+ All Categories
Home > Documents > P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob...

P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob...

Date post: 13-May-2018
Category:
Upload: truongdat
View: 213 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
13
Masarykova univerzita ırodovˇ edeck´ a fakulta ˇ Reˇ sen´ ı´ ukol˚ u 4. s´ erie 5. roˇ cn´ ık (2014/2015)
Transcript
Page 1: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Masarykova univerzita

Prırodovedecka fakulta

Resenı ukolu 4. serie

5. rocnık (2014/2015)

Page 2: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

A3 – Proteinove inzenyrstvı a biokatalyza

Autor: Tomas Buryska (e-mail: [email protected]) 12 bodu

1. V prvnım ukolu me zajımaly proteiny, kde jednobodova mutace vedla ke zvysenı kat-alyticke aktivity alespon padesatkrat. Pro resenı jsem si vybral prıklad β-laktamaz. Kdehned nekolik jednobodovych mutacı vedlo ke zvysenı aktivity enzymu, coz vedlo ke snızenıcitlivosti organismu na konkretnı antibiotika, prıpadne prımo vzniku rezistence. Abychbyl konkretnı, tak mutace D240K tj. aspartatu za lyzin v pozici 240 mela za nasledek75-nasobne zvysenı katalyticke ucinnosti s ceftazidimem (analog ampicilinu). (3,0 b.)

O

N

N

SHHN

S

H2N

N

NO

H3C CH3

HO

O

O

OO

ceftazidim

O

HN

N

SHHN

S

H2N

N

NO

H3C CH3

HO

O

OO

O

OH

β−laktamáza

2. Resenı v uloze dva je vıc o matematice, ale chtel jsem, aby jste si uvedomili, tu”nekonec-

nou“ moznost kombinacı pro kratky protein. A to se prosım pekne bavıme jen o zakladnıchaminokyselinach, navıc bez posttranslacnıch modifikacı. Nekterı z vas uvazovali nestan-dardnıch 22 (21) aminokyselin v zakladnım kodu mısto standardnıch 20, nebral jsem tojako chybu (kdyz jsem to sam neupresnil), paklize byl postup v poradku.

Pro tvorbu kompletnı knihovny vsech moznych sekvencı mame tedy 19200 moznostı (taketo muzeme vyjadrit jako 5,63×10255). Nechutne velke cıslo, ktere si nikdo neumıme dobrepredstavit. Pro dve nahrady kdekoli na retezci jsme na tom o poznanı lepe s 7,1839 milionymutantu. Za jeden den analyzujeme 8,64 milionu variant. Pro zjednodusenı uvazuji roko 365 dnech, ono to stejne nema na vysledek zasadnı vliv. Doba analyzy tedy bude rovna1,78× 10246 let a pro jednoduchou knihovnu 19 hodin 57 minut a 19 sekund. Jen dodam,ze analyza 100 mutantu za sekundu je znacne komplikovana. (4,0 b.)

3. U imobilizace proteinu se obvykle bavıme o navazanı proteinu na nosic (adsorpcı nebochemickou vazbou), zesıt’ovanı, adsorpci nebo a enkapsulaci. Materialy pouzıvane pri imo-bilizaci by mely byt co nejvıce inertnı, aby tak minimalizovaly vliv na funkce proteinu.Kazda z metod ma sve klady a zapory a nektere lze i kombinovat. Naprıklad lze enkap-sulovat zesıt’ovane enzymove agregaty.

adsorpce iontová vazba komplexace kovalentní vazba

M2+

COO- COO-

zesít ování enkapsulace

chemická vazba

,

2

Page 3: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

V obrazku jsem se snazil trochu i zachytit skutecnost, ze ne vzdy jsou proteiny vhodneorientovany, coz je nejvetsı nedostatek imobilizace jako takove. Spatna orientace se proje-vuje nizsı aktivitou, casto i velmi vyrazne. Faktory ovlivnujıcı funkcnost imobilizovanychproteinu jsou nasledujıcı:

• hydrofobnı prostredı → vede k vetsı reaktivite u hydrofobnıch substratu

• mikroprostredı nosice → stabilizace enzymu

• vıcebodova imobilizace → vyssı teplotnı stabilita / nizsı aktivita

• oddelovac – ramenko → branı spatne orientaci pri imobilizaci

• difuznı omezenı → nizsı aktivita, vyssı stabilita

• spatny vazebny mod → vliv na aktivitu a stabilitu

• fyzikalnı struktura a vlastnosti nosice→ naprıklad velikost poru rozhoduje o vymenesolventu.

Z bezne pouzıvanych materialu pri imobilizaci a zesıt’ovanı jich zmınım jen par: kolagen,celuloza, skrob, chitosan a chitin, alginat, pektin, sklo a cela skala syntetickych polymeru(5,0 b.).

Snad jste se v cele serii uloh o proteinovem inzenyrstvı dozvedeli nove zajımave informace.Tem z vas, kterı prijedou na soustredenı v lete, muzu slıbit zajımave experimenty z oblastimikrofluidiky.

3

Page 4: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

C3 – Organicka synteza

Autor: Roman Kucera (e-mail: [email protected]) 14 bodu

1. Resenı (1433 b.):

Zkratka Vzorec Chranı Podmınky Podmınky Stabilnı

skupinu zavedenı odstranenı v

Bn PhCH2- alkoholy, PhCH2Cl, baze H2/PtO2 kyseliny,

aminy baze baze

MOM CH3OCH2- alkoholy CH3OCH2Cl, Kysela baze a slabe

baze hydrolyza kyseliny

Ac CH3CO- alkoholy, Ac2O/AcCl Bazicka kyseliny

aminy + baze hydrolyza a slabe baze

Teoc viz nıze aminy TeocOsu Fluoridove Slabe

ionty kyseliny a

(Bu4NF) baze

N

O

O

OO

O

(H3C)3Si

Teoc-O-Su

H3C

O

Ac

2. Idealnı chranıcı skupina (1433 b.):

• mela by se lehce zavadet (velky vytezek reakce),

• tolerovat co nejsirsı rozsah podmınek,

• ale zaroven by mela byt selektivne odstranitelna (vysoky vytezek reakce),

• s cinidlem by se melo dobre pracovat – netoxicke, neprchave, stabilnı vuci hydrolyze. . .

• cinidlo, kterym se zavadı, by nemelo byt drahe.

3. Jako uz vıme z ukolu 5 v uloze C2 (tretı serie), smıchanı karboxylove kyseliny a aminunevede ke kvantitativnı premene techto latek na zadany amid (viz resenı tretı serie). Kar-boxylovou kyselinu je treba nejakym zpusobem aktivovat, naprıklad vytvorenım chloridukarboxylove kyseliny, ktery nasledne reaguje s aminem za vzniku pozadovaneho amidu.

V tomto prıpade slouzı k aktivaci karboxylove kyseliny sloucenina skryvajıcı se pod zkrat-kou EDCI (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide). Mechanismus, jakym probıhaaktivace karboxylove kyseliny, je znazornen ve schematu nıze (1433 b.).

EDCI

N C N

H3C

N

CH3

CH3

4

Page 5: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

R O

O

HB R O

O

R O

O N

N

R

RR O

O N

NH

R

RNH2

N O

N

NH

ROR

RR N

O

R

H HH H

N

NH

O

R

RR

RHN

NH

OR

R

NCN

R

R

+

BH

R NH

O

R +

4. Pokud bychom se pokouseli adovat Grignardovo cinidlo napr. na ester, mohlo by dojıtk dvojnasobne adici za vzniku terciarnıho alkoholu. Weinrebuv amid vsak po adici prvnıhoekvivalentu Grignardova cinidla nepodleha opetovne adici. Vznikajıcı tetraedricky inter-mediat je stabilizovan tvorbou chelatu s iontem kovu, a proto se nerozklada na prıslusnyketon, ktery by podlehal dalsı adici. K rozkladu tohoto stabilizovaneho tetraedrickeho in-termediatu dochazı az pri zpracovanı kyselinou, coz ma za nasledek i rozklad prıpadnychzbytku organokovoveho reagentu (1433 b.).

H3C O

O

RCH

H3CO

RH3C O

H3CH3C

CH3

O

H3C CH3

HC O

H3C N

O

OCH2

H3C

CH3

CH3 N O

MgBrO

CH3

H3C

H3C

MgBr

CH2H3C

MgBr

MgBr

H+

H2O

H3C CH3

H3C OH

H3C

stabilizovaný tetraedrický intermediát

MgBr

H+

H2O H3CCH3

O

5. Hnacı silou dane reakci je sıla vazby kremık-fluor. Kremık a uhlık se nachazejı ve stejneskupine. Avsak kremık jiz ma k dispozici volne d -orbitaly a tak se muze fluoridovy iontvazat na kremık (fluorid poskytne jeden ze svych volnych elektronovych paru a zaplnı nimvakantnı d -orbital) za vzniku petivazneho intermediatu. Tento intermediat se nasledne roz-padne za odstoupenı alkoholatu. Popsany mechanismus je znamy jako asociacne-disociacnı(1433 b.).

6. Mozny mechanismus je znazornen ve schematu nıze. Reakce je zahajena tosylacı vychozılatky. Nasledne probehne intramolekularnı cyklizace a reakce je ukoncena odstoupenımtosylatu (velmi dobre odstupujıcı skupina) (1433 b.).

5

Page 6: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

RNO

O

NN

R

RNO

O

NN

RH

SCl

O

O

Ar

RNO

O

NN

R

SO

Ar

O

H

O

N

N

NHR

R

O

N

N

R

ONHR

B

RNO

O

NN

R

ArS

Cl

O O

S

OO

Ar

H HB

H HH

H

H

SO2Cl

H3C

TsCl

7. CDI = Carbonyldiimidazol. Tato sloucenina se uzıva k prıprave karbonatu, substituo-vanych mocovin a karbamatu z alkoholu a aminu, ale i k aktivaci karboxylovych kyselin(1433 b.).

B

N NNN

N OR1

N NN

O

R1R2NH2

N N

O

R2R1

R1

N

H

H

N NNN

N OH

R1H

N N

O

NN

H

HH H

8. Jak jiz bylo zmıneno vyse, k vytvorenı amidu z aminu a kyseliny ve vysokem vytezku jepotreba nejakym zpusobem aktivovat kyselinu, napr. ve forme jejıho chloridu. Pri pouzitıhalogenidu karboxylove kyseliny je nutno pouzıt i vhodnou bazi, ktera bude lapat vznikajıcıchlorovodık a branit tak nezadoucım reakcım (1433 b.).

OMOMHN

Et

OBn

N

NO

H3CO2C

12

N

Et

OBn

OMOM

O N

N

CO2CH3

O

NCH3O

CH3

13

O

NCH3O

CH3

Cl

Et3N

9. Jak bylo uvedeno v doprovodnem textu, kaskada zacına Dielsovou-Alderovou reakcı, pok-racuje fragmentacı za uvolnenı molekuly dusıku a je zakoncena [3+2] dipolarnı cykloadicı(2833 b.).

6

Page 7: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

N

Et

OBn

OMOM

O N

N

CO2CH3

O

NCH3O

CH3

N

OMOMO

NCH3OCH3

N

NCO2CH3

OBn

EtO

N

OMOMO

NCH3O

CH3

OEt

OBn

CO2CH3

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OBn

Et

OMOMO

O

H

13

14

Diels-Alder -N2

[3+2]dipolárnícykloadice

10. Mozny mechanismus reakce je znazornen ve schematu nıze. Prvnım krokem je protonaceatomu kyslıku a parcialnı hydrolyza za vzniku acyliminioveho iontu. Tato slouceninanasledne podleha formalnı adici hydridoveho iontu (z NaBH3CN), ktery pristupuje z menebranene (konvexnı) strany, coz ma za nasledek redukci dvojne vazby iminioveho iontu avznik slouceniny 15 (1433 b.).

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OBn

Et

OMOMO

O

H

14

H

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OBn

Et

OMOMO

H

15

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OBn

Et

OMOMO

O

H

H

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OBn

Et

OMOMO

H

H

BH

CN

H

HOHO

11. Pri oxidaci alkoholu 16 na keton 17 se menı hybridizace atomu uhlıku z sp3 na sp2

a tım zanika stereogennı centrum. Pri nasledne redukci vznika sp3 hybridizovany atomuhlıku, ktery je opet strereogennım centrem. Hydrid pri teto redukci pristupuje ze sterickymene branene strany. Selektivita dane reakce je umocnena pouzitım objemneho redukcnıhocinidla, ktere obsahu tri terc-butylove skupiny (1433 b.).

7

Page 8: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

O

Et

OMOMO

HOH

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OH

Et

OMOMO

HOH

16

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OH

Et

OMOMO

HOH

17

18

pyridin,CH2Cl2 0 °C

DMP

LiAlH(Ot-Bu)3

0 °C

12. K uvedenemu produktu je mozne dospet pomocı zmınenych dvou tautomernıch rovnovah.Prvnı je keto-enol tautomerie a druha je enamino-imino tautomerie. Transformace je za-koncena nukleofilnı adicı alkoholu na nasobnou vazbu iminioveho iontu (1433 b.).

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

Et

HO

H

H

O

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

EtO

H

OH

23

24

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

Et

HO

H

HO

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

EtOH

H

HO

keto-enol

tautomerie

enam

ino-im

ino

tauto

merie

H

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

EtO

H

OH

H

13. Resenı (28033 b.):

O

OH

O

OBn

H2N

O

OH

O

OBn

NHTeoc

O

OH

OBn

NHTeoc

O

OMOM

OBn

NHTeoc

O

OMOM

OH

NHTeoc

O

OMOM

N

NHTeoc

H3C OCH3

O

OMOM

NHTeoc

Et

OMOM

NHTeoc

Et

OBn

OMOM

H2N

Et

OBn

OMOMHN

Et

OBn

NN

O

1 2 3 4 5 6

7 8 9 10

8

Page 9: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

OMOMHN

Et

OBn

OO

NH

NHCH3O2C

OMOMHN

Et

OBn

N

NO

H3CO2C

N

Et

OBn

OMOM

O N

N

CO2CH3

O

NCH3O

CH3

11 12 13

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OBn

Et

OMOMO

O

H

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OBn

Et

OMOMO

HO

H

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

O

Et

OMOMO

HO

H

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OH

Et

OMOMO

HO

HN

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

Et

OMOMO

HO

H

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

Et

OMOM

HO

H

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

Et

OMOMCH3O

HO

HN

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

Et

OH

HO

H

N

N

CH3O

CH3CO2CH3

OAc

Et

HO

H

H

O

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

EtO

H

OH

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

EtO

H

OTs

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

Et

HO

H

O

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

Et

HO

H

OH

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OAc

Et

HO

H

14 15 16

N

N

CH3O

CH3 CO2CH3

OH

Et

OMOMO

HO

H

17 18 19

20 21 22

23 24 25

26 27 28

9

Page 10: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

D3 – NMR spektroskopie biomolekul

Autor: Radovan Fiala (e-mail: [email protected]) 14 bodu

1. Resenı ukolu:

A – DNAB – RNA

Ve spektru A jsou signaly v oblasti 1,7 az 3 ppm, charakteristicke pro vodıky 2’ a 2”v deoxyribose. RNA ma na uhlıku 2’ jen jeden vodık a -OH skupinu, a tak vodık 2’rezonuje pri vyssıch ppm 4,4 az 5,0 ppm. Dalsım poznavacım znakem je ve vetsine prıpaduexistence ostrych signalu od methylove skupiny thyminu kolem 1 ppm. V nasem prıpadese vsak jedna o spektrum DNA smycky o sekvenci GCGAAGC, ktera thymin neobsahuje.(2,0 b.).

2. Resenı ukolu:

A:

CGCGAATTCGCG

GCGCTTAAGCGC

B:

TCTTGTGTTCT

AGAACACAAGA

Vzhledem k symetrii Dickerson-Drew dodekameru ocekavame 2 signaly odpovıdajıcı ATparum a az 4 piky odpovıdajıcı GC parum, z nichz vsak 1 az dva mohou chybet v dusledkuvymenne reakce s vodou. Tomu odpovıda spektrum A.

V druhe sekvenci mame 7 AT paru a 4 GC pary. Opet s uvazenım, ze signaly od koncovychparu mohou chybet, uvedenym poctum odpovıda spektrum B (3,0 b.).

3. Sekvence aminokyselin lidskeho ubiquitinu je:

MQIFVKTLTGKTITLEVEPSDTIENVKAKIQDKEGIPPDQQRLIFAGKQLEDGRTLSDYNIQKESTLHLVLRLRGG

Aminokyselina Pocet Aminokyselina Pocet Aminokyselina Pocet

G Gly 6 W Trp 0 H His 1

A Ala 2 M Met 1 P Pro 3

V Val 4 C Cys 0 E Glu 6

L Leu 9 S Ser 3 D Asp 5

I Ile 7 T Thr 7 Q Gln 6

F Phe 2 R Arg 4 N Asn 2

Y Tyr 1 K Lys 7

(2,0 b.)

10

Page 11: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

4. 1H-15N HSQC – Ubiquitin ma 76 aminokyselin. Z paru H-N v peptidicke vazbe prispıvajednım signalem kazda aminokyselina krome prolinu, ktery nema na amidickem dusıkuvazany vodık. Krome toho se v uvedene oblasti objevı signaly ze skupin -NH2 glutaminu aasparaginu. Tyto signaly se vyskytujı v parech se spolecnou frekvencı v dusıkove dimenzi(na jednom dusıku jsou vazany dva atomy vodıku).

Celkovy pocet signalu je tedy:

N(HSQC) = 76− 3 + 2 (6 + 2) = 89

Poznamka: Aminoskupina prvnı aminokyseliny na N-konci proteinu v peptidicke vazbevazana nenı, mısto nı je zde volna skupina -NH2. Obe jadra vodıku jsou z hlediska NMRekvivalentnı v dusledku volne rotace kolem vazby C-N a signal vodıku nemusı byt po-zorovatelny v dusledku vymenne reakce s vodou. Pozorovatelnost tohoto signalu zavisı naexperimentalnıch podmınkach a nelze ji jednoznacne dopredu odhadnout. Resenı povazujiza spravne bez ohledu na to, zda tento signal zapoctete ci nikoli.

13C-15N CON – Vypocet je obdobny jako v prıpade HSQC spektra, ale nynı signalypochazejı z atomu dusıku vazanych na karbonyl. Peptidickych vazeb je mezi 76 aminoky-selinami 75, do uvedene oblasti spadajı i signaly z bocnıch retezcu glutaminu a asparaginu.

N(CON) = 75 + 6 + 2 = 83

Signaly s chemickym posunem dusıku nad 130 ppm pochazejı od prolinu. Vzhledem k tomu,ze v prolinu na dusıku amidu v peptidicke vazbe nenı vazan vodık, signaly se ve spektruHSQC neobjevı (6,0 b.).

5. Signaly vne rozsahu spektra se objevı na frekvenci f plus nebo minus celistvy nasobekspektralnı sırky. V nasem prıpade (1,0 b.):

f ′ = (76,7 + 36,0) ppm = 112,7 ppm

11

Page 12: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

Z4 – Pohadka o jaderne ponorce (ctvrta doplnkova uloha)

Autori: Tomas Fiala (e-mail: [email protected]) 10 boduLukas Mikulu (e-mail: [email protected])

1. Vycıslena rovnice reakce, ktera drzı Ivany pri zivote (0,25 b.):

C12H22O11 + 12 O2 −→ 11 H2O + 12 CO2

2. Energeticka potreba Ivana = 2800 kcal/den = 11,71 MJ/denCelkova spotrebovana energie = 11,71 MJ/den × 125 osob × 60 dnı = 87,9 GJLatkove mnozstvı sacharozy = (87,9 GJ)/(5640 kJ/mol) = 15,6 kmolHmotnost sacharozy = 15,6 kmol × 342,3 g/mol = 5,33 t (2,0 b.)

3. Vycıslene rovnice uvedenych lapacu s oxidem uhlicitym:

CaO + CO2 −→ CaCO3

2 HOC2H4NH2 + H2O + CO2 −→ 2 HOC2H4NH+3 + CO2−

3

V prıtomnosti vetsıho mnozstvı CO2:

HOC2H4NH2 + H2O + CO2 −→ HOC2H4NH+3 + HCO−3

2 Li2O2 + 2 CO2 −→ 2 Li2CO3 + O2

Velke casti resitelu delalo problem vycıslit rovnici reakce peroxidu lithneho s oxidemuhlicitym. Castokrat jsme v resenı objevovali uhlicitan lithnaty (LiCO3). Paklize je tozpusobeno tım, ze neznate peroxid lithny – i u rovnic s neznamou latkou byste meli pam-atovat na zakon zachovanı hmotnosti a vsechny rovnice si podle nej zkontrolovat.

U reakce ethanolaminu rada resitelu”vyrobila“ karbamat:

HO

NH3O N

O

OH

H

V principu se s touto reakcı da souhlasit, ale je treba si uvedomit, ze ve vodnem roztoku(ktery byl v zadanı), bude karbamat hydrolyzovat za vzniku uhlicitanu. 0,75 b.)

4. Vsechny tri latky reagujı s oxidem uhlicitym v pomeru 1:1, proto nejvyhodnejsı (nejmensı)pomer ma latka s nejnizsı molarnı hmotnostı, tedy Li2O2 (M = 45,88 g/mol). (0,25 b.)

5. Rovnice:

C12H22O11 + 12 O2 −→ 11 H2O + 12 CO2

12

Page 13: P r rodov edeck a fakultavibuch.math.muni.cz/upload/zadani/2014/vibuch-5-4-reseni.pdfN asledn e prob ehne intramolekul arn cyklizace a reakce je ukon cena odstoupen m tosyl atu (velmi

Resenı uloh 4. serie (5. rocnık)

Z rovnice dychanı vyplyva, ze na 1 mol sacharozy vznika 12 mol CO2.Latkove mnozstvı Li2O2 = n(CO2) = n(sacharoza) × 12 = 15,6 kmol × 12 = 187 kmol.Hmotnost Li2O2 = 187 kmol × 45,88 g/mol = 8,58 t (2,0 b.).

6. 1 elektronvolt je definovan jako kineticka energie, kterou zıska jeden elektron urychlenynapetım 1 volt. (0,25 b.).

7. Nejprve je treba spocıtat, kolik celkem palivovy uran obsahoval energie.

prace = vykon × cas3 roky = 365,25 × 24 × 60 × 60 s = 9,47× 1010 s = 94,7 Msvykon = 2 × 70 MWprace = vykon × cas = 140 MW × 94,7 Ms = 1,33× 1016 J

Tato vypoctena prace odpovıda energii, ktera byla ucinne vyuzita. Vyprodukovana en-ergie reaktoru je ve skutecnosti vetsı kvuli technologickym nedokonalostem. Abychomtedy zıskali vetsı energii, musıme ucinnostı delit a ne nasobit.

Pak tedy:

celkova energie zıskatelna z uranu = (vykon × cas)/ucinnost = (140 MW × 94,7 Ms)/0,33= 4,02× 1016 J

Nasledne vypocıtame, kolik jader uranu-235 se muselo pro uvolnenı teto energie rozstepit.

Jedno jadro uvolnı energii 193,4 MeV = 3,10× 10−11 JCelkovy pocet jader U-235 = (4,02× 1016 J)/(3,10× 10−11 J = 1,30× 1027 = 2,15 kmolHmotnost uranu = 2,15 kmol × 235,012 g/mol = 0,506 tHmotnostnı zlomek obohacenı = m(U-235)/m(materialu) = (0,506 t)/(2,5 t) = 0,20Hmotnostnı procento = 20 % (2,0 b.).

8. Hmotnost autorske baterie = 22 gJednım vztahem lze snadno spocıtat, kolik kg Li-bateriı je treba na pohanenı ponorky.Hmotnosti Li-baterek = prace / energeticka hustota = (1,33 × 1016 J)/(1,8 MJ/kg) =2,23× 1010 kgPocet Li-baterek = celkova hmotnost / hmotnost jedne baterkyPocet Li-baterek = (7,36× 109 kg)/(0,022 kg) = 3,33× 1011 (= 0,55 pmol) (2,5 b.)

Doufame, ze jste pri resenı nası ulohy nedostali morskou nemoc . . . nebo nemoc z ozarenı. . .

13


Recommended