2018 оны 7-р сарын 19 29 Братислав, СЛОВАК Праг, ЧЕХ www.50icho.eu ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН Country: Name as in passport: Mongolia - MNG Student code: Language: Mongolian 50 th IChO 2018 International Chemistry Olympiad SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC BACK TO WHERE IT ALL BEGAN
Гарчиг Удирдамж... 2 Тогтмол тоо, тэгшитгэл... 3 Бодлого 1. ДНХ... 5 Бодлого 2. Дундад зуунд цогцсыг эх нутагт нь буцаасан нь... 10 Бодлого 3. Цахилгаан хөдөлгүүрийн үүсэл... 18 Бодлого 4. Цацраг идэвхит зэсийн баганан хроматограф... 25 Бодлого 5. Чехийн анар... 30 Бодлого 6. Мөөгөнд явцгаая... 36 Бодлого 7. Цидофовир... 41 Бодлого 8. Кариофиллен... 48 ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 1
Удирдамж Онолын тэмцээний дэвтэр 56 хуудастай. Эхэл буюу Start команд өгөгдмөгц та бичиж эхэлж болно. Бодлогыг бодоход таньд 5 цаг өгөгдсөн байна. Бүх үр дүн, хариултыг тэмцээний дэвтрийн зохих заасан хэсэгт үзгээр гаргацтай бичсэн байх шаардлагатай. Хариулт бичих хэсгээс гадагш гаргаж бичсэн зүйлд оноо өгөхгүй болохыг анхаарна уу. Таньд ноорог болгож 3 хуудас цаас өгнө. Хэрэв илүү ноорог хэрэгтэй болвол тэмцээний даалгаврын дэвтрийн хуудасны ард талыг ашиглана. Хариулт бичихэд зориулсан хэсэг (хайрцаг)-ээс гадна бичсэн ямар ч зүйл оноо өгөхгүй болохыг хатуу анхаарна уу. Үелэх хүснэгт болон үзэгдэх гэрлийн спектр энэ дэвтэрт багтаагүй бөгөөд тусад нь өгөх болно. Зөвхөн зохион байгуулагчийн өгсөн үзэг, тооны машиныг ашиглана. Тодруулах шаардлага гарвал тэмцээний даалгаврын дэвтрийн албан ёсны англи хувилбарыг авч үзэж болно. Хэрэв шалгалтын өрөөг орхиж гарах (бие засах газар орох, юм уух, идэх) хэрэгтэй болвол IChO-ийн хөх картыг өргөнө үү. Шалгалтын ассисент таньтай хамт явах болно. Дуусга буюу Stop команд өгөхөөс 30 минутын өмнө шалгалтын ассисент анхааруулна. Дуусга буюу Stop команд өгмөгц та ажлаа нэн даруй зогсоох ёстой. Бичихээ зогсоогоогүй, эсвэл хагас минут (30 секунд) болон түүнээс удаан үргэлжлүүлэн бичвэл онолын тэмцээний оноог тэглэнэ. Дуусга буюу Stop команд өгсний дараа тэмцээний дэвтрийг дугтуйд буцааж хийгээд суудалдаа сууж хүлээнэ. Шалгалтын ассисент ирж дугтуйг хурааж авна. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 2
Тогтмол тоо, тэгшитгэл Авогадрийн тогтмол: Хийн нийтлэг тогтмол: Гэрлийн хурд: Планкийн тогтмол: Фарадейн тогтмол: Стандарт даралт: Хэвийн (агаарын) даралт: Цельсийн хуваарийн тэг хэм: Электроны масс: Массын атом нэгж: Ангструм: Электронвольт: Ватт: N A = 6.022 10 23 моль 1 R = 8.314 Ж K 1 mol 1 c = 2.998 10 8 м с 1 h = 6.626 10 34 Ж с F = 9.6485 10 4 Кл моль 1 p = 1 бар = 10 5 Па p atm = 1.01325 10 5 Па 273.15 K m e = 9.109 10 31 кг u = 1.6605 10 27 кг 1 Å = 10 10 м 1 эв = 1.602 10 19 Ж 1 Вт = 1 Ж с 1 Идеаль хийн тэгшитгэл: Термодинамикийн 1-р хууль: Цахилгаан хэрэгслийн чадлын нэгж: Энтальпи: Гиббсийн чөлөөт энерги: pv = nrt ΔU = q + W P = U I Энд, U хүчдэл, I - гүйдлийн хүч H = U + pv G = H TS ΔG o o = RT lnk = zfe cell ΔG = ΔG o + RT lnq a A + b B c C + d D урвалын тэнцвэрийн илэрхийлэл Q : Q = [C]c [D] d [A] a [B] b Энтропийн өөрчлөлт: Температураас үл хамаарах дулааны солилцоо c m : ΔS = q rev T Энд, q rev - буцах процессын дулаан Δq = nc m ΔT Энд, c m молийн дулаан багтаамж ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 3
Вант-Гоффийн тэгшитгэл: d lnk dt Хендерсон-Хассельбахийн тэгшитгэл: ph = pk a + log [A ] [HA] Нернст-Петерсоны тэгшитгэл: = Δ rh m RT 2 ln ( K 2 K 1 ) = Δ rh m R ( 1 T 2 1 T 1 ) E = E o RT zf lnq Протоны энерги: Энергийн эв болон Ж-ийн нэгжийн хамаарал: E = hc λ E ev = E J C q e Ламберт-Берийн хууль: A = log I 0 I = εlc Долгионы давтамж: ν = ν c = 1 2πc k μ АХ молекулын багасгасан-reduced масс µ: μ = m A m X m A + m X Гармоник хэлбэлзлийн энерги: E n = hν (n + 1 2 ) Аррениусийн тэгшитгэл: k = A e E a RT Хурдны хуулийн интеграл хэлбэр: Тэг эрэмбэ: Нэгдүгээр эрэмбэ: Хоёрдугаар эрэмбэ: [A] = [A] 0 kt ln[a] = ln[a] 0 kt 1 [A] = 1 [A] 0 + kt ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 4
Бодлого 1 Нийт онооны 7% Асуулт 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Нийт Тэмдэгт 5 5 4 12 12 24 62 Оноо Бодлого 1. ДНХ Палиндромик дараалал гэдэг нь ДНХ-ийн сонирхолтой ангиллын нэг юм. Палиндромик ДНХийн давхар мушгианы нэгнийх нь дарааллыг 5 3 дагуу унших, нөгөө мушгиаг 5 3 дагуу унших нь яг адилхан байдаг. Иймд палиндромик ДНХ нь бие биетэйгээ таардаг хоёр адилхан мушгианаас тогтоно. Жишээ болгон Дрю-Дикерсоны додекануклеотид (1)-г дор харуулав: 5 -CGCGAATTCGCG-3 3 -GCGCTTAAGCGC-5 (1) 1.1 Өөр өөр дараалал бүхий палиндромик давхар мушгиа ДНХ-ийн додекануклеотид (арван хоёр хос суурь бүхий ДНХ-ийн төрөл) хэд байх боломжтой вэ? 1.2 Өөр өөр дараалал бүхий палиндромик давхар мушгиа ДНХ-ийн ундекануклеотид (арван нэгэн хос суурь бүхий ДНХ-ийн төрөл) хэд байх боломжтой вэ? ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 5
Анх авсан нийт ДНХ-ийн 50% нь диссоциацид орж салангид мушгиа үүсэх температурыг давхар мушгиа ДНХ-ийн хайлах температур, Т хай гэнэ. 1.3 Дрю-Дикерсоны додекануклеотид (1)-ын хувьд авч үзье. Давхар мушгиа ДНХ-ийн тогтворжилтод А-Т сууриас илүүгээр G-C суурь илүү сайнаар нөлөөлдөг гэж тооцно. Аль нэг хос суурийг G C сууриар солиход Т хай ихсэх магадлал ямар байх вэ? Магадлал: Дан мушгианаас давхар мушгиа ДНХ-ийн үүсэхийн термодинамикийг судлая. Давхар мушгиа ДНХ-ийн үүсэхийн термодинамик нь ДНХ-ийн урт болон температураас хамаардаг. Дан мушгианаас давхар мушгиа ДНХ үүсэх урвалын тэнцвэрийн тогтмол палиндромик ба палиндромик биш ДНХ-д өөр өөр байдаг. Эхний концентраци нь c эхний = 1.00 10 6 моль дм 3 бүхий давхар мушгиа ДНХ-ийн уусмалыг Т хай хүртэл халаахад тэнцвэр тогтжээ. 1.4 Т хай температурт дан мушгианы нэгдэх урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг палиндромик болон палиндромик биш ДНХ-ийн хувьд тус тус тооцоолно уу. Палиндромик биш давхар мушгиа ДНХ Тооцоо: K = ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 6
Палиндромик давхар мушгиа ДНХ Тооцоо: K = Хоёр дан мушгиа нэгдэж давхар мушгиа ДНХ-ийг үүсгэхийн Гиббсийн энергийн утгыг янз бүрийн туршилтаар тооцоолсон бөгөөд давхар мушгиа ДНХ дахь нэг G C хосынх 6.07 кж моль 1, нэг A T хосынх 1.30 кж моль 1 байдаг. 1.5 T хай нь 330 К-ээс өндөр байдаг, хамгийн богино давхар мушгиа ДНХ олигонуклеотидэд хэдэн суурийн хос агуулагдаж байх вэ? Энэхүү T хай температурт давхар мушгиа ДНХ үүсгэдэг дан мушгиануудын нэгдэх урвалын тэнцвэрийн тогтмолын утга дараах байдалтай: Палиндромик биш (np) давхар мушгиа ДНХ-ийн хувьд K np = 1.00 10 6, Палиндромик (p) давхар мушгиа ДНХ-ийн хувьд K p = 1.00 10 5. Палиндромик эсвэл палиндромик биш давхар мушгиа ДНХ-ийн аль нь хамгийн богино олигонуклеотид вэ? Суурийн хосын тоог тооцоолох: палиндромик биш давхар мушгиа ДНХ-ийн шаардлагатай урт: ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 7
палиндромик давхар мушгиа ДНХ-ийн шаардлагатай урт: Хамгийн богино олигонуклеотид нь: палиндромик (p) палиндромик биш (np). Эцэст нь ДНХ-ийн мушгианууд нэгдэхэд суурийн хос тус бүрийн оруулах хувь нэмрийг хялбаршуулахаа больё. Энэхүү процессын Гиббсийн энерги нь температураас шууд хамааралтай гэж үздэг. Дрю-Дикерсоны додекануклеотид (1)-ийн T хай-ийн урвуу болон анхны концентраци c анх-ийн хамаарлыг дараах байдлаар харуулав. (Жич: стандарт концентраци нь c 0 = 1 моль дм 3 болно.) 1 T хай К ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 8
c анх / 10 6 моль дм 3 0.25 0.50 1.00 2.0 4.0 8.0 T хай / K 319.0 320.4 321.8 323.3 324.7 326.2 1.6 ДНХ-ийн дан мушгианууд Дрю-Дикерсоны додекануклеотид (1)-ын давхар мушгиа палиндромик үүсгэн нэгдэх урвалын стандарт энтальпи ΔH болон стандарт энтропи ΔS -ийг тооцоолно уу. ΔH ба ΔS нь температураас хамаарахгүй. Бодолт: ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 9
Бодлого 2 Нийт онооны 8% Асуулт 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 Нийт Тэмдэгт 1 4 4 2 6 10 17 14 58 Оноо Бодлого 2. Дундад зуунд цогцсыг эх нутагт нь буцаасан нь Рацемиржих урвал нь хүрээлэн буй орчны температур (байгаль дээр)-т удаан явагддаг урвал юм. Биологийн объектуудын насыг тодорхойлоход, мөн биологийн объектэд хийгдсэн дулааны боловсруулалтын түүхийг судлахад энэ урвалыг хэрэглэх боломжтой. Жишээ болгон L-изолейцин (L-Ile) ((2S,3S)-2-aмино-3-метилпентаны хүчил)-г авч үзье. Түүний изомер болох -карбон (2R,3S)-2-амино-3-метилпентаны хүчлийг D-allo-изолейцин гэдэг. Хоёр стерео төвийн зөвхөн нэгийнх нь байгуулалтыг өөрчилдөг процессыг рацемиржих гэхээс илүү эпимержилт гэж нэрлэдэг. 2.1 Бүх зөв өгүүлбэрийг сонгоно уу. D-allo-изолейцин ба L-изолейциний оптик эргэлтийн утга ижил ба буцлах цэг ондоо. D-allo-изолейцин нь L-изолейцинтай оптик эргэлтийн үнэмлэхүй утга ижил боловч тэмдэг нь эсрэг. Хайлах цэг нь изомеруудын хувьд ижил D-allo-изолейцин ба L-изолейциний оптик эргэлтийн утга ондоо ба ижил буцлах цэгтэй. D-allo-изолейцин ба L-изолейциний оптик эргэлтийн утга ондоо ба буцлах цэг ондоо. D-allo-изолейцин оптик идэвхгүй. 2.2 Изолейциний стереоизомер тус бүрт байгуулалтыг харгалзуулна уу. 2S,3R (L-allo-изолейцин) 2R,3S (D-allo-изолейцин) 2S,3S (L-изолейцин) 2R,3R (D-изолейцин) ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 10
2.3 L-изолейциний эпимержилтийн тэнцвэрийн тогтмол 1.38 (374 K температурт) болно. Хэрвээ L-изолейциний Гиббсийн чөлөөт энерги G m = 0 кж моль 1 бол 374 K температурт 2.2 асуулт дахь A D бүх бүтцүүдийн Гиббсийн чөлөөт энергийг тодорхойлно уу. A B C D кж моль 1 кж моль 1 кж моль 1 кж моль 1 2.4 Хэрвээ бүх стерео төвүүд дээрх стерео изомерыг тоолвол lle-lle-lle трипептидийн стерео изомерүүдийн хамгийн их тоо хэд вэ? Стерео изомерүүдийн тоо нь: ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 11
Эпимержилтийн эхэнд эргэх урвалыг тооцохгүй байж болно. Эпимержилтийн хурд нэгдүгээр эрэмбээр илэрхийлэгдэнэ. L-изолейцин D-allo-изолейцин Урвалын хурдны тогтмолын утга нь 374 K температурт k 1(374 K) = 9.02 10 5 ц 1 ба 421 K температурт k 1(421 K) = 1.18 10 2 ц 1 болно. Цаашид L-изолейциний концентрацийг [L]-ээр, D-allo-изолейциний концентрацийг [D]-ээр товчилж бичнэ. de (диастереомерийн цэвэршилтийн зэрэг)-ийн хэмжээг: гэсэн томьёогоор тооцоолно. de = [L] [D] [L] + [D] 100(%) 2.5 374 К температурт 1943 цагийн турш буцалгасан бол L-изолейциний de-ийн хэмжээ a) буцалгахын өмнө болон b) буцалгасны дараа ямар байх вэ? a) Буцалгахын өмнө Бодолт: de = % (гурван утгат цифрээр) b) Буцалгасны дараа Бодолт: de = % (гурван утгат цифрээр) ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 12
2.6 298 К температурт L-изолейциний 10% нь D-allo-изолейцин рүү ямар хугацаанд шилжих вэ? Бодолт: t = жил ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 13
Үнэн хэрэгтээ эргэх урвалыг тооцохгүй байж болохгүй. Кинетик зөв схемийг дараах байдлаар илэрхийлнэ. L-изолейцин D-allo-изолейцин [L] eq -ийн тэнцвэрийн утгаас концентрацийн хазайлтыг тооцвол x = [L] [L] eq x-ийг дараах тэгшитгэлийн дагуу хугацаагаар илэрхийлж болно: x = x(0) e (k 1 + k 2 )t, x(0) нь хугацааны t = 0 ц үеийн тэнцвэрийн хазайлт болно. 2.7 1.00 моль дм 3 L-изолейциний уусмалыг 374 К температурт 1943 цагийн турш буцалгасан. Шулуун урвалын хурдны тогтмол нь k 1(374 K) = 9.02 10 5 ц 1, L- изолейциний эпимержилтийн K эпимержилт-ийн утга 1.38 (374 K-т) тус тус болно. Дараах бодолтод L-изолейциний концентрацийг [L]-ээр, D-allo-изолейциний концентрацийг [D]- ээр товчилж бичнэ үү. a) [L] eq-ийг, b) буцалгасны дараах диастереомерийн цэвэршилтийн зэрэг (de)-ийг (гурван утгат цифрээр) тооцоолно уу. a) Бодолт: [L] eq = моль дм 3 ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 14
b) Бодолт: de = % (гурван утгат цифрээр) ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 15
Нэг хираль төвтэй амин хүчлүүд нь рацемиржих урвалд ордог. Жишээ нь L-аргинины рацемиржих урвал: L-аргинин D-аргинин Концентрацийн хугацаанаас хамаарах хамаарал дараах хуульд захирагдана: 1 + [D] [L] ln 1 [D] = 2k 1 t + C [L] [D] болон [L] нь хугацааны t агшин дахь D- болон L-аргинины концентраци, k 1 нь хурдны тогтмол, C нь анхны концентрацид тохирох утга. Ромын хаан III Лотар 1137 онд Сицил рүү аялах үеэр нас баржээ. Эх нутагт нь буцаахад хялбар байлгахын тулд түүнийг нас барсан даруйд цогцсыг нь усанд (373 K) тодорхой хугацаанд буцалгасан. Буцалгасан хугацааг химийн кинетикийн тусламжтайгаар тооцоольё. ph = 7 үед 373 K температурт уургийн доторх аргинины рацемиржих хурдны тогтмолын утга 5.10 10 3 ц 1 байна. Лотарын ясан дахь аргинины изомерийн найрлагыг судлахын тулд аргининыг уусмал руу шилжүүлэх шаардлагатай. Лотарын ясыг 383 К-т 4 цаг хүчтэй хүчлийн орчинд гидролизд оруулсан. Оптик изомеруудын харьцаа [D] = 0.090 байсан. Лотарын эхнэр Рыксаг нас барсны [L] дараа цогцсыг нь буцалгаагүй. Түүний ясыг ижил аргаар гидролизд оруулахад оптик изомеруудын харьцаа [D] ' = 0.059 байсан. (Гидролизын үед рацемиржих хурдны тогтмол k [L] 1 нь k 1-ээс ялгаатай болохыг анхаарна уу.) 2.8 1137 онд Ромын хаан III Лотарын цогцсыг хэр удаан буцалгасан вэ? Тайлбар: Булшны температурт аргинины рацемиржих нь хэт удаан явагдана. Хоёр цогцос хоёул 880 жилийн настай бөгөөд энэ хугацаан дахь байгалийн рацемиржилтийг тооцоохгүй байж болно. Бодолт: ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 16
t буцлах = ц ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 17
Асуулт 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Бодлого 3 Нийт онооны 8% Тэмдэгт 2 6 7 3 7 8 Оноо Асуулт 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 Нийт Тэмдэгт 6 10 5 2 6 62 Оноо Бодлого 3. Цахилгаан хөдөлгүүрийн үүсэл Орчин үеийн тээврийн хэрэгсэл нь түлшний шаталтанд суурилсан боловч бодит шаталтат хөдөлгүүрийн онолын бүтээмж нь хязгаарлагдмал бөгөөд ихэвчлэн 20-40%-ийн хооронд байдаг. 3.1 Дулааны хөдөлгүүрийн бүтээмж өндөр байх хүчин зүйлүүдийг тэмдэглэнэ үү Хөдөлгүүрийн механик хэсгүүдийн үрэлтийн хэмжээг нэмэгдүүлэх Хөдөлгүүр дэх түлшийг шатаах температурыг нэмэгдүүлэх Хөдөлгүүрийн ажиллах температурын интервалыг багасгах Хийн ажлын даралтыг ихэсгэх Ирээдүйн тээврийн хэрэгслийн хөдөлгүүрийн бүтээмжийг сайжруулах нэг арга нь түлшний элемент юм. Устөрөгчид-суурилсан түлшний элементийг ашиглан хөдөлгүүрийн бүтээмжийг сайжруулж болно. 3.2 Шингэн усны үүсэхийн стандарт энтальпи, Δ үүсh (H 2O, шин) = 285.84 kж моль 1, изооктаны стандарт шатахын энтальпи, Δ шатh (C 8H 18,l) = 5 065.08 kж моль 1 (хоёул 323.15 K температурт) байдаг. Цэвэр шингэн изооктан ба цэвэр хий байдалтай устөрөгчийн шатахын хувийн энтальпийн утгуудыг (нэгж массад оногдох) 323.15 K температурт тооцоолно уу. Δ шат H s (C 8 H 18 ) = Δ шат H s (H 2 ) = ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 18
3.3 323.15 К ба 100кПа даралтад устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн идеаль хийг ашиглан шингэн ус гарган авах түлшний элементийн стандарт цахилгаан хөдөлгөх хүч (ц.х.х)-ийг тооцоолно уу. 323.15 K температур дахь энтропийн дараах утгыг хэрэглэнэ үү: S (H 2O, шин) = 70 Ж K 1 моль 1, S (H 2, хий) = 131 Ж K 1 моль 1, S (O 2, хий) = 205 Ж K 1 моль 1. Бодолт: ц.х.х = В 3.4 353.15 К температурт шингэн ус гарган авах түлшний элементийн идеаль термодинамик бүтээмж (η)-ийг тооцоолно уу. Энэ температурт усны үүсэхийн энтальпи Δ үүсh (H 2O, шин) = 281.64 kж моль 1 ба харгалзах урвалын Гиббсийн чөлөөт энергийн өөрчлөлт Δ урвg = 225.85 kж моль 1 болно. η = % ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 19
3.5 Полимер мембран электролизэр нь 2.00 В-ийн хүчдэлд ажилладаг ба бүрэн хүчин чадлаараа ажиллаж байгаа 10.0 МВт-ийн салхин сэнсээр оройны 10 цагаас өглөөний 6 цаг хүртэл тэжээгддэг. Цэвэр устөрөгчийн электролизын гарц 1090 кг болно. Үүссэн устөрөгчийн массыг онол ёсоор үүсэх массад хувааж илэрхийлэн электролизын гарцыг тооцоолно уу. Бодолт: η электролиз = % 3.6 Нийт хүчин чадлын 15%-иар ажиллаж байгаа 310 квт-ын цахилгаан хөдөлгүүртэй машинаар 100 км ц -1 -ийн хурдаар Праг болон Братиславын хооронд (330 км) явахад шаардагдах устөрөгчийн массыг тооцоолно уу. Устөрөгчийн элементийн цахилгаан энерги гаргах бүтээмж нь 75%, цахилгаан хөдөлгүүрийн бүтээмж нь 95% ба устөрөгчийн түлшний шаталтын Гиббсийн энергийн өөрчлөлт Δ урвg= 226 кж моль 1 болно. Бодолт: ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 20
m = кг Устөрөгчийн үйлдвэрлэл үр ашиг багатай байдаг, мөн устөрөгчийг хадгалалттай холбоотой аюулгүй байдлын асуудал нь устөрөгчид-суурилсан технологийн хөгжилд садаа болдог. Гидразин (N 2H 4)-ы түлшний элемент нь тохиромжтой хувилбар байж болно. Усан орчин дахь гидразины системд дараах стандарт ангижрах потенциалууд байх боломжтой: N 2(g) + 5 H + (aq) + 4 e N 2H 5+ (aq) E = 0.23 V N 2H 5+ (aq) + 3 H + (aq) + 2 e 2 NH 4+ (aq) E = +1.28 V N 2(g) + 4 H 2O(l) + 4 e N 2H 4(aq) + 4 OH (aq) E = 1.16 V N 2H 4(aq) + 2 H 2O(l) + 2 e 2 NH 3(aq) + 2 OH (aq) E = +0.10 V 2 H 2O(l) + 2 e H 2(g) + 2 OH (aq) E = 0.83 V. 3.7 Өгөгдсөн нөхцөлд гидразин болон аммиакийн хэлбэрээр дараах Латимерын диаграммыг бөглөнө үү. Мөн электрохимийн хагас урвалыг дүрсэлсэн сум тус бүрийн исэлдэнангижрах потенциалын утгыг бичнэ үү. Шаардлагатай бүх бодолтыг хийнэ үү. a) Хүчиллэг орчин (ph = 0) N 2 b) Суурилаг орчин (ph = 14) N 2 Бодолт: ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 21
Түлшний элементэд аммиак үүсэх нь хортой чанар, үнэр, хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх нөлөө зэргээс шалтгаалан тохиромжгүй байдаг. 3.8 Гидразины задралын нийлбэр урвалыг (I) аммиак ба азот болон (II) азот ба устөрөгч үүсэх гэсэн үндсэн нөхцөлүүдэд бичнэ үү. Харгалзах урвалуудын тэнцвэрийн тогтмолыг 298.15 К температурт тус тус бодно уу Гидразины задралын тэгшитгэл: Бодолт: Суурилаг орчинд гидразин NH 3 ба N 2 болон задрах: K = Суурилаг орчинд гидразин H 2 ба N 2 болон задрах: K = ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 22
ОЛОН УЛСЫН ХИМИЙН ОЛИМПИАД / СЛОВАК & ЧЕХ, 2018 Дахин цэнэглэдэг, литид-суурилсан батарейнууд нь түлшний элементийн өөр нэг хувилбар юм. Лити-ион батарейнууд нь голдуу графитыг нэг электрод болгож хэрэглэдэг. Энд графитын үеүдийн хооронд лити орсон байдаг. Харин нөгөө электродыг нь лити-кобальтын оксидоор хийдэг бөгөөд батарей цэнэглэгдэх болон цэнэгээ алдах процессын явцад нэг электродоос нөгөө рүү лити ионыг шилжүүлэх чадвартай. Энэхүү системд холбогдох хагас урвалуудыг дараах байдлаар бичнэ: (C)n + Li+ + e Li(C)n 3.9 E = 3.05 V, CoO2 + Li+ + e LiCoO2 E = +0.19 V. Дээр өгөгдсөн томьёоллыг ашиглан цэнэгээ алдах үед батарейд явагдах нийт химийн урвалыг бичнэ үү. Урвалын тэгшитгэлд кобальтын исэлдэхүйн хэмийг харуулна уу. 3.10 3.9-д тайлбарласан литид суурилсан батарейны цэнэгээ алдахад тохирох зөв өгүүлбэрийг тэмдэглэнэ үү Li(C)n электрод нь LiCoO2 электрод нь катод Учир нь литийн ионууд ангижрана. анод Учир нь литийн атомууд исэлдэнэ. катод Учир нь кобальт ионууд ангижрана. анод Учир нь кобальт ионууд исэлдэнэ. 3.11 Электродуудын хооронд нэг электроныг шилжүүлэхэд шаардагдах батарейны идэвхтэй массын нэгжийг C6, CoO2, литийн атом нь бүрдүүлнэ гэж үзье. Стандарт ц.х.х-ийг ашиглан батарейны идэвхтэй массын нэгжид харгалзах цэнэгийн багтаамж (ма ц г 1аар) ба энергийн нягт (квт ц кг 1-аар)-ыг бодож олно уу. Бодолт: Цэнэгийн багтаамж (cq,s ) = ма ц г 1 Бодолт: ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 23
Энергийн нягт (ρ el )= квт ц кг 1 ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 24
Бодлого 4 Нийт онооны 6% Асуулт 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 Нийт Тэмдэгт 2 5 1 2 7 2 3 2 24 Оноо Бодлого 4. Цацраг идэвхит зэсийн баганан хроматограф Цайраар бэлтгэсэн байг дейтрийн цөмөөр бөмбөгдөж позитрон цацаргалтын томографи (ПЦТ)-д зориулсан 64 Cu-ийг бэлтгэдэг (цаашид идэвхжүүлсэн бай гэнэ). 4.1 64 Zn цөмийг дейтрийн цөмөөр бөмбөгдөхөд 64 Cu үүсэх урвалын тэгшитгэлийг бичиж тэнцүүлнэ үү. Жижиг хэсэг тус бүрийн протоны болон масс тоог тодорхойлж бичнэ. Цэнэгийг тооцолгүй орхино. + + Идэвхжүүлсэн байг концентрацитай хлортустөрөгчийн хүчил (HCl (aq))-д уусгахад Cu 2+ ба Zn 2+ ионууд болон тэдгээрийн харгалзах хлоро комплекс агуулсан холимог үүснэ. 4.2 Цайр байг идэвхжүүлж бэлтгэхэд үүссэн зэсийн хэмжээнд хамаарах зэсийн сөрөг цэнэгтэй жижиг хэсгийн молийн долийг тооцоолно уу. [Cl ] = 4 моль дм 3 гэж үзнэ. Хүснэгт 1-ээс комплексийн үүсэхийн ерөнхий тогтмол, β-ыг харна уу. Тооцоогоо эхлэхээс өмнө дараах жижиг хэсгүүдийн томьёоны баруун дээд хайрцагт цэнэгийг нь бичнэ үү: Cu [CuCl] [CuCl2] [CuCl3] [CuCl4] ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 25
Хүснэгт 1. Cu-ийн жижиг хэсгүүдийн комплекс үүсэхийн ерөнхий тогтмол, β (томьёонд цэнэгийг орхисон) β i = [CuCl i ] [Cu] [Cl] i [CuCl i] дахь i 1 2 3 4 β i 2.36 1.49 0.690 0.055 Бодолт: Молийн доль = (хариуг зууны нарийвчлалтай бичнэ үү) Cu 2+ ба Zn 2+ ионууд болон тэдгээрийн харгалзах хлоро комплекс агуулсан холимгийг анион солилцлын резинээр салгасан. Хуурай, ОН- хэлбэрийн резиныг усанд дэвтээгээд багана руу хийжээ. Бүх гадаргууд Cl - ион суулгахын тулд (өөрөөр хэлбэл, Cl - хэлбэрийн резин гарган авахын тулд) резинийг хлортустөрөгчийн хүчлээр угаагаад, дараа нь холбогдоогүй хлор ион, Cl -ийг ионгүйжүүлсэн усаар угааж зайлуулав. 4.3 Хлортустөрөгчийн хүчлээр угааж эхлэхээс өмнө бүх зүйл анх лабораторын температурт байсан. Хлортустөрөгчийн хүчлээр угааж байх үед баганы температур өөрчлөгдөх үү? Үгүй. Тийм, температур буурна. Тийм, температур өснө. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 26
Cu 2+ ба Zn 2+ ион болон тэдгээрийн харгалзах хлоро комплекс агуулсан холимгийг резинээр дүүргэсэн багана руу шилжүүлэв. Хлортустөрөгчийн хүчлийн уусмалыг хөдөлгөөнт фаз (элюэнт) болгож хэрэглэсэн. Туршилтын энгийн томьёо ашиглан багана дахь зэс болон цайрын жижиг хэсгүүдийн дундаж угаагдах чанар (elution properties)-ыг тодорхойлох тооцоог хийж болно. Баригдах эзэлхүүн (retention volume) V R (бодисын 50% нь баганаас угаагдаж гарах үед зарцуулагдах хөдөлгөөнт фазын эзэлхүүн)-ийг дараах томьёогоор тооцоолж болно: V R = D g m resin,dry, OH form + V 0 4.4 Хуурай, OH хэлбэрийн резины масс m resin,dry, OH form = 3.72 г, хоосон хоолойн эзэлхүүн V 0 = 4.93 см 3 бол масс тархалтын коэффициент, D g,i ( D g(cu жижиг хэсэг) = 17.4, D g(zn жижиг хэсэг) = 78.5)-ийг ашиглан зэсийн жижиг хэсэг болон цайрын жижиг хэсгийн баригдах эзэлхүүн V R-ийг cm 3 -ээр тооцоолно уу. Бодолт: V R(Cu жижиг хэсэг) = V R(Zn жижиг хэсэг) = см 3 (аравны нарийвчлалтай хариул) см 3 (бүхэл тоогоор хариул) Хэрэв хариу гаргаж чадаагүй бол дараагийн тооцоонд V R(Cu жижиг хэсэг) = 49.9 cm 3, V R(Zn жижиг хэсэг) = 324 cm 3 гэж хэрэглэнэ үү. Хэрэв: V 0.001(A) V 0.999(B) > 10V c байвал туршилтын энгийн томьёо ашиглан А ба В жижиг хэсгийн багцыг бүрэн салгасан гэж болно. Энд, V 0.001 А-ийн i 0.1% нь баганаас угаагдаж гарах үеийн хөдөлгөөнт фазын эзэлхүүн V 0.999 В-ийн 99.9% нь баганаас угаагдаж гарах үеийн хөдөлгөөнт фазын эзэлхүүн. V 0.001 (A) = V R (A) (1 6.91 d p /L c ) V 0.001 (B) = V R (B) (1 6.91 d p /L c ) V 0.999 (B) = 2V R (B) V 0.001 (B) ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 27
4.5 Тооцоонд үндэслэн зэсийн жижиг хэсэг цайрын жижиг хэсгээс бүрэн салах эсэхийг тодорхойлно уу. Хөөмөл резинээр дүүрсэн баганын эзэлхүүн V c = 10.21 см 3, резиний ширхэгийн диаметр d p = 0.125 мм, багана дахь хөөмөл төлөвт байгаа нойтон резиний өндөр L c = 13.0 см болно. V 0.001(A) = см 3 V 0.999(B) = см 3 Зэс жижиг хэсгийг цайр жижиг хэсгээс салгах боломжтой. Үнэн Худал 4.6 Энэ бодлогод хэрэглэсэн хуурай резиний ион солилцлын массын багтаамжийн онолын утга, Q m,theor-ийг ммоль г 1 аар тооцоолно уу. Резиний ион солилцох үүргийг зөвхөн тетралкиламмонын бүлэг гүйцэтгэж байгаа гэж үзнэ. Азот агуулсан өөр бүлэг энд байхгүй. Хуурай резин дэх азотын массын хувь 4.83% байсан. Q m,theor = ммоль г 1 (зууны нарийвчлалтай хариул) Хэрэв хариулж чадаагүй бол дараагийн тооцоонд Q m,theor = 4.83 ммоль г 1 гэж хэрэглэнэ үү. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 28
Бодит байдалд ион солилцогчид тетралкиламмоны бүлэг агуулагддаггүй. Ион солилцлын эзэлхүүний багтаамж, Q v-ийг тодорхойлохын тулд 3.72г хуурай резинийг Cl - хэлбэрт шилжүүлж натрийн сульфатын илүүдэл уусмалаар угааж бэлтгэсэн резинээр баганыг дүүргэжээ. Элюэнтийг 500 см 3 -ийн хэмжээст колбонд цуглуулан авч, дараа нь хэмжээсийн зураас хүртэл усаар дүүргэжээ. Үүссэн шингэнээс 100 см 3 -ийг авч 0.1027 моль дм 3 мөнгөний нитратаар потенциометрийн титрлэлт явуулжээ. Эквивалент цэгт мөнгөний нитратын уусмалын эзэлхүүн 22.20 см 3 байсан. Хөөмөл резинээр дүүргэсэн баганы эзэлхүүн, V c нь 10.21 см 3 байсан. 4.7 Хөөмөл резиний см 3 тутамд оногдох идэвхтэй тетралкиламмоны бүлгийн ион солилцлын эзэлхүүний багтаамж Q v-ийг ммоль-иор тооцоолно уу. Q v = ммоль см 3 (зууны нарийвчлалтай хариулна уу) Хэрэв хариу гаргаж чадаагүй бол дараагийн тооцоонд Q v = 1.00 ммоль см 3 гэж хэрэглэнэ үү. 4.8 Ион солилцогчид агуулагдаж байгаа идэвхтэй тетралкиламмоны бүлгийн молийн долийг тооцоолно уу. x = (мянганы нарийвчлалтай хариулна уу) ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 29
Асуулт 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 Бодлого 5 Нийт онооны 8% Тэмдэгт 3 3 1 5 3 2 4 1 2 Оноо Асуулт 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 Нийт Тэмдэгт 5 7 3 2 6 1 1 1 50 Оноо Бодлого 5. Чехийн анар Чехийн анар (пироп) нь Чехийн алдартай, цусан улаан өнгөтэй, хагас үнэт чулуу юм. Байгалийн анарын химийн найрлага нь A 3B 2(SiO 4) 3 гэсэн стехиометрийн томьёогоор илэрхийлэгдэнэ. Энд, A II нь хоёр валенттай катион, B III нь гурван валенттай катион байна. Анар нь 8 томьёоны нэгж агуулсан куб эгэл үүртэй. Энэ бүтэц нь 3 төрлийн полиэдрийг багтаасан: A II катион нь додекаэдр байрлал (найман О-ийн атомаар хүрээлэгдсэн)-д, B III катион нь октаэдр байрлал (зургаан О-ийн атомаар хүрээлэгдсэн)-д, Si IV нь дөрвөн О-ийн атомаар хүрээлэгдсэн тетраэдр байрлалд тус тус байна. Хамгийн нийтлэг анарын эрдэс болох альмандин нь Fe 3Al 2(SiO 4) 3 гэсэн томьёотой. Үүний торын тогтмол нь a = 11.50 Å. 5.1 Альмандиний онолын нягтыг тооцоол. = г см 3 Чехийн анар Mg 3Al 2(SiO 4) 3 гэсэн найрлагатай. Цэвэр нэгдэл нь өнгөгүй, харин байгалийн анар нь үндсэн материалын катионыг халж орж ирсэн шилжилтийн металлын катион буюу хромофор бүлэгтэй учраас өнгөтэй байдаг. Чехийн анарын улаан өнгө нь маш өчүүхэн хэмжээтэй, октаэдр байрлалд байгаа Cr III ион болон додекаэдр байрлалд байгаа Fe II ионтой холбоотой юм. 5.2 [Cr III O 6] oct -ийн d-орбиталийн хуваагдлын диаграммыг зурж, электроны хуваарилалтыг хийнэ үү. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 30
5.3 Гурван валенттай катион (M III ) нь октаэдр байрлалд нам-спинт хуваарилалттай бол диасоронзон, өндөр-спинт хуваарилалттай бол парасоронзон байдаг шилжилтийн 1-р үеийн элементийг тодорхойлно уу. 5.4 Дараах зурагт додекаэдр талст оронд d-орбиталийн хуваагдлыг харуулсан байна. [Fe II O 8] dod хромофор бүлгийн хувьд электроны хуваарилалтыг харуулна уу. a) өндөр-спинт хуваарилалт b) нам-спинт хуваарилалт 5.5 Дээрх хоёр хуваарилалтын хувьд E 1, E 2, E 3 энергитэй харьцуулсан хослолын энерги (P)- ийн тэнцэтгэл биш (P < E 1 + E 2 + E 3)-ийг тодорхойлно уу. a) өндөр-спинт хуваарилалт: P b) нам-спинт хуваарилалт: P 5.6 P > E 3 гэж үзээд додекаэдр байрлалд байх хоёр валенттай катион M II нь нам-спинт хуваарилалттай бол диасоронзон, өндөр-спинт хуваарилалттай бол парасоронзон байдаг шилжилтийн 1-р үеийн элементүүдийг тодорхойлно уу. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 31
Absorbance Absorbance Absorbance Absorbance ОЛОН УЛСЫН ХИМИЙН ОЛИМПИАД / СЛОВАК & ЧЕХ, 2018 Дараах зураг нь цусан улаан Чехийн анар, ногоон уваровит, хөх сапфир, шар цитрин гэсэн өнгөт дөрвөн эрдсийн хялбаршуулсан шингээлтийн спектрийг харуулсан байна. шингээлт A шингээлт B 300 350 400 450 500 550 600 650 700 λ (nm) 300 350 400 450 500 550 600 650 700 λ (nm) шингээлт C шингээлт D 300 350 400 450 500 550 600 650 700 λ (nm) 300 350 400 450 500 550 600 650 700 λ (nm) 5.7 Спектр тус бүрт эрдсийг харгалзуулна уу. Чехийн анар (Bohemian garnet):... Сапфир (Sapphire):... Уваровит (Uvarovite):... Цитрин (Citrine):... 5.8 Хэрэв монохромат хөх-ногоон гэрэл тусгавал Чехийн анар ямар харагдах вэ? Улаан-Red Хөх-Blue Шар-улбаршар Yellow-orange Хар-Black Шар-Yellow Хөх-ногоон-Blue-green Улаан ягаан-violet Цагаан-White ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 32
Андрадит нь Ca 3Fe 2(SiO 4) 3 гэсэн химийн найрлагатай, анарын төрлийн өөр нэг эрдэс юм. Октаэдр байрлал дахь Fe III -ийг Ti IV -өөр, тетраэдр байрлал дахь Si IV -ийг Fe III -өөр халсан хоёр халалцаа нь хар шорломит үүсгэдэг. Түүний химийн найрлагыг Ca 3 [Fe,Ti] oct 2 ([Si,Fe] tet O 4 ) 3 гэж илэрхийлж болно. 5.9 Хэрэв октаэдр байрлал дахь Fe III -ийн 5% нь Ti IV -өөр халагдсан болох нь мэдэгдэж байгаа бол энэхүү шорломитийн дээж дэх Fe III -аар халагдсан байх Si IV ионы хувийг тооцоолно уу. p = % Энэхүү эрдсийн өнгө нь [Fe III O 6] oct болон [Fe III O 4] tet гэсэн хоёр хромофор бүлгээр үүсгэгддэг. Энэ хоёр хромофор бүлгийн төвийн ионууд нь тэнцүү тооны хослоогүй электронтой. 5.10 Дээрх хоёр хромофор бүлгийн хувьд d-орбиталийн хуваагдлын диаграммыг зурж, электроны хуваарилалтыг хийнэ үү. [Fe III O 6] oct : [Fe III O 4] tet : Тетраэдр орон нь октаэдр орноос бага хуваагдалд оруулдаг ( tet = 4 9 oct). Fe III ионы хувьд сонирхолтой нь, октаэдр хромофорын эхний d-d шилжилт (маш сул боловч)-ийн энерги (11 000 cm 1 ) нь тетраэдр (22 000 cm 1 )-ийнхээс ч бага байдаг. 5.11 Хуваагдлын Δ oct, Δ tet энергийн хэмжээ, хослолын энерги (P)-ийн хэмжээг тооцоолно уу. Хоёр хромофор бүлэгт хослолын энергийг тэнцүү гэж үзнэ. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 33
P = Δ oct = Δ tet = см 1 см 1 см 1 Оптоэлектроникт хэрэглэгддэг синтезийн анар YAG (YttriumAluminiumGarnet буюу иттрихөнгөнцагааны анар) нь Y 3Al 5O 12 гэсэн найрлагатай. Анарын ерөнхий бүтэц A 3B 2(SiO 4) 3 дэх A, B, Si-ийн байрлалд Y III болон Al III солигдож байрласнаар синтезийн анарын бүтэц үүсгэдэг. 5.12 Ионы радиусын харьцангуй хэмжээний талаарх өөрийн мэдлэгт үндэслэн аль катион нь аль байрлалыг эзлэхийг тодорхойлно уу. A: B: Si: 5.13 LED технологийн хэрэглээнд зориулан YAG-ийг Ce III -той холидог. Иттрийн атомын 5% нь церигээр халагдсан YAG-ийн томьёо дахь x, y коэффициентийг тодорхойлно уу. Y xce yal 5O 12 x = y = Хэрэв хариу гаргаж чадаагүй бол дараагийн тооцоонд x = 2.25, y=0.75 гэж тус тус хэрэглээрэй. 5.14 Устөрөгч, H 2-ийн орчинд Y 2O 3, Al 2O 3, CeO 2-ийн холимгийг шатаах замаар Ce III -тай хольсон YAG-ыг бэлтгэдэг. 5.13-т тодорхойлсон томьёогоо хэрэглэн энэхүү урвалын тэгшитгэлийг бичиж хамгийн бага бүхэл тоон харьцаагаар тэнцэтгэнэ үү. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 34
YAG-ийг газрын ховор элементтэй хольж хэт ягаан туяанаас хэт улаан туяаны дунд муж хүртэлх долгионы урттай цацаргалт бүхий лазерийн бүтээгдэхүүн гарган авах боломжтой байдаг. Дараах зурагт зарим газрын ховор элементийн ион дахь f-f шилжилтийн энергийг харуулсан байна. энерги 5.15 Аль катион нь хөх гэрлийн цацаргалтад харгалзах шилжилт хийж байна вэ? Er 3+ Sm 3+ Tm 3+ Pr 3+ Yb 3+ Nd 3+ Tb 3+ 5.16 Энэхүү гэрлийн цацаргалтын долгионы уртыг тооцоолно уу. λ = нм 5.17 Домогт өгүүлснээр, далайн аялалд усан онгоцоо гэрэлтүүлэхдээ Ной анар чулуу бүхий саваа (stick) ашигладаг. Зөвхөн люминесценцийн эффект гарна гэж үзээд, хэрэв чулуу нь цусан улаан өнгөтэй Чехийн анар байсан бол Нойгийн саваанаас цацрах лазер гэрлийн өнгийг тодорхойлно уу. Улаан-Red Хөх-Blue Шар-улбаршар Yellow-orange Хар-Black Шар-Yellow Хөх-ногоон-Blue-green Улаан ягаан-violet Цагаан-White ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 35
Бодлого 6 Нийт онооны 7% Асуулт 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 Нийт Тэмдэгт 18 4 8 3 4 12 16 3 68 Оноо Бодлого 6. Мөөгөнд явцгаая Мөөг түүх нь Чех ба Словакийн үндэсний уламжлал юм. Зарим мөөгийг идэж болдог, зарим нь идэж болдоггүй, бүр хортой ч байдаг. Бэхэн малгайт (inky cap, Coprinopsis atramentaria) нь идэж болдог бөгөөд амттай мөөгний нэг юм. Энэ мөөг нь коприн (E) гэдэг байгалийн нэгдлийг агуулдаг ба түүнийг этил 3- хлоропропанат (1)-аас хялбархан синтезлэн гарган авч болдог. хутгалттай Коприн (E) 6.1 А-Е бодисуудын бүтцийн томьёог, хэрэв шаардлагатай бол орон зайн томьёог зурна уу. Санамж: А бодис үүсгэх эхний урвал нь металл органик нэгдэл үүсгэн, дараа нь цагирагжих замаар явагдана. A B C ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 36
D E Хүний биед орсноор коприн нь гидролизод орж, глютаминий хүчил (3), мөн С, бодис 4-ийг үүсгэдэг. Энэхүү С болон бодис 4 нь хортой нөлөөллийг үүсгэдэг. С ба бодис 4 спиртийг боловсруулахад оролцдог ацетальдегид дегидрогеназа энзимийг идэвхгүй болгодог. Энэ энзим идэвхгүй болсоноор алкохол дегидрогеназа энзимийн үүсгэсэн ацетальдегид биед хуримтлагдан хүчтэй шартуулах (антабусын нөлөө) шинж тэмдэг үзүүлдэг. Энзимийн идэвхтэй тал нь цистейний SH бүлэг агуулсан байдаг ба тэр нь С ба бодис 4-ийн аль алинаар нь хаагддаг. коприн (E) гидролиз гидролиз энзим энзим = ацетальдегид дегидрогеназа 6.2 Дээрх урвалын схемд дүрсэлсэн энзимийн дүрсийг ашиглан бодис 4-той урвалд орж идэвхгүй болсон F энзимийн бүтцийг зурна уу. F ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 37
Антабусын нөлөө гэдэг хэллэг нь архинд донтох өвчнийг эмчлэхэд хэрэглэдэг антабус гэдэг эмнээс гаралтай. Энэ эмийг дараах схемийн дагуу гарган авдаг. урвалж I 6.3 G ба H бодисуудын бүтцийг зурна уу. Санамж: H нэгдэл таван нүүрстөрөгчийн атом агуулсан байна. G H 6.4 Дараах жагсаалтаас урвалж I болгон ашиглаж болох боломжтой бүх бодисуудыг тэмдэглэнэ үү. m-хлоробензойн хүчил (mcpba) шингэрүүлсэн H 2O 2 Zn/CH 3COOH NaBH 4 I 2 Концентрацитай халуун H 2SO 4 K 2CO 3, H 2O AlCl 3 Антабус нь C болон бодис 4-той адил замаар ацетальдегид дегидрогеназа энзимийг идэвхгүй болгодог. энзим энзим = ацетальдегид дегидрогеназа 6.5 Дээрх ацетальдегид дегидрогеназа энзимийн дүрсийг ашиглан антабустай урвалд орж идэвхгүй болсон J энзимийн бүтцийн томъёог зурна уу. Санамж: Бүтцэд гурван хүхрийн атом байх ёстой. J ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 38
Хуурамч үрчгэр мөөг (False morel, Gyromitra esculenta) бол бас нэг сонирхолтой мөөг юм. Өмнө нь энэ мөөгийг идэж болдог (esculentus гэдэг нь латинаар идэж болдог гэсэн үг) гэж үздэг байсан ч гиромитрин (M) гэдэг бодис агуулагддаг нь уг мөөгний хортойг нотолдог. Энэ байгалийн нэгдлийг N-метилгидразин (6)-аас синтезлэн гарган авж болдог. 1 эквивалент гиромитрин (M) 6.6 K M бодисуудын бүтцийн томъёог зурна уу. K L M Гиромитрин (M) хүний биед орсноор гидролизод орж N-метилгидразин үүсгэх ба тэр нь элгийг хүчтэй хордуулдаг. Гиромитрин (M) нь ходоодонд ормогцоо хүчиллэг орчинд амид ба имин бүлгээрээ зэрэг гидролизод ордог. Гиромитриний молекулын амид хэсгийн гидролизийг дэлгэрэнгүй үзье. C N холбооны валентын хэлбэлзлийн давтамж 1293 см -1 ба изотопоор халсаны дараа потенциал энергийн гадаргуу хэлбэрээ төдийлөн өөрчлөгддөггүй. 6.7 Хүний биеийн температурт буюу 37 C температурт явагдах гидролизын урвалаар 14 N нь 15 N изотопоор, 12 C нь 13 C изотопоор нэгэн зэрэг халагдсан гэж үзээд хамгийн их боломжит изотопийн кинетик нөлөөг тооцоолно уу. Тэг цэгийн чичирхийллийн энерги урвалын хурдны тогтмолд нөлөөлөхийг тооцож үзнэ. Бүх изотопийн молекул массыг бүхэл тоо гэж авч үзнэ. Алхам бүрт таван утгат цифр ашиглана. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 39
6.8 Изотопийн өөрчлөлт хийсний дараа гидролизын урвалын хурд төдийлөн өөрчлөгдөөгүй. Дараах алхамуудын аль нь хурдыг тодорхойлох алхам байж болох бэ? Протонжсон амид хэсэгт ус нуклеофилээр довтлох C N холбооны тасралт Гиромитриний молекулын протонжилт ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 40
Бодлого 7 Нийт онооны 7% Асуулт 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 Нийт Тэмдэгт 10 6 15 9 11 6 57 Оноо Бодлого 7. Цидофовир Цидофовир (1) нь хуучны Чехсловакийн профессор Голигийн багийнхан гарган авсан вирусын эсрэг идэвхтэй нуклеотидийн аналог (хувилбар) юм. Энэ бодисыг голдуу ДОХ (Дархлалын Олдмол Хомсдол) өвчтэй хүмүүсийг эмчлэхэд хэрэглэдэг. Цидофовир (1) Завсрын шатны гол бүтээгдэхүүн болох оптикийн цэвэр диол 2-г L-маннитол (3)-с гарган авдаг. ацетон L-маннитол (3) ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 41
7.1 A D бодисуудын бүтцийн орон зайн томъёог зурна уу. А бодисын нэг молекулаас 2 молекул В бодис үүснэ. A C 12H 22O 6 B C D 7.2 Адил урвалд орж адилхан бүтээгдэхүүн 2 үүсгэх боломжтой бодис 3-ын бусад стереоизомерүүдийн бүтцийн орон зайн томъёог зурна уу. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 42
Диол 2 цаашид хувиргаж I бодисыг гарган авна. F бодисыг G болгож байгаа синтезэд хэрэглэх фосфонат 4-ийн синтезийг дараа нь авч үзэх болно. ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 43
7.3 E-I бодисуудын бүтцийг орон зайн томъёогоор зурна уу. (4-метоксифенил)дифенилметил бүлгийг MMT товчлол хэрэглэн зурна. Хялбар байлгахын тулд өмнөх хуудас дээрхтэй адил схемийг оруулав. E C 30H 30O 4 F G H I C 16H 27O 8PS ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 44
Фосфанат 4-г дараах схемийн дагуу гарган авна. 7.4 J L бодисуудын бүтцийг зурна уу. J K L ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 45
I нэгдлийг (7.3 асуултын) цитозин (5)-той урвалд оруулахад M ба N изомер бодисуудын 3:1 харьцаатай холимог үүсдэг. Хоёр бүтээгдэхүүн үүсгэж байгаа нь цитозин (5) нь ароматик таутомер Р хэлбэртэй байдгаас ойлгогдоно. М бодис нь циклогекса-1,4- диентэй нүүрстөрөгч дээрх палладийн гидроксидын оролцоотой урвалд орж О бодисыг үүсгэнэ. О бодис доторх фосфоны эфирийн хэсэг нь бромтриметилсилантай урвалд орж цидофовир (1) үүсгэнэ. (5) цитозин I нэгдэл М бодис О болж хувирахад хамгаалах бүлэг зайлуулагдана. 7.5 О бодис, М ба N изомерүүдийн орон зайн томьёо, цитозин (5)-ний ароматик таутомер P- ийн бүтцийн томъёог тус тус зурна уу. M (75%) N (25%) 1 Цидофовир ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 46
O P 7.6 М бодис О болох урвалын хажуугийн бүтээгдэхүүнүүд болох энгийн органик бодис Q ба R-н бүтцийн томъёог зурна уу. Q циклогексадиенээс R хамгаалагч бүлгээс ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 47
Бодлого 8 Нийт онооны 9% Асуулт 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 Нийт Тэмдэгт 14 14 2 16 6 8 9 6 75 Оноо Бодлого 8. Кариофиллен -кариофиллен нь башир цэцгийн мод, мөн Чех, Словакийн зарим ургамалуудад (hop plant or small-leaved linden) агуулагддаг байгалийн гаралтай сесквитерпен юм. -кариофиллены синтез диенон А-н нэг энантиомерээс эхэлдэг. А бодисыг силил кетен ацеталь (1)-тай урвалд оруулсаны дараа усан орчинд DIBAL-H-ээр үйлчлэхэд кетон 2 үүснэ. Энэхүү бүтээгдэхүүн нь тосил хлоридтой урвалд орж В бодисыг үүсгэнэ. В бодисыг шүлтлэг орчинд цагирагжих урвалд оруулахад С бодис үүснэ. Эцэст нь С бодисыг D фосфоны илидтэй урвалд оруулахад -кариофиллен үүснэ. -кариофиллен (3) ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 48
пиридин -кариофиллен (3) 8.1 A D бодисуудын томьёонд тохирох орон зайн бүтцийг зурна уу. Санамж: A 2 хувиралд силил кетен ацеталь нь нуклеофилийн үүрэг гүйцэтгэнэ. A C 10H 14O B C D ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 49
2 болон 3 бодисуудын нэг ширхэг давхар холбоо нь транс байрлалтай байдаг бөгөөд мушгирсан хэлбэрийн цагирагны хэмжээ том тул тогтвортой байдаг. транс-циклооктен (4) бол транс хоёрчийн холбоотой байж чадах хамгийн жижиг цагирагтай нэгдэл юм. Энэ бодисыг дараах схемийн дагуу гарган авдаг. Нэг шаттай +энантомер 8.2 E урвалж болон F, G бодисуудын бүтцийг зохистой стереохимиийн томьёогоор бичнэ үү. F, G бодисуудад ямар төрлийн стереохими байгааг дөрвөлжин дүрсэнд тэмдэглэнэ үү. E F хираль биш нэг энантиомер рацемат холимог диастерео изомерийн холимог G хираль биш нэг энантиомер рацемат холимог диастерео изомерийн холимог ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 50
8.3 Циклоалкен 4-н энантиомерийн бүтцийг зурна уу. -кариофиллен дахь хоёр ширхэг давхар холбоо нь урвалын идэвхээрээ ялгаатай байдаг. Цагираг дахь давхар холбоо (эндоцикл) нь нөгөө давхар холбооноосоо (экзоцикл) илүү урвалын идэвхтэй байдаг. (1 эквивалент) (1 эквивалент) -кариофиллен (3) (1/3 эквивалент) ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 51
8.4 Ha + Hb, I and Ja + Jb бодисуудын бүтцийг зохистой стереохимийн томьёогоор бичнэ үү. Санамж: Ha + Hb ба Ja + Jb бодисууд нь диастерео изомерийн хосууд байна. Ha + Hb I Ja + Jb ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 52
Сонирхолтой нь кариофиллен (3)-ын оронд изокариофиллен (5)-ийг ашиглах үед давхар холбооны урвалын идэвх эсрэгээрээ байна. (1/3 эквивалент) 8.5 Ka ба Kb бодисуудын бүтцийн томьёог зурна уу. Санамж: Ka + Kb rнь диастерео изомерийн хос байна. Ka + Kb ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 53
Изотоп тэмдэгт нэгдлүүд нь урвалын механизм, бүтэц тодорхойлох, масс спектр болон цөмийн соронзон спектрийн судалгааны маш чухал хэрэглэгдэхүүн юм. -кариофиллены тэмдэгт аналогийн синтезийг харья. хутгалттай 8.6 L ба M бодисуудын бүтцийг орон зайн томьёогоор зурна уу. L M C 14H 20D 2O ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 54
-кариофиллен (3) нь хүчлийн катализатортой цагирагжих урвалд орсоноор олон тооны бүтээгдэхүүний холимог үүсгэдэг. Тэдгээрийн дотроос Na + Nb диастереомерүүд, 7a + 7b диастереомерүүд хамгийн их агуулагдана. Цагираг дахь илүү идэвхтэй давхар холбоог протонжуулсанаар урвал эхэлж О катион үүсгэнэ. Энэ нь С-С энгийн холбоог таслалгүйгээр цагирагжих урвалд орж диастереомер гурван цагирагт катион Pa ба Pb үүсгээд, цаашид устай урвалд оруулахад Na ба Nb спиртүүдийг үүсгэнэ. Өөр нэг зам нь Pa ба Pb катионуудын С-С энгийн холбоо тасарч, Qa ба Qb катионуудыг үүсгээд, дараа нь энэ бодис протонгүйжиж 7a ба 7b бодисуудыг үүсгэнэ. Дахин бүлэгжих 8.7 7а диастереомерийг үүсгэж байгаа O, Pa, Qa бодисуудын бүтцийн орон зайн томьёог зурна уу. O Pa Qa ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 55
8.8 Na + Nb диастереомерүүдийн бүтцийг зурна уу. Na + Nb C 15H 26O ОНОЛЫН ТЭМЦЭЭН, АЛБАН ЁСНЫ МОНГОЛ ОРЧУУЛГА 56