bronnen

Eindexamen scheikunde vwo 2008, tijdvak 1 (scheikunde 1)

opgave 1Vrije vetzuren in olijfolie

Olijfolie bestaat voornamelijk uit glyceryltri-esters. Dit zijn esters van glycerol en
vetzuren. De oudste manier om olie uit olijven te winnen, is via mechanische
weg. Het sap wordt door zware granieten maalstenen uit de vruchten geperst. Er
wordt dan een mengsel verkregen dat voornamelijk uit olie en water bestaat. Het
water wordt in een centrifuge vervolgens afgescheiden. De temperatuur tijdens
deze zogenoemde “koude persing” wordt vaak niet hoger dan 40 oC.
Tegenwoordig wordt olijfolie industrieel vaak via een ander proces gemaakt.
Ook dan worden de olijven geperst, maar nu in aanwezigheid van onder andere
stoom om zoveel mogelijk olie uit de olijven te halen. Bij dit proces is de
temperatuur veel hoger dan bij de koude persing. In het vervolg van deze
opgave wordt dit proces “warme persing” genoemd.
De olie die na de warme persing overblijft, heeft een mindere kwaliteit dan die
uit de koude persing, onder andere omdat het gehalte aan vrije vetzuren veel
hoger is. Een te hoog gehalte aan vrije vetzuren beïnvloedt de smaak nadelig.
11p
Geef de naam van het type reactie dat optreedt wanneer vrije vetzuren uit
glyceryltri-esters worden gevormd.
22p
Leg uit hoe het komt dat bij de warme persing relatief meer vrije vetzuren
ontstaan dan bij de koude persing. Noem in je uitleg twee oorzaken.
Er is een methode ontwikkeld om met behulp van een titratie het gehalte aan
vrije vetzuren in een vet of een olie te bepalen.
Bij deze methode wordt een bekende hoeveelheid olie gemengd met propanon
en een klein beetje chloroform (CHCl3). Het mengsel wordt vervolgens
getitreerd met een oplossing van kaliumhydroxide in 2-propanol. Direct nadat de
toegevoegde hydroxide-ionen hebben gereageerd met alle zure bestanddelen uit
de olie, zal een reactie tussen propanon en chloroform optreden. Deze reactie is
exotherm. De hierdoor veranderende temperatuur is te gebruiken als
eindpuntbepaling van de titratie.
De reactie die na het eindpunt van de titratie optreedt, verloopt in twee stappen.
Bij deze reactie treedt OH– als katalysator op.
In de eerste stap reageert chloroform als volgt met hydroxide:
CHCl3 + OH– → CCl3– + H2O
In de tweede stap reageren de reactieproducten van stap 1 met propanon,
waarbij 1,1,1-trichloor-2-methyl-2-propanol als enig organisch reactieproduct
ontstaat.
34p
Geef de reactievergelijking van de tweede stap. Gebruik daarin
structuurformules voor propanon en 1,1,1-trichloor-2-methyl-2-propanol.
Eerste kwaliteit olijfolie wordt aangeduid met de kwalificatie “extra vergine”. Eén
van de eisen die aan olie worden gesteld om aan deze kwalificatie te voldoen, is
dat het gehalte aan vrije vetzuren, berekend als oliezuur, maximaal 1,00 gram
per 100 gram olie bedraagt.
Van een bepaalde soort olijfolie wordt op de hiervoor beschreven manier het
gehalte aan vrije vetzuren bepaald. Daartoe wordt 5,542 g olijfolie gemengd met
25 mL propanon en 2 mL chloroform. Het ontstane mengsel wordt getitreerd met
een 0,102 M oplossing van KOH in 2-propanol.
Omdat bij deze titratie olijfolie niet de enige vloeistof is waar stoffen in zitten die
met OH– reageren, moet eerst een zogenoemde blanco bepaling worden
uitgevoerd.
42p
Beschrijf hoe deze blanco bepaling moet worden uitgevoerd.
Bij de uiteindelijke bepaling bleek dat 2,572 mL 0,102 M KOH oplossing nodig
was om te reageren met de vrije vetzuren in de olijfolie.
53p
Ga na of het gehalte aan vrije vetzuren in de onderzochte olijfolie voldoet aan de
genoemde kwaliteitseis voor “extra vergine”. De massa van een mol oliezuur is
282,5 gram.

opgave 2Anammox

In deze opgave staat een bacteriële omzetting van ammoniumionen met
nitrietionen centraal, de zogenoemde anammox-reactie.
Bij deze opgave hoort tekstfragment 1 dat is afgedrukt in de bijlage die bij dit
examen hoort. Lees dit tekstfragment.
De vergelijking van de anammox-reactie is:
NH4+ + NO2– → N2 + 2 H2O
(anammox-reactie)
In de regels 9 t/m 14 worden de hoofdlijnen van de
stikstofkringloop, zoals die rond 1900 bekend was,
beschreven. De beschrijving is een vereenvoudiging
van de werkelijke stikstofkringloop. In veel artikelen
over de anammox-reactie wordt de stikstofkringloop
weergegeven met behulp van het schema dat
hiernaast staat.
Ook deze weergave is een vereenvoudiging.
Bovendien is dit schema een onvolledige weergave
van de beschrijving die in de regels 9 t/m 14 van
tekstfragment 1 wordt gegeven.
N NH + 2 4 NO - 2 NO - 3
Op de uitwerkbijlage die bij dit examen hoort, is dit schema nogmaals
weergegeven, zonder de gebogen pijlen erin.
64puitwerkbijlage
Maak op de uitwerkbijlage de schematische stikstofkringloop zo af, dat die in
overeenstemming is met de beschrijving in de regels 9 t/m 14 van
tekstfragment 1. Zet in het schema de namen van de omzettingen die in het
tekstfragment worden genoemd op de juiste plaats.
72puitwerkbijlage
Geef op de uitwerkbijlage ook aan waar de anammox-reactie, waarover dit
artikel gaat, moet worden ingetekend. Gebruik daarvoor (een) onderbroken
pijl(en):
In de regels 20 t/m 24 wordt een methode beschreven om het optreden van de
anammox-reactie aan te tonen; het nitriet dat daarbij wordt gebruikt, bevat
stikstofatomen zoals die in de natuur voorkomen. De daar beschreven conclusie
is gebaseerd op het feit dat het ontstane stikstofgas voornamelijk bestaat uit
moleculen met massa 29 u. In het ontstane stikstofgas komen geen moleculen
voor met massa 28 u; moleculen met massa 30 u komen er wel in voor, maar
slechts heel weinig.
82p
Leg uit waarom stikstofmoleculen met massa 28 u niet in het ontstane
stikstofgas zullen voorkomen en stikstofmoleculen met massa 30 u wel. Noteer
je antwoord als volgt:
Er komen geen moleculen met massa 28 u voor, omdat …
Er komen wel moleculen met massa 30 u voor, omdat …

opgave 3Ammonium uit afvalwater

Bij methodes om met behulp van bacteriën ammonium uit afvalwater te
verwijderen, spelen reacties uit de stikstofkringloop een belangrijke rol.
In de zogenoemde klassieke methode wordt ammonium eerst met behulp van
zuurstof omgezet tot nitraat. Dit nitraat wordt vervolgens omgezet tot stikstof.
In een ander proces, het SHARON-proces, wordt het ammonium eerst omgezet
tot nitriet, dat vervolgens wordt omgezet tot stikstof.
Bij de omzettingen van nitraat tot stikstof en van nitriet tot stikstof treden het
nitraat en het nitriet als oxidator op. Voor deze reacties is een reductor
(koolstofbron) nodig; vaak wordt daar methanol voor gebruikt.
Op de website van het Energie en Milieu Informatiesysteem voor het Vlaamse
Gewest wordt de klassieke methode voor de verwijdering van ammonium uit
afvalwater vergeleken met het SHARON-proces.
Een gedeelte van de tekst van deze website is als tekstfragment 2 in de bijlage
bij dit examen opgenomen. Lees dit tekstfragment.
94p
Bereken hoeveel dm3 zuurstof (298 K, p = p0) per liter afvalwater in het
SHARON-proces nodig is om de genoemde vermindering van het stikstofgehalte
te bewerkstelligen. Ga ervan uit dat ammoniumionen de enige
stikstofbevattende deeltjes in het afvalwater zijn.
Zowel de nitrificatiereacties als de denitrificatiereacties zijn redoxreacties. In de
nitrificatiereacties treedt het NH4+ als reductor op.
104p
Geef de vergelijking van de halfreactie van NH4+ in de nitrificatie die bij het
SHARON-proces optreedt. In deze vergelijking komen onder andere ook H2O en
H+ voor.
De gegeven reactievergelijkingen voor de denitrificaties bevatten meerdere
fouten. Zo staat er bijvoorbeeld ten onrechte dat er waterstof ontstaat. Dit moet
water zijn. De andere formules in de reactievergelijkingen staan er wel terecht.
De genoemde besparing van 40% op de koolstofbron die met het
SHARON-proces kan worden verkregen, is wel juist.
In tekstfragment 2 had voor de denitrificatie in het SHARON-proces het
volgende moeten staan:
6 NO2– + 3 CH3OH + 3 H+ → 3 N2 + 3 HCO3– + 6 H2O
113p
Geef de reactievergelijking van de denitrificatie die in het klassieke proces
plaatsvindt. In deze reactievergelijking komt ook H+ voor.
123p
Ga na of in het SHARON-proces het verzurende effect van de nitrificatie volledig
is gecorrigeerd na afloop van de denitrificatie. Gebruik daarbij onder andere de
reactievergelijking voor de nitrificatie van het SHARON-proces en bovenstaande
reactievergelijking voor de denitrificatie. Betrek in je uitleg ook de HCO3– die in
de vergelijking van de denitrificatie staat.

opgave 4Bescherming

Wanneer men melkzuur en glycolzuur met elkaar laat reageren, wordt onder
andere een ester (stof A) gevormd. Hieronder staan de structuurformules van
melkzuur, glycolzuur en stof A.
O HO C CH OH CH 3 melkzuur
O
HO C CH2 OH
glycolzuur
O O HO C CH O C CH OH 2 CH 3 stof A
Stof A dient als beginstof bij de bereiding van een polyester waarvan de
moleculen een bepaalde, gewenste opbouw hebben. Dit is van belang voor de
eigenschappen en toepassingen van deze polyester.
Ook wanneer men in een mengsel van melkzuur en glycolzuur, waarin deze
stoffen in de molverhouding 1: 1 voorkomen, polymerisatiereacties laat
optreden, treedt polyestervorming op. De polyestermoleculen die bij deze
polymerisatie ontstaan, verschillen echter op een kenmerkende manier van de
polyestermoleculen die ontstaan bij de polymerisatie van stof A.
132p
Geef een verschil tussen de polymeermoleculen die ontstaan bij de
polymerisatie van stof A en de polymeermoleculen die ontstaan bij de
polymerisatie van een mengsel van melkzuur en glycolzuur in de molverhouding
1: 1.
Stof A wordt niet bereid door melkzuur met glycolzuur te laten reageren omdat
bij zo’n reactie ook andere stoffen dan stof A ontstaan. Bij de bereiding van
stof A vermijdt men de vorming van dit soort bijproducten. Dit realiseert men
door in de reeks van reacties die tot de synthese van stof A leidt, onder andere
gebruik te maken van de zogenoemde benzylester van melkzuur:
O CH O C CH OH 2 CH 3 benzylester van melkzuur
Men gebruikt, in plaats van melkzuur, de benzylester van melkzuur om te
voorkomen dat de OH groep van de carbonzuurgroep van het melkzuurmolecuul
aan een ongewenste reactie deelneemt. In de organische chemie zegt men dat
de desbetreffende OH groep is beschermd tegen een ongewenste reactie. De
groep die daarvoor zorgt, duidt men aan met de term beschermende groep. In
een latere reactie wordt de beschermende groep verwijderd.
De andere OH groep van het melkzuurmolecuul is niet beschermd.
De gehele syntheseroute die, uitgaande van glycolzuur, leidt tot de vorming van
stof A is schematisch weergegeven in de bijlage die bij dit examen hoort. De
benzylester van melkzuur reageert in reactie 3. In deze reactie vindt de feitelijke
koppeling plaats zodat uiteindelijk een molecuul van stof A kan worden
gevormd.
Deze syntheseroute staat in het teken van de bescherming van functionele
groepen en van het verwijderen van de beschermende groepen later in de
syntheseroute.
143p
In welke van de reacties 1, 2, 4 en 5 is sprake van het aanbrengen van een
beschermende groep en in welke van de reacties 1, 2, 4 en 5 is sprake van het
verwijderen van een beschermende groep? Noteer je antwoord als volgt:
aanbrengen van beschermende groep:...
verwijderen van beschermende groep: …
In deze syntheseroute komen verschillende reacties voor die selectief verlopen.
Een reactie verloopt selectief wanneer een bepaald structuuronderdeel in de
beginstof is betrokken bij een reactie en een ander, vergelijkbaar
structuuronderdeel niet.
153p
Leg voor de reacties 1 en 5 uit of ze selectief zijn of niet. Noem in je uitleg het
structuuronderdeel waar het in de desbetreffende reactie om gaat. Noteer je
antwoord als volgt:
Reactie 1 is wel/niet selectief, want …
Reactie 5 is wel/niet selectief, want …
De stof die in reactie 1 met glycolzuur reageert, wordt aangeduid met de
afkorting TBSCl. Dit TBSCl wordt in overmaat toegevoegd.
Bij reactie 1 ontstaat behalve het weergegeven product uitsluitend
waterstofchloride. Om dit waterstofchloride te binden, wordt de reactie
uitgevoerd in aanwezigheid van imidazol. Imidazol is een base met de volgende
structuurformule:
N N H
In een experiment werd reactie 1 als volgt uitgevoerd.
Glycolzuur (5,0 g) werd opgelost in het oplosmiddel DMF. Daaraan werden
achtereenvolgens imidazol (13,5 g) en TBSCl (21,5 g) toegevoegd. Het mengsel
liet men enige tijd reageren bij kamertemperatuur. Na een aantal bewerkingen
verkreeg men uiteindelijk 20,0 gram van een witte stof, het product van
reactie 1.
163p
Bereken het rendement, in procenten, van reactie 1 in dit experiment. De massa
van een mol glycolzuur is 76,05 g, de massa van een mol TBSCl is 150,7 g en
de massa van een mol van het reactieproduct is 304,6 g.
174p
Laat met een berekening zien dat de hoeveelheid imidazol voldoende is om de
hoeveelheid waterstofchloride te binden die bij reactie 1 ontstaat.

opgave 5Mossellijm

Aan de TU Delft wordt onderzoek gedaan naar het ontwikkelen van een synthetische lijm die kan worden gebruikt wanneer mensen na een operatie of een ongeluk inwendig moeten worden gehecht. Bij dit onderzoek richt men zich op een lijm die vergelijkbaar is met de lijm, waarmee de blauwe zeemossel zich…

Aan de TU Delft wordt onderzoek gedaan naar het ontwikkelen van een synthetische lijm die kan worden gebruikt wanneer mensen na een operatie of een ongeluk inwendig moeten worden gehecht. Bij dit onderzoek richt men zich op een lijm die vergelijkbaar is met de lijm, waarmee de blauwe zeemossel zich aan bijvoorbeeld een meerpaal hecht. De lijm die de mossel produceert, bestaat uit draden van eiwit. Het onderzoek aan de TU Delft heeft zich toegespitst op het zogenoemde Mefp-1 eiwit. Dit eiwit is voornamelijk opgebouwd uit zich herhalende reeksen van tien aminozuureenheden. Zo’n reeks kan in lettersymbolen als volgt worden weergegeven: ~ Ala – Lys – Pro – Ser – Tyr – Hyp – diHyp – Thr – Dopa – Lys ~ Bij de natuurlijke eiwitsynthese worden twintig aminozuren gebruikt. In de hierboven weergegeven reeks komen drie aminozuureenheden voor die niet tot die twintig behoren: Hyp, diHyp en Dopa . Deze aminozuureenheden zijn ontstaan doordat na de synthese van het eiwit de zijketens van enkele aminozuureenheden worden voorzien van extra OH groepen. Dit proces heet hydroxylering. Hyp en diHyp zijn ontstaan door de zijketen van het aminozuur proline te voorzien van één respectievelijk twee OH groepen. In Hyp is de OH groep gebonden aan het vierde C atoom (waarbij het C atoom van de carbonzuurgroep nummer 1 heeft) en in diHyp zijn de OH groepen gebonden aan het vierde en het vijfde C atoom.

Geef van het fragment ~ Hyp – diHyp – Thr ~ de structuurformule. Gebruik daarbij informatie uit deze opgave en Binas-tabel 67C1. De zijketen van het aminozuur Dopa heeft de volgende structuurformule. Van twee aminozuren die bij de natuurlijke eiwitsynthese zijn betrokken, kan de zijketen door…

Geef van het fragment ~ Hyp – diHyp – Thr ~ de structuurformule. Gebruik daarbij informatie uit deze opgave en Binas-tabel 67C1. De zijketen van het aminozuur Dopa heeft de volgende structuurformule. Van twee aminozuren die bij de natuurlijke eiwitsynthese zijn betrokken, kan de zijketen door hydroxylering worden omgezet tot de zijketen van Dopa . Eén van die aminozuren is tyrosine, het tweede aminozuur wordt in deze opgave verder aangeduid als Az-2.

Geef het 3-lettersymbool van Az-2.
Uit het DNA van de mossel kan worden afgeleid welk van de twee aminozuren, tyrosine of Az-2, in eerste instantie is ingebouwd in het eiwit waaruit het Mefp-1 eiwit ontstaat. In het gen dat codeert voor de vorming van dat eiwit zit een andere code wanneer tyrosine wordt ingebouwd dan wanneer Az-2…

Uit het DNA van de mossel kan worden afgeleid welk van de twee aminozuren, tyrosine of Az-2, in eerste instantie is ingebouwd in het eiwit waaruit het Mefp-1 eiwit ontstaat. In het gen dat codeert voor de vorming van dat eiwit zit een andere code wanneer tyrosine wordt ingebouwd dan wanneer Az-2 wordt ingebouwd. Een DNA molecuul is opgebouwd uit twee ketens (strengen): de coderende streng en de matrijsstreng. Aan de matrijsstreng wordt bij de eiwitsynthese het messenger-RNA (mRNA) gevormd.

Geef de basenparen in het DNA van een code voor tyrosine. Noteer je antwoord als volgt: basen op de coderende streng: ... basen op de matrijsstreng: ... Maak hierbij gebruik van Binas-tabel 70. Wanneer een mossel zich hecht aan een meerpaal worden verschillende soorten bindingen gevormd. Eén van…

Geef de basenparen in het DNA van een code voor tyrosine. Noteer je antwoord als volgt: basen op de coderende streng: ... basen op de matrijsstreng: ... Maak hierbij gebruik van Binas-tabel 70. Wanneer een mossel zich hecht aan een meerpaal worden verschillende soorten bindingen gevormd. Eén van die soorten bindingen hangt samen met de aanwezigheid van lysine-eenheden in moleculen van het eiwit Mefp-1. De zijgroep van een lysine-eenheid bevat een aminogroep die als base kan reageren. In zeewater met een pH van 8,15 is 98,0% van de NH 2 groepen in de zijgroepen van lysine omgezet tot NH 3 + groepen. Deze positief geladen zijgroepen spelen een rol in de hechting van het eiwit aan de meerpaal. Met behulp van bovengenoemde gegevens is de baseconstante K b van de aminogroep in de zijgroep van lysine te berekenen.

Geef die berekening en noteer de lysine-eenheid met de NH 2 groep als Lys-NH 2 . Neem bij de berekening aan dat de temperatuur 298 K is. Andere soorten bindingen die bij de hechting aan een meerpaal een rol spelen, hangen samen met de hoge molecuulmassa van de lijm en met de aard van de zijketens…

Geef die berekening en noteer de lysine-eenheid met de NH 2 groep als Lys-NH 2 . Neem bij de berekening aan dat de temperatuur 298 K is. Andere soorten bindingen die bij de hechting aan een meerpaal een rol spelen, hangen samen met de hoge molecuulmassa van de lijm en met de aard van de zijketens van andere aminozuureenheden dan lysine. Het feit dat een meerpaal van hout is, speelt ook een rol; hout bestaat hoofdzakelijk uit cellulose.

Leg uit welke soorten bindingen een rol spelen bij de hechting van een mossel aan een meerpaal. Geef in je uitleg aan welke soort binding samenhangt met de hoge molecuulmassa en welke soort binding samenhangt met de aard van de zijketens van andere aminozuureenheden dan lysine. Let op: de laatste…

Leg uit welke soorten bindingen een rol spelen bij de hechting van een mossel aan een meerpaal. Geef in je uitleg aan welke soort binding samenhangt met de hoge molecuulmassa en welke soort binding samenhangt met de aard van de zijketens van andere aminozuureenheden dan lysine. Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.

Wanneer de eerste eiwitlaag aan het oppervlak van de meerpaal is gebonden, worden bindingen gevormd tussen de moleculen uit die laag en eiwitmoleculen die daar bovenop komen. Men vermoedt dat dwarsverbindingen tussen verschillende eiwitketens worden gevormd of dat een keten door dwarsverbinding aan…

Wanneer de eerste eiwitlaag aan het oppervlak van de meerpaal is gebonden, worden bindingen gevormd tussen de moleculen uit die laag en eiwitmoleculen die daar bovenop komen. Men vermoedt dat dwarsverbindingen tussen verschillende eiwitketens worden gevormd of dat een keten door dwarsverbinding aan een deel van zichzelf wordt gekoppeld. Het reactiemechanisme voor het ontstaan van de dwarsverbindingen bestaat uit twee stappen. Stap 1: Een Dopa -zijgroep wordt omgezet tot een zogenoemd chinon. Hiervoor is een oxidator nodig. De niet volledige vergelijking van de halfreactie voor de omzetting van de Dopa -zijgroep, kan als volgt worden weergegeven: Stap 2: Een chinon-zijgroep vormt een koppeling met een Dopa - zijgroep. De reactievergelijking van deze stap kan als volgt worden weergegeven:

Geef de volledige vergelijking van de halfreactie voor de Dopa -zijgroep volgens stap 1. In deze vergelijking komen ook waterstofionen en elektronen voor. Gebruik structuurformules zoals hierboven in de beschrijving van stap 1 zijn gebruikt.
Bereken hoeveel mol dwarsverbindingen maximaal kan ontstaan wanneer overmaat Mefp-1, waarin nog geen dwarsverbindingen zijn gevormd, wordt gemengd met 5,0 dm 3 zuurstof, bij T = 298 K en p = p 0 . Maak onder andere gebruik van Binas-tabel 7. Bronvermelding Een opsomming van de in dit examen…

Bereken hoeveel mol dwarsverbindingen maximaal kan ontstaan wanneer overmaat Mefp-1, waarin nog geen dwarsverbindingen zijn gevormd, wordt gemengd met 5,0 dm 3 zuurstof, bij T = 298 K en p = p 0 . Maak onder andere gebruik van Binas-tabel 7. Bronvermelding Een opsomming van de in dit examen gebruikte bronnen, zoals teksten en afbeeldingen, is te vinden in het bij dit examen behorende correctievoorschrift, dat na afloop van het examen wordt gepubliceerd.