Ravsyre, vinsyre og sitronsyre i frukt

Del 2, alle hjelpemidler

Ravsyre, vinsyre og sitronsyre i frukt

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Frukt og produkter basert på frukt inneholder mange forskjellige organiske syrer. Et eksempel er vin laget av druer, som inneholder blant annet etansyre, ravsyre, vinsyre og sitronsyre (se figur 1).

Skjelettformler for etansyre, ravsyre, vinsyre og sitronsyre
Figur 1: Skjelettformler for etansyre, ravsyre, vinsyre og sitronsyre
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Ravsyre kan framstilles fra butan-1,4-diol. Hva slags type reagens trengs til det?

Syklisk forbindelse med to esterbindinger i en seksring og to sidekjeder med OH-gruppe og karboksylgruppe
Figur 2: Syklisk forbindelse med to esterbindinger i en seksring og to sidekjeder med OH-gruppe og karboksylgruppe
Hjelpemiddelkrav: For hånd
  • Forklar med reaksjonsligning hvordan forbindelsen i figur 2 kan reagere til vinsyre.
  • Hva slags type reaksjon er dette?
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Esteren propyletanat, CH3COOCH2CH2CH3, lukter pære. Den framstilles fra etansyre og propan-1-ol. Beregn utbyttet når 10 g etansyre reagerer med 10 g propan-1-ol til 10 g ester.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Sitronsyre er en svak treprotisk syre og kan brukes til å lage forskjellige bufferløsninger. Hvor mange gram fast NaOH må tilsettes til 1 L 0,2 mol/L løsning sitronsyre for å få en bufferløsning med pH 6,4?

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Studer formlene til ravsyre og etansyre i figur 1.

  • Hvor mange signaler forventer du å finne i 1H-NMR-spektrene til de to syrene?
  • Hva er forholdet mellom integralene (arealet) for signalene i de enkelte spektrene?
Fasit

Et sterkt oksidasjonsmiddel, for eksempel surgjort KMnO4 eller K2Cr2O7.

Esterbindingene brytes med vann: C8H8O10+2H2O→2C4H6O6. Reaksjonen er en hydrolyse.

Utbytte=59 %

m(NaOH)=20 g

Ravsyre: 2 signaler med integralforhold 4:2=2:1. Etansyre: 2 signaler med integralforhold 3:1.

LøsningsforslagKI-generert

Butan-1,4-diol har to primære OH-grupper. Ravsyre har to karboksylgrupper. Hver primær alkohol må oksideres til en karboksylsyre, via et aldehyd.

Vi trenger derfor et sterkt oksidasjonsmiddel i overskudd, for eksempel surgjort kaliumpermanganat (KMnO4) eller surgjort kaliumdikromat (K2Cr2O7).

Forbindelsen i figuren er en syklisk diester av to vinsyremolekyler. Karboksylgruppen i det ene molekylet er forestret med OH-gruppen på C2 i det andre molekylet, og omvendt.

Med vann brytes de to esterbindingene i ringen. Karbonyl-C-atomet får en OH-gruppe og blir en karboksylgruppe igjen. Ring-O-atomet får et H-atom og blir en OH-gruppe. Da dannes to vinsyremolekyler:

Hydrolyse av den sykliske diesteren med to vannmolekyler til to vinsyremolekyler

C8H8O10+2H2O→2C4H6O6

Reaksjonen er en hydrolyse (esterhydrolyse). Den er den motsatte av en kondensasjonsreaksjon. Hydrolysen går raskere med syre som katalysator. Med base får vi forsåpning, og produktet blir tartrationer.

Reaksjonen er en forestring (kondensasjon):

CH3COOH+CH3CH2CH2OH⇌CH3COOCH2CH2CH3+H2O

Molare masser: M(CH3COOH)=60,05 g/mol, M(C3H7OH)=60,10 g/mol og M(C5H10O2)=102,13 g/mol.

n(CH3COOH)=10 g60,05 g/mol=0,1665 moln(C3H7OH)=10 g60,10 g/mol=0,1664 mol

Stoffene reagerer i forholdet 1 : 1. Propan-1-ol er begrensende reaktant, men bare så vidt. Teoretisk kan det dannes 0,1664 mol ester:

mteoretisk=0,1664 mol⋅102,13 g/mol=16,99 g
Utbytte=10 g16,99 g⋅100 %=58,8 %
Utbytte=59 %

Utbyttet blir lavere enn 100 % fordi forestringen er en likevekt.

Vi skriver sitronsyre som H3A. Fra vedlegget er pKa1=3,13, pKa2=4,76 og pKa3=6,40.

Ønsket pH er lik pKa3. Bufferparet er da HA2− / A3−. Bufferlikningen gir

pH=pKa3+lg⁡[A3−][HA2−]

Med pH=pKa3 blir logaritmeleddet null, altså [A3−]=[HA2−].

Løsningen inneholder n(H3A)=1 L⋅0,2 mol/L=0,2 mol. NaOH reagerer trinnvis:

H3A+OH−→H2A−+H2O0,2 mol OH−H2A−+OH−→HA2−+H2O0,2 mol OH−HA2−+OH−→A3−+H2O0,1 mol OH−

I siste trinn reagerer bare halvparten av HA2−. Da blir det 0,1 mol av både HA2− og A3−.

n(NaOH)=0,2 mol+0,2 mol+0,1 mol=0,5 mol
m(NaOH)=0,5 mol⋅40,00 g/mol=20 g

Vi har sett bort fra volumendringen. Vi har også sett bort fra at litt H2A− er igjen ved pH 6,4. Det er rimelig fordi pKa2 ligger 1,6 enheter under ønsket pH.

Ravsyre, HOOC–CH2–CH2–COOH, er symmetrisk. De fire H-atomene i CH2-gruppene er ekvivalente, og de to H-atomene i karboksylgruppene er ekvivalente. Vi forventer 2 signaler. Integralforholdet er 4:2=2:1 (CH2 : COOH).

Etansyre, CH3–COOH, har to H-miljøer: CH3 og COOH. Vi forventer 2 signaler. Integralforholdet er 3:1 (CH3 : COOH).

Ingen av signalene splittes, fordi ingen H-atomer har ikke-ekvivalente H-naboer. Syreprotonet kan gi et bredt signal, eller forsvinne hvis prøven løses i D2O.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i kjemi. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2021. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt