1. Теоретический тур (8)

1.

Для анализа смеси Na₂CO₃, Na₂C₂O₄ и NaCl навеску смеси массой 0.7371 г растворили в воде, добавили 20,00 мл стандартного раствора HCl (0,2000 М), прокипятили и провели титрование, на которое пошло 8,24 мл стандартного раствора NaOH (0,1016 M) с индикатором фенолфталеином, имеющим рТ = 9 (первое титрование).

Другую навеску той же смеси массой 0,6418 г прокалили при 800 °С, растворили в воде, добавили 50,00 мл стандартного раствора HCl (0,2000 М), прокипятили и оттитровали 14,72 мл стандартного раствора NaOH (0,1016 M) с тем же индикатором (второе титрование).

1. Напишите уравнения всех реакций, протекающих в ходе анализа.

2. Рассчитайте массовые доли (%) компонентов в смеси.

2.

При прокаливании навески широко распространенного в природе неорганического вещества в атмосфере водорода образуется 1,822 г воды, а в остатке остается 4,285 г металла. При прокаливании такой же навески в атмосфере СО выделяется 2,265 л (н.у.) углекислого газа, и остается такое же, как и в первом случае, количество металла.

Определите формулу неизвестного неорганического соединения и напишите уравнения протекающих реакций.

3.

В 1774 г. Карл Шееле, действуя кислотой на пиролюзит, выделил некоторый газ, оказавшийся простым веществом, содержащим элемент А. Этот же газ (хотя и другим способом) в том же самом году получил и Дж. Пристли.

1. Что за простое вещество выделил К.Шееле?

2. Известно, что массовая доля элемента А в соединении его с цезием 19,39%, а в соединении с водородом 94,12%. Установите формулы этих соединений.

3. В соответствии с каким уравнением взаимодействуют друг с другом цезиевое и водородное соединение элемента А?

4. Какая кислота использовалась в опытах К. Шееле? Запишите уравнение реакции этой кислоты с пиролюзитом.

5. На банках с пиролюзитом часто пишут "перекись марганца". Насколько это соответствует действительности? Приведите примеры двух оксидов, аналогичных по составу пиролюзиту, и двух пероксидов с таким же составом.

4.

Одну из своих вселенных Создатель решил ради интереса устроить более сложно, чем ту, в которой мы живем. Он связал орбитальное движение электрона с его спином, слегка изменив квантовое уравнение движения электрона. В этой вселенной квантовые числа электронов подчиняются таким же правилам, как и в нашей, с единственным отличием: спин электрона с орбитальным квантовым числом l равен s = (l + 1) / 2.

Принцип Паули выполняется для любого спина.

1. Чему равен спин электрона на s-, p-, d-орбиталях в этой вселенной? Сколько электронов может находиться на одной s-, p- и d-орбитали?

2. Сколько элементов включает второй период Периодической системы в этой вселенной?

3. Напишите электронные конфигурации внешнего уровня для аналогов щелочных металлов и галогенов. Определите максимальную степень окисления галогенов.

4. Напишите электронную конфигурацию 6-го элемента Периодической системы и на основании этой конфигурации установите формулу высшего водородного соединения этого элемента.

5. Начиная с какого элемента электронные конфигурации будут отличаться от тех, которые существуют в нашей Вселенной?

6. Как называется квантовое уравнение движения электрона в нашей Вселенной?

5.

В книге известного русского ученого Германа Генриховича Гесса "Основания чистой химии" (5-е изд., 1840 г.) можно найти следующие строки:

"Водная окись ацетила (I) есть безцвЂтная прозрачная жидкость: отн. в. ея = 0,79. Она кипитъ при 21,8 °, имЂетъ запахъ удушливый. Всего замЂчательнЂе то, что она образуетъ съ аммиакомъ бЂлые кристаллы (II), состоящiе изъ 1 ат. окиси ацетила и одного ат. аммиака. Посему ея должно принимать за кислоту и называть ацетилистою кислотою. Если чистую ацетилистую кислоту оставить на нЂкоторое время при температурЂ 0 °, то она застываетъ. При +2 ° она превращается опять въ жидкость (III); но жидкость эта съ водою уже не смЂшивается, она кипитъ при +94 °, не соединяется болЂе съ аммиаком, и не разлагается отъ дЂйствiя щелочей. Пары ея сдЂлались тяжелЂе, ибо въ 1 об. паровъ обеихъ жидкостей содержится

1. Напишите структурные формулы соединений I, II и III, упомянутых в книге Г.Г. Гесса "Основания чистой химии", с позиции современных представлений органической химии.

2. "Ацетилистая кислота" является одним из крупнотоннажных продуктов современной химической промышленности. Приведите схемы трех реакций промышленных процессов ее получения с указанием условий.

3. Приведите три технологических процесса, в которых она используется в качестве исходного вещества, с указанием условий.

Примечание: Поскольку текст приведен дословно, букву "Ђ" следует читать как "е", "отн. в. ея" как "ее удельный вес", а буква "ъ" — не читается.

6.

При действии хлора на углеводород А было получено только два монохлорпроизводных В и С, содержащих 29,5% хлора.

1. Установите структурные формулы веществ А, В и С.

2. Вычислите, в каком соотношении образуются В и С, если относительные скорости замещения при первичном, вторичном и третичном атомах углерода относятся как 1 : 4 : 5.

3. Могут ли вещества А, В и С быть разделены на оптические антиподы?

4. Если какое-либо из этих веществ может быть разделено на стереоизомеры, предложите химический метод разделения и напишите уравнения соответствующей последовательности превращений, используя при написании схем проекционные формулы Фишера.

5. Предложите схему кратчайшего пути синтеза А из этанола и неорганических реагентов. Укажите условия проведения этих реакций (нагревание, действие света, катализатор, инициатор, повышенное или пониженное давление, растворитель).

7.

Раствор иода в веществе А (С₄Н₁₀О) при действии раствора КОН выделяет осадок В, содержащий 96,7% иода. При пропускании смеси паров А с кислородом над нагретой медной проволокой образуется соединение С (С₄Н₈О). Взаимодействие С с винилацетиленом в присутствии порошкообразного едкого кали (среда — эфир, 0,5 °С) приводит к образованию вещества D (С₈Н₁₂O). Реакция D с растворами серной кислоты в зависимости от условий (концентрация кислоты, наличие растворителя и катализатора, температура) протекает по разным направлениям. Так, действие 50%-ной серной кислоты (60 °С, 4 ч) на D приводит к образованию Е (С₈Н₁₀), существующего в виде смеси двух геометрических изомеров Е1 и Е2. Действие на D разбавленной серной кислоты в ацетоне в присутствии HgSO₄ приводит к образованию двух структурных изомеров F и G (С₈Н₁₂O), каждое из которых также существует в виде геометрических изомеров (F1, F2 и G1, G2). В то же время нагревание D с 10%-ной серной кислотой (60°С, 6 ч) в присутствии солей ртути дает соединение Н (С₈Н₁₄O₂). В ИК-спектре Н имеются полосы поглощения, соответствующие колебаниям связей С-Н (3000 - 2800 см^-1), С-О (1200 см^-1) и С=О (1705 см^-1).

Напишите структурные формулы соединений А — Н.

8.

Биоизостерами (или биоизостерными аналогами) называются соединения различной (отличающейся друг от друга) структуры, однако проявляющие однотипную физиологическую активность. Например, биоизостерными аналогами являются фенольные и сульфониламидные производные фенилэтаноламинов (веществ, воздействующих на адренорецепторы). Основанием такой аналогии является практически одинаковая кислотность фенольной и сульфониламидной групп. Кроме того, NH-фрагмент сульфониламидной группы способен связываться с рецептором, как это показано на рисунке, практически также эффективно, как и ОН-группа фенольных этаноламинов.

Широко известными биоизостерами являются также п-аминобензойная кислота (I) и белый стрептоцид (II):

В настоящее время метод, использующий "биоизостерную аналогию", широко применяется для направленного поиска новых лекарственных препаратов. При этом новая химическая структура "конструируется" на основе известного физиологически активного вещества, в котором часть молекулы специальным образом видоизменяется. В таком превращении важно учитывать следующие параметры исходной молекулы и ее биоизостерного аналога: "размер" молекул, расстояние между функциональными группами, а также их кислотно-основные свойства.

Основным эндогенным тормозным медиатором в центральной нервной системе животных и человека (веществом с .успокаивающим. действием) является гамма-аминомасляная кислота (ГАМК). Она присутствует практически во всех нервных клетках. В настоящее время проводится интенсивный поиск веществ, способных заменить ГАМК.

Одним из подходов в таких исследованиях является поиск биоизостерных аналогов ГАМК.

1. Приведите структурную формулу гамма-аминомасляной кислоты.

2. Ниже приведены шесть структур, три из них представляют собой биоизостеры по отношению к ГАМК. Укажите, какие именно и обоснуйте свой выбор. Какие свойства выбранных Вами молекул определяют их биоизостерность по отношению к гамма-аминомасляной кислоте?

3. Почему оставшиеся три структуры не являются биоизостерами по отношению к гамма-аминомасляной кислоте?

4. Как влияют заместители в бензольных кольцах структур А и В на кислотно-основные свойства молекул?