Tentamen i allmän och biofysikalisk kemi

Transkript

1 UPPSALA UNIVERSITET Institutionen for farmaci Tentamen i allmän och biofysikalisk kemi BionnedicUnprograrnnnet Datum: Slaivningstid: Ansvarig lärare: Anders Ericsson, O Godkända hjälpmedel: miniräknare, SI Chemical Data (delas ut) och formelsamling BMI Allmän och biofysikalisk kemi (delas ut) Tentamen består av två delar: Allmän kemi (fråga 1-5) och biofysikalisk kemi (fråga 6-1 O) För vmje del gäller: Max poäng: 50 p Godkänt: 25 p För tentamen som helhet gäller: Godkänt: godkänt på bägge delarna Väl godkänt: minst 75 poäng på hela tentamen Instruktioner: l. Sicriv ditt kodnummer som du fått från Studen~ortalen på varje papper 2. Besvara vmje huvudfråga på enskilt papper 3. Använd inte baksidan på något papper 4. Formelsamling och SI Chemical Data som delas ut ska återlämnas till skrivningsvakten 5. Du får behålla frågeformuläret Vid inlämning: l. Kontrollera att kodnummer skrivits på samtliga blad 2. Lägg dina svar i omslagen som delats ut 3. Ha legitimation i beredskap Resultat: Rättade tentor kan hämtas på kurskansliet for farmaci (D3 plan 4) på datum som meddelas på Studentportalen.

2 Delen Allmän kemi Uppgift l a) Rita upp fullständiga atomorbitaldiagram (atomorbitaler som boxar och elektroner som pilar) for foljande grundämnen och ange om respektive ämne är diamagnetiskt eller paramagnetiskt. i) Ca ii) N (2 p) b) I foljande par, vilken atom eller jon har lägst första joniseringsenergi och vilken atom eller jon har minst atomradie? Motivera dina svar utifrån respektive ämnes elektronkon:figu.ration. i) N e eller N a ii) Be eller Mfiii) Fe eller Fe + (6p) c) Ange vilken typ av intramolekylär kraft som håller ihop atomerna i foljande molekyler. Motivera hur du kommit fram till dina svar. i) KF ii) NH3 () Uppgift2 N edan finns strukturformeln for oxybutynin, ett antikolinergikum vilket används som läkemedel mot inkontinens. A / oxybutynin a) Ange hybridiseringen for och geometrin kring (enligt VSEPR-modellen) var och en av atomerna A, B, C och D. b) I oxybutynin finns både dubbelbindningar och en trippelbidning. Överlapp mellan två p-orbitaler kan resultera i två olika typer av kovalent bindning: sigma-bindning eller pi-bindning. Beskriv skillnaden mellan dessa två kovalenta bindningstyper med avseende på hur p-orbitalerna överlappar och elektrondensiteten i bindningen. (4p) ()

3 c) Rita upp molekylorbitaldiagram för H2 och H~, glöm inte att skriva ut beteclrningama för alla atom- och molekylorbitaler. Förklara utifrån dina molekylorbitaldiagram varför H2 finns som en stabil molekyl, medan He2 inte finns. (4p) Uppgift3 Hydrazin (N2~) är en användbar men giftig och instabil kemisk förening som används i syntes av potentiella läkemedel. Hydrazin sönderfaller till ammoniak och kvävgas enligt reaktionen nedan. a) För reaktionen vid 25 C, beräkna: i) Ml 0 ii) ~so iii) ~G 0 iv) K b) Ange och motivera om reaktionen är exoterm eller endoterm. (6p) (l p) c) Ange de ord eller uttryck från listan nedan som ska infogas i luckan för att meningarna A till C ska bli korrekta. OBS! Ett ord/uttryck kan vara korrekt i flera meningar. I vissa luckor kan fler än ett ord/uttryck passa, men endast ett behöver anges. A) Ett ämne med hög värmekapacitet behöver tillföras relativt energi för att öka dess temperatur. B) Entropin i ett system när temperaturen minskar. C) Fasövergången där vatten är en endoterm process. (3 p) Ordluttryck Entalpi; entropi; Gibbs fria energi; större än; mindre än; lika med; lite; mycket; positiv; negativ; noll; vännekapactitet; smältpunkt; kokpunkt; sublimerar; smälter; förångas; kondenserar; stelnar; ökar; minskar; exoterm; endoterm; spontan Uppgift4 a) Beräkna ph i en 50,0 milösning av 32,00 mg av metoprolol. Mw = 273 g/mol, pka = 9,7. b) Hur skulle lösningens ph påverkas om Metoprolol istället löstes som ett hydrokloridsalt? Motivera! (7 p) (3 p)

4 Uppgift 5 Ett prov innehåller en blandning av både kodein (K) och naproxen (N). Föreslå 3 olika sätt att separera ämnena med en enkel extraktion till etylacetat Glöm inte att motivera! pka(k) = 11, l, pka(n) = 2,3; log K 0 (K) = 2,5, log Ko(N) = 2, l. (lo p) Delen Biofysikalisk kemi Uppgift 6 (lop) a) Anta att du löser 1.00 g koksalt (NaCl) i 150 cm 3 vatten och att saltet dissocierar fullständigt (NaCl => Na+ +er). Hur många N a+ joner finns då i lösningen? b) Beräkna molbråketför bensen i en blandning av 25 g bensen (C6H6), 25 g klorbensen (C~sCl) och 25 g toluen (C6HsCH3). c) Molaliteten for etanol i en vattenlösning är 1.50 mol kg- 1 Lösningens densitet är g cm- 3. Beräkna den molära koncentrationen (mol dm.- 3 ) av etanol i lösningen. 5p Uppgift 7 (lop) a) Vilka attraktiva krafter verkar mellan två bensenmolekyler respektive mellan två klorbensenmolekyler? Ange avståndsberoendet for motsvarande potentiella energier. b) Beräkna den potentiella energin (dipol-laddning) for attraktionen mellan en HCl molekyl och en Mg 2 + jon i vakuum på ett avstånd av 1.00 nm. Dipolmomentet for HCl är 1.08 Debye. Ange svaret i kj mor 1 4p c) Hur lång tid tar det (i genomsnitt) for en liten sfärisk läkemedelsmolekyl (radie = 200 pm) att diffundera tvärs igenom ett fosfolipid-bilager (tjocklek= 0.5 nm) vid +37 C? Viskositeten i fosfolipid-bilagret är kg m- 1 s- 1 4p Uppgift 8 (lop) a) Vad menas medpartiell mo/är volym? b) Vad blir blandningsentropin om man blandar 56 g bensen och 120 g toluen? Anta ideal blandning. c) Vad är karakteristiskt for s.k. kolligativa egenskaper? Ge tre exempel på sådana. d) 2.50 g av ett okänt ämne löstes i 25.0 g bensen. Lösnings fryspunkt uppmättes till +4.3 C. Beräkna molmassan for det okända ämnet.

5 Uppgift 9 (l Op) a) Berälma medelaktivitetsfaktorn ("mean activity coefficient") för MgCh i en vattenlösning som innehåller 0.01 m MgCh. Temperaturen är +25 C. b) Skulle medelaktivitetsfaktorn i uppgift a) bli högre eller lägre om ytterligare ett salt fanns närvarande i låg koncentration i lösningen? Motivera med tillämplig formalism. c) Vad är den molära konduktiviteten vid oändlig utspädning ( ~ i Atkins, Ao i Chang) for AgCl vid 25 C? l p d) Anta att koncentrationen av en envärd (z = +l) jon är 20 J.LM på insidan av ett cellmembran och 2 J.LM på utsidan. skillnaden i elektrisk potential (''membranpotentialen") är 70 m V med ett lägre värde ("minus") på insidan av cellmembranetjämfört med på utsidan ("plus"). Det råder kroppstemperatur (37 C). Berälma LlG (i kj mor 1 ) för transport av jonen från utsidan till insidan av membranet. 4p Uppgift 10 (lop) a) I reaktionen 2A +B--+ 3C + 2D är bildningshastigheten för C= 2.2 mol dm- 3 s- 1 Hur höga blir förbrukningshastigheterna for A och B respektive bildningshastigheten for D? b) Bakteriell hydrolys av fiskkött sker 22 gånger snabbare vid rumstemperatur (+20 C) jämfört med om fisken ligger i kylskåp (+4 C). Anta att hydrolysens temperaturberoende kan beskrivas med Arrhenius ekvation och beräkna aktiveringsenergin för hydrolysen (i kj mor 1 ). 5p c) Hemoglobin transporterar syre i blodet. Vad innebär det att syrets bindning till Hemoglobin uppvisar s.k. kooperativitet?