Opgave 4:  Aromastoffer i bananer

Bananer betegnes i dagligdagen som frugter, men er botanisk set bær. Bananer importeres blandt andet fra Columbia og Ecuador. Bananerne høstes i umoden grøn tilstand. De modnes senere i lufttætte rum fyldt med ethen. Under modningsprocessen omdannes stivelse til glucose og fructose.

Et aromastof A findes i bananer. Stof A undersøges i et laboratorium med 2,4-dinitrophenylhydrazin og oxidationsmidlet permanganat, MnO₄^-, i sur opløsning. 

Når permanganat virker som oxidationsmiddel i sur opløsning, omdannes det til Mn²⁺. Herved affarves den rødviolette opløsning.

Undersøgelsen er vist i filmen nedenfor.

a)

Gør rede for, hvilken stofklasse aromastoffet A indeholder.

Nedenfor ses to andre aromastoffer, som findes i bananer.

Figur 4.1

I figur 4.2 og figur 4.3 ses to IR-spektre for stofferne B og C.

Figur 4.2

Se forstørrelse af spektret i figur 4.2.

Figur 4.3

Se forstørrelse af spektret i figur 4.3. 

b)

Gør rede for, hvordan stofferne B og C kan tilordnes IR-spektrene, idet absorptionsbånd over 1500 cm-1 inddrages.

Duften og smagen af bananer tilskrives især esteren B med det systematiske navn 3-methylbutyl(ethanoat). Denne ester er også et honningbi-feromon, som bierne anvender i kommunikation med hinanden. Duftstoffet anvendes også til at teste respiratorer og gasmasker.

Esteren 3-methylbutyl(ethanoat) kan fremstilles ved reaktionerne vist i figur 4.4. Syntesen gennemføres med hexan som opløsningsmiddel.
3-methylbutan-1-ol og ethansyreanhydrid tilsættes hexan, og reaktionen starter, når enzymet Novozymes 435 tilsættes. 

Figur 4.4

I figur 4.5 ses, hvordan koncentrationerne af stofferne, som indgår i reaktionerne i figur 4.4, ændrer sig i tiden efter enzymet er tilsat.

Figur 4.5.

c)

Forklar forløbet af grafen for koncentrationen af ethansyre i reaktionsblandingen. Inddrag figur 4.4 og 4.5.

Opgave 3:  Hydrogenselenid

Stoffet hydrogenselenid, H2Se, anvendes blandt andet til doping af halvledere med selen og til fremstilling af optiske materialer til IR-spektrometre. Stoffet lugter værre og er mere giftigt end den tilsvarende svovlforbindelse, hydrogensulfid, H2S.

Selen kan fremstilles ved reaktionen vist i figur 3.1.

2 H₂Se(aq) + SO₂(aq) ⇌ 2 H₂O(l) + 2 Se(s) + S(s)

Figur 3.1

a)

Gør rede for, at reaktionen vist i figur 3.1 er en redoxreaktion.

Hydrogenselenid H₂Se er en monohydron syre med pK_s 3,89 ved 25 °C.
I en mættet vandig opløsning af hydrogenselenid er koncentrationen 0,086 m.

b)

Beregn pH i den mættede vandige opløsning af hydrogenselenid ved 25 °C.

Når hydrogenselenid ledes ind i en lukket beholder ved temperaturer omkring 600 °C indstiller ligevægten i figur 3.2 sig.

H₂Se(g) ⇌ H₂(g) + Se(l)

Figur 3.2

Ligevægtskonstanten for reaktionen i figur 3.2 er bestemt ved forskellige temperaturer, og sammenhængen er vist i figur 3.3. 

	Figur 3.3

c)

Bestem ΔH° og ΔS° for reaktionen i figur 3.2 ved hjælp af grafen i figur 3.3. Gør rede for, om ligevægtskonstanten bliver større eller mindre, hvis temperaturen sænkes.

En lukket, tom beholder med volumenet 1,5 L tilføres 2,7 g hydrogenselenid, hvorefter reaktionen i figur 3.2 forløber. På et bestemt tidspunkt efter reaktionens start er partialtrykket af dihydrogen i beholderen 0,43 bar. Under hele reaktionen fastholdes temperaturen i beholderen ved 580 °C.

d)

Gør rede for, om reaktionen er spontan på det tidspunkt, hvor dihydrogens partialtryk er 0,43 bar.

Opgave 2:  Lokalbedøvelse hos tandlægen

Et besøg hos tandlægen kan betyde, at man skal bedøves. Ved lokalbedøvelse kan tandlægen benytte stoffet prilocain. Hvis bedøvelsen skal virke i længere tid, indgives det sammen med et hormonlignende stof, hvorved prilocain optages langsommere i blodet.

Strukturen for prilocain er vist i figur 2.1.

	prilocain Figur 2.1

a)

Marker de funktionelle grupper i prilocain, og angiv de tilhørende stofklasser.

Prilocain er ikke umiddelbart egnet til smertebehandling over længere tid, da stoffet relativt hurtigt nedbrydes i kroppen. Derfor undersøger danske forskere, om det er muligt at udvikle et stof, som langsomt omdannes til prilocain i kroppen - et såkaldt prodrug. Et muligt prodrug for prilocain er stof B. Reaktionsskemaet for hydrolysen af B til prilocain er vist i figur 2.2.

	Figur 2.2

Koncentrationen af stof B blev bestemt som funktion af tiden. Resultaterne er vist i figur 2.3.

	Figur 2.3

b)

Bestem halveringstiden for omdannelsen af stof B til prilocain. Inddrag grafen i figur 2.3.

Indholdet af prilocain i en blodprøve kan bestemmes ved en spektrofotometrisk analyse. Prilocain ekstraheres fra blodprøven over i en opløsning, som kaldes prøveopløsningen.

Der fremstilles en række standardopløsninger af prilocain. Standardopløsningernes og prøveopløsningens absorbans måles ved bølgelængden 230 nm og en kuvettebredde på 1,00 cm. Data er givet i excelfilen nedenfor.

Excelfil_data spektrofotometrisk analyse

  

c)

Gør rede for, at målingerne på standardopløsninger i et afgrænset koncentrationsområde følger Lambert-Beers lov. Bestem koncentrationen af prilocain i prøveopløsningen.

Et andet lokalbedøvelsesmiddel, D, hvis struktur minder om strukturen for prilocain, er vist i figur 2.4.

	D Figur 2.4

Molekylformlen for D er C₁₄H₂₂N₂O, og X indeholder en tertiær aminogruppe.
I figur 2.5 ses et ¹H-NMR-spektrum for D. Spektrometerfrekvensen er 150 MHz.

	Figur 2.5

Se forstørrelse af spektret i figur 2.5.

d)

Bestem strukturformlen for D. Inddrag integralforhold, kemiske skift og koblingsmønstre, idet signaler i spektret tilordnes stoffets strukturformel.

Opgave 1:  Remdesivir til behandling af COVID-19-patienter

Remdesivir er et lægemiddel til behandling af virusinfektioner. Stoffet virker som en enzymhæmmer for virus-RNA-kopiering. Remdesivir benyttes i dag blandt andet ved behandling af patienter med COVID-19.

I figur 1.1 ses strukturformlen for remdesivir.

	M = 602,59 g/mol Figur 1.1

Remdesivir sprøjtes direkte ind i blodet. En ampul med 0,020 L injektionsvæske indeholder 0,100 g remdesivir.

a)

Beregn den formelle stofmængdekoncentration af remdesivir i injektionsvæsken.

I figur 1.2 ses et reaktionsforløb for fremstilling af remdesivir.

	Figur 1.2

Tegnefiler for reaktion 1 findes nedenfor.

MarvinSketchfil Figur 1.2 reaktion 1
ChemSketchfil Figur 1.2 reaktion 1

b)

Angiv reaktionstype for reaktion 1. Færdiggør reaktionsskemaet for reaktion 1.

I et laboratorium fremstilles remdesivir ved reaktionsforløbet vist i figur 1.2.
Der anvendes 15,0 g A og 20,0 g B. Alle andre stoffer bliver tilsat i overskud. Der fremstilles 13,7 g remdesivir.
A, B og remdesivir indgår i reaktionsforløbet vist i figur 1.2 i stofmængdeforholdet 1:1:1.

c)

Beregn udbyttet af remdesivir i procent af det teoretisk mulige.

Omdannelsen af remdesivir i blodet er endnu ikke helt klarlagt, men det vides, at stoffet omdannes til et stof D, som ikke har syre-baseegenskaber. Strukturen af D er vist i figur 1.3.

	D Figur 1.3

Remdesivir er en meget svag syre med en pK_s-værdi på 10,23. Hydronen afgives fra det N-atom, der er bundet til P-atomet. Syre-baseligevægten er vist i figur 1.4.

syreform

baseform

Figur 1.4

Med henblik på at analysere en patients blod i tiden efter injektion af remdesivir, kan HPLC anvendes.
Princippet i HPLC-analysen er, at en lille portion blodprøve føres igennem en kolonne af en væske under tryk. Kolonnen er således den stationære fase, og væsken er den mobile fase. Molekylerne kommer ud af kolonnen til forskellige tider, kaldet retentionstider. Der udskrives et chromatogram, hvor retentionstiden er angivet på 1. aksen.

I figur 1.5 ses chromatogrammet fra en prøve med remdesivir og stof D.

	Figur 1.5

Kolonnen er upolær. Den mobile fase er en vandig opløsning med pH 3,0.

d)

Forklar, hvorfor remdesivir har længere retentionstid end D ved HPLC-analysen. Inddrag stoffernes struktur og syre-baseegenskaber.

Vejledning

Prøven Opgavesættet består af 4 opgaver med i alt 15 delopgaver. Følgende hjælpemidler forudsættes: DATABOG fysik kemi (F&K Forlaget), 11. udgave (2007) eller senere udgave. Opgavebesvarelsen Din opgavebesvarelse skal afleveres i et samlet dokument, gemt i pdf-format. Bedømmelse Ved den skriftlige prøve lægges der vægt på din evne til at: - anvende fagets viden og metoder til behandling af kemiske problemstillinger - gøre iagttagelser og analysere eksperimentelt arbejde, samt efterbehandle og vurdere resultater herfra - gennemføre og præsentere relevante beregninger med korrekt brug af fagsprog - benytte relevante matematiske modeller, metoder og repræsentationsformer - benytte fagspecifikke digitale værktøjer hensigtsmæssigt - dokumentere anvendte informationer fra forskellige kilder - udtrykke sig skriftligt, således at tankegangen fremstår struktureret og tydelig. Der gives en karakter på baggrund af en helhedsvurdering.