m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MCHP-R0-100-2405 • Otwarte krótkie • 1 pkt • Trudność: ★★★★★

Zadanie 30

Matura z chemii, maj 2024, poziom rozszerzony

Wymaganie:

XII.5 — rysuje wzory w projekcji Fischera izomerów optycznych. XIX.1 — klasyfikuje cukry proste ze względu na grupę funkcyjną i liczbę atomów węgla; XIX.2 — zapisuje wzory łańcuchowe w projekcji Fischera; XIX.5 — planuje ciąg przemian pozwalających przekształcić cukry w inne związki organiczne.

Treść zadania

Degradacja Ruffa to dwuetapowa reakcja, która pozwala na skrócenie łańcucha cząsteczki aldozy o jeden atom węgla. Pierwszy etap procesu to utlenienie aldozy do kwasu aldonowego za pomocą wody bromowej. W drugim etapie kwas aldonowy jest utleniany nadtlenkiem wodoru w obecności siarczanu(VI) żelaza(III), co prowadzi do otrzymania aldozy o krótszym łańcuchu węglowym i tlenku węgla(IV).

Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, „Chemia organiczna”, Warszawa 2011.

Schemat degradacji Ruffa D-glukozy: D-glukoza —(Br₂)→ kwas D-glukonowy —(H₂O₂, Fe₂(SO₄)₃)→ D-arabinoza.

Zadanie 30. (0–1)

Degradacji Ruffa poddano jeden ze związków, których wzory przedstawiono poniżej. Powstały cukier utleniono kwasem azotowym(V) i otrzymano związek, którego cząsteczki są achiralne — kwas mezo-winowy.

Wzory podane (Fischer):

D-arabinoza:

  • CHO
  • HO—H (C2)
  • H—OH (C3)
  • H—OH (C4)
  • CH₂OH (C5)

D-ksyloza:

  • CHO
  • H—OH (C2)
  • HO—H (C3)
  • H—OH (C4)
  • CH₂OH (C5)

Wybierz cukier, którego użyto do przeprowadzenia opisanego doświadczenia, i napisz nazwę tego cukru.

Schemat degradacji Ruffa we wzorach Fischera: D-glukoza → kwas D-glukonowy (Br₂, H₂O) → D-arabinoza (H₂O₂, Fe₂(SO₄)₃).
Materiał 1 z 2 Na podstawie: arkusz CKE MCHP-R0-100-2405 Oryginalny PDF CKE, str. 30
Wzory dwóch aldopentoz w projekcji Fischera: D-arabinozy i D-ksylozy, z których jedną poddano degradacji Ruffa.
Materiał 2 z 2 Na podstawie: arkusz CKE MCHP-R0-100-2405 Oryginalny PDF CKE, str. 31

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

Cukier: D-arabinoza (klucz CKE).

Kwas mezo-winowy ma dwa centra stereogeniczne, ale jest achiralny (ma wewnętrzną płaszczyznę symetrii; jedno centrum ma konfigurację R, drugie S). W projekcji Fischera oznacza to, że obie grupy –OH leżą po tej samej stronie łańcucha.

Degradacja Ruffa usuwa atom C-1 (jako CO₂), a dawny C-2 staje się grupą –CHO — jego konfiguracja znika. Konfigurację zachowują atomy C-3 i C-4 pentozy, które po utlenieniu HNO₃ (obie grupy końcowe → –COOH) stają się centrami stereogenicznymi kwasu winowego HOOC–CH(OH)–CH(OH)–COOH:

  • D-arabinoza: C-3 i C-4 mają grupy –OH po tej samej stronie (obie po prawej) → D-erytroza → kwas mezo-winowy (achiralny) ✓
  • D-ksyloza: C-3 (–OH po lewej) i C-4 (–OH po prawej) → D-treoza → kwas winowy chiralny (nie mezo) ✗
Typowy błąd / pułapka

Pułapka — patrzenie na C-2 pentozy: po degradacji Ruffa ten atom staje się grupą –CHO i jego konfiguracja nie ma znaczenia. Decydują atomy C-3 i C-4. Związek mezo ma centra stereogeniczne, ale jest achiralny dzięki wewnętrznej płaszczyźnie symetrii — w odróżnieniu od enancjomerów (R,R i S,S), które są chiralne.

Strona arkusza CKE z treścia zadania

Zadanie 30 - chemia 2024 PR
Strona arkusza CKE 2024 PR chemia — zadanie 30 (degradacja Ruffa pentoz, kwas mezo-winowy). Na podstawie: CKE 2024 Oryginalny PDF CKE, str. 31

Po co to umieć

Związki mezo to ważne pojęcie stereochemii: liczba centrów stereogenicznych nie przesądza o chiralności cząsteczki. W zadaniach z cukrami trzeba śledzić, które atomy węgla zachowują konfigurację po danej przemianie.

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „chemia organiczna, cukry, utlenianie, mezo-związki, stereochemia” zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl