bij dit examen
Tenzij anders vermeld, is er sprake van standaardomstandigheden:
T = 298 K en p = p0.
opgave 1TCP en het aerotoxisch syndroom
Het aerotoxisch syndroom is een aandoening die in verband wordt
gebracht met regelmatig vliegen. Een van de mogelijke oorzaken van
deze aandoening is verontreiniging van de lucht in het vliegtuig door
minimale hoeveelheden tri-cresylfosfaat (TCP).
TCP wordt toegevoegd aan de smeerolie van straalmotoren en kan via
kleine lekkages in de lucht van het vliegtuig terechtkomen.
In figuur 1 is de reactievergelijking gegeven van de vorming van TCP uit
onder andere cresol.
figuur 1
De reactie in figuur 1 is slechts een voorbeeld. Het gebruikte cresol is
namelijk een mengsel van drie structuurisomeren met dezelfde naam van
de hoofdketen.
12p
Geef de systematische namen van deze drie structuurisomeren.
Het fosforatoom in TCP heeft een 4-omringing. De ruimtelijke verdeling
van de atoombindingen rondom het fosforatoom is vergelijkbaar met die
rondom een koolstofatoom met 4-omringing.
22p
Leg uit welke vorm van stereo-isomerie kan optreden bij TCP.
Een mogelijke oorzaak van de aandoening is een verandering in een
belangrijk enzym in de lever. In de lever komt het enzym BChE voor, dat
een rol speelt bij de hydrolyse van bepaalde esters.
Wanneer het lichaam TCP opneemt, wordt een van de isomeren van TCP
in de lever omgezet tot stof A (zie figuur 2).
Vervolgens wordt in drie reacties een serine-eenheid van BChE omgezet
tot een fosfoserine-eenheid. In het vervolg van deze opgave wordt de
omgezette BChE aangeduid met BChE-P.
figuur 2
Reactie 2 begint met een aanval van de OH-groep van een serine-
eenheid op het fosforatoom in CBDP. Hierbij ontstaat onder meer stof X.
32p
Teken de structuurformule van stof X.
In een onderzoek kon de aanwezigheid van BChE-P in bloed worden
aangetoond. Men volgde hierbij de volgende stappen:
1 afname van bloed bij gezonde mensen en bij mensen met klachten
2 isolatie van BChE uit bloed waarin eventueel BChE-P voorkomt
3 hydrolyse van BChE; hierbij worden korte peptideketens gevormd
Van het mengsel van peptideketens afkomstig uit stap 3 werden
vervolgens massaspectra gemaakt. Uit de resultaten kon worden
opgemaakt dat de omzetting van de serine-eenheid uitsluitend
aantoonbaar is in peptideketen 1.
Phe – Gly – Glu – Ser – Ala – Gly – Ala – Ala – Ser (peptideketen 1)
In de massaspectra van zowel gezonde mensen als patiënten is bij
m/z = 794 een piek te zien die afkomstig is van peptideketen 1.
Bij de ionisatie in de massaspectrometer wordt een H+-ion afgesplitst van
de ongeladen peptideketens die in stap 3 zijn gevormd.
42puitwerkbijlage
Leg uit met behulp van een berekening dat de piek bij m/z = 794 hoort bij
peptideketen 1.
Gebruik hierbij gegevens uit de tabel op de uitwerkbijlage.
53p
Teken de structuurformule van het gedeelte 
Glu – Ser – Ala 
waarin de
Glu – Ser – Ala waarin deserine-eenheid is omgezet tot een fosfoserine-eenheid.
opgave 2Lignine: nuttig afval
Hout bevat vooral de biopolymeren cellulose en lignine. Bij de isolatie van
cellulose voor bijvoorbeeld papier, komt een grote hoeveelheid lignine vrij.
De stof lignine kent nog weinig toepassingen.
In hout komen ook andere biopolymeren voor, zoals glucomannan.
Glucomannan is een polysacharide, opgebouwd uit (β)−D-glucose en
D-mannose.
De structuur van een molecuul D-mannose is gelijk aan die van
(β)−D-glucose, waarbij de stereochemie op C2 anders is.
De koppeling tussen beide monosachariden vindt uitsluitend plaats via de
OH-groepen op C1 en C4.
63p
Teken de structuurformule van een gedeelte van een molecuul
glucomannan. Dit gedeelte moet komen uit het midden van het molecuul
en moet zijn ontstaan uit een molecuul D-mannose en een molecuul
(β)−D-glucose.
− Gebruik de notatie die ook in het informatieboek wordt gehanteerd.
− Gebruik Binas-tabel 67F1 of ScienceData-tabel 13.1d.
Cellulose is een lineair ketenpolymeer van glucose. Cellulose kan door
regelmatige stapeling van de ketens kristallijne gebieden vormen.
Lignine (zie figuur 1) bevindt zich tussen de ketens van cellulose in hout.
figuur 1
72p
Leg met behulp van figuur 1 uit of lignine ook kristallijne gebieden kan
vormen.
Het kraft-proces is het meest gebruikte proces om cellulose te verkrijgen
uit hout. Het kraft-proces omvat enkele stappen.
Eerst wordt houtpulp wordt met water en chemicaliën verhit, zodat de
lignine gedeeltelijk wordt gehydrolyseerd. Daarna wordt cellulose
afgescheiden van het mengsel van lignine en chemicaliën. Ten slotte
wordt de cellulose gedroogd en de chemicaliën worden deels
teruggewonnen.
De benodigde warmte voor het drogen van cellulose wordt verkregen door
de verbranding van de verkregen lignine. Hierbij wordt ook elektrische
energie opgewekt.
Het kraft-proces voldoet aan een aantal uitgangspunten van de groene
chemie.
82p
Geef twee verschillende uitgangspunten van de groene chemie, waaraan
het kraft-proces voldoet.
Noteer je antwoord als volgt:
Uitgangspunt … – toelichting: …
Uitgangspunt … – toelichting: …
De lignine kan mogelijk ook worden toegepast in de elektrochemische
productie van waterstof. Deze verloopt efficiënter wanneer hierbij een
hulpstof zoals lignine wordt gebruikt.
In een onderzoek naar deze toepassing van lignine hebben onderzoekers
twee afzonderlijke reacties uitgevoerd:
stap 1 Biomassa wordt gemengd met een oplossing van het sterke zuur
fosfomolybdeenzuur (H3PMo12O40 of H3POM).
stap 2 Elektrolyse van het mengsel dat na enige tijd is ontstaan.
De opstelling en de optredende halfreacties zijn in figuur 2 schematisch
weergegeven.
figuur 2
Bij elk experiment werd in stap 1 telkens 10 mL oplossing gebruikt waarin
bij aanvang [POM3–] = 0,50 M.
92p
Bereken de massa fosfomolybdeenzuur die is gebruikt bij elk experiment.
De invloed van de temperatuur op de reacties in stap 1 is onderzocht. In
figuur 3 zijn de resultaten weergegeven.
figuur 3
102p
Leg uit, aan de hand van het botsende-deeltjes-model, welk experiment
bij de hoogste temperatuur is uitgevoerd.
In stap 1 en tijdens de elektrolyse ontstaan allerlei
figuur 4
nuttige afbraakproducten van lignine. Met behulp van
gaschromatografie is onder andere de vorming van
vanilline (zie figuur 4) bewezen. Een monster van de
aanwezige stoffen werd hiervoor in een polaire kolom
ingespoten met decaan als referentiestof.
113p
Leg uit of vanilline bij deze kolom een kleinere of een grotere retentietijd
heeft dan decaan.
In een experiment werd een maximale ladingsoverdracht van 18 mmol
elektronen per gram lignine bereikt. De lignine was afkomstig van droog
naaldhout met een gemiddeld ligninegehalte van 28 massa%.
125p
Bereken het volume in m3 waterstof dat op deze wijze kan worden
geproduceerd met behulp van 1,0 kg droog naaldhout.
Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.
opgave 3Geosmine
Als na een langere periode van droogte in de zomer een regenbui valt,
ruik je buiten een karakteristieke geur. Deze geur wordt mede veroorzaakt
door de stof geosmine. Geosmine wordt geproduceerd door bepaalde
bacteriën in de bodem.
In figuur 1 zijn de volledige en de schematische structuurformule van
(–)-geosmine weergegeven. Deze isomeer van geosmine is de enige
stereo-isomeer die wordt gevormd door de bacteriën.
figuur 1
In het laboratorium is het spiegelbeeld van (–)-geosmine gesynthetiseerd.
132p
Teken de schematische structuurformule van het spiegelbeeld van
(–)-geosmine.
In het vervolg van deze opgave worden uitsluitend schematische
structuurformules gebruikt. In figuur 2 is de biosynthese van geosmine
weergegeven. Een deeltje FPP wordt door één enzym in twee stappen
omgezet tot een molecuul geosmine.
figuur 2
In stap 1 worden twee elektronenparen verplaatst waardoor het ion P2O74−
wordt afgesplitst en zich ion A+ (C15H25+) vormt. Vervolgens reageert A+
door tot germacradienol. In de structuurformule van ion A+ bevindt zich
een ring van 10 C-atomen met daarin twee dubbele bindingen.
142p
Teken de schematische structuurformule van ion A+. Je hoeft hierbij geen
rekening te houden met stereo-isomerie.
Het mechanisme van stap 2 is lang onduidelijk geweest. Om hierover
duidelijkheid te krijgen, is in germacradienol een H-atoom vervangen door
een D-atoom (2H). Het enzym produceert dan geosmine-D.
Onderzoeker Cane presenteerde een mechanisme waarbij het D-atoom
met elektronenpaar naar C3 wordt verplaatst (zie figuur 3).
figuur 3
In beide stappen in figuur 3 wordt zowel een H+-ion gebonden als weer
afgesplitst. Bij de omzetting van germacradienol-D tot geosmine-D wordt
een molecuul van stof X gevormd.
152p
Geef de systematische naam van stof X.
Dit mechanisme was volgens een ander wetenschappelijk team onder
leiding van Boland niet juist. Zij stelden een ander mechanisme voor,
waarin het D-atoom naar de linker zesring wordt verplaatst in plaats van
naar de rechter.
Massaspectrometrie gaf uiteindelijk uitsluitsel welk mechanisme het best
past bij de vorming van geosmine-D.
In figuur 4 zijn de twee manieren weergegeven hoe het geosmine-D, dat
volgens Cane wordt gevormd, na ionisatie fragmenteert in de
massaspectrometer.
Bij fragmentatie 1 worden in de linker ring twee C–C-bindingen verbroken.
Hierbij worden pent-1-een en fragment-ion Y+ gevormd.
Bij fragmentatie 2 worden op een vergelijkbare manier ook twee
C–C-bindingen verbroken, maar dan in de rechter ring.
figuur 4
Beide manieren van fragmenteren treden op.
163p
Teken de schematische structuurformule van het neutrale deeltje dat
wordt afgesplitst bij fragmentatie 2.
Het massaspectrum van geosmine-D is weergegeven in figuur 5.
figuur 5
Het fragment-ion Z+ is verantwoordelijk voor de piek bij m/z = 126 in het
massaspectrum.
172p
Leg uit dat het massaspectrum een aanwijzing geeft dat het mechanisme
voorgesteld door Boland niet juist kan zijn.
opgave 4Distikstoftetraoxide
Distikstoftetraoxide (N2O4) is een sterke oxidator, die onder andere wordt
gebruikt in raketmotoren. N2O4 ontstaat als bijproduct bij de productie van
salpeterzuur (HNO3). Door de toegenomen vraag naar N2O4 wordt
onderzoek gedaan of het mogelijk is om salpeterzuurfabrieken om te
bouwen naar N2O4-fabrieken.
Op basis van het onderzoek werd een aangepast proces voorgesteld met
twee reactoren. In reactor 1 (R1) reageert ammoniak met een overmaat
zuurstof tot stikstofmono-oxide en waterdamp.
184p
Voer de volgende opdrachten uit:
− Geef de vergelijking van de reactie die verloopt in R1.
− Bereken de reactiewarmte van deze reactie in joule per mol
ammoniak.
Het gasmengsel afkomstig uit R1 wordt in scheidingsruimte 1 (S1)
gebracht, waar water volledig wordt afgescheiden. Het gevormde
stikstofmono-oxide reageert vervolgens in reactor 2 (R2) met zuurstof tot
stikstofdioxide, waarbij zich twee evenwichten instellen.
2 NO 
NO2 (g)
NO2 (g)(evenwicht 1)
2 NO
(evenwicht 2)
De reactie naar rechts is voor beide evenwichten in R2 exotherm.
Onderdeel van het onderzoek was de vraag hoe het rendement van de
productie van N2O4 kan worden verhoogd door de druk en de temperatuur
in R2 te variëren.
192puitwerkbijlage
Noteer in de tabel op de uitwerkbijlage hoe de ligging van elk evenwicht
wordt beïnvloed als de druk en/of de temperatuur wordt verhoogd.
− Noteer ‘links’ als de reactie naar links wordt bevorderd.
− Noteer ‘rechts’ als de reactie naar rechts wordt bevorderd.
De uitstroom van R2 wordt in een scheidingsruimte gebracht, waar N2O4
in vloeibare vorm wordt afgescheiden van de rest van het gasmengsel.
De onderzoekers hebben op basis van het onderzoek een mogelijk
blokschema voorgesteld van een N2O4-fabriek.
204puitwerkbijlage
Maak op de uitwerkbijlage het voorgestelde blokschema compleet.
Neem aan dat in de uitstroom van R2 geen zuurstof meer aanwezig is.
− Teken ontbrekende reactoren en scheidingsruimtes.
− Teken ontbrekende pijlen en noteer ontbrekende stoffen bij alle pijlen.
Houd hierbij rekening met hergebruik van stoffen.
− Neem aan dat bij het proces behalve water geen afval vrijkomt.
N2O4 kan in een raketmotor worden
figuur
gebruikt als oxidator. De brandstof is
hierbij bijvoorbeeld monomethyl-
hydrazine (MMH, zie de figuur).
MMH en N2O4 vormen een zogeheten ‘hypergool mengsel’. Dat is een
mengsel dat spontaan ontbrandt als de stoffen worden gemengd.
Onderzoek heeft uitgewezen dat er bij contact tussen MMH en N2O4 twee
reacties verlopen.
Eerst verloopt een ontstekingsreactie (reactie 1) die genoeg energie
levert, zodat de uiteindelijke verbrandingsreactie (reactie 2) kan starten.
In reactie 2 worden MMH en N2O4 omgezet tot stikstof, koolstofdioxide en
waterdamp.
213p
Geef de vergelijking van reactie 2. Gebruik hierbij molecuulformules.
Op de uitwerkbijlage zijn twee energiediagrammen onvolledig
weergegeven: een voor de ontstekingsreactie (reactie 1) en een voor de
uiteindelijke verbrandingsreactie (reactie 2). Beide energiediagrammen
zijn op dezelfde schaal weergegeven.
222puitwerkbijlage
Maak op de uitwerkbijlage beide energiediagrammen compleet met de
energieniveaus van de geactiveerde toestanden en van de
reactieproducten. Je hoeft geen bijschriften te vermelden.
Bij onderzoek in de jaren 60 naar de ontstekingsreactie is de reactie
tussen MMH en N2O4 onderzocht bij zeer lage temperaturen.
MMH is vloeibaar bij de gebruikte temperaturen terwijl N2O4 vast is.
Het smeltpunt van MMH is –52 °C.
232p
Leg uit tussen welke temperatuurgrenzen dit onderzoek heeft
plaatsgevonden. Noteer je antwoord als volgt: … K ≤ temperatuur ≤ … K.
Gebruik Binas-tabel 42A of ScienceData-tabel 8.3a.
Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.
Uit dit onderzoek volgde dat meerdere isomeren van N2O4 in het mengsel
aanwezig waren en dat een van deze isomeren, ONONO2 betrokken was
bij de ontstekingsreactie.
Door de koeling vonden vervolgreacties niet plaats en was men in staat
de reactieproducten van de ontstekingsreactie te onderzoeken.
Op de uitwerkbijlage is het ONONO2-isomeer weergegeven samen met
het MMH-molecuul waarmee het reageert. Verder zijn de reactieproducten
van de ontstekingsreactie gegeven.
243puitwerkbijlage
Voer de volgende opdrachten uit:
− Teken op de uitwerkbijlage links van de pijl de ontbrekende niet-
bindende elektronenparen. Geef ook formele ladingen aan.
− Geef met pijlen weer hoe elektronenparen worden verplaatst tijdens
de reactie.
In 1975 is er bijna een ongeluk gebeurd met een Apollo-ruimtevaartuig.
Tijdens de terugkeer in de dampkring werd een luchtinlaat geopend,
waardoor N2O4 in de cabine terechtkwam. De drie aanwezige astronauten
konden op tijd een zuurstofmasker opzetten.
Bij het incident is ongeveer 11 gram N2O4 in de cabine met een volume
van 5,9 m3 terechtgekomen. Gehaltes van N2O4 boven de waarde
300 volume-ppm worden als levensgevaarlijk beschouwd.
Het molair volume van een gas is 2,39·10–2 m3 mol–1.
254p
Voer de volgende opdrachten uit:
− Bereken het gehalte N2O4 in de cabine in volume-ppm.
Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers.
− Geef aan of het gehalte boven de grens van levensgevaar is
gekomen.
Bronvermelding
Een opsomming van de in dit examen gebruikte bronnen, zoals teksten en afbeeldingen, is te vinden in het bij dit examen
behorende correctievoorschrift.
vraag 4
vraag 19
vraag 20
vraag 22
vraag 24
12p
22p
32p
42p
53p
63p
72p
82p
92p
102p
113p
125p
132p
142p
152p
163p
172p
184p
192p
204p
213p
222p
232p
243p
254p
