Предметный тур. Химия. 3 этап

Химия. 8–9 классы

Задача 1.1.(27 баллов)

Откуда корни растут?

Условие

В прошлом, 2024 году, свой юбилей праздновал Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН — ему исполнялось 40 лет. Изначально он был создан как Новосибирский институт биоорганической химии СО АН СССР, которым руководил академик Дмитрий Георгиевич Кнорре. Он являлся деканом факультета естественных наук НГУ и был специалистом в области химической кинетики, молекулярной биологии и биоорганической химии. В то время в институте работа велась по трем основным направлениям: расшифровка геномов различных вирусов, создание базы химии нуклеиновых кислот, разработка и создание различных приборов.

Сейчас в лабораториях Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН проводятся самые разные исследования:

генодиагностика инфекционных, аутоиммунных и опухолевых заболеваний,
производство ферментов для биотехнологии и медицинской диагностики,
синтез олигонуклеотидов, их производных и нуклеозидтрифосфатов,
создание противораковых препаратов направленного действия.

В институте активно разрабатываются методы синтетической биологии, геномного редактирования, а все лаборатории оснащены передовым оборудованием, с частью которого участники Олимпиады уже успели познакомиться на заключительном этапе.

Подзадача 1. (25,5 баллов)

Разгадайте крисс-кросс кроссворд (рис. 1.1), в котором зашифрованы названия различных приборов, химической посуды и реактивов, а также фамилии некоторых ученых, в честь которых названы некоторые предметы. Обратите внимание! Слова 14 и 16 не пересекаются по последней букве.

Устройство, которое разделяет смеси на фракции с помощью центробежной силы.
Устройство, перемешивающее вещество в пробирке путем постоянного переворачивания.
Прибор для определения концентрации раствора путем пропускания света через кювету с раствором исследуемого образца.
Большое устройство для обеспечения стерильных условий. Необходим, например, для работы с клеточными культурами.
Горелка для жидкого топлива. В лаборатории используется для проведения качественных реакций при нагревании или стерилизации шпателей для посева клеток.
Фамилия ассистента Роберта Коха, в честь которого названа посуда, в которой на питательной среде растут клеточные культуры.
Герметичный аппарат, в котором проводят химические реакции, требующие повышенного давления и температуры.
Прибор, позволяющий очистить проточную воду от нежелательных примесей методом нагрева и конденсации воды.
Прибор, позволяющий задавать термоциклические программы. Иногда включает в себя детектор люминесценции для определения ее интенсивности на каждом цикле.
Линейный полисахарид, образованный из чередующихся остатков \(\beta\)-D-галактопиранозы и 3,6-ангидридо-\(\alpha\)-L-галактопиранозы, объединенных связью 1\(\rightarrow\)4.
Стеклянная посуда с длинным суженным горлышком для проведения химических реакций.
Прибор для точного определения массы навески.
Устройство для поддержания постоянной температуры.
Приспособление для переноса жидкости точно определенного объема (7 букв).
Фамилия ученого, который исследовал процесс брожения и сущность разных болезней. В его честь названо пластиковое приспособление для посева клеточных культур.
Запаянная с одного конца трубка из тонкого стекла для проведения качественных химических реакций.
Оптический прибор для многократного увеличения образца. Используется, например, для изучения клеток и тканей.
Прибор, служащий для разделения веществ из смеси на отдельные компоненты за счет разного связывания каждого отдельного вещества сорбентом.
Метод разделения продуктов реакции по массе путем их движения сквозь поры геля под действием электрического тока.

Рис. 1.1.

Решение

Центрифуга.
Ротатор.
Спектрофотометр.
Ламинар.
Спиртовка.
Петри.
Автоклав.
Дистиллятор.
Амплификатор.
Агароза.
Колба.
Весы.
Термостат.
Пипетка.
Пастер.
Пробирка.
Микроскоп.
Хроматограф.
Электрофорез.

Слова 11, 12, 16, 17, 5, 14 — по 1 баллу, остальные по 1,5 балла. Всего 25,5 баллов.

Подзадача 2. (1,5 балла)

Из выделенных в кроссворде букв сложите слово «Должность студента», низшая должность в лаборатории.

Решение

Лаборант — 1,5 балла.

Задача 1.2.(25 баллов)

Хитрое оружие

Условие

Представьте себе, что вы живете не в XXI веке, а на 7–10 веков раньше. Может быть, вы — рыцарь, и скоро рыцарский турнир, но ваши с противником силы не равны и кажется, что поражения вам не избежать? А может быть, вы — фрейлина при королевском дворе, где враги вашего правителя замышляют заговор против него? Вы понимаете, что тут без хитрости не обойтись!

Рис. 1.2.

Простое вещество, образованное элементом X, — редкий активный металл. Препараты его солей широко используются в психиатрии для лечения биполярного аффективного расстройства (БАР) I и II типа, а также в качестве поддерживающей терапии для снижения риска возникновения рецидива.

Ионы данного металла выступают антагонистом ионов натрия в нервных и мышечных клетках. Таким образом они ослабляют проведение нервных импульсов (этим объясняется одно из частых побочных действий препаратов металла X — мышечная слабость). X также влияет на метаболизм и транспорт моноаминов (норадреналина, серотонина), повышает чувствительность некоторых областей мозга к дофамину.

В основе лечения препаратами X биполярных расстройств лежит их свойство относительно селективно ингибировать киназу гликогенсинтазы-3 (GSK-3) путем конкуренции с ионами магния.

На данной схеме (рис. 1.3) представлены превращения элемента Х и его соединений. Все соединения от А до G содержат X. Соединения E, F, G используются в медицине как действующие вещества в препаратах X для лечения БАР I и II типа.

Соединение А — бинарное, получается при сгорании X в кислороде [1], причем в нем \(\omega(X) = 46{,}5%\) по массе. X также является единственным металлом, который реагирует с азотом воздуха с образованием соединения B [2]. Кроме того, X реагирует с водородом с образованием C [3]. А, В и C гидролизуются (реагируют с водой) с образованием одного и того же продукта D, содержащего X [4, 5, 6].

При добавлении к D углекислого газа (D в избытке) образуется соединение E [7], которое является самым распространенным действующим веществом в препаратах X. При добавлении к B серной кислоты образуется смесь двух средних солей [8], одна из которых — F — содержит X. И наконец, при взаимодействии F с хлоридом бария получается соль G [9].

Определите элемент X и все его соединения, упомянутые в задаче.
Назовите соединения A–G.
Напишите реакции 1–9.

Рис. 1.3.

Решение

X — Li (или литий) — 2 балла.
A — Li\(_2\)O, оксид лития. B — Li\(_3\)N, нитрид лития. C — LiH, гидрид лития. D — LiOH, гидроксид лития. E — Li\(_2\)CO\(_3\), карбонат лития. F — Li\(_2\)SO\(_4\), сульфат лития. G — LiCl, хлорид лития.

Верно указано соединение — 1 балл, верно указано название — 1 балл. Всего 14 баллов.
1. \(\ce{4Li + O2 -> 2Li2O}\).
2. \(\ce{6Li + N2 -> 2Li3N}\).
3. \(\ce{2Li + H2 -> 2LiH}\).
4. \(\ce{Li2O + H2O -> 2LiOH}\).
5. \(\ce{Li3N + 3H2O -> 3LiOH + NH3 ^}\).
6. \(\ce{LiH + H2O -> LiOH + H2 ^}\).
7. \(\ce{2LiOH + CO2 -> Li2CO3 + H2O}\).
8. \(\ce{2Li3N + 4H2SO4 -> 3Li2SO4 + (NH4)2SO4}\).
9. \(\ce{Li2SO4 + BaCl2 -> 2LiCl + BaSO4 v}\).
Верно написано уравнение реакции — 1 балл. Всего 9 баллов.

Задача 1.3.(21 балл)

Замедление

Условие

Вещество X — широко используемый ингибитор протеаз и эстераз, имеющий большое значение для биохимических исследований. Его основная функция заключается в ковалентном ингибировании протеаз. При полном сгорании вещества X образуются углекислый газ, серная кислота, плавиковая кислота и вода в соотношении \(7 : 1 : 1 : 2\). Известно, что массовая доля кислорода в соединении составляет 18,4%. Также известно, что в структуре содержится фенильный фрагмент, (\(\ce{C6H5}\) или Ph), присутствует связь \(\ce{C-S}\) и отсутствует связь \(\ce{C-F}\), сера имеет связь с четырьмя атомами, а водород связан только с атомами углерода. При реакции X с водой постепенно образуется смесь двух кислот Y и Z (M\(_z\) > M\(_y\)). Недавно ученые показали, что за счет данной реакции вещество X можно эффективно использовать для реминерализации эмали. В основе лежит реакция гидроксиапатита, \(\ce{Ca5(PO4)3(OH)}\), содержащегося в зубной эмали, с кислотой Y (реакция 1). Также известно, что с растворами Y нельзя работать в стеклянной посуде.

Рис. 1.4.

Определите брутто-формулу вещества X.
Нарисуйте структурную формулу X. Фенильный фрагмент можно обозначить Ph.
Определите Y и Z. Для последнего определите структурную формулу (аналогично X).
Напишите уравнение реакции 1. Объясните, почему с растворами Y нельзя работать в стеклянной посуде, ответ подтвердите уравнением реакции.

Решение

Перепишем данное в условии соотношение продуктов как соотношение элементов. Тогда получим, что \[\text{C} : \text{S} : \text{F} : \text{H} = 7 : 1 : 1 : (2\cdot 2 + 2 + 1) = 7 : 1 : 1 : 7.\] Положим, что X — это \(\ce{C7H7SFO_x}\). Найдем \(x\): \[16 \cdot x = (16 \cdot x + 7 \cdot 12 + 19 + 32 + 7) \cdot 0{,}184=2.\] Решая уравнение, находим \(x = 2\).

Итого: подходит брутто-формула \(\ce{C7H7SFO2}\).

5 баллов за верную брутто-формулу.
Вычтем из брутто-формулы X структурный фрагмент \(\ce{C6H5}\). Получим \(\ce{CH2SFO2}\). Нет связи \(\ce{C-F}\), но есть связь \(\ce{C-S}\), следовательно, имеется связь \(\ce{S-F}\) и фрагмент \(\ce{C-S-F}\). Осталось расставить два атома кислорода и водорода. С учетом всех уточняющих данных единственным способом будет разместить их следующим образом: \(\ce{CH2-SO2-F}\). Недостающий фрагмент определен. Таким образом, структура X: \(\ce{Ph-CH2-SO2-F}\).

5 баллов за верную структуру X.

Рис. 1.5.
Y — HF.

6 баллов (по 3 за каждое вещество).

Рис. 1.6.
\[\ce{Ca5(PO4)3(OH) + HF = Ca5(PO4)3F + H2O}.\] Нельзя работать, т. к. HF растворяет стекло по реакции: \[\ce{SiO2 + 6HF = H2[SiF6] + 2H2O}.\] По 2 балла за каждую реакцию, 1 балл за ответ на вопрос. Всего 5 баллов.

Задача 1.4.(27 баллов)

Конфетный вкус

Условие

«...твой шепот нежный-нежный разгонит грусть!»
КВН, команда «ДАЛС»

Рис. 1.7.

Углеводы — органические вещества, которые содержат карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Эти соединения получаются только в процессе фотосинтеза, но тем не менее они являются неотъемлемым компонентом клеток и тканей всех живых организмов, имеют разное строение и выполняют разные функции.

Углеводы делятся на несколько классов в зависимости от количества мономеров в своем составе: углеводы, содержащие одну единицу, называются моносахариды, две единицы — дисахариды, от трех до десяти единиц — олигосахариды, а более десяти — полисахариды. Другое название, которое используется для объединения низкомолекулярных углеводов, — сахара.

Одним из самых распространенных в природе дисахаридов является сахароза. Она встречается во многих фруктах, плодах и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свекле и сахарном тростнике, из сока которых ее экстрагируют и очищают на сахарных заводах. После прохождения многих стадий обработки из чистой сахарозы получается сахар, который используется в производстве продуктов питания.

Подзадача 1. (4 балла)

Определите брутто-формулу сахарозы, если общая формула углеводов \(\ce{C_x(H2O)_y}\), углерода в 0,545 раз меньше, чем водорода. Небольшая подсказка! Воспользуйтесь справочными данными.

Решение

Из условия \(x = 2\cdot 0{,}545\cdot y\). Тогда, чтобы получить молярную массу, необходимо составить уравнение: \(12\cdot 0{,}545\cdot 2y+18y=342\). Находя из уравнения \(y = 11\), подставляем в исходное и получим \(x = 12\). Соответственно, брутто-формула сахарозы: \(\ce{C12(H2O)11}\).

Подзадача 2. (8 баллов)

Определите коэффициенты в уравнении сгорания сахарозы. По уравнению сгорания при 186 °C рассчитайте изменение энтальпии и энтропии в реакции. Небольшая подсказка! Воспользуйтесь справочными данными.

Уравнение сгорания сахарозы (без коэффициентов): \[\text{Сахароза} + \ce{O2 -> CO2 + H2O}.\]

Решение

Уравнение сгорания:

\[\ce{C12H22O11 + 12 O2 -> 12 CO2 + 11 H2O}.\]

За верно расставленные коэффициенты — 2 балла.

Для решения необходимо принять, что энтальпия и энтропия реакции не зависят от температуры. Эти параметры вычисляются, исходя из разницы в начальном и конечном состоянии реакции. \[\Delta_r H° = -241{,}82\cdot 11-393{,}51\cdot 12+2226{,}1 = -5156{,04} \text{ кДж/моль};\] \[\Delta_r S° =188{,}72\cdot 11+213{,}67\cdot 12-12\cdot 205{,}04-360{,}24 = 1819{,24} \text{ Дж/моль}\cdot \text{К}.\] За расчет каждого параметра по 4 балла. Всего 8 баллов.

Подзадача 3. (5 баллов)

Исходя из полученных значений, определите значение изменения энергии Гиббса для данной реакции и на основании этого сделайте вывод о направлении протекания данной реакции.

Решение

186 °C = 459 К. Энергия Гиббса вычисляется по формуле: \[\Delta_r G° =\Delta_r H° - T\cdot \Delta_r S°.\]

Полученное после подстановки в уравнение значений энтальпии и энтропии из задания 2 значение \(\Delta_r G° = -5991{,07}\) кДж/моль.

Подзадача 4. (6 баллов)

Напишите, какие мономеры входят в состав сахарозы. В каких еще углеводах встречаются эти мономеры? Приведите по два примера.

Решение

В состав сахарозы входят глюкоза и фруктоза — по 2 балла за название. Примеры соединений, в которые входит глюкоза: целлюлоза, крахмал, гликоген, мальтоза, лактоза и т. д. Примеры соединений, в которые входит фруктоза: рафиноза, инулин и т. д.

За каждый верный пример — 1,5 балла, всего 6 баллов. За каждый неверный пример — \(- 1\) балл, но в сумме не меньше 0.

Справочные данные:

Молярная масса сахарозы — 342 г/моль, 0 °C = 273 К.


Вещество	\(\Delta_f H^\circ_{298}\), кДж/моль	\(\Delta_f S^\circ_{298}\), Дж/моль·К
\(\ce{H_2O}\)\(_{(\text{г}.)}\)	\(-241{,}82\)	\(188{,}72\)
\(\ce{CO_2}\)	\(-393{,}51\)	\(213{,}67\)
\(\ce{O_2}\)	\(-\)	\(205{,}04\)
Сахароза	\(-2226{,}1\)	\(360{,}24\)

Химия. 10–11 классы

Задача 2.1.(22 балла)

Откуда корни растут?

Условие

В прошлом, 2024 году, свой юбилей праздновал Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН — ему исполнялось 40 лет. Изначально он был создан как Новосибирский институт биоорганической химии СО АН СССР, которым руководил академик Дмитрий Георгиевич Кнорре. Д. Г. Кнорре возглавлял факультет естественных наук НГУ и был специалистом в области химической кинетики, молекулярной биологии и биоорганической химии. В то время в институте работа велась по трем основным направлениям: расшифровка геномов различных вирусов, создание базы химии нуклеиновых кислот, разработка и создание различных приборов.

Сейчас в лабораториях Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН занимаются самыми разными исследованиями:

генодиагностикой инфекционных, аутоиммунных и опухолевых заболеваний,
производством ферментов для биотехнологии и медицинской диагностики,
синтезом олигонуклеотидов, их производных и нуклеозидтрифосфатов,
созданием противораковых препаратов направленного действия.

В институте активно разрабатываются методы синтетической биологии, геномного редактирования, а все лаборатории оснащены передовым оборудованием. С некоторыми из них участники Олимпиады уже успели познакомиться на заключительном этапе.

Рис. 2.1.

Решение

Центрифуга.
Ротатор.
Спектрофотометр.
Ламинар.
Спиртовка.
Петри.
Автоклав.
Инкубатор.
Амплификатор.
Агароза.
Колба.
Весы.
Термостат.
Пипетка.
Пастер.
Пробирка.
Микроскоп.
Хроматограф.
Электрофорез.
Буфер.

По 1 баллу за каждое верно угаданное слово.

Подзадача 2. (2 балла)

Из выделенных в кроссворде букв сложите слово — то, что сотрудники института делают в рамках исследования для того, чтобы определить наиболее благоприятные условия протекания реакций.

Решение

Эксперимент.

Задача 2.2.(26 баллов)

Хитрое оружие

Условие

Рис. 2.2.

Соединения элемента Х с глубокой древности использовались в качестве ядов. Его токсическое действие проявляется в блокаде пируватдегидрогеназного комплекса, что приводит к гипогликемии. Кроме того, соединения элемента X значительно снижают активность ферментов, участвующих в синтезе глутатиона (глутатионсинтетаза, глутатионредуктаза), вследствие чего возникает дефицит глутатиона в печени и ухудшаются процессы детоксикации соединений X.

На схеме (рис. 2.3) приведены превращения элемента X и его соединений. Все соединения A–I содержат X. Наиболее устойчивой формой Х является оксид A, причем \(\omega(X) = 75{,}75%\) по массе. Для выделения X из A, чтобы, например, доказать наличие яда в продуктах питания, используется следующая методика: пробу помещают в серную кислоту с добавлением нескольких гранул цинка. В результате протекающей химической реакции выделяется газ B [1], который при нагревании разлагается на два простых вещества — X и H\(_2\) [2]. Газ B является сильным восстановителем: восстанавливает серебро из раствора его нитрата, превращаясь при этом обратно в A [3].

В оксиде A элемент X находится в промежуточной степени окисления. Его можно доокислить до высшей, если твердофазно нагреть А с едким натром и гипохлоритом натрия, при этом получится соль C [4]. Если же добавить к X концентрированную азотную кислоту, то можно получить кислоту D, содержащую X в высшей степени окисления, в ходе реакции выделяется бурый газ [5]. При взаимодействии с HI проявляются окислительные свойства кислоты D, образуются кислота E и простое вещество [6].

X может взаимодействовать с галогенами с получением соответствующих галогенидов [7]. Галогениды X, в свою очередь, взаимодействуют с различными серосодержащими соединениями. Например, при реакции F с сероводородом выпадает желтый осадок сульфида X [8], который не растворяется в кислотах, но может быть растворен в избытке сульфида натрия с образованием H [9]. Если к H добавить соляную кислоту, снова выделяется сульфид G [10]. Галогенид F сразу может быть растворен в дисульфиде натрия с образованием I, причем протекает окислительно-восстановительная реакция [11].

Определите элемент X.
Расшифруйте схему превращений, дайте названия соединениям B – E, H.
Напишите реакции [1]–[11], упомянутые в условии задачи.

Рис. 2.3.

Решение

X — As (или «мышьяк») — 1 балл.
A — \(\ce{As2O3}\).

B — \(\ce{AsH3}\), арсин.

C — \(\ce{Na3AsO4}\), ортоарсенат натрия.

D — \(\ce{H3AsO4}\), мышьяковая кислота.

E — \(\ce{H3AsO3}\), мышьяковистая кислота.

F — \(\ce{AsCl3}\).

G — \(\ce{As2S3}\).

H — \(\ce{Na3AsS3}\), тритиоарсенит натрия.

I — \(\ce{Na3AsS5}\).

Верно указано соединение — 1 балл, верно указано название — 1 балл.
1. \(\ce{As2O3 + 6Zn + 6H2SO4 -> 6ZnSO4 + 2AsH3^ + 3H2O}\).
2. \(\ce{2AsH3 -> 2As + 3H2^}\).
3. \(\ce{2AsH3 + 12AgNO3 + 3H2O -> As2O3 + 12Ag + 12HNO3}\).
4. \(\ce{As2O3 + 2NaClO + 6NaOH -> 2Na3AsO4 + 2NaCl + 3H2O}\).
5. \(\ce{As} + \ce{5HNO}_{3_\text{конц.}}\)\(\ce{ -> H3AsO4 + 5NO2^ + H2O}\).
6. \(\ce{H3AsO4 + 2HI -> H3AsO3 + I2 v + H2O}\).
7. \(\ce{2As + 3Cl2 -> 2AsCl3}\).
8. \(\ce{2AsCl3 + 3H2S -> As2S3 v + 6HCl}\).
9. \(\ce{As2S3 + 3Na2S -> 2Na3AsS3}\).
10. \(\ce{2Na3AsS3 + 6HCl -> As2S3 v + 3H2S^ + 6NaCl}\).
11. \(\ce{AsCl3 + 3Na2S2 -> Na3AsS4 + 2S + 3NaCl}\).
В решениях приведены орто-формы (кислоты, соли, тиосоли), мета-формы тоже считаются верным ответом.

Верно написано уравнение реакции — 1 балл.

Задача 2.3.(26 баллов)

Клик-химия

Условие

В 2022 году Нобелевскую премию по химии вручили Барри Шарплессу, Каролин Р. Бертоззи и Мортену Мелдалю за создание и развитие клик-химии и биортогональной химии. Клик-химия — это универсальный синтетический подход, позволяющий эффективно проводить химические превращения. Клик-реакции характеризуются:

около количественным выходом,
универсальностью превращения,
высокой селективностью,
мягкими условиями,
низкой чувствительностью к воздуху, влаге, параметрам растворителя,
относительно высокой скоростью превращения.

Рис. 2.4.

Благодаря этому клик-химия находит множество приложений в фармацевтической отрасли: она позволяет осуществлять быстрый синтез библиотек соединений, а также «сшивать» разные функциональные фрагменты друг с другом и с биомолекулами. Некоторые клик-реакции также являются биортогональными — то есть могут протекать в биологических условиях.

Одной из первых и наиболее часто используемых реакций является азид-алкиновое циклоприсоединение (AAC, R-N\(_3\) — азидный фрагмент). В результате реакции образуется азотсодержащий пятичленный ароматический гетероцикл. Существует несколько распространенных разновидностей AAC: медь-катализуемое CuAAC, рутений-катализируемое RuAAC, а также вызванное напряженностью в цикле SPAAC (Strain Promoted). SPAAC отличается отсутствием необходимости в использовании катализаторов, в то время как для RuAAC и CuAAC характерна селективная реакция как правило, в RuAAC преимущественно образуется 1,5 изомер, а в CuAAC образуется 1,4 изомер. Кроме того, RuAAC, в отличие от CuAAC, не ограничен терминальными алкинами.

К примеру, SPAAC может быть использован для функционализации антител. Азидный фрагмент вводится лизин-специфичной реакцией п-азидобензоил фторида с антителом, причем степень конъюгации может регулироваться. Далее следует SPAAC, с помощью которого вводится функциональный фрагмент. Это может быть лекарственный фрагмент, токсин, олигонуклеотид, флуоресцентная метка.

Рис. 2.5. Функционализация антител

Химия SuFEx (Сера (VI) Фторидный Обмен) — это универсальная и эффективная синтетическая методология, получившая широкое распространение с момента ее разработки Барри Шарплессом в 2014 году. В основе метода лежит реакция сера-центрированных электрофилов, содержащих S-F связь, с различными нуклеофилами.

Рис. 2.6. SuFEx, PFEx, photo-DAFEx. 1 equiv. — один эквивалент, т. е. соотношение \(1:1\).

На рис. 2.6 представлены общие подходы SuFEx и пример синтеза конъюгата бычьего сывороточного альбумина с биотином. Известно, что в соединении L присутствуют две связи S=O. Совсем недавно в соавторстве с Барри Шарплессом был разработан аналог реакций SuFEx, Фосфор (V) Фторидный Обмен (PFEx), использующий более стабильные в биологических условиях производные фосфора. Данный подход уже был успешно применен для ковалентной сшивки взаимодействующих белков (рис. 2.6).

Альтернативным подходом является photo-DAFEx. Данный метод заключается в фотохимической генерации промежуточного продукта O, способного вступать во фторидный обмен, из инертного трифторметильного производного в результате фотохимического гидролиза. Известно, что продукт (соединение О) содержит фрагмент двойной связи C=O.

Подзадача 1.

Приведите структуры A – L.

Небольшая подсказка! Фрагмент антитела в структуре B предлагается обозначить буквой Y, фрагмент белка в структурах K, L, M значком окружности (\(\circ\)). В структуре N фрагменты белков взаимодействуют, что необходимо проиллюстрировать в ответе (данную структуру рекомендуется рисовать приближенно к тому, как нарисованы реагенты).

Решение

Рис. 2.7.

Каждая структура — по 1,5 балла.

Подзадача 2.

Предположите механизм действия противоопухолевых биоконъюгатов токсин-антитело (функцию токсина и антитела).

Решение

Антитело необходимо для селективной доставки в опухолевые клетки (за счет связывания с антигеном на поверхности опухолевой клетки), токсин — для уничтожения опухолевых клеток. Принимаются любые близкие по смыслу ответы (2 балла).

Задача 2.4.(26 баллов)

Конфетный вкус

Условие

«...твой шепот нежный-нежный разгонит грусть!»
КВН, команда «ДАЛС»

Рис. 2.8.

Углеводы — органические вещества, которые содержат карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Эти соединения получаются только в процессе фотосинтеза, но тем не менее они являются неотъемлемым компонентом клеток и тканей всех живых организмов, бывают разного строения и выполняют разные функции.

Подзадача 1.

Напишите уравнение сгорания сахарозы и определите ее брутто-формулу, если общая формула углеводов C\(_x\)(H\(_2\)O)\(_y\), углерода в 0,545 раз меньше, чем водорода.

Подсказка: воспользуйтесь справочными данными.

Решение

Уравнение сгорания сахарозы: \(\ce{C12H22O11 + 12 O2 -> 12 CO2 + 11 H2O}\) (3 балла).

Подзадача 2. (8 баллов)

По уравнению сгорания сахарозы при 186 °C рассчитайте изменение энтальпии и энтропии в реакции.

Подсказка: воспользуйтесь справочными данными.

Решение

\[\Delta_r H° = -241{,}82\cdot 11-393{,}51\cdot 12+2226{,}1 = -5156{,04} \text{ кДж/моль};\] \[\Delta_r S° =188{,}72\cdot 11+213{,}67\cdot 12-12\cdot 205{,}04-360{,}24 = 1819{,24} \text{ Дж/моль}\cdot \text{К}.\] По 4 балла за каждый расчет. Всего 8 баллов.

Подзадача 3. (5 баллов)

Решение

186 °C = 459 К. Энергия Гиббса вычисляется по формуле: \[\Delta_r G° =\Delta_r H° - T\cdot \Delta_r S°.\]

Полученное после подстановки в уравнение значений энтальпии и энтропии из задания 2 значение \(\Delta_r G° = -156040 -459\cdot 1819{,24}= -5991{,07}\) кДж/моль.

Подзадача 4.

Напишите, какие мономеры входят в состав сахарозы, нарисуйте их строение в циклической форме. Какая связь между ними образуется?

Решение

В состав сахарозы входят \(\alpha\)-глюкоза и \(\beta\)-D-фруктоза — по 1 баллу за название, 0,5, если не указан изомер \(\alpha\) или \(\beta\).

Рис. 2.9.

Именно в таких формах мономеры входят в состав сахарозы — по 2 балла за каждую структуру. Между ними образуется гликозидная связь (эфирная также является правильным ответом) — 1 балл за название связи.

Справочные данные:

Молярная масса сахарозы — 342 г/моль, 0 °C = 273 К.


Вещество	\(\Delta_f H^\circ_{298}\), кДж/моль	\(\Delta_f S^\circ_{298}\), Дж/моль·К
\(\ce{H_2O}\)\(_{(\text{г}.)}\)	\(-241{,}82\)	\(188{,}72\)
\(\ce{CO_2}\)	\(-393{,}51\)	\(213{,}67\)
\(\ce{O_2}\)	\(-\)	\(205{,}04\)
Сахароза	\(-2226{,}1\)	\(360{,}24\)