller produkten beroende på vilket det energimässigt ligger närmast. b) Vid heterolytisk klyvning krävs både klyvning av den kovalenta bindningen och separation av de olikladdade jonerna.
18. Kromtrioxid (CrO 3 ) används bl.a. för att oxidera sekundära alkoholer till ketoner. Följande frågor gäller oxidationen av 2-propanol. a) Vad kallas denna typ av oxidation och hur utförs den praktiskt? (1 p) b) Redogör för mekanismen. (2 p) c) Ange oxidationstalen för kolatomerna i startmaterialet och produkten. (1 p) 19. I samband med en syntes måste du extrahera produkten med dietyleter för att separera denna från övriga substanser. Vad måste du beakta när du arbetar med dietyleter och vad gör du med resterna efter extraktionen? (1 p) highly flammable keep away from hot plate and open flames can form peroxides explosive! test for peroxides before use remains are left under the fume hood for evaporation
Frågor i anslutning till artikeln The first total synthesis of aplysamine 6, an inhibitor of isoprenylcysteine carboxy methyltransferase (Nisar Ullah, Khaled M. Arafeh, Tetrahedron Letters 50 (2008) 158-160). (Totalt 10 p) Förkortningar: s=singlet, d=dubblett, t=triplet, THF=tetrahydrofuran, DMF=dimetylformamid, r.t.=rumstemperatur 20. Målsättningen med projektet är att hitta en metod för syntes av apsylamine 6. Hur upptäckte man substansen? Hur fungerar den dvs vad gör den? (1p) purification of extracts of the sponge Pseudoceratina sp. inhibits isoprenylcysteine carboxy methyltransferase (an enzyme involved in post-translational modification of proteins that terminate in a CaaX motif) 21. Ange reaktionsmekanism med samtliga intermediärer och resonansstrukturer för omvandlingen av 2 till 3. Förklara varför bromsubstituenten hamnar just i den positionen. (2.5 p) 22. Omvandlingen av 3 till 4 sker i närvaro av pyridin och piperidin. Rita strukturerna för dessa substanser. Vad är deras funktion vid omvandlingen? (1.5 p) solvents, base N Pyridin N H piperidin
23. Ange reaktionsmekanism med samtliga intermediärer och resonansstrukturer för omvandlingen av 3 till 4. (Tips: Den första delreaktionen är en korsad aldol kondensation men behöver inte närvaro av stark bas för deprotonering av α-kolet i en av reaktanterna darför att detta är flankerat av två aktiverande grupper.) (3 p) 24. Vilken typ av reaktion representerar omvandlingen av 10 till 11? Förklara! (1 p) Substitution, S N 2 (primary alkyl halide, OH bond in phenol easily broken to generate phenoxides) 25. Vilken grupp ger upphov till en singlet vid 3.86 som kan observeras i 1 H NMR spektrum för förening 10 (se References and Notes 10)? (1 p) methoxy group