Hlavova Praha 2

Korespondenˇcn´ı Semináˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou

roˇ cn´ık 8, s´ erie 2 2009/2010

roˇ cn´ık 8, s´ erie 2

Korespondenˇ cn´ı Semin´ aˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou

Korespondenˇcn´ı semináˇr prob´ıhá pod záˇstitou Pˇr´ırodovˇedecké fakulty Univerzity Karlovy Hlavova 2030 128 43 Praha 2

Mil´ı pˇ r´ıznivci chemie i ostatn´ıch pˇ r´ırodovˇ edn´ ych obor˚ u! Pr´ avˇe drˇz´ıte v rukou zad´ an´ı u ´loh Korespondenˇcn´ıho Semináˇre Inspirovaného Chemickou Tematikou, KSICHTu. Uˇz osm´ ym rokem pro v´ as, stˇredoˇskol´ aky, KSICHT pˇripravuj´ı studenti Pˇr´ırodovˇedecké fakulty Univerzity Karlovy, Vysoké ˇskoly chemicko-technologické a Pˇr´ırodovˇedecké fakulty Masarykovy univerzity. Semin´ aˇr je podporov´ an v r´ amci Rozvojového projektu CSM 8/2009.

Jak KSICHT prob´ıh´ a? Korespondenˇcn´ı semináˇr je soutˇeˇz, pˇri n´ıˇz si vy, ˇreˇsitelé KSICHTu, dopisujete s n´ ami, autory, a naopak. Vy n´ am poˇslete ˇreˇsen´ı zadan´ ych u ´loh, my vˇse oprav´ıme, ohodnot´ıme a zaˇsleme v´ am je zpátky s pˇriloˇzen´ ym autorsk´ ym ˇreˇsen´ım a pˇeti u ´lohami nové série. To vˇsechno se za cel´ y ˇskoln´ı rok ˇctyˇrikr´ at zopakuje.

Proˇ cˇ reˇ sit KSICHT? V r´ amci tohoto semináˇre se zdokonal´ıte nejen v chemii samotné, ale i v mnoha dalˇs´ıch uˇziteˇcn´ ych schopnostech. Za vˇsechny jmenujme zlepˇsen´ı logického myˇslen´ı, schopnosti vyhled´ avat informace, tˇr´ıdit je a zaˇrazovat je do kontextu. Aˇckoli to zn´ı moˇzná hrozivˇe, nebojte, ono to p˚ ujde vlastnˇe samo. Na výletech se m˚ uˇzete seznámit s dalˇs´ımi ˇreˇsiteli KSICHTu a n´ ami, autory, studenty vysok´ ych ˇskol. M´ ate ˇsanci rozˇs´ıˇrit si své obzory, ale taky se bavit a uˇz´ıt si. Uvid´ıte, ˇze chemici nejsou suchaˇri v b´ıl´ ych pl´ aˇst´ıch. Na konci ˇskoln´ıho roku poˇra´d´ ame na Pˇr´ırodovˇedecké fakultˇe UK odborné soustˇredˇen´ı, kde si vyzkouˇs´ıte pr´ aci v laboratoˇri, seznám´ıte se s modern´ımi pˇr´ıstroji a poslechnete si zaj´ımavé pˇredn´ aˇsky. Pro nejlepˇs´ı ˇreˇsitele jsou pˇripraveny hodnotné ceny! Pro letoˇsn´ı akademick´ y rok se n´ am nav´ıc podaˇrilo zajistit prom´ıjen´ı pˇ rij´ımac´ıch zkouˇ sek do chemick´ ych (a nˇekter´ ych dalˇs´ıch) studijn´ıch obor˚ u na Pˇ r´ırodovˇ edeck´ e fakultˇ e UK. Bez pˇrij´ımac´ı zkouˇsky budou pˇrijati ˇreˇsitelé, kteˇr´ı ve ˇskoln´ım roce 2008/2009 z´ıskali alespoˇ n 50 % z celkového poˇctu bod˚ u

1



nebo ve ˇskoln´ım roce 2009/2010 v 1.–3. sérii z´ıskaj´ı alespoˇ n 50 % z celkového poˇctu bod˚ u za tyto série.

Jak´ eu ´ lohy na v´ as ˇ cekaj´ı? ´ Ulohy se t´ ykaj´ı r˚ uzn´ ych odvˇetv´ı chemie a snaˇz´ıme se, aby si v nich kaˇzd´ y z v´ as pˇriˇsel na své. Jsou tu u ´loˇzky hravé i pravé lah˚ udky, jejichˇz vyˇreˇsen´ı uˇz d´ a práci. Nechceme jen suˇse provˇeˇrovat vaˇse znalosti, procviˇc´ıte si i chemickou logiku a v experiment´ aln´ı u ´loze prok´ aˇzete téˇz svou chemickou zruˇcnost. Pokud nezvl´ adnete vyˇreˇsit vˇsechny u ´lohy, v˚ ubec to nevad´ı, byli bychom moc r´ adi, kdybyste si z ˇreˇsen´ı u ´loh odnesli nejen pouˇcen´ı, ale hlavnˇe abyste se pˇri ˇreˇsen´ı KSICHTu dobˇre bavili. Jak se n´ am naˇse snaˇzen´ı daˇr´ı, to uˇz mus´ıte posoudit sami. KSICHT v´ am pˇrin´ aˇs´ı s kaˇzdou séri´ı i seriál, ˇcten´ı na pokraˇcov´ an´ı. V letoˇsn´ım roˇcn´ıku zaˇrazujeme na vaˇse pˇrań´ı seriál o sensorické anal´ yze. Dozv´ıte se spoustu zaj´ımav´ ych a uˇziteˇcn´ ych informac´ı, které pak m˚ uˇzete pouˇz´ıt nejen pˇri ˇreˇsen´ı u ´loh KSICHTu, ale i pˇri dalˇs´ım studiu chemie.

Jak se tedy m˚ uˇ zete st´ at ˇ reˇ siteli KSICHTu? Nen´ı nic jednoduˇsˇs´ıho! Staˇc´ı se jen zaregistrovat 1 na naˇsich webov´ ych stránˇ sen´ı n´ k´ ach. Reˇ am poté m˚ uˇzete pos´ılat bud’ klasicky na adresu KSICHT, Pˇ r´ırodovˇ edeck´ a fakulta Univerzity Karlovy, Hlavova 2030, 128 43 Praha 2 nebo elektronicky pˇres webový formul´ aˇr 2 jako soubory typu PDF. V pˇr´ıpadˇe jak´ ycholiv dotaz˚ u ˇci nejasnost´ı se na n´ as pros´ım kdykoliv obrat’te e-mailem [email protected]. Kaˇzdou u ´lohu vypracujte na zvl´ aˇstn´ı pap´ır (aspoˇ n form´ atu A5, menˇs´ı kusy pap´ıru maj´ı totiˇz tendenci se ztr´ acet), uved’te svoje celé jméno, n´ azev a ˇc´ıslo ˇ sen´ı piˇste ˇcitelnˇe, vˇezte, ˇze nem˚ u ´lohy! Reˇ uˇzeme povaˇzovat za spr´ avné nˇeco, co nelze pˇreˇc´ıst. V pˇr´ıpadˇe, ˇze pos´ıl´ ate u ´lohy pˇres webov´ y formul´ aˇr, uloˇzte kaˇzdou u ´lohu do samostatného souboru typu PDF a nezapomeˇ nte v záhlav´ı kaˇzdé stránky uvést svoje celé jméno, n´ azev a ˇc´ıslo u ´lohy! V´ıce informac´ı o elektronickém odes´ıl´ an´ı ˇreˇsen´ı naleznete pˇr´ımo na stránce s formul´ aˇrem. Nepos´ılejte n´ am pros´ım naskenovan´ a ˇreˇsen´ı, nebot’ jsou ˇcasto velice ˇspatnˇe ˇciteln´ a. V´ yjimkou jsou nakreslené a naskenované obr´ azky, které pˇripoj´ıte k ˇreˇsen´ı napsanému na poˇc´ıtaˇci. Do ˇreˇsen´ı také piˇste vˇsechny vaˇse postupy, kter´ ymi jste dospˇeli k v´ ysledku, nebot’ i ty bodujeme. Uved’te radˇeji v´ıce neˇz ménˇe, protoˇze se m˚ uˇze stát, ˇze za ˇ sen´ı strohou odpovˇed’ nem˚ uˇzeme d´ at témˇeˇr ˇzádné body, aˇckoli je spr´ avn´ a. Reˇ 1 http://ksicht.natur.cuni.cz/prihlaska 2 http://ksicht.natur.cuni.cz/odeslani-reseni

2



vypracovávejte samostatnˇe, nebot’ pˇri spoleˇcném ˇreˇsen´ı se spoluˇreˇsitelé podˇel´ı o z´ıskané body rovn´ ym d´ılem.

Errata Autoˇri u ´lohy Lodˇe byli do hry tak zabr´ ani, ˇze nam´ısto spr´ avné tabulky s 4. aˇz 6. periodou d-prvk˚ u“ bez uzardˇen´ı psali o neexistuj´ıc´ı tabulce s 3. ” ” aˇz 5. periodou d-prvk˚ u“. Za chybu se omlouv´ ame a dˇekujeme ˇreˇsitel˚ um za upozornˇen´ı.

Tipy, triky Pro kreslen´ı chemick´ ych vzorc˚ u doporuˇcujeme pouˇz´ıvat programy dostupné zdarma: MDL ISIS/Draw 2.5 (freeware s povinnou registrac´ı; Windows, Mac OS), ChemSketch 10.0 Freeware (freeware s povinnou registrac´ı; Windows) a Chemtool (GPL; Linux).

KSICHT na Internetu Na webov´ ych stránk´ ach KSICHTu3 naleznete broˇzurku ve form´ atu PDF a rovnˇeˇz aktu´ aln´ı informace o pˇripravovan´ ych akc´ıch. Pokud máte dotaz k u ´loze, m˚ uˇzete se zeptat pˇr´ımo autora na e-mailové adrese ve tvaru [email protected]. Jestliˇze má u ´loha v´ıce autor˚ u, piˇste prvn´ımu uvedenému.

Den otevˇ ren´ ych dveˇ r´ı na Pˇ rF UK Dne 22. ledna 2010 se na Pˇr´ırodovˇedecké fakultˇe Univezrity Karlovy v Praze uskuteˇcn´ı den otevˇren´ ych dveˇr´ı. Dozv´ıte se informace o studiu na fakultˇe, budete si moci prohlédnout laboratoˇre a dozvˇedˇet se aktu´ aln´ı novinky ve v´ yzkumu. Srdeˇcnˇe v´ as zveme! V´ıce informac´ı naleznete na webov´ ych stránk´ ach PˇrF UK.4

Term´ın odesl´ an´ı 2. s´ erie Série bude ukonˇcena 4. ledna 2010. Vyˇreˇsené u ´lohy je tˇreba odeslat nejpozdˇeji v tento den (rozhoduje datum poˇstovn´ıho raz´ıtka ˇci ˇcas na serveru KSICHTu). 3 http://ksicht.natur.cuni.cz 4 http://www.natur.cuni.cz/studium/uchazec/

3



´ Uvodn´ ıˇ cek Draz´ı Ksicht’´ aci! Jak kaˇzdé malé d´ıtko v´ı, v okamˇziku, kdy ve v´ yloh´ ach obchod˚ u napadne prvn´ı umˇel´ y sn´ıh a z televizn´ıch obrazovek se rozezn´ı vesel´ y hlas rolniˇcek, dr´ asaj´ıc´ı uˇz tak vypjaté nervy opozdil´ ych nakupuj´ıc´ıch, mezi prost´ ym lidem se rozhost´ı slavnostn´ı n´ alada v tuˇsen´ı nˇeˇceho velkého. Dˇeti jsou najednou hodnˇejˇs´ı, taxikáˇri kradou trochu ménˇe a ukl´ızeˇcky obˇcas i mezi um´ yv´ an´ım z´ achod˚ u a zrcadel mˇen´ı vodu. Vˇsichni podvˇedomˇe tuˇs´ı, ˇze prosinec je neodmyslitelnˇe sv´ azán s nˇeˇc´ım d˚ uleˇzit´ ym – tuˇs´ıte spr´ avnˇe. V prosinci vych´ az´ı druh´ a broˇzurka KSICHTu. A co ˇze v´ am tento z´ azrak vezdejˇs´ı, vtˇelen´ı dokonalosti pˇrin´ aˇs´ı? Pro zahˇra´t´ı a zopakov´ an´ı základn´ıch technik pr´ ace s pastelkami jsme pro v´ as ˇ sen´ı by pro v´ zaˇradili u ´lohu ˇc´ıslo jedna. Reˇ as nemˇelo b´ yt velk´ ym problémem, pokud vzpomenete kategorického imperativu vˇstˇepovaného jiˇz od ˇskolky: Nepˇretahovat! Starˇs´ı jiˇz tuˇs´ı, ˇze d´ıky u ´ˇcink˚ um jist´ ych l´ atek m˚ uˇzete vidˇet vˇsemoˇzné barviˇcky i bez pouˇzit´ı pastelek. Zjistit, jak ˇze to pˇresnˇe funguje, bude na v´ as v u ´loze druhé. Pokud jste se vˇzdy domn´ıvali, ˇze pˇr´ıprava komplex˚ u je sice nudn´ a, ale naprosto bezpeˇcná záleˇzitost, pak v´ as nejsp´ıˇse vyvede z omylu u ´loha tˇret´ı. Po explozivn´ı anorganice pak n´ asleduje explozivn´ı organika, kter´ a v sobˇe nav´ıc ukr´ yv´ a jedno velké tajemstv´ı, které by mohlo b´ yt nejsp´ıˇse vysvˇetlen´ım, proˇc, ˇze je benz´ın tak drah´ y. Závˇerem jsme pak zaˇradili na základˇe mnoha srdceryvn´ ych dopis˚ u v´ ami tak milovanou kvantovku. Vˇeˇr´ım, ˇze tato u ´loha uspokoj´ı vaˇsi potˇrebu po psan´ı ˇsipeˇcek do ˇctvereˇck˚ u opˇet na nˇekolik let dopˇredu. Hezké a klidné v´ anoˇcn´ı svátky pˇreje za cel´ y autorsk´ y t´ ym Honza Havl´ık

4



Zad´ an´ı u ´loh 2. s´ erie 8. roˇ cn´ıku KSICHTu ´ Uloha ˇ c. 1: Malujeme malov´ anky Autor: Eva Vrzáˇckov´ a

8 bod˚ u

Malujeme malov´ anky modrou barvou nebe. Modrou nebe – nejkr´ asnˇejˇs´ı, maminko, jen tebe. Vzpom´ın´ ate si jeˇstˇe na tuto ˇr´ıkanku? Je to uˇz hodnˇe d´ avno, co jste se ji uˇcili, ˇze? Ale tyto vˇeci se nezapom´ınaj´ı. . . Nebojte, dnes si ji pˇripomeneme – vr´ at´ıme se do pˇredˇskoln´ıho vˇeku a budeme si hr´ at s barviˇckami. Nebude to ovˇsem malov´ an´ı jen tak hala bala – budeme se uˇcit kreslit chemicky! A k tomu ˇ uˇz se tˇeˇs´ıte? No n´ am jeˇstˇe dˇetsk´ a léta pˇripomenou veˇcern´ıkové postaviˇcky. Ze tak pojd’me si hr´ at! 1. Na prvn´ım obr´ azku jste jistˇe uˇz rozpoznali vˇcelku M´ aju a Vil´ıka. Ovˇsem jsou nˇejac´ı bezbarv´ı. Vaˇs´ım u ´kolem bude nejprve doplnit chemické rovnice, spr´ avnˇe je vyˇc´ıslit a u stˇeˇzejn´ıch produkt˚ u napsat jejich barvu. Na základˇe barviˇcek vybarvˇete prvn´ı obr´ azek a poˇslete n´ am ho. Ba2+ + Na2 SO4 → . . . + . . . 2+

Pb

+ K2 CrO4 → . . . + . . .

(2)

3+

+ Na2 S → . . . + . . .

(3)

+ KSCN → . . . + . . .

(4)

Co2+ + Na2 CO3 → . . . + . . .

(5)

Sb Fe

3+

2+

Ni

+ KOH → . . . + . . .

(6)

+ NaOH → . . . + . . .

(7)

+ K4 [Fe(CN)6 ] → . . . + . . .

(8)

Co 2+

Cu

(1)

2+

+

Ag + Na2 S → . . . + . . .

(9)

2. V prvn´ım u ´kolu se jedna vznikl´ a l´ atka odliˇsuje od ostatn´ıch. Napiˇste n´ am, o kterou slouˇceninu se jedná a proˇc tomu tak je. 3. Na druhém obr´ azku se na v´ as vesele smˇeje Krteˇcek. Urˇcitˇe se i vy budete smát nad zaˇsifrovan´ ymi slovy. Pro n´ as chemiky jsou jistˇe lehce identifikovateln´ a. Rozluˇstˇete n´ azvy chemick´ ych slouˇcenin a nezapomeˇ nte u kaˇzdé slouˇceniny uvést barvu, podle které vybarv´ıte druh´ y obr´ azek, jenˇz n´ am také poˇslete. 5


(1) (2) (3) (4)

´ DOJID TONOVYLA ˇ ´ LUDSIF SCANERYNI ˇ ´ DOJID TANTURTY ˇ ´ RACOFENSOFN MORYCHIT

(5) (6) (7) (8)


ˇ ˇ YT ´ XIDDYHOR NEMA D ˇ ˇ ´ RACHNOM NEMADYT ˇ ÍTRYNS ´ DOXI BR ´ LUDSIF TONOVYLA

Tabulka 1: Zaˇsifrované barvy (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

[5×11; 3×17] [5×12; 3×16] [2×(6×15; 2×16); 4×6; 4×2×16] [4×7; 3×16] [4×10; 2×14; 3×2×16] [3×4×11; 2×(3×15; 4×2×16)] [4×6; 3×(2×16; 1×1)] [2×6×15; 3×3×16] [4×11; 3×16] Tabulka 2: Tajemn´ a ˇc´ısla

4. Na posledn´ım obr´ azku je namalov´ ana Makov´ a panenka a mot´ yl Emanuel. Nebud’te stejnˇe ost´ ychav´ı podobnˇe jako Makov´ a panenka a pust’te se do luˇstˇen´ı tajemn´ ych ˇc´ısel. Kaˇzdému symbolu“ pˇriˇrad’te chemick´ y vzorec a ” také barvu, poté vybarvˇete posledn´ı obr´ azek a pˇribalte ho k ˇreˇsen´ı. Pom˚ uckou v´ am bude periodick´ a tabulka prvk˚ u – mimochodem tˇreba slouˇceninu K2 CrO4 bychom zakódovali [2×4×1; 4×6; 4×2×16]. 5. A jéje! Urˇcitˇe jste si uˇz také vˇsimli, ˇze jeden obr´ azek je v nepoˇra´dku. Obr´ azek ovˇsem pˇremalovávat nemus´ıte, staˇc´ı, kdyˇz n´ am nap´ıˇsete, jak´ a barva je chybn´ a. Jako spr´ avnou barvu bychom mohli pouˇz´ıt napˇr´ıklad roztok komplexn´ı ˇcástice d-prvku leˇz´ıc´ıho ve ˇctvrté periodˇe s organick´ ym bident´ atn´ım ligandem. Tato komplexn´ı ˇcástice se pouˇz´ıv´ a v analytické chemii jako redoxn´ı indik´ ator. Napiˇste n´ am, o jakou barvu a komplexn´ı ˇcástici se jedn´ a a jak se jmenuje dan´ y indik´ ator. 6. V mal´ıˇrstv´ı se pouˇz´ıvaj´ı mimo jin´ ych zinkov´ a a olovˇená bˇeloba. Napiˇste jejich chemick´ y vzorec a n´ azev a vysvˇetlete, kterou z bˇelob je v´ yhodnˇejˇs´ı pouˇz´ıt. Dokaˇzte své domnˇenky chemick´ ymi rovnicemi. 7. Jak´ a je vaˇse obl´ıbená veˇcern´ıˇckov´ a postaviˇcka?

6



´ Uloha ˇ c. 2: Jako z´ amek a kl´ıˇ c ˇ Autor: Ondˇrej Sim˚ unek

9 bod˚ u

V této u ´loze se budeme zabývat ˇsalvˇej´ı divotvornou (Salvia divinorum) a p˚ usoben´ım jej´ı obsahové l´ atky (l´ atky Z) na lidský organismus prostˇrednictv´ım opioidn´ıch receptor˚ u. 1. Napiˇste trivi´ aln´ı n´ azev l´ atky Z a nakreslete jej´ı vzorec. Nyn´ı trochu informac´ı o receptorech. Jak jistˇe v´ıte, vˇsechny receptory, které v lidském tˇele máme, jsou prim´ arnˇe urˇceny pouze pro endogenn´ı l´ atky. Teprve s postupem poznáv´ an´ı pˇr´ırody zjistil ˇclovˇek, ˇze nˇekteré pˇr´ırodn´ı (a pozdˇeji i syntetické) l´ atky p˚ usob´ı na lidsk´ y organismus také, a tud´ıˇz také mus´ı interagovat s receptory v naˇsem tˇele. Toho se dnes vyuˇz´ıv´ a napˇr´ıklad v medic´ınˇe pˇri pod´ av´ an´ı lék˚ u. Kaˇzdá l´ atka, kter´ a s receptorem m˚ uˇze nˇejak´ ym zp˚ usobem interagovat, má dvˇe d˚ uleˇzité vlastnosti: afinitu (kter´ a ud´ av´ a, jak moc je molekula této l´ atky kompatibiln´ı s dan´ ym receptorem) a aktivitu (kter´ a ud´ av´ a, jak moc je molekula dané l´ atky schopna receptor podr´ aˇzdit a vyvolat tak odpovˇed’“). L´ atku ” s velkou afinitou i aktivitou naz´ yv´ ame agonistou, je to tedy l´ atka, kter´ a dok´ aˇze nasednout na receptor a vyvolat odpovˇed’. L´ atku, kter´ a vykazuje pouze afinitu k danému receptoru, naz´ yv´ ame antagonistou. Ta dok´ aˇze receptor obsadit, ale nevyvol´ av´ a ˇzádnou odpovˇed’. Antagonisté jsou tedy l´ atky vyuˇzitelné pro minimalizov´ an´ı u ´ˇcinku agonist˚ u. Na pomez´ı skupiny agonist˚ u a antagonist˚ u leˇz´ı skupina dualist˚ u. Jsou to takové l´ atky, které maj´ı afinitu k receptoru a jen velmi malou aktivitu. 2. L´ atky typu opioidn´ıch dualist˚ u se pouˇz´ıvaj´ı napˇr. pˇri substituˇcn´ı léˇcbˇe závislost´ı na opi´ atech. Vysvˇetlete proˇc. Receptory d´ ale dˇel´ıme na r˚ uzné skupiny, a to podle toho, s jakou skupinou l´ atek dok´ aˇzou interagovat (máme tedy napˇr. receptory opioidn´ı, dopaminové, kanabinoidn´ı, nikotinové, muskarinové a velkou ˇradu dalˇs´ıch). Jak bylo jiˇz v´ yˇse ˇreˇceno, budeme se nyn´ı zab´ yvat receptory opioidn´ımi. Endogenn´ımi substr´ aty tˇechto receptor˚ u jsou tzv. opioidn´ı peptidy: β-endorfin (skupinu opioidn´ıch receptor˚ u, které pˇrev´ aˇznˇe obsazuje, naz´ yv´ ame µ-opioidn´ı receptory, zkratka MOR), enkefaliny (obsazuj´ıc´ı pˇrev´ aˇznˇe δ-opioidn´ı receptory, DOR) a dynorfin (obsazuj´ıc´ı pˇrev´ aˇznˇe κ-opioidn´ı receptory, KOR). Receptory z r˚ uzn´ ych skupin (pokud jsou aktivované) p˚ usob´ı na lidské tˇelo trochu jinak, pˇriˇcemˇz nejˇsirˇs´ı spektrum u ´ˇcink˚ u pozorujeme pˇri aktivaci MOR a nejuˇzˇs´ı pˇri aktivaci DOR. Aktivace opioidn´ıch receptor˚ u vede ke sn´ıˇzen´ı produkce γ-aminomáselné kyseliny (GABA), noradrenalinu (pouze aktivac´ı DOR) a excitaˇcn´ıch neuro7



transmiter˚ u. Aktivace MOR a DOR vede k u ´tlumu tvorby cyklického adenosinmonofosf´ atu (cAMP) a aktivaci K+ kan´ alu, aktivace KOR vede k inhibici Ca2+ kan´ alu. Tyto skuteˇcnosti d´ ale vedou k dalˇs´ım d´ılˇc´ım krok˚ um, vedouc´ım ku ´tlumu organismu ˇci jeho ˇcást´ı. 3. Jakou skupinu opioidn´ıch receptor˚ u obsazuje l´ atka Z? 4. Jeden vˇedeck´ y ˇclánek ˇr´ık´ a: Opioidn´ı analgetika podan´ a pˇr´ımo do mozko” m´ıˇsn´ıho moku vyvol´ avaj´ı velmi silnou analgézii, a to jiˇz v d´ avk´ ach podstatnˇe niˇzˇs´ıch neˇz pˇri systémové aplikaci.“ Vysvˇetlete tento jev. 5. Proˇc pod´ av´ an´ı opioidn´ıch analgetik m˚ uˇze zp˚ usobit zácpu? 6. Pod´ av´ an´ı ˇrady opi´ at˚ u (napˇr. morfinu) vede k jevu, kterému se ˇr´ık´ a tolerance. Vysvˇetlete tento pojem a srovnejte ho s pojmem zvan´ ym tachyfylaxe. Uved’te pˇr´ıklad l´ atky, pˇri jej´ımˇz podán´ı m˚ uˇze doj´ıt k tachyfylaxi. 7. Seˇrad’te n´ asleduj´ıc´ı l´ atky podle vhodnosti jejich pouˇzit´ı jako antagonist˚ u pˇri pˇred´ avkov´ an´ı l´ atkou Z: naloxon, M-CAM (methocinnamox), norBNI (norbinalotrofimin), nalmefen, GNTI (5’-guanidinonaltrindol). Jejich seˇrazen´ı od˚ uvodnˇete. Obsah l´ atky Z v suˇsinˇe ˇsalvˇejov´ ych l´ıstk˚ u je 0,2 %. Bylo odebr´ ano 103 mg suˇsen´ ych ˇsalvˇejov´ ych l´ıstk˚ u, z nichˇz byla l´ atka Z extrahov´ ana s v´ ytˇeˇzkem 67 %. Tento extrakt byl po zahuˇstˇen´ı a zbaven´ı neˇzádouc´ıch l´ atek podán intravenóznˇe naˇsemu dobrovoln´ıkovi. Uvaˇzujte, ˇze plat´ı n´ asleduj´ıc´ı pˇredpoklady: • Biologick´ a dostupnost l´ atky Z je pˇri intravenózn´ım podán´ı rovna jedné. • Distribuˇcn´ım prostorem uvaˇzujme pouze krevn´ı ˇreˇciˇstˇe (dobrovoln´ık má ve svém tˇele 6 l krve). • Pˇri intravenózn´ım podán´ı l´ atky Z je jej´ı distribuce v krevn´ım ˇreˇciˇsti tak rychl´ a, ˇze m˚ uˇzeme uvaˇzovat prakticky okamˇzité ustaven´ı rovnomˇerné koncentrace l´ atky Z v krvi (tj. v ˇcase t0 je v tˇele dobrovoln´ıka ustavena nejvyˇsˇs´ı moˇzná koncentrace l´ atky Z, kter´ a s postupuj´ıc´ım ˇcasem pouze klesá). • Poloˇcas eliminace l´ atky Z u muˇz˚ u ˇcin´ı 35 minut, efektivn´ı koncentrace l´ atky Z v krevn´ım ˇreˇciˇsti ˇcin´ı 4,6 nmol dm−3 . 8. Vypoˇctˇete, za jak dlouho po podán´ı l´ atky Z do krevn´ıho ˇreˇciˇstˇe naˇseho dobrovoln´ıka odezn´ı jej´ı u ´ˇcinky. Pamatujte, ˇze eliminace xenobiotik je pops´ ana kinetickou rovnic´ı prvn´ıho ˇra´du, coˇz je rovnice diferenci´ aln´ı a tud´ıˇz ji pˇred vlastn´ım v´ ypoˇctem mus´ıte zintegrovat. 8



9. Pˇredstavte si n´ asleduj´ıc´ı hypotetickou situaci: Pokud by l´ atka Z tvoˇrila komplex s krevn´ımi b´ılkovinami a nav´ıc by pˇri pr˚ uchodu j´ atry nasedala na enterohepat´ aln´ı cyklus, jak by se oproti skuteˇcnosti zmˇenila doba jej´ıho setrv´ an´ı v organismu, intenzita jej´ıho u ´ˇcinku a doba, kdy nastane maximáln´ı u ´ˇcinek? 10. Zakreslete do grafu ˇcasovou závislost koncentrace l´ atky Z v krevn´ım ˇreˇciˇsti naˇseho dobrovoln´ıka (pˇresnˇe) a d´ ale do stejného obr´ azku zakreslete (pˇribliˇznˇe), jak by tato závislost vypadala pˇri podán´ı stejného mnoˇzstv´ı l´ atky intramuskul´ arnˇe a transderm´ alnˇe. 11. Z uveden´ ych dat vypoˇc´ıtejte dalˇs´ı toxikokinetické u ´daje pro l´ atku Z: eliminaˇcn´ı konstantu, AUC a clearance. Vysvˇetlete, jak´ y v´ yznam má veliˇcina AUC a jak ji m˚ uˇzete z´ıskat, máte-li experiment´ alnˇe namˇeˇren´ y ˇcasov´ y pr˚ ubˇeh koncentrac´ı xenobiotika v krvi. Stejnˇe tak u clearance vysvˇetlete, co tato veliˇcina oznaˇcuje.

9


´ Uloha ˇ c. 3: Element´ arn´ı anal´ yza pln´ a pˇ rekvapen´ı Autor: Zbynˇek Rohl´ık


8 bod˚ u

Bylo pˇripraveno ˇsest l´ atek A–F, vesmˇes nevalnˇe stál´ ych (charakteristick´ ym projevem této nestability je exploze). Anal´ yza uk´ azala, ˇze tyto l´ atky obsahuj´ı pouze kobalt, dus´ık a vod´ık. Stanoven´ı obsahu jednotliv´ ych prvk˚ u poskytlo data shrnut´ a v n´ asleduj´ıc´ı tabulce. Co (%)

N (%)

H (%)

24,92 16,17 24,89 20,55 24,99 24,93

71,24 80,60 71,21 73,10 71,23 71,17

3,87 3,34 3,84 6,36 3,86 3,85

A B C D E F

1. Urˇcete sumárn´ı vzorce l´ atek A–F (poznámka pro lenochy – cel´ y v´ ypoˇcet v´ am zabere pouh´ ych 6 minut). 2. Pokuste se odhalit totoˇznost l´ atek a napsat jejich n´ azvy, v´ıte-li, ˇze i. B a D ve vodném roztoku disociuj´ı na stejn´ y poˇcet iont˚ u, slit´ım tˇechto roztok˚ u v molárn´ım pomˇeru 1:1 lze z´ıskat A a slouˇceninu vod´ıku a dus´ıku o sumárn´ım vzorci HN; ii. C a E maj´ı shodnou symetrii aniontu (D4h ), ale liˇs´ı se symetri´ı kationtu (u C je C2v ); iii. F je neelektrolyt (v roztoku nedisociuje), molekula má trojˇcetnou osu symetrie. 3. Pojmenujte vztahy mezi (a) F a A, F a C, F a E (b) C a E (c) A a C ˇci A a E, a specifikujte typy tˇechto vztah˚ u. 4. Nechte se inspirovat strukturami A–F a navrhnˇete podobnou l´ atku (obsahuj´ıc´ı pouze Co, N a H), kter´ a by mˇela jeˇstˇe vyˇsˇs´ı obsah dus´ıku.

10



´ Uloha ˇ c. 4: Nov´ e principy v paˇ sov´ an´ı Autor: Milan Jakubek

9 bod˚ u

Je teplý letn´ı veˇcer a po Route 66 se ˇzene ˇcern´ a cisterna. O kousek d´ al ˇcek´ a u silnice z´ asahov´ a jednotka, kter´ a m´ a dnes za u ´kol dopadnout gang kolumbijských mafi´ an˚ u. O p´ ar minut pozdˇeji vˇse zaˇc´ın´ a. Do cesty proj´ıˇzdˇej´ıc´ımu kamionu zaˇc´ınaj´ı vj´ıˇzdˇet automobily z´ asahové jednotky a snaˇz´ı se ˇridiˇce pˇrinutit, aby zastavil. On ale st´ ale nereaguje. Situace je nebezpeˇcn´ a, nebot’ cisterna zˇrejmˇe podle n´ apisu pˇrepravuje benz´ın, a proto nemohou pouˇz´ıt zbranˇe. Naˇstˇest´ı ˇridiˇc kamionu nevydrˇz´ı, situaci vzd´ av´ a a zastavuje. Ihned z aut vyskakuj´ı muˇzi v kukl´ ach, obkliˇcuj´ı kamion a ˇridiˇci nasazuj´ı pouta. Nast´ av´ a d˚ ukladn´ a prohl´ıdka kamionu, avˇsak ˇz´ adné zbranˇe ani zak´ azané l´ atky nenach´ azej´ı. Proˇc tedy ˇridiˇc ut´ıkal? Zbýv´ a pouze cisterna. Vypad´ a jako u ´plnˇe kaˇzd´ a jin´ a na pˇrepravu benz´ınu, jen u výpustn´ıho ventilu jsou stopy po nezn´ amé chemik´ alii. Pozdˇeji, po odebr´ an´ı vzorku v laboratoˇri v Las Vegas a odstranˇen´ı benz´ınu, policen´ı experti objevili neznámou l´ atku A, od které zmˇeˇrili n´ asleduj´ıc´ı NMR spektrum:

Obr´ azek 1: 1 H-NMR neznámé l´ atky A

1. L´ atky na obr´ azku 2 pojmenujte a vyberte z nich tu, které patˇr´ı vyobrazené spektrum. Pro pˇr´ıpadnou predikci spektra m˚ uˇzete vyuˇz´ıt n´ asleduj´ıc´ıho odkazu: http://www.nmrdb.org/predictor. 2. Navrhnˇete, jak bylo moˇzné odseparovat neznámou l´ atku A, jestliˇze by smˇes obsahovala pouze benz´ın a onu l´ atku. 3. Vymyslete nejsnazˇs´ı syntézu, jak by mafie mohla neznámou l´ atku A pˇripravit (v jednom syntetickém kroku). Popiˇste i zpracov´ an´ı reakˇcn´ı smˇesi. Jedn´ım z reaktant˚ u bude pˇr´ırodn´ı l´ atka B a dalˇs´ım reaktantem bude l´ atka 11



Obr´ azek 2: Nepojmenované l´ atky C, kter´ a v 1 H-NMR spektru má pouze singlet u 2,22 ppm a kter´ a má sumárn´ı vzorec C4 H6 O3 (l´ atky B i C pojmenujte). 4. Jelikoˇz syntéza l´ atky A je nelegáln´ı, hluboko v mexick´ ych hor´ ach si mafie vybudovala svá tajn´ a m´ısta, kde l´ atku A pˇripravuje. Tato m´ısta jsou rovnˇeˇz zdrojem pˇr´ırodn´ı l´ atky B nutné k pˇr´ıpravˇe této l´ atky. Napiˇste latinské jméno ˇzivoˇcicha ˇci rostliny, ze které mafie z´ıskáv´ a látku B. 5. Zjistˇete LD50 l´ atky A (intravenóznˇe pro myˇs). Pro ˇclovˇeka LD50 samozˇrejmˇe stanovena nen´ı, nicménˇe je známo, ˇze toxické u ´ˇcinky má d´ avka pˇribliˇznˇe tˇrikr´ at menˇs´ı. Narkoman (pˇredpokl´ adejme, ˇze v´ aˇz´ı 80 kg) vˇsak ve standardn´ım psan´ıˇcku“ nalezne jen padesátinu oné toxické d´ avky. Uˇz ” takové mnoˇzstv´ı staˇc´ı ke zfetov´ an´ı. V pˇr´ıpadˇe, ˇze by se mafii podaˇrilo l´ atku A od benz´ınu odseparovat a vˇsechnu prodat, z´ıskala by nemal´ y bal´ık penˇez. Spoˇc´ıtejte kolik. V´ıte, ˇze cisterna má objem pˇribliˇznˇe 8 tis. US galon˚ u a je pln´ a 5% roztoku l´ atky A v benz´ınu. Hustota roztoku v cisternˇe je 850 kg m−3 . V u ´vahu berme, ˇze metody pro separaci l´ atky A maj´ı za n´ asledek 15% ztr´ atu. Jedno psan´ıˇcko“ se prod´ avá za deset dolar˚ u. ” 6. Na závˇer by mˇe zaj´ımalo m´ısto, kde doˇslo k dopaden´ı mafi´ anské cisterny. Ofici´ alnˇe uˇz Route 66 bohuˇzel neexistuje, avˇsak zbyla jej´ı ˇcást pobl´ıˇz mˇesta, kterému se pˇrezd´ıv´ a srdce Route 66“. Tady byla policejn´ı akce provedena. ” 12



´ Uloha ˇ c. 5: Variace na kvantov´ e t´ ema Autoˇri: Karel Berka, Ondˇrej Demel a Kateˇrina Hol´ a

16 bod˚ u

Kvantovka, to je pr˚ ukopnice pluj´ıc´ı ˇcernou oblohou vˇsechno se vejde do rovnice domeˇcek vidle hˇreben vidle, tak pokrˇcte svoje ˇcela vy, kterým u ´loha zpˇr´ıˇsernˇela. Byla nebyla, ale bohuˇzel sp´ıˇs je jedna kvantov´ a mechanika. A ta se, milé dˇeti, kromˇe Schr¨ odingerovy koˇcky na obr´ azku, zaj´ımá hlavnˇe o energie elektron˚ ua jejich zmˇeny, coˇz se pak vyuˇz´ıv´ a ve vˇsech spektroskopi´ıch. Pro popis kaˇzdé atomárn´ı energetické hladiny pouˇz´ıv´ a kvantov´ a mechanika . . . inu, kvantov´ a ˇc´ısla. S kvantov´ ymi ˇc´ısly pro jednoelektronové systémy se jiˇz asi znáte. Jedn´ a se o hlavn´ı kvantové ˇc´ıslo n, vedlejˇs´ı kvantové ˇc´ıslo l, magnetické kvantové ˇc´ıslo ml , spinové kvantové ˇc´ıslo s a magnetické spinové kvantové ˇc´ıslo ms . Dvˇe z tˇechto kvantov´ ych ˇc´ısel odpov´ıdaj´ı momentu hybnosti elektronu v orbitalu: vedlejˇs´ı kvantové ˇc´ıslo l popisuje velikost tohoto momentu a tedy i typ a tvar orbitalu (orbital˚ um s, p, d, f odpov´ıdaj´ı vedlejˇs´ı kvantov´ a ˇc´ısla l = 0, 1, 2, 3) a magnetické kvantové ˇc´ıslo ml pak jeho pr˚ umˇet do osy z. Podobnˇe dvˇe kvantov´ a ˇc´ısla popisuj´ı spinov´ y (toˇciv´ y) moment hybnosti, zkr´ acenˇe spin s popisuje jeho velikost a ms jeho pr˚ umˇet do osy z, tedy smˇer ot´ aˇcen´ı. U v´ıceelektronov´ ych atom˚ u, kter´ ych je vˇetˇsina, je situace podobn´ a. K popisu jejich stavu se pouˇz´ıvaj´ı celkov´ y orbit´ aln´ı moment hybnosti L, jeho pr˚ umˇet do osy z ML , celkov´ y spin S a jeho pr˚ umˇet do osy z MS . A aby toho nebylo málo, tak orbit´ aln´ı a spinov´ y moment hybnosti m˚ uˇzeme d´ at dohromady a utvoˇrit tak celkov´ y moment hybnosti J a jeho pr˚ umˇet MJ . Abychom urˇcili L pro cel´ y atom, mus´ıme sloˇzit orbit´ aln´ı momenty hybnosti vˇsech jeho elektron˚ u. Ale pozor. Moment hybnosti je vektorov´ a veliˇcina a k jeho sklád´ an´ı mus´ıme pˇristupovat opatrnˇe. Skl´ ad´ ame-li dva vektory, velikost v´ ysledku m˚ uˇze b´ yt maximálnˇe souˇcet velikost´ı dvou sˇc´ıtan´ ych vektor˚ u (pokud m´ıˇr´ı stejn´ ym smˇerem) a nejménˇe rozd´ılu velikost´ı (kdyˇz m´ıˇr´ı opaˇcn´ ym smˇerem). Pro pˇr´ıpad dvou elektron˚ u s kvantov´ ymi ˇc´ısly l1 a l2 to m˚ uˇzeme pˇrepsat jako L = l1 + l2 , l1 + l2 − 1, l1 + l2 − 2, dokud nemáme jejich nejmenˇs´ı rozd´ıl |l1 − l2 |. Jak vid´ıte, moˇzn´ ych v´ ysledk˚ u je nˇekolik, coˇz odpov´ıd´ a r˚ uzn´ ym vzájemn´ ym orientac´ım skládan´ ych vektor˚ u. Nav´ıc jsme v kvantové mechanice, a tak jsou kvantov´ a ˇc´ısla kvantovan´ a.

13



S pr˚ umˇety je to jednoduché. Ty jsou skal´ arn´ı, a tak je m˚ uˇzeme sˇc´ıtat pˇr´ımo: ML = ml,1 + ml,2

(1)

Podobnˇe se zach´ az´ı se spinem. Velikost spinu s je pro kaˇzd´ y elektron rovna jeho pr˚ umˇet ms pak + 21 nebo − 12 a celkov´ y spin S a jeho pr˚ umˇety MS urˇc´ıme podobnˇe jako L a ML . 1 2,

1. Pro excitovan´ y stav atomu helia 2 He s elektronovou konfigurac´ı 1s1 2s1 urˇcete celkov´ y orbit´ aln´ı moment hybnosti L a celkov´ y spin S. Abychom mohli snadno urˇcit stav, o kterém je ˇreˇc, zav´ ad´ı se pojem term. Na základˇe znalosti jednotliv´ ych term˚ u a jejich energi´ı jsme schopni urˇcit pˇrechody mezi hladinami, které se projev´ı v elektronick´ ych spektrech. Ze vzniklého spektra pak m˚ uˇzeme urˇcit analyzovan´ y prvek, pˇr´ıpadnˇe vysvˇetlit jeho luminiscenˇcn´ı chov´ an´ı, napˇr´ıklad d˚ uvod, proˇc existuje pol´ arn´ı záˇre. Russell˚ uv-Saunders˚ uv symbol pro term má pro atomy tvar: 2S+1

LJ ,

kde 2S + 1 je spinov´ a multiplicita (singlet, dublet, triplet, atd.), L je symbol pro celkov´ y orbit´ aln´ı moment hybnosti ve spektroskopické notaci (pro hodnoty L = 0, 1, 2, 3 se pouˇz´ıvaj´ı symboly S, P, D, F) a koneˇcnˇe J je celkov´ y moment hybnosti, kter´ y nab´ yv´ a hodnot: J = L + S, L + S − 1, . . . , |L − S|

(2)

2. Napiˇste termy pro zm´ınˇen´ y excitovan´ y stav atomu helia. Zkusme si nyn´ı troˇsku sloˇzitˇejˇs´ı pˇr´ıpad – zkus´ıme urˇcit základn´ı termy pro uhl´ık. Tenhle pˇr´ıpad je sloˇzitˇejˇs´ı ze dvou d˚ uvod˚ u: jednak tu máme ˇsest elektron˚ u a ne dva, a nav´ıc m´ ame v´ıc elektron˚ u ve stejné podslupce. Uhl´ık má elektronovou konfiguraci 1s2 2s2 2p2 . Orbitaly s jsou vˇsechny plnˇe obsazené, takˇze hodnoty L a S neovlivˇ nuj´ı a m˚ uˇzeme se vˇenovat pouze orbitalu 2p2 , ve kterém se vyskytuj´ı 2 elektrony. Tyto elektrony m˚ uˇzeme um´ıstit do valenˇcn´ıho orbitalu p patn´ acti r˚ uzn´ ymi zp˚ usoby. Pˇri pouˇzit´ı chl´ıveˇckové metody zobrazen´ı n´ am jednotlivé chl´ıveˇcky ud´ avaj´ı magnetick´ y orbit´ aln´ı moment ml : ml

−1 ↑

0 ↓

14

+1 ↑



ˇ Smˇer ˇsipky ukazuje magnetick´ y spinov´ y moment ms . Sipka nahoru ud´ av´ a u pak ud´ av´ a ms = − 12 . ms = + 21 a ˇsipka dol˚ A nyn´ı se vrat’me k moˇznostem, jak do valenˇcn´ıho orbitalu p m˚ uˇzeme um´ıstit jednotlivé elektrony: (a)

↑↓

(d)

↑

↑

(e)

↑

↑

(f)

↑

↑

(g)

↓

↓

(h)

↓

↓

(i)

↓

↓

(j)

↑

↓

(k)

↑

↓

(l)

↑

↓

(m)

↓

↑

(n)

↓

↑

(o)

↓

↑

(b)

(c)

↑↓

↑↓

3. Spoˇc´ıtejte pro vˇsechny pˇr´ıpady kvantov´ a ˇc´ısla ML a MS . Uˇz je tˇech moˇznost´ı pomˇernˇe hodnˇe, tak si je pˇrevedeme do tabulky. Kaˇzdé moˇznosti odpov´ıdá jedna ˇcárka v kolonce s pˇr´ısluˇsn´ ymi hodnotami ML a MS . −2 MS

+1 0 −1

|

−1 | || |

ML 0 | ||| |

+1 | || |

+2 |

ML a MS jsou projekce, proto mohou nab´ yvat r˚ uzn´ ych hodnot, napˇr ML m˚ uˇze nab´ yvat hodnot od L do −L a MS od S do −S. Proto termu o specifickém L a S odpov´ıd´ a v tabulce obdéln´ık (−L, L) × (−S, S). A proto se pokus´ıme v tabulce rozdˇelit ˇcárky do co nejmenˇs´ıho mnoˇzstv´ı co nejvˇetˇs´ıch obdeln´ık˚ u urˇcen´ ych pomoc´ı L a S, a t´ım urˇcit termy. Pro prvn´ı term zkus´ıme vz´ıt co nejvˇetˇs´ı ML = 2 a této hodnotˇe odpov´ıd´ a L = 2. Pro tuto hodnotu ML je nejvˇetˇs´ı hodnota MS = 0 a tomu odpov´ıd´ a S = 0. V´ ysledn´ y term je tedy 1 D. Z hodnot L a S n´ aslednˇe urˇc´ıme hodnoty celkového momentu hybnosti J. Pro 1 D je moˇzné pouze J = 2 a vznikl´ y term je 1 D1 . Z tabulky vyˇskrt´ ame vˇsechny kombinace ML a MS které tomuto termu odpov´ıdaly, tedy ˇcárky s hodnotami MS = 0 a ML = −2, −1, 0, 1 a 2. −2 MS

+1 0 −1

∤

−1 | ∤| | 15

ML 0 | ∤|| |

+1 | ∤| |

+2 ∤



V tabulce nyn´ı zbyly moˇznosti s ML = 1, které maj´ı nejvyˇsˇs´ı MS = 1. Nyn´ı m˚ uˇzeme urˇcit L = 1 a S = 1, coˇz pro J d´ av´ a v´ıce moˇznost´ı: J = 2, 1, 0. Termy jsou tedy tˇri: 3 P0 , 3 P1 , 3 P2 . Opˇet m˚ uˇzeme z tabulky vyˇskrtat vˇsechny moˇznosti odpov´ıdaj´ıc´ı tˇemto term˚ um: −2 MS

+1 0 +1

∤

−1 ∤ ∤∤ ∤

ML 0 ∤ ∤∤| ∤

+1 ∤ ∤∤ ∤

+2 ∤

A v tabulce uˇz zb´ yv´ a pouze moˇznost ML = 0, MS = 0, které odpov´ıd´ a term 1 S0 . Pro p2 a tedy i pro uhl´ık jsme urˇcili n´ asleduj´ıc´ı termy 1 D2 , 3 P0 , 3 P1 , 3 P2 , 1 S0 . 4. Urˇcete, kolik r˚ uzn´ ych moˇznost´ı obsazen´ı posledn´ıho valenˇcn´ıho orbitalu u n´ asleduj´ıc´ıch atom˚ u: H, B, C, N, O. 5. Podobnˇe jako jsme urˇcovali termy pro p2 , urˇcete termy pro p1 , p3 , p4 . Ale zajisté tuˇs´ıte, ˇze ne vˇsechny termy jsou základn´ım stavem, tj. stavem s nejniˇzˇs´ı energi´ı. Ten je vˇzdy jen jeden. K urˇcen´ı termu základn´ıho stavu se pouˇz´ıvaj´ı tzv. Hundova pravidla pro pˇr´ısluˇsnou elektronovou konfiguraci: i. Term s maximáln´ı hodnotou spinové multiplicity (2S + 1) má nejniˇzˇs´ı energii. ii. Pˇri stejné hodnotˇe spinové multiplicity má niˇzˇs´ı hodnotu energie term s maximáln´ı hodnotou celkového orbit´ aln´ıho momentu hybnosti (L). iii. Pˇri shodné hodnotˇe spinové multiplicity i celkového orbit´ aln´ıho momentu hybnosti dvou a v´ıce term˚ u se stabilita urˇc´ı n´ asleduj´ıc´ım zp˚ usobem: pˇri zaplnˇen´ı podslupky elektrony ménˇe neˇz z poloviny má nejniˇzˇs´ı hodnotu energie term s minimáln´ım hodnotou celkového momentu hybnosti (J). Pˇri zaplnˇen´ı podslupky v´ıce neˇz z poloviny má nejniˇzˇs´ı hodnotu energie term s maximáln´ı hodnotou celkového momentu hybnosti (J). 6. Pomoc´ı Hundov´ ych pravidel urˇcete symbol základn´ıho stavu (stavu o nejniˇzˇs´ı energii) atom˚ u: C, O, N. Pˇri ˇreˇsen´ı vych´ azejte z term˚ u urˇcen´ ych v pˇredchoz´ı ot´ azce. 7. Pomoc´ı Hundov´ ych pravidel seˇrad’te (od nejniˇzˇs´ı energie) n´ asleduj´ıc´ı ter1 3 3 my: D2 , P0 , P1 , 3 P2 , 3 S0 , pokud v´ıte, ˇze orbital tˇechto term˚ u je ménˇe neˇz zpola zaplnˇen. 16



Pro spektroskopii ale nejsou zaj´ımavé samotné termy, ale hlavnˇe jejich vliv na pˇrechody mezi energetick´ ymi hladinami. Elektrony totiˇz nemohou pˇrech´ azet mezi hladinami libovolnˇe, ale musej´ı splˇ novat urˇcitá tzv. v´ ybˇerov´ a pravidla pro pˇrechody mezi jednotliv´ ymi termy. Zde jsou: i. Jsou dovoleny jen pˇrechody o stejné multiplicitˇe. (∆S = 0) ii. Zmˇena celkov´ y orbit´ aln´ıho momentu hybnosti L m˚ uˇze nab´ yvat hodnoty 0 a ±1. Pˇrechod z L = 0 do L = 0 je zakázán. (∆L = 0, ±1; L = 0 = 0) iii. Zmˇena celkov´ y momentu hybnosti J m˚ uˇze nab´ yvat hodnoty 0 a ±1. Pˇrechod z J = 0 do J = 0 je zakázán. (∆J = 0, ±1; J = 0 = 0) Napˇr´ıklad jedin´ y povolen´ y pˇrechod z 1 S0 je ten do 1 P1 . Nicménˇe elektrony jsou tak trochu jako lidi. Ne vˇzdy se chovaj´ı podle zákaz˚ u, které jim pˇr´ıroda nadˇel´ı, ale jsou schopny (kdyˇz nemohou jinak) pˇrech´ azet i mezi hladinami, mezi nimiˇz maj´ı pˇrechod zakázán. Projevuje se to ale t´ım, ˇze zakázané pˇrechody jsou v´ yraznˇe pomalejˇs´ı (v ˇra´dech sekund aˇz minut). Zak´ azané pˇrechody se tedy projevuj´ı jako fosforescence (zm´ınˇená pol´ arn´ı záˇre, fosforeskuj´ıc´ı barvy, apod.). Povolené pˇrechody jsou velmi rychlé (v ˇra´dech femto- aˇz nanosekund) a jde o fluorescenci. 8. Do kter´ ych term˚ u je povolen pˇrechod ze základn´ıho stavu pro atomy C, N, O? 9. Které z n´ asleduj´ıc´ıch pˇrechod˚ u odpov´ıdaj´ı fluorescenci a které fosforescenci: (a)

1

S → 3 P (typick´ y pro ˇcervenou pol´ arn´ı záˇri)

(b)

1

S → 1 D (typick´ y pro zelenou pol´ arn´ı záˇri)

(c)

1

S → 1P

(d)

3

P2 → 3 P 2

10. V sod´ıkovém atomárn´ım spektru je nejzn´ amˇejˇs´ım pˇrechodem 3p1 → 3s1 . Napiˇste si termy odpov´ıdaj´ıc´ı jednotliv´ ym konfigurac´ım a povolené pˇrechody mezi nimi. Na základˇe faktu, ˇze kaˇzd´ y term definuje hladinu s r˚ uznou energi´ı vysvˇetlete, proˇc je v sod´ıkovem spektru dublet. 11. Jakou má tento tzv. sod´ıkov´ y dublet barvu? Vysvˇetlete, proˇc má pr´ avˇe tuto barvu. 12. A protoˇze nejenom kvantovkou ˇziv jest ˇclovˇek, napiˇste oslavnou ódu na kvantovou mechaniku a chemii. M˚ uˇzete tˇreba pokraˇcovat v b´ asni na zaˇcátku.

17



ˇ sen´ı u Reˇ ´loh 1. s´ erie 8. roˇ cn´ıku KSICHTu ´ Uloha ˇ c. 1: Lodˇ e ˇ Autoˇri: Ludˇek M´ıka a Pavel Rezanka

6 bod˚ u

1. Ano, Pavel skuteˇcnˇe s sebou nos´ı periodickou soustavu prvk˚ u. 2. Pavel

Ludˇ ek

Pavel

Ludˇ ek

Si P C N Ge Al F In Pb Bi

Pt Au Pd Tc Mn Fe Ru Mo Ti Hf

Tl Te Br S Cl Ne Kr Rn I At

Zn Cd Cu Y V Co Hg La Sc Zr

3. Za spr´ avn´ a ˇreˇsen´ı jsme brali takové popisy prvk˚ u, ze kter´ ych ˇslo jednoznaˇcnˇe urˇcit, o jak´ y prvek se jedn´ a. Tzn. napˇr´ıklad popis stˇr´ıbroleskl´ y ” kov“ jsme neuzn´ avali. Stejnˇe tak jsme neuzn´ avali chybné popisy, vˇetˇsinou se jednalo o fyzik´ aln´ı vlastnosti, kteˇr´ı mnoz´ı z v´ as ˇcerpali zˇrejmˇe z ˇceské Wikipedie. I pˇri hled´ an´ı na Internetu je potˇreba postupovat s rozumem a z´ıskané informace ovˇeˇrovat nejlépe na anglicky psan´ ych stránk´ ach. 4. Po dlouhém a urputném boji nakonec vyhr´ al Ludˇek, jeho posledn´ı ponorka mohla b´ yt bud’ na poloniu, nebo na antimonu. Ot´ azka 1 – 0,5 bodu, ot´ azka 2 – 2 body, ot´ azka 3 – 3 body a ot´ azka 4 – 0,5 bodu. Celkem 6 bod˚ u.

18



´ Uloha ˇ c. 2: EPO Autor: Jiˇr´ı Kessler

9 bod˚ u

1. Zkratka EPO znamená erythropoetin a jedn´ a se o b´ılkovinu. 2. EPO je hormon´ aln´ı l´ atka, kter´ a stimuluje produkci ˇcerven´ ych krvinek. Sportovci, kteˇr´ı uˇz´ıvaj´ı EPO, maj´ı tedy vyˇsˇs´ı hladinu hemoglobinu a mohou nav´ azat v´ıce kysl´ıku, coˇz se projev´ı na jejich v´ ykonech. Rizika plynou z toho, ˇze vyˇsˇs´ı obsah krvinek se projev´ı zv´ yˇsen´ım viskozity krve a m˚ uˇze doj´ıt k ucp´ an´ı cév a zástavˇe srdce. 3. Amfolyt je amfotern´ı elektrolyt. Obsahuje tedy jak bazické, tak kyselé funkˇcn´ı skupiny. Hodnota isoelektrického bodu odpov´ıd´ a hodnotˇe pH prostˇred´ı, ve kterém bude m´ıt dan´ a l´ atka celkov´ y náboj rovn´ y nule. 4. Smˇes amfolyt˚ u se p˚ usoben´ım elektrického pole uvede do pohybu a v oblasti pH odpov´ıdaj´ıc´ı isoelektrického bodu daného amfolytu se jeho pohyb zastav´ı, jelikoˇz zde má nulov´ y náboj a elektrické pole na nˇej nep˚ usob´ı. T´ımto zp˚ usobem se samovolnˇe vytvoˇr´ı plynul´ y gradient pH, jehoˇz hodnota bude r˚ ust od anody ke katodˇe, protoˇze amfolyty s vyˇsˇs´ım isoelektrick´ ym bodem pI (tedy baziˇctˇejˇs´ı) budou v d˚ usledku jejich kladného náboje migrovat od anody. 5. Migrace proteinu se zastav´ı v isoelektrickém bodˇe, nebot’ je zde jeho náboj nulov´ y a elektrické pole na nˇej nep˚ usob´ı. 6. Bude-li protein nad´ avkov´ an do m´ısta vyˇsˇs´ıho pH, neˇz je pI, bude m´ıt záporn´ y náboj a bude migrovat smˇerem k anodˇe, dokud se nezastav´ı. Ve druhém pˇr´ıpadˇe bude n´ aboj proteinu kladn´ y a dojde k migraci smˇerem ke katodˇe. 7. V biologicky aktivn´ım hemoglobinu se ˇzelezo nach´ az´ı v oxidaˇcn´ım stavu II. 8. Jedn´ a se o methemoglobin, ˇzelezo je pˇr´ıtomno v oxidaˇcn´ım stupni III. ˇ 9. Cerven´ e krvinky se p˚ usoben´ım Drabkinova roztoku hemolyzuj´ı a uvolnˇen´ y hemoglobin se reakc´ı s kyanidem draseln´ ym a hexakyanoˇzelezitanem draseln´ ym pˇrev´ ad´ı na kyanomethemoglobin. Tato operace se prov´ ad´ı z toho d˚ uvodu, ˇze hemoglobin se v krvi nach´ az´ı v nˇekolika form´ ach. Tyto formy maj´ı odliˇsné extinkˇcn´ı koeficienty, a jejich pˇr´ımé stanoven´ı by tedy bylo obt´ıˇzné. 10. Nejdˇr´ıve je nutno vypoˇc´ıst koncentraci l´ atky X ve standardn´ıch roztoc´ıch: 0,5 g dm−3 . cX = mVX , napˇr. cX,1 = 0,003 19


cX A


1

2

3

4

5

6

7

8

0,167 0,113

0,333 0,227

0,500 0,341

0,667 0,455

0,833 0,569

1,000 0,683

1,167 0,796

1,333 0,910

Tabulka 1: Závislost absorbance na koncentraci l´ atky X [g dm−3 ] – data pro regresi Metodou nejmenˇs´ıch ˇctverc˚ u proloˇz´ıme tˇemito daty pˇr´ımku a rovnice této závislosti je A = 0,6825cX . Z toho plyne hodnota extinkˇcn´ıho koeficientu a540 = 0,6825 dm3 g−1 cm−1 . Mol´ arn´ı extinkˇcn´ı koeficient vypoˇcteme dle vztahu ǫ540 = a540 · M (X), ǫ540 = 43993 dm3 mol−1 cm−1 . 11. Pro v´ ypoˇcet vyuˇzijeme rovnici kalibraˇcn´ı pˇr´ımky. Z n´ı vypl´ yv´ a, ˇze koncentrace l´ atky X v kyvetˇe je cX = 0,9568 g dm−3 . Koncentraci v kyvetˇe pˇrevedeme na koncentraci v p˚ uvodn´ım vzorku (krvi): M (hemoglobin) · Vvzorku M (X) · Vkrve 64500 · 0,003 c = 0,9568 · g dm−3 64458 · 20 · 10−6 c = 143,6 g dm−3

c = cX

Koncentrace hemoglobinu ve sportovcovˇe krvi je v normˇe, koncentrace hemoglobinu u muˇz˚ u se pohybuj´ı v rozmez´ı 140–170 g dm−3 . Ot´ azka 1 – 0,5 bodu, ot´ azka 2 – 1 bod, ot´ azka 3 – 0,2 bodu, ot´ azka 4 – 1 bod, ot´ azka 5 – 0,3 bodu, ot´ azka 6 – 0,4 bodu, ot´ azka 7 – 0,2 bodu, ot´ azka 8 – 0,4 bodu, ot´ azka 9 – 1 bod, ot´ azka 10 – 2 body a ot´ azka 11 – 2 body. Celkem 9 bod˚ u.

20



´ Uloha ˇ c. 3: Milostn´ y pomˇ er ˇ Autoˇri: Michal Rezanka a Robert Bet´ık

9 bod˚ u

1. Pomˇer slouˇcenin 1 : 2 : 3 je 2 : 2 : 1. Oznaˇcme si x relativn´ı odezvu jednoho atomu vod´ıku patˇr´ıc´ımu slouˇceninˇe 1, podobnˇe y pro slouˇceninu 2 a z pro slouˇceninu 3. Jelikoˇz slouˇcenina 3 obsahuje 2kr´ at v´ıce vod´ık˚ u −CH2 −O− neˇz slouˇcenina 2 a sign´ aly B : B’ jsou v pomˇeru 1 : 1, mus´ı b´ yt y 2 cehoˇz plyne, ˇze y = 2z. Pro dalˇs´ı v´ ypoˇcet pouˇzijeme napˇr´ıklad z = 1. Z ˇ peak D. Z poˇctu methylov´ ych vod´ık˚ u ve slouˇcenin´ ach 2 a 3 plyne rovnice: 3y + 6z = 3. Dosazen´ım y = 2z do této rovnice a jej´ım vypoˇcten´ım dostaneme, ˇze z = 0,25. Dosazen´ım z = 0,25 do 3y + 6z = 3 vypoˇcteme, ˇze y = 0,5. Pro dalˇs´ı v´ ypoˇcet pouˇzijeme peak A. Sestav´ıme rovnici 2x + 2y + + 2z = 2,5. Dosazen´ım jiˇz znám´ ych neznám´ ych vypoˇcteme, ˇze x = 0,5. Pˇreveden´ım na celá ˇc´ısla dostaneme k´ yˇzen´ y pomˇer. 2. S jistotou lze pˇriˇradit pouze sign´ al C (−CH2 −Cl ve slouˇceninˇe 1), C’ (−CH2 −Cl ve slouˇceninˇe 2). Vod´ıky na dvojné vazbˇe slouˇceniny 3 jsou souˇcást´ı sign´ alu A (lze zjistit z v´ yˇsky integrálu). ˇ 3. Cinidlo Q je octan sodn´ y nebo draseln´ y. Název slouˇceniny 1 je 3-chlor-2(chlormethyl)propen. 4. V pˇr´ıpadˇe ide´ aln´ıho pr˚ ubˇehu reakce je pro dos´ ahnut´ı maximáln´ıho v´ ytˇeˇzku nejlepˇs´ı pˇridat 0,9 ekvivalentu ˇcinidla Q. 5. V pˇr´ıpadˇe pouˇzit´ı jednoho molárn´ıho ekvivalentu ˇcinidla Q a v pˇr´ıpadˇe ide´ aln´ıho pr˚ ubˇehu reakce jsou slouˇceniny 1–3 v pomˇeru 1 : 1,15 : 1. V rozd´ılnosti ideáln´ıho a reálného pomˇeru budou hr´ at roli rovnov´ aˇzné konstanty (reakce neprob´ıhaj´ı na 100 %), rozd´ılné rychlostn´ı konstanty reakc´ı 1→2 a 2→3 (druh´ a z reakc´ı pobˇeˇz´ı pomaleji vzhledem ke stérickému br´ anˇen´ı acetátu), reakˇcn´ı ˇcas (reakce nedobˇehla do rovnov´ ahy) atp. Poznámka: Závislost pomˇer˚ u slouˇcenin 1 : 2 : 3 na poˇctu ekvivalent˚ u ˇcinidla Q lze zjistit napˇr´ıklad simulac´ı v tabulkovém kalkul´ atoru. Simulaci provedeme s tis´ıci molekulami v´ ychoz´ı slouˇceniny 1 (pˇri tis´ıci molekul´ ach bude jiˇz bude vliv malého poˇctu molekul zanedbateln´ y). Sloupce A, B a C budou pˇredstavovat po ˇradˇe poˇcet molekul slouˇceniny 1, 2 a 3. Jednotlivé buˇ nky vypln´ıme podle tabulky 1. Vzorce v buˇ nk´ ach A2 a B2 vyjadˇruj´ı pravdˇepodobnost, ˇze ˇcinidlo zreaguje bud’ s v´ ychoz´ı l´ atkou 1 nebo s monosubstituovan´ ym deriv´ atem 2. Tato pravdˇepodobnost závis´ı pouze na poˇctu molekul slouˇcenin 1 a 2. Vzorce z bunˇek A2–C2 potom zkop´ırujeme aˇz do bunˇek A2001–C2001. Kaˇzd´ y nov´ y ˇra´dek tak bude znamenat pˇr´ıdavek dalˇs´ı molekuly ˇcinidla Q. Pro ot´ azku 4

21



budeme hledat maximum ve sloupci B a pro ot´ azku 5 pouˇzijeme ˇra´dek 1001, kter´ y odpov´ıd´ a pˇr´ıdavku jednoho ekvivalentu ˇcinidla Q.

1 2

A

B

C

1000 =A1−(A1/(A1+B1))

0 =B1−(B1/(A1+B1)) +(A1/(A1+B1))

0 =C1+(B1/(A1+B1))

Tabulka 1: Simulace v tabulkovém kalkul´ atoru

Ot´ azka 1 – 3 body, ot´ azka 2 – ot´ azka 1 bod, ot´ azka 3 – 1 bod, ot´ azka 4 – 3 body a ot´ azka 5 – 1 bod. Celkem 9 bod˚ u.

22



´ Uloha ˇ c. 4: Magic Acid Autor: Václav Kub´ at 1. (a) (b)

15 bod˚ u

− + − ⇀ H2 SO4 + CH3 COOH − ↽ − − HSO4 + CH3 COOH2 + − −− ⇀ H2 SO4 + HNO3 ↽ − − HSO4 + H2 NO3

2.

fluorid antimoniˇcn´ y

kyselina dis´ırov´ a

kyselina fluors´ırov´ a

trifluormethansulfonov´ a kyselina

3. H+ – Lewisovská kyselina F− – Lewisovská zásada PF5 , TaF5 a BF3 se sice v obvykl´ ych pˇr´ıpadech chovaj´ı jako Lewisovské kyseliny, mohou ale vystupovat i jako Lewisovské zásady – záleˇz´ı na reakˇcn´ım partnerovi. 4.

− + − ⇀ 2 HSO3 F − ↽ − − SO3 F + H2 SO3 F

5. Odliˇsnosti fyzik´ aln´ıch vlastnost´ı tˇechto l´ atek jsou dány p˚ usob´ıc´ımi mezimolekulov´ ymi interakcemi. Kyselina s´ırov´ a obsahuje v molekule dvˇe OH skupiny, kaˇzd´ y z vod´ık˚ u se m˚ uˇze u ´ˇcastnit (a také se u ´ˇcastn´ı) tvorby vod´ıkov´ ych m˚ ustk˚ u, zat´ımco kyselina fluors´ırov´ a má jednu OH skupinu nahrazenu fluorem, tud´ıˇz se vod´ıkov´ ych m˚ ustk˚ u m˚ uˇze u ´ˇcastnit jen jeden vod´ık z kaˇzdé molekuly HSO3 F, coˇz je o polovinu ménˇe neˇz u H2 SO4 . Molekuly HSO3 F jsou tedy k sobˇe pout´ any celkovˇe slabˇs´ı silou neˇz molekuly H2 SO4 . Proto je jednoduˇsˇs´ı je od sebe vzd´ alit (t´ an´ı, var) ˇci mˇenit jejich vzájemnou polohu (viskozita).

23



6. Z tabulky 2 zjist´ıme, ˇze kyselina dis´ırov´ a je silnˇejˇs´ı kyselinou (má zápornˇejˇs´ı H0 ). H2 S2 O7 tedy bude protonizovat CF3 SO3 H: + − −− ⇀ CF3 SO3 H + H2 S2 O7 ↽ − − CF3 SO3 H2 + HS2 O7

7. Uvaˇzujme CF3 SO3 H jako rozpouˇstˇedlo. Stejnˇe jako ve vodˇe i zde doch´ az´ı − + − k autoprotol´ yze, vznik´ a CF3 SO3 H+ a CF SO (voda: H O + OH ). 3 3 2 3 V tomto stavu je systém neutr´ aln´ı (ve vztahu sám k sobˇe), protoˇze koncentrace kysel´ ych (CF3 SO3 H+ asadit´ ych (CF3 SO− cástic jsou si rovny, 2 ) a z´ 3) ˇ stejnˇe jako v ˇcisté vodˇe jsou si rovny koncentrace H3 O+ a OH− . Pochopitelnˇe navenek se n´ am zdá, ˇze se jedn´ a o kyselinu, ale to je ot´ azka toho, jak jsme si nastavili pro n´ as neutr´ aln´ı prostˇred´ı. Pˇr´ıdavkem kys. dis´ırové dojde, jak jsme zjistili v ot´ azce 6, k protonizaci pˇr´ısluˇsné ˇcásti CF3 SO3 H, tedy ke zv´ yˇsen´ı koncentrace kysel´ ych ˇcástic CF3 SO3 H+ emu. Ten bude 2 v syst´ t´ım p´ adem v´ıce kysel´ y (stejnˇe jako pˇr´ıdavkem klasické kyseliny do vody se zv´ yˇs´ı koncentrace kysel´ ych ˇcástic, tedy H3 O+ iont˚ u, ve vodˇe, kter´ a se stane kyselou. Vid´ıte, ˇze ve vodˇe je nejkyselejˇs´ı ˇcástic´ı H3 O+ , stejnˇe jako v naˇsem pˇr´ıpadˇe je v roztoku CF3 SO3 H nejkyselejˇs´ı ˇcástic´ı CF3 SO3 H+ 2. Pˇr´ıdavek kyseliny do vody generuje dalˇs´ı H3 O+ , tedy zvyˇsuje jejich koncentraci v roztoku, tedy zvyˇsuje jeho kyselost. V pˇr´ıpadˇe CF3 SO3 H je to u ´plnˇe stejn´ a situace, jen m´ ame o troˇsku sloˇzitˇejˇs´ı slouˇceninu). 8. Protoˇze vazba S−F v HSO3 F nen´ı pˇr´ıliˇs siln´ a. HSO3 F je tedy nejen siln´ a kyselina, ale i silné fluoraˇcn´ı ˇcinidlo. To m˚ uˇze zp˚ usobovat pot´ıˇze v podobˇe neˇzádouc´ıch vedlejˇs´ıch reakc´ı. Naproti tomu vazba C−F je znaˇcnˇe stabiln´ı (vzpomeˇ nte na teflon), takˇze se za cenu m´ırného sn´ıˇzen´ı acidity vyhneme neˇzádouc´ım fluoraˇcn´ım reakc´ım. 9. K tomuto v´ ypoˇctu je tˇreba zjistit, jak je vlastnˇe definov´ ana Hammettova funkce kyselosti. Zjist´ıme, ˇze tato ˇc´ısla jsou, stejnˇe jako pH, v logaritmické stupnici, tedy ve form´ atu“ 10x . Následnˇe nen´ı nic jednoduˇsˇs´ıho, neˇz po” rovnat hodnoty H0 , zjistit, ˇze pro 100% H2 SO4 H0 = témˇeˇr −12, pro magic acid H0 = −23. Rozd´ıl ˇcin´ı 11 jednotek, tedy ˇc´ıselnˇe 1011 , coˇz je 11 ˇra´d˚ u. Magick´ a kyselina je tedy v´ıce neˇz 1011 kr´ at (= stomiliardkr´ at) kyselejˇs´ı neˇz 100% kyselina s´ırov´ a! To uˇz je poˇra´dn´ y rozd´ıl, samotná kys. fluors´ırov´ a je jen“ asi tis´ıckr´ at silnˇejˇs´ı neˇz 100% H2 SO4 . Pro u ´plnost dod´ av´ am, ˇze rozd´ıl ” mezi 100% a obyˇcejnou“ zˇredˇenou (20%) kyselinou s´ırovou, se kterou se ” m˚ uˇzeme bˇeˇznˇe potkat ve ˇskoln´ıch laboratoˇr´ıch, je jeˇstˇe dalˇs´ıch 11 ˇra´d˚ u. . . Prostˇe ˇcaj´ıˇcek. Ale nep´ıt!!! 10. Toto zv´ yˇsen´ı kyselosti je zaloˇzeno na Lewisovské neutralizaˇcn´ı reakci mezi Lewisovskou kyselinou a Lewisovskou zásadou. Jak bylo zm´ınˇeno, kyselinou je SbF5 . Zásadou je v naˇsem pˇr´ıpadˇe SO3 F− . Tyto ˇcástice spolu 24



ochotnˇe reaguj´ı za vzniku komplexu [SbF5 (SO3 F)]− , pˇr´ıpadnˇe sloˇzitˇejˇs´ıch komplex˚ u jako [Sb2 F10 (SO3 F)]− . Vzhledem k tomu, ˇze SbF5 je velmi siln´ a Lewisovská kyselina, doch´ az´ı k této reakci velmi ochotnˇe a vznikl´ y komplex je hodnˇe stabiln´ı. Jaké to má d˚ usledky pro n´ aˇs superkysel´ y systém? Vzpomeˇ nte na autoprotol´ yzu HSO3 F (ot´ azka 4), pˇri této reakci vznik´ a SO3 F− . Pˇridan´ y SbF5 jej ze systému vychyt´ av´ a a v´ aˇze na sebe, ˇc´ımˇz v´ yraznˇe posunuje rovnov´ ahu autoprotolytické reakce ve prospˇech produkt˚ u. V systému t´ım p´ adem rapidnˇe roste koncentrace kysel´ ych ˇcástic H2 SO3 F+ , tedy kyselost systému se v´ yraznˇe zvyˇsuje (jak v´ yraznˇe jsme spoˇc´ıtali v minulé ot´ azce). Opˇet analogie s vodou a klasick´ ymi kyselinami a zásadami: v´ıte, ˇze autoprotol´ yzou vody vznik´ a H3 O+ a OH− . Také v´ıte, ˇze souˇcin jejich koncentrac´ı mus´ı z˚ ustat konstantn´ı, tedy pokud ubereme H3 O+ , − mus´ıme pˇridat OH a naopak. Zde je situace stejn´ a, u ´ˇcinkem SbF5 doˇslo ke sn´ıˇzen´ı koncentrace zásadité ˇcástice v roztoku superkyseliny (SO3 F− , tedy naˇseho OH− ), nutnˇe tedy mus´ı doj´ıt ke zv´ yˇsen´ı koncentrace kyselé ˇcástice (H2 SO3 F+ , tedy naˇseho H3 O+ ), aby rovnov´ aha z˚ ustala zachov´ ana. + − − ⇀ 2 HSO3 F + 2 SbF5 − ↽ − − H2 SO3 F + [Sb2 F10 (SO3 F)]

11. Methan reaguje jako zásada, tedy pˇrij´ımá H+ . Vznik´ a ˇcástice CH+ z 5 . Kdyˇ 2+ 3+ jsme u toho, prok´ azány byly i ˇcástice CH6 a CH7 . Pro dalˇs´ı protonaci methanu máme zat´ım asi pˇr´ıliˇs slabé superkyseliny. V ˇcástici CH+ nuje tˇr´ıstˇredov´ a dvouelektronov´ a vazba (spojuje 5 se uplatˇ uhl´ık se dvˇema atomy vod´ıku), stejnˇe je tomu tˇreba u diboranu. 12. Doˇslo k protonaci vzniklé kyseliny uhliˇcité, ˇc´ımˇz vznikla ˇcástice C(OH)+ 3. Dluˇzno podotknout, ˇze pˇri zvyˇsov´ an´ı teploty na laboratorn´ı uˇz tato ˇcástice nen´ı stabiln´ı, rozkl´ ad´ a se a doch´ az´ı k u ńiku CO2 , jak jsme zvykl´ı. 13. Ano, i za rozpuˇstˇen´ı sv´ıˇcky m˚ uˇze velká ochota magické kyseliny vˇenovat své H+ . Doˇslo tedy opˇet k protonaci uhlovod´ıkového ˇretˇezce parafinu a jeho rozˇstˇepen´ı na menˇs´ı fragmenty (konkrétnˇe na terc-butyl kationty), které jako nabité ˇcástice ochotnˇe pˇreˇsly do roztoku. Na závˇer mus´ım podotknout, ˇze zm´ınˇen´ y v´ anoˇcn´ı veˇc´ırek se dle literatury skuteˇcnˇe konal, jméno onoho postdoca je Joe Lukas. Po ud´ alostech na tomto veˇc´ırku vznikl n´ azev magic acid“ pro superkyselou smˇes HSO3 F a SbF5 . A aby ” nedoˇslo k omylu, skupina profesora Olaha má zásluhy hlavnˇe v oblasti karbokationt˚ u a vyuˇzit´ı superkyselin v této oblasti. Samotn´ y objev superkyselého prostˇred´ı a rozvinut´ı anorganické chemie superkyselin maj´ı na svˇedom´ı“ jin´ı ” chemikové. Bylo by asi nevhodné nezm´ınit profesora R. J. Gillespieho, kter´ y 25



sice superkyseliny neobjevil, ale zavedl jejich modern´ı definici a posunul hranici lidského poznán´ı v tomto odvˇetv´ı o velk´ y kus vpˇred. Ot´ azka 1 – 0,5 bodu, ot´ azka 2 – 2 body, ot´ azka 3 – 1,25 bodu, ot´ azka 4 – 0,5 bodu, ot´ azka 5 – 1,25 bodu, ot´ azka 6 – 0,75 bodu, ot´ azka 7 – 1,5 bodu, ot´ azka 8 – 1,25 bodu, ot´ azka 9 – 0,75 bodu, ot´ azka 10 – 2 body, ot´ azka 11 – 1,25 bodu, ot´ azka 12 – 1,25 bodu a ot´ azka 13 – 0,75 bodu. Celkem 15 bod˚ u.

26



´ Uloha ˇ c. 5: O ˇ cem se deˇ st’ovk´ am ani nesnilo. . . Autoˇri: Jiˇr´ı Kysilka a Karel Berka

16 bod˚ u

1. Tlak nasycené p´ ary nad kapalinou závis´ı na teplotˇe. Tlak nasycené vodn´ı p´ ary nad kapalnou se bude rovnat okoln´ımu tlaku pˇri varu. 2. Rosn´ y bod je takov´ a teplota, pˇri n´ıˇz tlak syté vodn´ı p´ ary odpov´ıd´ a parci´ aln´ımu tlaku vodn´ıch par ve vzduchu. Vodn´ı p´ ara ve vzduchu a kapaln´ a voda jsou tedy v rovnov´ aze. Sn´ıˇzen´ım teploty vzduchu pod teplotu rosného bodu se rovnov´ aha posune a vodn´ı p´ ara zaˇcne kondenzovat – v pˇr´ırodˇe obvykle v podobˇe kapiˇcek rosy. 3. Voda se bude odpaˇrovat dokud parci´ aln´ı tlak vodn´ıch par nedosáhne tlaku nasycené vodn´ı p´ ary pˇri dané teplotˇe. 4. Ohˇrevem se klesne hustota vzduchové vrstvy (zvˇetˇs´ı se objem) a ta zaˇcne stoupat vzh˚ uru. 5. (a) Menˇs´ı tlak pˇri stejné teplotˇe povede ke sn´ıˇzen´ı parci´ aln´ıho tlaku vodn´ıch par a bude tedy br´ anit kondenzaci vodn´ıch par. (b) Niˇzˇs´ı teplota pˇri stejném tlaku sn´ıˇz´ı tlak nasycen´ ych vodn´ıch par, a pokud bude parci´ aln´ı tlak vodn´ıch par vˇetˇs´ı neˇz tlak nasycen´ ych vodn´ıch par, p´ ara zaˇcne kondenzovat. (c) Aby doˇslo ke kondenzaci, mus´ı klesat tlak nasycen´ ych par rychleji, neˇz bude klesat parci´ aln´ı tlak vodn´ıch par. Zmˇena pomˇer˚ u d´ıky poklesu teploty tedy mus´ı b´ yt rychlejˇs´ı, neˇz zmˇena d´ıky poklesu tlaku. 6. Jak je vidˇet na obr´ azku 1, molekul´ am umoˇzn ˇuje se uvolnit z kapaliny jejich tepeln´ y pohyb (znaˇceno ˇcervenou ˇsipkou S). V kapalné f´ azi je naopak udrˇzuj´ı jejich pˇritaˇzlivé elektrostatické (vod´ıkové vazby) a disperzn´ı interakce s ostatn´ımi vodami (znaˇceno ˇcern´ ymi ˇsipkami H). V makroskopickém pohledu se n´ ahodn´ y tepeln´ y pohyb molekul projevuje jako entropie (S), zat´ımco pˇritaˇzlivé interakce jsou enthalpické (H). 7. Vzhledem k tomu, ˇze molekula vody má na zakˇriveném povrchu ménˇe kontakt˚ u a tedy i ménˇe pˇritaˇzliv´ ych sil, neˇz na rovném povrchu, bude zde také ménˇe drˇzena a bude z kapiˇcky snáze unikat, coˇz je naznaˇceno na obr´ azku 1. 8. K v´ ypoˇctu Kelvinovy rovnice n´ am chyb´ı molárn´ı objem vody v SI jednotk´ ach: Vm =

18 · 10−3 kg mol−1 M = 18 · 10−6 m3 mol−1 = ρ 1,00 · 103 kg m−3 27

(1)



Obr´ azek 1: Rovinn´ y (vlevo) a zakˇriven´ y (vpravo) povrch vody A ted’ uˇz m˚ uˇzeme dosadit do upravené Kelvinovy rovnice, z n´ıˇz si vyj´ adˇr´ıme parci´ aln´ı tlak vodn´ı p´ ary nad zakˇriven´ ym povrchem (nezapomeˇ nte na SI jednotky): 2Vm γ = (2) pr = p∞ exp rRT 2 · 18 · 10−6 · 74,22 · 10−3 3 = 1,23 · 10 Pa · exp = 10 · 10−9 · 8,314 · 283,15 = 1,38 · 103 Pa = 1,38 kPa Tlak nasycené p´ ary nad kapkou je tedy vyˇsˇs´ı, neˇz nad rovn´ ym povrchem a ˇcin´ı 1,38 kPa. 9. Pˇresycená p´ ara je termodynamicky nestabiln´ı plyn, kter´ a obsahuje v´ıce kapaliny, neˇz nasycená p´ ara pˇri stejné teplotˇe. Ve stavu nasycené p´ ary se mohou hypoteticky tvoˇrit malé kapiˇcky, jejichˇz zakˇriven´ı je ovˇsem tak velké, ˇze tlak p´ ary nad nimi je ve skuteˇcnosti vˇetˇs´ı neˇz tlak nasycené p´ ary za dané teploty, takˇze by se takové kapiˇcky naopak mˇely tendenci odpaˇrovat. K samovolné kondenzaci za tˇechto podm´ınek tedy nedoch´ az´ı, protoˇze pro ni chyb´ı mechanismus. 10. Pˇri utajeném varu je voda ve stavu pˇrehˇra´té kapaliny, coˇz je opˇet termodynamicky nestabiln´ı systém. Ten vznik´ a principielnˇe z podobn´ ych d˚ uvod˚ u jako pˇresycená p´ ara, zakˇriven´ı povrchu u drobn´ ych vznikaj´ıc´ıch bublinek je tak velké, ˇze je v nich tlak p´ ary menˇs´ı neˇz nad rovn´ ym povrchem za dané teploty. Bublinka vodn´ı p´ ary nestaˇc´ı vzniknout, protoˇze se j´ı nedaˇr´ı prorazit tlakem na ni p˚ usob´ıc´ım. Kdyˇz pak teplota vzroste jeˇstˇe v´ıce, bublinka se uˇz m˚ uˇze vytvoˇrit a po jej´ım vytvoˇren´ı se okamˇzitˇe rozˇs´ıˇr´ı, protoˇze rozˇsiˇrov´ an´ı bubliny uˇz je v´ yraznˇe jednoduˇsˇs´ı (vˇetˇs´ı bublina má rovnˇejˇs´ı 28



povrch, a tak j´ı staˇc´ı menˇs´ı tlak). Var pak prob´ıh´ a n´ arazovˇe a nekontrolovanˇe. V praxi se to ˇreˇs´ı pˇrid´ an´ım varn´ ych kam´ınk˚ u, tedy kousk˚ u porézn´ıho materiálu, na kterém mohou vznikat bublinky snáze a kapalina se d´ıky tomu vaˇr´ı plynule. 11. Kaˇzd´ y ze zm´ınˇen´ ych jev˚ u pˇrin´ aˇs´ı do atmosféry kondenzaˇcn´ı j´ adra, nutn´ a pro tvorbu kapek. 12. Hlavn´ım pˇr´ırodn´ım zdrojem oxidu siˇriˇcitého v atmosféˇre jsou v´ yrony sopek. Nejvˇetˇs´ım lidsk´ ym zdrojem je spalov´ an´ı uhl´ı (hlavnˇe hnˇedého). 13. Hygroskopické jsou l´ atky, které adsorbuj´ı (zachyt´ avaj´ı) vodu. 14. Kapiˇcky kyseliny s´ırové do sebe d´ıky sv´ ym hygroskopick´ ym vlastnostem nas´ avaj´ı vodu a umoˇzn ˇuj´ı tak vznik kondenzaˇcn´ıch jader. Chemick´ a afinita tak br´ an´ı tomu, aby se kapiˇcky pˇredˇcasnˇe vypaˇrily. 15. Osmóza, osmotick´ y tlak. 16. Takov´ a buˇ nka by v prostˇred´ı moˇrské vody vyschla“, voda by byla taˇzena ” z buˇ nky ven. 17. Osmotick´ y tlak je koligativn´ı vlastnost. Pro buˇ nku tedy staˇc´ı, aby vyrovn´ avala koncentraci ˇcástic uvnitˇr buˇ nky (v´ yrobou DMSP) oproti koncentraci ˇcástic vnˇe buˇ nky. 18. L´ atka A – dimethylsulfid L´ atka B – methylsulfid L´ atka C – dimethylsulfoxid Ot´ azka 1 – 1 bod, ot´ azka 2 – 0,5 bodu, ot´ azka 3 – 0,5 bodu, ot´ azka 4 – 0,5 bodu, ot´ azka 5 – 1,5 bodu, ot´ azka 6 – 1 bod, ot´ azka 7 – ot´ azka 1 bod, ot´ azka 8 – 1,5 bodu, ot´ azka 9 – 1,5 bodu, ot´ azka 10 – 1,5 bodu, ot´ azka 11 – 0,5 bodu, ot´ azka 12 – 1 bod, ot´ azka 13 – 0,5 bodu, ot´ azka 14 – 0,5 bodu, ot´ azka 15 – 0,5 bodu, ot´ azka 16 – 0,5 bodu, ot´ azka 17 – 0,5 bodu a ot´ azka 18 – 1,5 bodu. Celkem 16 bod˚ u.

29



Seri´ al – Senzorick´ a anal´ yza II Autor: Jana Zikmundov´ a V tomto d´ıle se podrobnˇeji pod´ıv´ ame na dalˇs´ı základn´ı chutˇe a l´ atky, které je vyvol´ avaj´ı.

Slan´ a Tuto chut’ zp˚ usobuje pomˇernˇe málo l´ atek, pˇredevˇs´ım anorganické soli. Slané jsou halogenidy, s´ırany, fosforeˇcnany, dusiˇcnany a uhliˇcitany alkalick´ ych kov˚ u, kov˚ u alkalick´ ych zemin a amonné soli. Problém ale je, ˇze vˇetˇsina z nich zp˚ usobuje i r˚ uzné pachutˇe, hlavnˇe hoˇrkou. Intenzita hoˇrké chuti obvykle roste ˇ e slanou chut’ má pouze se stoupaj´ıc´ı relativn´ı molekulovou hmotnost´ı. Cistˇ chlorid sodn´ y. Ten nav´ıc zvyˇsuje vn´ım´ an´ı i chuti sladké, kyselé a vlastn´ıch chut´ı pokrmu. Slané mohou b´ yt i soli organick´ ych kyselin (mravenˇc´ı, octov´ a, mléˇcná, citronov´ a apod.) nebo l´ atky nesouc´ı aminoskupinu (kyselina glutamov´ a, cholin). Slané jsou dokonce nˇekteré peptidy (hydrochloridy l-ornithyltaurinu a l-lysyltaurinu, viz obr´ azek 1). NH2

O Cl-

NH2 H N

OH

H N

OH S

S O O

O Cl-

L-ornithyltaurin hydrochlorid NH3+

+H N 3

O

O

L-lysyltaurin hydrochlorid

Obr´ azek 1: Slané peptidy Lidské tˇelo potˇrebuje dennˇe asi 2 g sod´ıku a 1,8 g drasl´ıku. Oba tyto ionty jsou udrˇzov´ any na membr´ an´ ach bunˇek v ˇzivotnˇe d˚ uleˇzitém koncentraˇcn´ım rozd´ılu a v´ yznamnˇe také ovlivˇ nuj´ı osmotick´ y tlak. Ale v rostlinné ˇr´ıˇsi to neplat´ı. Rostliny potˇrebuj´ı pro spr´ avn´ y r˚ ust sod´ıku mnohem ménˇe. Jedna z teori´ı pˇredpokl´ ad´ a, ˇze pro pˇredky ˇclovˇeka ˇzij´ıc´ı ve vnitrozem´ı a ˇziv´ıc´ı se pˇrev´ aˇznˇe vegetariánskou stravou bylo problematické z´ıskat dostatek sod´ıku. A tak byl ten, kterému potrava s vˇetˇs´ım mnoˇzstv´ım sod´ıku chutnala, v evoluˇcn´ı v´ yhodˇe. Moˇzná s t´ım souvis´ı i pomˇernˇe vysoké prahové koncentrace slan´ ych l´ atek (viz tabulka 1). Prostˇe ˇc´ım v´ıce, t´ım lépe. Jiné teorie porovn´ avaj´ıc´ı vn´ımán´ı chuti lid´ı a prim´ at˚ u ale naznaˇcuj´ı, ˇze vyˇsˇs´ı podnˇetové prahy u lid´ı vznikly aˇz pozdˇeji.

30



s˚ ul podnˇ et. p. [mg l−1 ]

NaCl 17505

KCl 1270

NH4 Cl 214

MgCl2 1430

NaF 210

Tabulka 1: Podnˇetové prahy nˇekter´ ych slan´ ych l´ atek Od té doby lidé hodnot´ı slanou chut’ jako pˇr´ıjemnou. Problém nast´ av´ a v modern´ı dobˇe, kdy nedostatkem sod´ıku rozhodnˇe netrp´ıme, zato chut´ı na bramb˚ urky nebo poˇra´dnˇe osolené hranolky ano. Kromˇe zatˇeˇzov´ an´ı ledvin to ale nedˇelá dobˇre naˇsemu osmotickému (a krevn´ımu) tlaku, protoˇze sodné ionty v tˇele zadrˇzuj´ı v´ıce vody. Soudˇe podle reklam je to obl´ıbené téma hovoru modelek. Lidé na tzv. n´ızkosod´ıkové nebo neslané dietˇe mus´ı solit smˇes´ı jin´ ych sol´ı. Hlavn´ı sloˇzka je KCl, dalˇs´ı l´ atky pak mus´ı korigovat jeho hoˇrkou chut’. Kromˇe pouˇzit´ı jako solidla se mohou slané l´ atky ve v´ yrobc´ıch plnit i jiné u ´ˇcely. S˚ ul se od nepamˇeti pouˇz´ıv´ a jako konzervant (vzpomeˇ nte na poh´ adku Byl jednou jeden kr´ al a scénu se slaneˇckem), protoˇze sniˇzuje obsah volné vody potˇrebné pro r˚ ust neˇzádouc´ıch mikroorganism˚ u. D´ ale se, hlavnˇe fosforeˇcnany, pouˇz´ıvaj´ı pro zv´ yˇsen´ı schopnosti masa v´ azat vodu a jako tavic´ı soli. S poslednˇe jmenovan´ ym pouˇzit´ım mimochodem souvis´ı fakt, ˇze taven´ y s´ yr je jeden z mála mléˇcn´ ych v´ yrobk˚ u, které nejsou zdrojem v´ apn´ıku ve v´ yˇzivˇe. Záleˇz´ı totiˇz vˇzdy na pomˇeru v´ apn´ıku a fosforeˇcnan˚ u, kter´ y je d´ıky tavic´ım sol´ım dost nepˇr´ızniv´ y.

Sladk´ a L´ atky zp˚ usobuj´ıc´ı sladkou chut’ jsou velmi rozmanité. Nˇekteré nen´ı radno poˇz´ıvat, jako tˇreba olovnaté soli nebo chloroform, jiné n´ am dod´ avaj´ı energii, ale nˇekteré ani to ne. Jsou to cukry, alkoholy, peptidy, glykosidy, organické i anorganické soli. . . Nˇekteré z nich jsou na obr´ azku 2. Pro vˇetˇs´ı pˇrehlednost se l´ atky dˇel´ı podle p˚ uvodu (pˇr´ırodn´ı, pˇr´ırodnˇe identické a syntetické), podle mnoˇzstv´ı dodané energie, podle toho, jsou-li vhodné pro diabetiky nebo jestli jsou kariogenn´ı, tj. zp˚ usobuj´ı vznik zubn´ıho kazu. Jejich relativn´ı sladkost se vztahuje k 10% roztoku sacharosy (tabulka 2). Také sladké l´ atky se liˇs´ı kvalitou vjemu. Nˇekteré syntetické maj´ı hoˇrkou nebo kovovou pachut’ (acesulfam K, cyklamáty, sacharin). Jiné, hlavnˇe pˇr´ırodn´ı, maj´ı lékoˇricovou pˇr´ıchut’ (thaumatin, fyllodulcin). O tom, ˇze se liˇs´ı rychlost n´ astupu i odeznˇen´ı chuti ani nemluvˇe. Teorie, proˇc jsou vlastnˇe nˇekteré l´ atky sladké, se hodnˇe vyv´ıjely a pomˇernˇe se liˇs´ı. Od té, ˇze mus´ı obsahovat nˇekolik hydroxylov´ ych skupin, pˇres teorii, ˇze sladkou chut’ zp˚ usobuje hydrofobn´ı skupina a migruj´ıc´ı proton aˇz po teorie zkoumaj´ıc´ı uspoˇra´d´ an´ı molekuly v prostoru. Posledn´ı teorie z roku 1991 je 5 Vzhledem

k tomu, ˇ ze doporuˇ cen´ a denn´ı d´ avka NaCl je 8 g, je to docela dost.

31



syntetick´ a intenzivn´ı sladidla

v´ yˇ zivov´ a sladidla

pˇ r´ırodn´ı intenzivn´ı sladidla

l´ atka

r. slad.

l´ atka

r. slad.

l´ atka

r. slad.

d-glukosa d-fruktosa invertn´ı cukr laktosa maltitol

0,4–0,8 0,9–1,8 0,95– 1,8 0,2–0,6 0,7–0,9

sacharin aspartam dihydrochalkon neohesp. sukralosa cyklamáty

200–700 100–200 500– 2000 600 30–60

fyllodulcin osladin glycyrrhizin steviosid thaumatin

200–800 3000 50

xylitol

0,9–1,2

acesulfam K

80–250

monellin

100–300 2000– 3000 1500– 3000

Tabulka 2: Relativn´ı sladkost nˇekter´ ych l´ atek

O

O

N-

H N

O

O

S

O

O

K+

HN

N- Na+ cyklamát

H2N

O

O OH

OH

O

Cl OH

OH

sukralosa

OH

OH

OO

OH OH

O dihydrochalkon neohesperidinu OH

OH

O

O

OH

OH

OH

HO OH

OH O

OH sacharosa

Cl

OH

O HO O

OH O O HO

Cl

O

HO

OH OH

S sacharin O

OO

OH

O

+

O Na

aspartam OH

OH

O-

O OH

O acesulfam K

S

fyllodulcin

Obr´ azek 2: Nˇekteré sladké l´ atky

32

xylitol

OH



zaloˇzena na osmi moˇzn´ ych interakc´ıch receptoru s l´ atkou (ale nemus´ı se vyuˇz´ıt vˇsechny). Tato teorie uˇz byla vyzkouˇsena pˇri hled´ an´ı intenzivn´ıch sladidel – byla tak nalezena guanidinov´ a sladidla. Nejintenzivnˇejˇs´ı z nich, lugduname, je 300 000× sladˇs´ı neˇz sacharosa. Alespoˇ n se ted’ nemus´ı hledat nov´ a sladidla dnes uˇz nepˇrijateln´ ym ochutn´ av´ an´ım novˇe syntetizovan´ ych l´ atek. HO

N

O

HN

O O

N H

N

lugduname

Pozoruhodné je i to, ˇze sacharosa interaguje sedmi interakcemi, jen tou charakterizuj´ıc´ı intenzivn´ı sladidla ne. Chut’ je tedy nejen vysoce specifick´ a, ale nen´ı také tak siln´ a. Tud´ıˇz m˚ uˇzeme sn´ıst v´ıce sacharosy a z´ıskat tak v´ıce potˇrebné energie. Podnˇetové prahy jsou pro sladké l´ atky oproti jin´ ym chut´ım vysoké (viz tabulka 3). cukr podnˇ et. p. [g l−1 ]

sacharosa 3,8

d-glukosa 11,7

d-fruktosa 3,6

laktosa 24,6

Tabulka 3: Podnˇetové prahy nˇekter´ ych sladk´ ych l´ atek Asi nejvˇetˇs´ı záhadou sladké chuti je ale mirakulin, peptid z plod˚ u keˇre Richardella dulcificum. Jak uˇz jméno napov´ıd´ a, je to l´ atka pˇr´ımo zázraˇcná. Aˇckoli nemá ˇz´ adnou chut’, mˇen´ı doˇcasnˇe vn´ımán´ı kyselé chuti na sladkou. Takˇze si po poˇzit´ı mirakulinu m˚ uˇzete klidnˇe pochutn´ avat na v´ yborném sladkém octu. ˇ e republice jsou jako n´ V Cesk´ ahradn´ı sladidla6 povolené jen nˇekteré intenzivnˇe sladké l´ atky z tabulky 2: acesulfam K (E 950), aspartam (E 951), cyklamáty (E 952), sacharin (E 954), sukralosa (E 955), thaumatin (E 957) a dihydrochalkon neohesperidinu (E 959). Nˇekterá syntetick´ a intenzivn´ı sladidla, hlavnˇe sacharin, cyklamáty a dulcin, ˇ prvn´ı dva poprov´ azej´ı pochyby o jejich zdravotn´ı bezpeˇcnosti. Dnes jsou v CR volené, ale tˇreba v USA si cyklamáty ˇzivot neoslad´ıte. Je d˚ uleˇzité si uvˇedomit, ˇze se vych´ az´ı pouze z test˚ u na zv´ıˇratech krmen´ ych kaˇzd´ y den velk´ ymi d´ avkami, které pro lidské stravov´ an´ı nepˇrich´ az´ı v u ´vahu. Ne vˇzdy se podaˇr´ı v´ ysledky zopakovat a ani epidemiologické studie na diabetic´ıch zv´ yˇsen´ y v´ yskyt rakoviny 6 V aktu´ aln´ı vyhl´ aˇsce pro pˇr´ıdatn´ e l´ atky 4/2008 Sb. jsou oznaˇ cov´ ana jen jako sladidla“. ” Je tam i u ´pln´ y seznam.

33



neprok´ azaly. Ale jako u vˇseho zde plat´ı, ˇze bychom si mˇeli poloˇzit ot´ azku, jestli opravdu potˇrebujeme m´ıt vˇse slazené a jeˇstˇe ke vˇsemu pomoc´ı n´ ahradn´ıch sladidel.

Hoˇ rk´ a Hoˇrk´ a chut’ je velmi podobn´ a sv´ıravé, i kdyˇz ta nen´ı zprostˇredkov´ ana pˇres receptory. Obˇe jsou zp˚ usobov´ any l´ atkami, které mohou b´ yt zdrav´ı nebezpeˇcné, ale jsou strukturnˇe odliˇsné. Patˇr´ı sem napˇr´ıklad alkaloidy (strychnin, chinin) nebo glykosidy (amygdalin, srdeˇcn´ı glykosidy). Nebezpeˇcnosti tˇechto hoˇrk´ ych l´ atek odpov´ıdaj´ı i velmi n´ızké podnˇetové prahy (tabulka 4). l´ atka podnˇ et. p. [mg l−1 ]

kofein 388

chinin 0,0325

naringin 116

isohumulon 7,25

MgSO4 602

Tabulka 4: Podnˇetové prahy nˇekter´ ych hoˇrk´ ych l´ atek Mnohdy ani zat´ım nen´ı moˇzné pˇresnˇe identifikovat l´ atku, kter´ a je za hoˇrkou chut’ rostliny zodpovˇedn´ a. V potravin´ aˇrském a farmaceutickém vyuˇzit´ı se proto zavedlo tzv. ˇc´ıslo hoˇrkosti, coˇz je nejniˇzˇs´ı koncentrace v´ yluhu z rostliny, kter´ a je jeˇstˇe hoˇrk´ a. Hoˇrcov´ y koˇren má ˇc´ıslo hoˇrkosti 58 milion˚ u, takˇze hoˇrk´ y je i roztok vznikl´ y rozpuˇstˇen´ım 1 g v 58 milionech mililitr˚ u vody. V pivovarnictv´ı se pouˇz´ıvaj´ı jednotky IBU (international bitterness unit) nebo m´ırnˇe odliˇsné EBC (european bitterness unit), které vych´ azej´ı ze spektrofotometricky zjiˇstˇeného obsahu iso-α-hoˇrk´ ych kyselin (napˇr. isohumulon) v extraktu z piva. Tyto l´ atky vznikaj´ı z hoˇrk´ ych kyselin chmele pˇri vaˇren´ı piva. Tradiˇcn´ı ˇceská des´ıtka má 22–28 EBC, dvan´ actka okolo 35 EBC. Piva s vyˇsˇs´ım extraktem (tj. v´ıcestupˇ nov´ a) mus´ı m´ıt vyˇsˇs´ı hoˇrkost, protoˇze extrakt sniˇzuje vn´ımán´ı hoˇrké chuti. Bohuˇzel i do ˇcesk´ ych zem´ı dorazila zahraniˇcn´ı móda sniˇzovat hoˇrkost piva, takˇze za p´ ar let mohou b´ yt tyto hodnoty uˇz minulost´ı. Vn´ımán´ı hoˇrké chuti se v populaci velmi liˇs´ı. Napˇr´ıklad obyvatelé tropické Afriky maj´ı horˇs´ı vn´ımán´ı hoˇrk´ ych alkaloid˚ u, protoˇze jejich strava jich obsahuje pomˇernˇe hodnˇe. Nejv´ıce se ale zkoumaj´ı l´ atky 6-propylthiouracil (PROP) a fenylthiomoˇcovina (PTC), která má ale vlastn´ı pach, takˇze nen´ı moc vhodn´ a ˇ ast populace jejich chut’ v˚ k test˚ um. C´ ubec nec´ıt´ı, pro ˇcást je hoˇrk´ a a pro ˇcást odpornˇe hoˇrk´ a (jsou supercitliv´ı). Vˇse je d´ ano geneticky podm´ınˇenou ˇ odliˇsnost´ı receptoru. Cernoˇ sská populace má v´ıce necitliv´ ych, asijská v´ıce citliv´ ych. Zkoum´ a se souvislost citlivosti k PROP se vˇs´ım moˇzn´ ym, ale zat´ım

34



se uk´ azala pouze spojitost se závislost´ı na alkoholu v dˇetstv´ı a necitlivosti na tuˇcnou chut’. Nejv´ıce hoˇrk´ a l´ atka je denatonium (dod´ avané obvykle jako s˚ ul kyseliny benzoové). Pro lidi je nepoˇzivateln´ y roztok, kter´ y obsahuje uˇz 10 ppm této l´ atky. Pouˇz´ıv´ a se pro denaturaci lihu nebo do nebezpeˇcn´ ych l´ atek, které by mohl nˇekdo n´ ahodnˇe poˇz´ıt (methanol, ethylenglykol). Od toho poch´ az´ı i n´ azev denatonium. Obchodn´ı n´ azvy, se kter´ ymi jste se mohli setkat, jsou Bitrex, Vilex nebo Aversion. O N+

N H

O-

O denatonium

ˇ e republice jsou povolené pro pˇrid´ V Cesk´ av´ an´ı do potravin pouze tˇri hoˇrké l´ atky: oktaacetylsacharosa, kofein a chinin. Posledn´ı dva alkaloidy mohou b´ yt pouˇzity jen v nápoj´ıch (nealkoholick´ ych i lihovin´ ach) a jejich pˇr´ıtomnost mus´ı b´ yt uvedena na obale. Dalˇs´ı se pouˇz´ıvaj´ı jako smˇesi l´ atek (extrahované z pˇr´ırodn´ıch materiál˚ u nebo chemicky upravené), napˇr. pelynˇek nebo jiˇz zmiˇ novan´ y hoˇrcov´ y koˇren.

Kysel´ a Tuto chut’ zp˚ usobuj´ı pˇredevˇs´ım nedisociované kyseliny, ale pod´ıl´ı se na n´ı i oxoniové kationty vzniklé jejich disociac´ı. Prahové koncentrace jsou pomˇernˇe n´ızké (viz tabulka 5). I kdyˇz se s kyselinami bˇeˇznˇe setkáv´ ame v nejr˚ uznˇejˇs´ım ovoci, vznikaj´ı také pˇri fermentac´ıch zp˚ usoben´ ych mikroorganismy. Rozhodnˇe se tedy hod´ı rozpoznat podezˇrelou potravu po prvn´ım soustu. kyselina podnˇ et. p. [mg l−1 ]

octov´ a 110

mléˇcná 200

jableˇcná 110

vinn´ a 80

citronov´ a 150

Tabulka 5: Podnˇetové prahy nˇekter´ ych kyselin ˇ ım se ale kyseliny liˇs´ı, je kvalita kyselé chuti. M˚ C´ uˇze b´ yt doprov´ azena r˚ uzn´ ymi pachutˇemi nebo pachy. To druhé plat´ı zvláˇstˇe pro niˇzˇs´ı kyseliny – octovou, propionovou (specifické aroma ement´ alu) nebo nezapomenutelnou

35



máselnou. Liˇs´ı se i rychlost´ı a intenzitou vjemu. V cukrovink´ ach se bˇeˇznˇe pouˇz´ıv´ a kyselina citr´ onov´ a. Pokud ale má b´ yt bonbón nebo ˇzelé po vloˇzen´ı do u ´st ihned intenzivnˇe kyselé, uprav´ı se povrch kyselinou vinnou. V´ ysledn´ y efekt se oznaˇcuje jako acid hit. V potravin´ aˇrstv´ı maj´ı kyseliny mnoho vyuˇzit´ı a to nejen pro svou kyselou chut’. N´ızké pH zabraˇ nuje r˚ ustu nˇekter´ ych mikroorganism˚ u (proto se také nakl´ ad´ a do octa), dovoluje vzniknout pektinov´ ym gel˚ um nebo ˇstˇep´ı makromolekuly (hydrol´ yza ˇskrob˚ u ˇci b´ılkovin pro polévkov´ a koˇren´ı). Dalˇs´ı kyseliny se pˇrid´ avaj´ı pro u ´ˇcinky, které s pH mnoho spoleˇcného nemaj´ı – kyselina askorbov´ a jako antioxidant nebo sorbov´ a a benzoov´ a jako konzervanty.

Literatura ˇ 1. Pokorn´ y J. et al.: Senzorick´ a anal´ yza potravin, Vydavatelstv´ı VSCHT Praha, 1999. 2. Vel´ıˇsek J.: Chemie potravin 1–3, OSSIS, 2002. 3. Hayes J. E.: Transdisciplinary perspectives on sweetness, Chem. Percept. 1, 48–57, 2008.

36

Hlavova Praha 2

Recommend Documents