TAKÁCS  CSABA  KÉMIA  EMLÉKVERSENY,

X.-XII. osztály, II. forduló - megoldás

2008 / 2009 –es tanév, XIV. évfolyam

1.  Izotópok: azonos protonszámú, de különböző neutronszámú (különböző atomtömegű) atomok.

Izomerek: azonos molekulaképletű (azonos kémiai összetételű), de különböző szerkezetű molekulák.                                                                                                 (1,5 p)

2.  a) TE = [(2x4 + 2) – 6]/2 = 2                                                                                        (0,25 p)

      b) Két pi-kötés vagy 1 pi-kötés és egy gyűrű, vagy két gyűrű (ez utóbbira a C-atomok száma nem elégséges!)                                                                                                   (0,75 p)

      c)  (1)  H₂C=C=CH–CH₃     1,2-butadién;                  (2)  H₂C=CH–CH=CH₂     1,3-butadién   

          (3)  HCºC–CH₂–CH₃      1-butin;                          (4)  H₃C–CºC–CH₃                  2-butin                 (5)        ciklobutadién            (6)     1-metil-1-ciklopropén  

          (7)     3-metil-1-ciklopropén                                                      (7x0,5=3,5 p)

      d)  - az azonos C-atomszámú dién és alkin: funkciós izomerek;                                        (0,25 p)

            - a megadott diének, illetve alkinek egymás között: helyzeti izomerek.                       (0,5 p)

      e) A gyűrűs szerkezetek nem léteznek,  mert:

                  - a 4 C-atomos gyűrű telített vegyület esetén is instabil; itt a C=C kötés jelenléte nagymértékben fokozza az instabilitást, mert ehhez a hibridállapothoz szükséges 120^o – os vegyértékszög nem tud kialakulni; a 4 C-atomos gyűrűben max. 90^o-os szög lehet Þ belső feszültség lép fel.                                                                                     (1,0 p)

                  - a 3 C-atomos telített gyűrűk fokozottan instabilak; a C=C kötés jelenléte nem teszi lehetővé a gyűrűzáródást (a 3 C-atomos gyűrűben max. 60^o-os szög lehet!)                 (0,75 p)

      f) Egyetlen megadott szerkezetnek sem lehet geometriai izomérje! Az E – Z izoméria

         létezésének feltétele: C=C nyílt C-láncban  vagy cikloalkán szerkezet. A megadott

   vegyületek egyik szerkezeti egységében sincs  a C=C kötés síkjához viszonyított

   különböző szubsztituens.                                                                                       (1,0 p)

g)   A szintetikus kaucsuk alapanyaga az 1,3-butadién, illetve ezzel a szerkezeti egységgel rendelkező vegyületek, mivel a természetes kaucsuk monomérjének, az izoprénnek (2-metil-1,3-butadién) is ez az alapszerkezete. Az ilyen szerkezetű monomereknek a polimerizációjával, illetve kopolimerizációjával a természetes kaucsukhoz hasonló tulajdonságú anyagok állíthatók elő.                                    (1,25 p)

3.  a)   (1) Br₂CH – CH₂ – CH₃                       1,1-dibróm-propán

            (2) BrCH₂ – CHBr – CH₃                     1,2-dibróm-propán

            (3) BrCH₂ – CH₂ – CH₂Br                    1,3-dibróm-propán

            (4) CH₃ – CBr₂ – CH₃                          2,2-dibróm-propán                                         (2,0 p)

      b)   (1)-ből:  HCºC – CH₃   propin                                                                                 (0,5 p)

            (2)-ből: HCºC – CH₃    propin  és  H₂C=C=CH₂   propadién                                  (1,0 p)

            (3)-ból:  H₂C=C=CH₂   propadién   (elméletileg itt a ciklopropán is keletjkezhetne!)  (0,5 p)

            (4)-ből:  HCºC – CH₃    propin  és  H₂C=C=CH₂   propadién                                 (0,5 p)

4.

                                                                  (0,25 p)

                         

                       E                                                                  Z                (1,25 p)

- Az  E – Z izomerek megállapításánál a  C=C – hez kapcsolódó atomokat növekvő rendszámuk szerint rangsoroljuk.

- Többatomos csoportok esetén először a C=C – hez közvetlenül kapcsolódó atomokat kell rangsorolni; ha ez nem elégséges, akkor ezen atomokhoz kapcsolódó további atomok rendszámát, és így tovább, amíg mindegyik ligandum sorszáma egyértelműen megállapítható.

- A telítetlen kötést tartalmazó szubsztituensek esetén: kettős és hármas kötésben szereplő atomokat úgy rangsorolják, mintha két illetve három C-atomhoz kapcsolódnak.                                                                                                  (1,5 p)

Így tehát a megadott szénhidrogénben a C=C – hez kapcsolódó ligandumok rangsorolása a következő:

      – CH₃ : Z = 6 + 3 = 9                                                                                            (0,5 p)

      – CH₂CH₂CH₃ : Z = 6 + (6+2) = 14                                                                         (0,5 p)

      – C(CH₃)₃ Z = 6 + (6x3) = 24                                                                                 (0,5 p)

      – CH=CH₂ : Z = 6 + (2x6+1) = 19                                                                          (0,5 p)

A  3-as C-hez kapcsolódó nagyobb rangú szubsztituens a tercbutil-gyök (Z=24), míg a 4-es C-atomon a n-propil-gyök (Z=14).                                                                        (0,75p)

Ennek a két gyöknek az egymáshoz viszonyított helyzete határozza meg az E – Z izomereket: amennyiben a C=C ellentétes oldalain vannak, E-izomer, ha azonos oldalon vannak, Z-izomer                                                                                                           (0,5 p)

5.  a)                                                                                                                             (1,5 p)

                                                                                                                                                                                                                                           b) C₃₆H₇₂                        (0,5 p)

               c) TE = (36x2+2) – 72/2 = 1     (0,5 p)

      d)   Ez a vegyület nem létezhet, illetve amennyiben előállítható, akkor instabil.

            - Az instabilitás oka:

·         A ciklobután gyűrű azért instabil, mert az sp³ hibridállapotú, gyűrűt alkotó C-atomok vegyértékszöge 90^o, ami nem felel meg a hibridállapot 109^o28’’ –es szögértékének; a ciklobután gyűrű térszerkezete sem ad lehetőséget a vegyértékszög változására;                                                                      (0,75 p)

·         A ciklobután gyűrű minden C-atomjához két tercier C-atom kapcsolódik tercbutil-gyök formájában, amelyek nagy térigényűek: ezeknek C-atomjai 109^o28’’ szöget alkotnak.                                                                                                   (0,75 p)

·         A megadott vegyület nem létezhet azért sem, mert az említett térigény miatt a csoportok egymást taszítják.                                                                      (0,5 p)

6.  a)   Általában igaz, de pl. a H₂ és Cl₂ vagy Br₂ addíció során ez megtörténhet a C₂H₂ / X₂

      mólarány és a reakciókörülmények függvényében.                                             (0,75 p)

      b)   A vinil-klorid az acetilén részleges HCl- addíciójával keletkezik.                        (0,5 p)

      c)   Az acetilén égése során CO₂ + H₂O +Q keletkezik.                                             (0,5 p)

      d)   Az 1,3-butadién és klór 1:1 mólarányú reakciója során az ún. 1,4-addíció megy végbe, és így az 1,4-diklór-2-butén keletkezik.                                                                (1,0 p)

      e) Az acetilén: C₂H₂, TE = 2, míg a dimérjének, a vinil-acetilenid : C₄H₄, a TE = 3.    (0,75 p)

      f)    Az alkánok hőbontási folyamatában a homológ sor első két tagja csak dehidrogénezési folyamatban vehet részt; a metán elemeire bomlik, vagy acetilénné alakul, de mindkét esetben H₂ is keletkezik.                                                                                   (0,75 p)

      g)   A metán klórozási szubsztítúciója során a szénhidrogén felesleg a CH₃Cl keletkezésének kedvez.                                                                                                            (0,75 p)

      h)   A metán jódozási folyamata endoterm (=hőelnyelő), ezért a metán jódszármazékai közvetlenül a metánból nem állíthatók elő.                                                           (1,0 p)

      i)    A dekalinnak van cisz-transz izomerje, mivel a két tercier C-atomján található H-atomok elhelyezkedhetnek a gyűrű síkjaihoz viszonyított azonos oldalon, illetve ellentétesen.                                                                                                   (1,5 p)

      j)    A perhidroantracén kémiai összetétele: C₁₄H₂₄, mivel ez az antracén teljes hidrogénezésének terméke.                                                                        (0,5 p)

7.  - a Fe tömegszázaléka a hemoglobinban:

      100 - 54,291319 - 7,148111 - 17,422756 - 20,402157 - 0,392349 = 0,343308 % Fe  (0,5 p)

      - az atomviszonyt kifejező képlet meghatározása:

·         100 tömegegységben az atomok száma:

54,291319/12 = 4,524276 C-atom                      7,148111/1 = 7,148111 H-atom

17,422756/14 = 1,244482 N-atom                     20,402157/16 = 1,275134 O-atom

0,392349/32 = 0,012260 S-atom                        0,343308/56 = 0,006130 Fe-atom

                                                                                                               (6x0,35=2,1 p)

·         az atomok számának aránya:

      0,006130/0,006130 = 1 Fe-atom                        4,524276/0,006130 = 738,05481 C-atom

      7,148111/0,006130 = 1166,0866 H-atom            1,244482/0,006130 = 203,015 N-atom

      1,275134/0,006130 = 208,01533 O-atom            0,012260/0,006130 = 2,0 S-atom

                                                                                                                      (6x0,35=2,1 p)

- az atomviszonyt kifejező képlet:

      (C_738,05481H_1166,0866N_203,015O_208,01533S₂Fe)_n                                                              (0,5 p)

      n = 4 (a Fe-atomok száma = 4/molekula); a hemoglobin molekulaképlete:

      C₂₉₅₂H₄₆₆₄N₈₁₂O₈₃₂S₈Fe₄                                                                             (0,8 p)

8.  a)   A hűtőben lévő banán megfeketedik és belül kemény marad, míg a konyhában hagyott banán megsárgul és húsa puha, krémszerű lesz.                                                 (0,75 p)

      b)   A banánból (és általában minden zöldség és gyümölcsből) etén szabadul fel, amely megérleli a gyümölcsöt (zöldséget). Ez a vegyület a természetes érési folyamat során fejti ki hatását, vagyis pozitív hőmérsékleti értéknél. Ezért a konyhában hagyott banán „beérik”, míg a hűtő hideg levegőjében sejtkárosodást szenved és nem érik meg (a héja megfeketedik.)                                                                                                       (1,25 p)

      c)   A banán, ha már megérett (pl. konyhai körülmények), akkor biztonságosan tárolható pár napig a hűtőben, mert az érlelést biztosító etén felszabadulása befejeződött. (A héj megsötétedhet, de belül a gyümölcs még pár napig ízletes marad.)                                    (0,5 p)

9.  a)                                                                                                                             (5,0 p)

      b)   „Az etánmolekula energiája a legalacsonyabb a nyitott állásban és a legmagasabb a fedő állásban.”                                                                                              (0,5 p)

      c)   Konformációs izoméria: egy molekula különböző, egymással közvetlenül nem kapcsolódó atomjainak, atomcsoportjainak egymáshoz viszonyított térbeli elrendeződésében megnyilvánuló eltérés.                                                                                                             (0,5 p)

      A létezésének feltétele a szigma-kötés (egyes kötés) jelenléte, amely lehetővé teszi az összekapcsolt atomok szabadforgását.                                                                    (0,25 p)

      d)   Az etánmolekula nyitott állásában a H-atomok a térben nem fedik egymást, míg a fedő állásban térben fedik egymást.                                                                   (0,75 p)

CSAK  XI.-XII. OSZTÁLYOS  VERSENYZŐKNEK KÖTELEZŐ FELADATOK:

10.      a)         Minél hosszabb a C-lánc, annál alacsonyabb a zsírsav olvadáspontja.              (0,5 p)

      b)   A telítetlen zsírsavak o.p.-ja alacsonyabb, mint a hasonló C-atomszámú telített zsírsavaké.                                                                                                            (0,5 p)

      c)   Egyszeresen telítetlen = egy C=C kötést tartalmaz, míg a többszörösen telítetlen kettő vagy több C=C kötést tartalmaz molekulájában.                                              (0,75 p)

      Pl. egyszeresen telítetlen:

                        CH₃−(CH₂)₇−CH=CH−(CH₂)₇−COOH        9-oktadekénsav; oleinsav

      vagy:         CH₃−(CH₂)₅−CH=CH−(CH₂)₇−COOH        9-hexadekénsav; palmitoleinsav      (0,75 p)

      - többszörösen telítetlen:

               CH₃−(CH₂)₄−CH=CH−CH₂−CH=CH−(CH₂)₇−COOH        9,12-oktadekadiénsav; linolsav

      vagy: CH₃−CH₂−CH=CH−CH₂−CH=CH−CH₂−CH=CH−(CH₂)₇−COOH 

                        9,12,15-oktadekatriénsav; linolénsav                                                          (0,75 p)

      d)   Ecetsavészterre bontja le az emberi szervezet: CH₃CO−O−R                             (0,5 p)

      e)   A feltevések szerint a szabadgyökök szerepet játszanak a rákos megbetegedések kialakulásában.                                                                                               (0,5 p)

      f)    Ezeknek a zsíradékoknak a hevítése során fennáll a szabadgyökök kialakulásának veszélye. A hőenergia hatására a C=C kötés pi-kötése (gyenge kötése) könnyen felbomlik és a C-atomok gyökös közbeeső termékként lesznek jelen.                                      (0,75 p)

      g)   Az E-vitamin van jelen valamennyi növényi olajban; védi a növényeket a többszörösen telítetlen zsírsavak önoxidációjától: antioxidáns szerepe van és ezáltal csökkenti a szabadgyökök kialakulásának lehetőségét; így a rákos megbetegedések kialakulásának veszélye is csökken.                                                                             (0,75 p)

      h)                                                                                                                             (3,5 p)