TERVEYDEN BIOTIETEIDEN Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA. Kemian kuulustelu klo 12.

Transkriptio

1 TERVEYDEN BIOTIETEIDEN Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA Kemian kuulustelu klo YLEISET OHJEET 1. Tarkista, että saamassasi tehtävänipussa on sivut Paperinippua ei saa purkaa. Mitään papereita ei saa viedä mukanaan. Koe koostuu kahdesta osasta: OSA 1: 9 kpl valintatehtäviä OSA 2: 6 kpl tuottamistehtäviä Tehtäviin vastataan tehtäväryhmien alussa annettujen ohjeiden mukaan. 2. Kirjoita selvästi nimesi ja muut henkilötietosi sille varattuun tilaan kansilehdellä 1 sekä sivulla 3. Kirjoita nimesi myös muiden sivujen yläreunaan. Nimen kirjoittaminen on tärkeää oman oikeusturvasi kannalta. 3. Kokeesta saa poistua aikaisintaan klo 13:00. (vastausaika tasan 2 h) 4. Valintakokeessa saa käyttää vain matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan valintaperusteissa mainittuja apuvälineitä (laskimet jne). Tehtävien ratkaisussa saatat tarvita sivulla 2 olevaa jaksollisen järjestelmän taulukkoa sekä seuraavia vakioita: Avogadron vakio N A = 6,022 x mol -1 Yleinen kaasuvakio R = 8,31 J K -1 mol -1 = 0,0831 bar dm 3 mol -1 K -1 Faradayn vakio F = As mol -1 Ideaalikaasun moolitilavuus (NTP) V m = 22,4 dm 3 mol -1 Normaaliolosuhteet (NTP): T o = 273,15 K; p o = 101,3 kpa = 1,013 bar 1

2 2

3 TERVEYDEN BIOTIETEIDEN Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: Vastaussivu VASTAUSRUUDUKKO OSA 1: tehtävä 1 tehtävä 2 tehtävä 3 a b c d e a b c d e a b c d e tehtävä 4 tehtävä 5 tehtävä 6 a b c d e a b c d e a b c d e tehtävä 7 tehtävä 8 tehtävä 9 a b c d e a b c d e a b c d e OSA 2: Korjaaja täyttää: tehtävä 10 tehtävä 11 tehtävä 12 tehtävä 13 tehtävä 14 tehtävä 15 3

4 OSA 1 VALINTATEHTÄVÄT 1-10 Seuraaviin tehtäviin liittyy viisi väitettä, joista jokainen voi olla oikea tai väärä. Kirjoita sivun 3 vastausruudukkoon numero 1, jos väite on mielestäsi oikea ja numero 2, jos se on väärä. Arvostelussa ei huomioida muita merkintöjä. Pisteytys: oikea vastaus +1 p, vastaamatta jättäminen 0 p ja väärä vastaus 1 p. Jos osan 1 kokonaispistemääräksi tulee negatiivinen luku, se muutetaan nollaksi. 1. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Puskuriliuoksen valmistus voi tapahtua sekoittamalla yhtä suuret ainemäärät vahvaa happoa ja sen suolaa. b) Puskuriliuoksen valmistus voi tapahtua sekoittamalla heikkoa emästä ja sen suolaa. c) Puskuriliuoksen valmistus voi tapahtua neutraloimalla heikkoa emästä osittain sen suolalla. d) Puskuriliuoksen ph kasvaa yhden ph-yksikön, kun liuokseen lisätään yhtä suuri tilavuus tislattua vettä. e) Puskuriliuoksen komponenttien protolyysiaste ei muutu, kun puskuriliuokseen lisätään happoa. 2. Kun yhtä suuret ainemäärät CaCO 3 :a ja vetykloridihappoa sekoitetaan, a) kaikki CaCO 3 reagoi. b) kaikki HCl reagoi. c) vain puolet HCl:stä reagoi. d) yksi reaktiotuotteista on vesi. e) reaktiossa muodostuu vetyä. 3. Oheinen yhdiste H 2 C CH 2 OH a) on sekundäärinen alkoholi. b) on veteen niukkaliukoinen. c) voi muodostaa vetysidoksia. d) voi muodostaa eetterin. e) on nimeltään 1,2-etaanidioli. OH 4. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Erään heikon hapon HA konsentraatio vesiliuoksessa on 0,030 mol/l ja protolyysiaste 2,6 %. Hapon pk a = 4,68. b) Kohdan a) tapauksessa hapon pk a =3,11. c) Protolyysireaktiossa 2- (H 2 O+CO 3 HO - +HCO - 3 ) H 2 O ja HCO 3 toimivat happoina. d) Kun glukoosia (120 g, C 6 H 12 O 6 ) poltetaan täydellisesti hapessa, muodostuu 72 g vettä. e) Kuparioksidi (5,0 g) pelkistyy korkeassa lämpötilassa vedyllä esitetyn reaktioyhtälön mukaisesti: CuO(s) + H 2 (g) Cu(s) + H 2 O(g). Pelkistäminen kuluttaa 0,063 l vetykaasua NTP:ssä. 5. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Kovalenttisen sidoksen muodostuessa elektrofiili saa elektroniparin nukleofiililta. 4

5 b) Reaktiovaihe, jossa tapahtuu kovalenttisen sidoksen katkeaminen, on endoterminen. c) Yhdisteet 4-metyyli-2-penteeni, sykloheksaani, 3-hekseeni, 2,2-dimetyylibutaani ja 1- metyylisyklopentaani ovat keskenään isomeereja. d) Sykloalkaaneilla esiintyy konformaatioisomeriaa. e) 2-buteenin cis-trans-isomeria aiheutuu vahvoista σ-sidoksista. 6. Ihminen ei kykene tuottamaan tetrahydrofoolihappoa elimistössään, vaan hänen on saatava se ravinnosta. Yhdiste on välttämätön mm. puriininukleotidien biosynteesissä. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: H 2 N N N OH H N N H CH 2 CH CH 2 NH tetrahydrofoolihappo O COOH C NH CH-CH 2 -CH 2 -COOH a) Yhdiste voidaan luokitella primääriseksi ja sekundääriseksi amiiniksi. b) Yhdiste voidaan luokitella esteriksi. c) Yhdisteessä luonnon aminohappo on reagoinut karboksyylihapon karboksyyliryhmän kanssa peptidisidoksen muodostuessa. d) Yhdiste on optisesti aktiivinen. e) Yhdiste voidaan hapettaa aldehydiksi. 7. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Atomin hapettuessa sen elektronien lukumäärä pienenee. b) Glukoosi on bruttokaavan C 6 H 12 O 6 omaavien sokereiden eräs avaruusisomeeri. c) Glykosidisen sidoksen muodostuminen kahden sokerin välille on tyypillinen kondensaatioreaktio. d) Massaspektrometrilla voidaan erottaa isotoopit. e) 1-kloori-2-propanoli, 2-kloori-1-propanoli ja 2,3-dikloori-1-propanoli ovat kiraalisia molekyylejä. 8. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Dietyylieetteri, metyylipropyylieetteri ja 2-butanoli ovat isomeereja. b) Aminohapot muodostavat suoloja happojen ja emästen kanssa. c) Eteenimolekyylissä on sekä σ- että π-sidos d) Yhdisteen molekyylikaava on C 4 H 10 O. Kun sitä hapetetaan, on syntyvän yhdisteen molekyylikaava C 4 H 8 O. Alkuperäinen yhdiste oli aldehydi. e) Prostaglandiinien biosynteesi elimistössä tapahtuu arakidonihaposta (C 20 H 32 O 2 ). Arakidonihappo on haaroittumaton suoraketjuinen rasvahappo, jossa on kolme kaksoissidosta. 9. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Kromi(III)oksidin kemiallinen kaava on Cr 3 O 2. b) H erään tuotteen muodostumiselle lähtöaineistaan oli -12,3 kj mol -1. Kyseinen arvo kuvaa reaktion aktivoitumisenergiaa. c) Astiassa on 0,1 M asetaattipuskuria (1,0 dm 3, ph=5,0). Astiaan lisätään 6,0 M HCl-liuosta (3 ml), jolloin liuoksen ph=4,7, kun pk a (etikkahappo)=4,7. d) Dynaamisessa tasapainotilassa vastakkaisiin suuntiin tapahtuvien reaktioiden nopeudet ovat yhtä suuret. e) Rikkihapponäytteen täydelliseen neutraloimiseen kului 12,3 ml NaOH-liuosta (0,400 M). Näyte sisälsi rikkihappoa 0,241 g. 5

6 OSA 2 TUOTTAMISTEHTÄVÄT Suorita seuraavat tehtävät vain niille varattuihin tiloihin. Vastausarkkien kääntöpuolia voit käyttää ratkaisun suunnitteluun, mutta niitä ei tarkasteta. Tehtävien riittävän yksityiskohtainen suoritus on esitettävä. Pelkkä vastaus, vaikka se olisikin oikein, tuottaa 0 p. Merkitsevien numeroiden lukumäärään tulee kiinnittää huomiota: tulokset on ilmoitettava annettujen lukuarvojen tarkkuudella. 10. Polttoanalyysin perusteella yhdiste sisältää 10,4 % vetyä, 62,0 % hiiltä ja loput happea. Mikä on yhdisteen molekyylikaava, kun sen moolimassa on 58,09 g/mol? Esitä kaikki tälle yhdisteelle mahdolliset rakennekaavat. Tarkastellaan niitä rakennevaihtoehtoja, joissa on kaksoissidos: Nimeä yhdisteet ja kerro mihin funktionaaliseen ryhmään ne kuuluvat. Aseta yhdisteet polaarisuusjärjestykseen. (10 p) Molekyylikaavan ratkaisu: Mahdolliset rakennekaavat sekä kaksoissidoksellisten rakenteiden nimet, funktionaaliset ryhmät ja polaarisuusjärjestys: 6

7 11.. Tarkastellaan yhdisteitä, joita epämetallit C, N, O ja Cl muodostavat vedyn kanssa. a) Esitä yhdisteiden molekyylikaavat, Lewisin kaavat ja nimeä ne. b) Jaa yhdisteet vesiliukoisiin ja veteen liukenemattomiin. Selitä, mistä liukoisuuserot johtuvat. c) Esitä, missä muodoissa vesiliukoiset yhdisteet (myös hapen vety-yhdiste) voivat esiintyä vesiliuoksessa ja mikä kullekin yhdisteelle esitetyistä muodoista on vallitseva. d) Mitkä ovat yhdisteiden olomuodot NTP-olosuhteissa. Selitä, mistä niiden erilaisuus tässä suhteessa johtuu. (9 p) a) Molekyylikaavat, Lewisin kaavat ja nimet: b) Vesiliukoisuus ja liukoisuuserojen syyt: c) Vesiliukoiset yhdisteet vedessä: d) Olomuodot NTP-olosuhteissa ja erojen syyt: 7

8 12.. Taustaa: Morfiini on opiaatteihin kuuluva keskushermostoa lamauttava aine, jota käytetään kivun hoidossa. Huumeena käytetty heroiini metaboloituu elimistössä morfiiniksi, joka voidaan havaita esim. käyttäjän virtsanäytteestä. Tehtävänä on määrittää morfiinin pitoisuus annetussa näytteessä UV-spektroskopian avulla. Morfiini absorboi UV-valoa aallonpituudella 287 nm absorption suhteellisen voimakkuuden eli absorbanssin A riippuessa suoraan näytteen morfiinikonsentraatiosta: A = k c, jossa A = absorbanssi (yksikötön suure) k = vakio (dm 3 mol -1 ) c = morfiinin konsentraatio (mol dm -3 ) Tehtävä: Sarjalle näytteitä, joiden morfiinikonsentraatiot tunnetaan, saadaan 1 cm näytetilassa mitattuna oheiset absorbanssit: c A (10-4 mol dm -3 ) (-) 1,07 0,16 2,14 0,33 3,21 0,49 4,28 0,64 5,35 0,81 Mikä on näiden tulosten mukaan yllä esitetyn riippuvuuden vakio k? (Voit ratkaista tehtävän joko graafisesti alla olevaa ruudukkoa käyttäen tai laskennallisesti; molempien tapojen käyttäminen ei ole välttämätöntä.) Tuntemattoman näytteen absorbanssiksi mitataan 0,55. Laske selvittämäsi riippuvuuden avulla näytteen sisältämän morfiinin konsentraatio. Morfiini on heikko emäs (pk a = 8,21). Merkitse oheiseen rakennekaavaan, mikä ryhmä muuttuu ja miten, kun morfiini alla esitetyssä muodossaan toimii emäksenä. Edellä kuvatun näyteliuoksen ph on säädetty fysiologiseen arvoon 7,4. Mikä morfiinin muoto silloin on vallitseva? Laske, miten suuri on ylläkuvatun näytteen varaukseltaan neutraalin morfiinin konsentraatio. (8 p) k:n ja konsentraation ratkaiseminen: A 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, c (10E-4 mol/l) Morfiini emäksenä ja neutraalin muodon konsentraation ratkaiseminen: (Me = CH 3 ) 8

9 13. Kloorilla on kaksi pysyvää isotooppia, 35 Cl ja 37 Cl. Missä suhteessa näitä isotooppeja täytyy luonnossa esiintyä, jotta tuloksena olisi kloorille tunnettu atomipaino 35,45 g/mol? Kloorin isotooppijakauman seurauksena nähdään kloorikaasun Cl 2 massaspektrissä viereisen kuvan mukaiset piikit. Tarkastellaan nyt deuteroitua vetykloridinäytettä, jonka deuterointiaste on 90% (siis 90% näytteen molekyyleistä on DCl-molekyylejä ja loput tavallista HCl:a). Minkä massaisia molekyylejä näytteessä kaikkiaan voi olla? Laske näiden suhteet ja piirrä niiden aiheuttama massaspektri. (5 p) Kloorin isotooppisuhteen ratkaiseminen: Deuteroidun vetykloridin erilaisten molekyylimassojen ratkaiseminen ja massaspektri 9

10 14. Tarkastele oheisia rakennekaavoja: H 3 C C H 3 C CH 3 C H H 3 C OH CH 2 CH 2 OH O H 3 C C CH 2 CH 3 Mitkä yhdisteistä voivat reagoida seuraavilla tavoilla: a) bromin additio yhdisteeseen b) hapettuminen karboksyylihapoksi c) pelkistyminen d) veden eliminaatio? Vastaa esittämällä mahdollisille reaktioille reaktioyhtälöt, joissa näkyvät myös tuotteiden rakennekaavat. Merkitse asymmetriset hiilet tähdellä näkyviin niihin tuotteisiin, joilla voi esiintyä optista isomeriaa. (10 p) 10

11 15. Maitohappo, 2-hydroksipropaanihappo, on tavallinen luonnossa esiintyvä karboksyylihappo, jota nimensä mukaan on maidossa ja jota syntyy lihaksissa voimakkaan rasituksen aikana. Optisesti aktiiviselle maitohapolle voidaan polarimetrillä mitata tasopolaroidun valon kiertokulma. Eräälle L- ( )-maitohaposta valmistetulle näytteelle mitattiin kiertokulmaksi 4,3 vastapäivään. Valmistetaan D-(+)-maitohaposta samanlainen näyte. Mihin suuntaan se kiertää tasopolaroitua valoa? Miten suuri kiertokulma näytteelle saadaan? Entä miten suuri kiertokulma saataisiin näyteelle, joka sisältää yhtä suuret konsentraatiot kumpaakin isomeeriä? Maitohapon enantiomeerit voidaan erottaa toisistaan mm. valmistamalla niistä suola jonkin kiraalisen yhdisteen puhtaan enantiomeerin, kuten ( )-brusiinin kanssa. Hapon enantiomeereistä muodostuu tällöin kaksi erilaista suolaa, jotka voidaan erottaa toisistaan esim. kiteyttämällä. seos, vaikea erottaa D-(+)-maitohappo L-(-)-maitohappo (-)-brusiini D-(+)-maitohapon ja (-)-brusiinin suola L-(-)-maitohapon ja (-)-brusiinin suola seos, voidaan erottaa Kun 4,2 g:n näytettä, joka sisälsi yhtä paljon L-( )- ja D-(+)-maitohappoa käsiteltiin ( )-brusiinilla (C 23 H 25 N 2 O 4 ) saatiin kiteytyksen tuloksena 8,1 g D-(+)-maitohapon ja ( )-brusiinin suolaa. Miten suuri suhteellinen saanto (%) kiteytyksessä saavutettiin? (5 p) D-(+)-maitohapon ominaiskiertokyky ja isomeerien seoksen kiertokyky: Puhdistuskiteytyksen suhteellinen saanto (%): 11