В реакциях между собой и с другими веществами галогены образуют большое число соединений с различной структурой, типом химической связи и химическими свойствами. Галогениды металлов, галогенопроизводные и интергалогениды представляют собой основные типы соединений галогенов.

(A) Фотография

Черно-белая фотопленка состоит из эмульсии, содержащей бромид серебра, которая нанесена на подложку из ацетата целлюлозы.

5.1 Запишите уравнение фотохимической реакции, протекающей при освещении эмульсии с AgBr(тв).

5.2 Неэкспонированные кристаллы AgBr удаляют путем обработки пленки раствором тиосульфата натрия за счет комплексообразования с Ag (I). Запишите уравнение соответствующей реакции.

5.3.Полученные растворы часто считают отходами. Однако, путем добавления к такому раствору сначала цианида, а затем металлического цинка можно выделить металлическое серебро. Запишите уравнения соответствующих реакций.

Наиболее активный галоген – фтор – реагирует при определенных условиях с остальными галогенами Cl₂, Br₂, и I₂ с образованием соединений, состоящих из четырех, шести и восьми атомов, соответственно.

5.4 Запишите формулы и изобразите пространственную структуру трех таких интергалогенидов с точки зрения теории отталкивания электронных пар. Покажите расположение неподеленных электронных пар центрального атома там, где это необходимо.

Смесь паров иода и газообразного хлора при введении в масс-спектрометр дает два набора (А и В) пиков со следующими значениями m/z:

A : (162; 164)

B : (464; 466; 468; 470; 472; 474; 476)

5.5 Идентифицируйте молекулярные частицы, которым соответствуют пики с m/z = 162, 164, 466 и 476. Изобразите структуру самой тяжелой частицы (m/z = 476), четко указав положение неподеленных электронных пар у атома (или атомов) иода. Укажите изотопный состав каждой из молекулярных частиц.

В водном растворе газообразный хлор окисляет тиосульфат-ион до иона, содержащего серу в максимальной степени окисления.

5.6. Запишите сокращенное ионное уравнение этой реакции.
5.7. Изобразите формулу Льюиса для тиосульфат-иона. Отметьте тот атом серы, который имеет более низкую степень окисления.
5.8 Диоксид хлора реагирует с гидроксидом натрия по схеме, показанной ниже. Впишите формулы хлорсодержащих продуктов Х и Y и расставьте коэффициенты в уравнении.

ClO2 + NaOH	( )	+	( )	+ H2O
	X		Y

5.9 Хлор используется для производства хлорной извести. Запишите уравнение реакции получения хлорной извести.

5.10 Определите степени окисления атомов хлора в основном веществе хлорной извести.

Рентгеновская кристаллография позволяет определить многие особенности кристаллической структуры галогенидов металлов. Отношение радиусов катиона и аниона (r₊/r- ) –удобный параметр, позволяющий объяснять структуру и ее устойчивость. Ниже в таблице приведены отношения радиусов (r₊/r- ) для некоторых галогенидов щелочных металлов. На рисунке схематически показана зависимость электростатической компоненты энергии кристаллической решетки щелочных галогенидов от величины отношения радиусов (для постоянного r- ) для структурных типов NaCl и CsCl.

5.11.При одинаковом анионе горизонтальный участок графика для структурного типа NaCl располагается ниже, чем для структурного типа CsCl при малых величинах r₊/r - из-за:

Выберите правильный ответ.

5.12 Для какого из галогенидов – LiBr, NaBr или RbBr – максимальна вероятность фазового превращения из структурного типа NaCl в тип CsCl при изменении температуры и/или давления?

5.13 Рассчитайте отношение радиусов (r₊/r- ), при котором электростатическая компонента энергии решетки для структурного типа CsCl выходит на горизонтальный участок.

5.14 При использовании Cu-Ka излучения ( = 154 пм) дифракция кристаллов KCl (имеющих кубическую гранецентрированную структуру) наблюдается при угле q= 14.2. Рассчитайте постоянную решетки а для KCl, учитывая, что:

(1) дифракция наблюдается от плоскостей с h² + k² + l² = 4

(2) для кубического кристалла d_hkl = a / (h² + k² + l²)^1/2, где d – расстояние между соседними hkl-плоскостями, a – постоянная решетки

(3) отражения для кубической гранецентрированной решетки наблюдаются от плоскостей только со всеми нечетными или только со всеми четными hkl индексами. 5.15.Укажите в приведенной ниже таблице соответствующие значения для второй и третьей координационной сферы иона K⁺ в решетке KCl .

5.16 Рассчитайте минимально возможное значение дифракционного угла q для структуры KCl.

В традиционной индийской медицине различные препараты на основе имбиря используются для лечения разных заболеваний. Специфические свойства имбиря обусловливаются рядом веществ, многие из которых представляют собой замещенные ароматические соединения с различными боковыми цепями. Особенно важны три таких соединения: Цингерон, (+)[6] Гингерол (далее обозначается просто Гингерол) и Шогаол.

Цингерон C₁₁H₁₄O₃

Гингерол C₁₇H₂₆O₄

Шогаол C₁₇H₂₄O₃

6.1 Цингерон дает положительную реакцию с FeCl ₃ и 2,4-DNP (2,4-динитрофенилгидразином), но не реагирует с реактивом Толленса. Определите, какие из перечисленных ниже функциональных групп содержит Цингерон:

Данные, полученные из ¹H ЯМР спектра Цингерона, приведены в Табл 1.
Другая важная информация дана в Таблице 2.

Таблица 1. Данные из ¹H ЯМР спектра Цингерона

При реакции Цингерона с бромной водой образуется только один продукт, монобромированный по бензольному кольцу. Анализ ИК-спектра Цингерона показывает наличие слабой внутримолекулярной водородной связи, которая сохраняется даже после восстановления Цингерона по Клемменсену (Zn–Hg/HCl).

6.2. Исходя из приведенной выше информации, напишите :
1.боковую цепь Цингерона
2.остальные заместители в бензольном кольце
3.относительное расположение заместителей в кольце (цифрами)

6.3 Изобразите возможную структуру Цингерона на основании сделанных выше выводов.

6.4 Заполните ячейки структурными формулами для последовательности реакций синтеза Цингерона.

6.5 Из Цингерона можно легко получить Гингерол в результате следующих реакций :

Примечания : (1) Me₃SiCl / (Me₃Si)₂NH используется для превращения OH в -OSiMe₃; группу -SiMe₃ можно удалить кислотным гидролизом.
(2) LDA – диизопропиламид лития, являющийся сильным, стерически затрудненным ненуклеофильным основанием.
i.Изобразите структуру D.
ii. Изобразите структуру Гингерола.
iii.Изобразите проекцию Фишера для R-энантиомера Гингерола.
iv.В результате приведенной выше последовательности реакций (пункт 6.5) образуется 2 – 3% соединения (E), которое является изомером Гингерола. Изобразите структуру E.
v.Соединение E  будет образовываться как
а)пара энантиомеров
б)смесь диастереомеров
в)смесь энантиомерной пары и мезо-изомера

Выберите правильный ответ.
vi.При нагревании Гингерола (C₁₇H₂₆O₄) с умеренной кислотой (такой как KHSO₄) образуется Шогаол (C₁₇H₂₄O₃). Изобразите структуру Шогаола.

6.6.Турмерик (Curcuma longa) широко используется как приправа в индийской кухне. Он также променяется в традиционной  ₂₁H₂₀O₆, являющийся активным компонентом турмерика, структурно подобен Гингеролу. Ему присуща кето-енольная таутомерия. Куркумин обуславливает желтую окраску турмерика и его острый вкус.

¹H ЯМР спектре кето-формы Куркумина присутствуют ароматические сигналы, похожие на ароматические сигналы Гингерола. Помимо этого, в спектре Куркумина присутствуют синглет около 3.5 (2H) и два дублета (2Н каждый) в районе 6–7, для которых J = 16 Hz. Куркумин может быть синтезирован конденсацией двух молей соединения А (см.пункт 6.4) с одним молем пентан-2,4-диона.

i.Изобразите стереохимическую структуру Куркумина
ii.Изобразите структуру енольной формы Куркумина iii.Куркумин имеет желтый цвет, потому что он содержит:
(а)бензольное кольцо
(б)карбонильную группу
(в)протяженную систему сопряженных связей
(г)гидроксильную группу
Выберите правильный ответ.

Полипептидный остов белков может принимать разнообразные конформации. В одних конформациях полипептидный остов полностью растянут (как, например, в параллельном или анти-параллельном   -листе). В других конформациях полипептидный остов полностью скручен (как, например, в -спирали).

7.1Расстояние между концами гексапептида, когда он полностью растянут, составляет приблизительно:
(а) 10 А
(б) 15А
(в) 20А
(г) 25А

Выберите правильный ответ.

Аминокислота	Структура	Молекулярная масса (Da)
Glu – глутаминовая кислота		147
Hms – гомосерин		119
Leu – лейцин		131
Met – метионин		149
Lys – лизин		146
Phe – фенилаланин		165
Arg – аргинин		174
Ser – серин>		105

7.2. В рамке ниже приведен гексапептид. Предполагая, что он существует в a–спиральной конформации, соедините линией с двумя стрелками атом кислорода и амидную NH-группу, между которыми образуется водородная связь.

7.3. Конформации двух гексапептидов (A и B), приведенных ниже в рамке, различаются в воде при рН 7.0. Различие становится еще значительнее после того, как гидроксилы их серинов подвергаются фосфорилированию. Изначально A умеренно спирализован, а после фосфорилирования серина спирализация A значительно усиливается. Изначально B линиями со стрелками аминокислотные остатки, взаимодействие между которыми обусловливает различие в поведении данных гексапептидов А и В.

Рассмотрим процесс сворачивания/разворачивания трипептидного фрагмента в большом белке. Изменение свободной энергии ( G ) зависит от взаимодействия несвернутого трипептида с растворителем (водой) и взаимодействия трипептида с остальной частью белка в свернутом состоянии (см. ниже). Предположим, что трипептид состоит из одного неполярного (гидрофобного) и двух полярных (гидрофильных) остатков. Предположим, что изменение свободной энергии взаимодействия для следующих случаев приблизительно равно:

(1) неполярный остаток и растворитель (вода)
G = +8 кДж/моль

(2).неполярный остаток и остальная часть белка
G = -4 кДж/моль

(3). полярный остаток и растворитель (вода)
G = - 16 кДж/моль

(4).полярный остаток и остальная часть белка
G = - 14 кДж/моль

7.4. Рассчитайте G  перехода трипептида из несвернутого в свернутое состояние.

7.5Рассчитайте G перехода трипептида из несвернутого в свернутое состояние для случая, когда все три остатка трипептида полярные.

-Лактамаза и устойчивость к лекарствам
Пенициллины эффективны при борьбе с бактериальными инфекциями. Однако в последние годы появились бактерии, устойчивые к этому лекарству. Устойчивость к пенициллину появляется в результате образования фермента -лактамазы (также известного как пенициллиназа). Данный фермент инактивирует пенициллин, раскрывая его    -лактамное кольцо. Механизм такого раскрытия b> -лактамного кольца включает нуклеофильную атаку –OH группой серина в активном центре фермента как изображено ниже ("Enz" на схемах обозначает "фермент").

Была предпринята попытка охарактеризовать    -лактамазу из  Staphylococcus aureus , для чего чистый фермент обработали радиоактивно меченым ³²P-фосфорилирующим агентом. При этом оказался помеченным только серин активного центра. Анализ показал, что на данный серин {молекулярная масса = 105 массовых единиц (Da)} приходится 0.35 мас.%    -лактамазы.

7.6.Оцените минимальную молекулярную массу данной  –лактамазы.

7.7.Приблизительное количество аминокислотных остатков в типичном белке такой молекулярной массы составляет :
(а)   100
(б)   150
(в)   275
(г)   375
Выберите правильный ответ.

7.8 Для выявления аминокислотных остатков в активном центре,    -лактамаза была гидролизована высокоспецифичным ферментом трипсином. В результате был выделен гексапептид P1, содержащий серин из активного центра. Аминокислотный анализ показал, что в Р1 содержатся в эквимолярном количестве следующие аминокислотные остатки: Glu, Leu, Lys, Met, Phe и Ser.

В результате обработки P1 реактивом Эдмана (фенилизотиоцианат) образовались фенилтиогидантоинное (PTH) производное фенилаланина и пептид P2.

В результате обработки P1 бромцианом (CNBr) образовались кислый тетрапептид P3 и дипептид P4.

В результате обработки P2 1-фтор-2,4-динитробензолом с последующим полным гидролизом образовался N-2,4-динитрофенил-Glu

Пептиды P1, P2 и P3 содержат серин из активного центра.

Из приведенной выше информации выведите аминокислотную последовательность P1, P2, P3 и P4.

7.9 Рассчитайте молекулярную массу P3 в массовых единицах (Da), используя информацию из таблицы аминокислот, приведенной выше.

7.10. Уникальная микросреда в активном центре -лактамазы обеспечивает необычно высокую нуклефильную реакционноспособность ОН-группы каталитического серина. Константа скорости первого порядка для реакции, катализируемой -лактамазой, составляет 350 с^–1. >При гидролизе пенициллина в растворе ОН-группой свободного серина (при концентрации 1 M), константа скорости реакции псевдопервого порядка составляет 0.5 с^–1.

Рассчитайте эффективную концентрацию нуклеофила серин-ОН в активном центре фермента.

7.11.Вещества, конкурирующие с пенициллином за связывание с активным центром -лактамазы, могут ингибировать фермент. Значения констант диссоциации (K_D) комплекса ингибитор-лактамаза для трех различных ингибиторов приведены ниже :

Укажите, какой из этих ингибиторов наиболее эффективен для защиты пенициллина от действия -лактамазы.

Был разработан некоторый ингибитор  -лактамазы. После связывания этого ингибитора с активным центром фермента в результате нуклеофильной атаки ОН-группой серина раскрывается    -лактамная часть ингибитора, а также элиминируется Br^– . В результате этого образуется реакционноспособный электрофил, который связывается с остатком Х активного центра, инактивируя фермент

7.12. Приведите структуру электрофила (A) и конечного продукта (B), образующегося при инактивации фермента изображенным ниже ингибитором.