Теоретический тур I

Задача 1.

После аварии на Чернобыльской АЭС одним из основных дозообразующих радионуклидов на загрязненных территориях является  90Sr. Он образуется при делении урана и имеет Т1/2 = 29.12 лет. При beta.lc.gif (58 bytes)-распаде 90Sr образуется 90Y,который также подвергается beta.lc.gif (58 bytes)-распаду с Т1/2=64 часа.

Стронций, как аналог кальция, активно участвует в обмене веществ у растений, а через растительную пищу попадает в организм животных и человека. Поэтому важной задачей является определение уровня загрязненности продуктов питания изотопом 90Sr. Для этого его выделяют из образца, а затем определяют количество 90Sr по дочернему 90Y. Поскольку количество радионуклидов в образцах ничтожно мало (10-9 – 10-13г), при анализе используют добавку соответствующего стабильного носителя (стронция, иттрия), который прибавляют в известном количестве к пробе, а в конце анализа определяют химический выход носителя. Ниже кратко описан принципиальный ход радиохимического анализа по определению 90Sr в продуктах животноводства (молоке, твороге, мясе и т.п.).

Пробу молока массой 2 кг выпарили досуха, твердый остаток прокалили, а золу растворили в 100 мл 6 н НСL и прибавили раствор носителя иттрия – 3.00 мл 0.21 М раствора нитрата иттрия.

Полученный раствор разбавили в мерной колбе до 500 мл. К аликвоте приготовленного раствора 100.0 мл прибавили 20 мл 5% раствора К2НРО4, а затем раствор NН3 до рН=3. Выпавший осадок отфильтровали, промыли водой и записали время отделения иттрия от 90Sr.

Полученный осадок растворили в 30 мл 2 н НС1, раствор прокипятили для удаления СО2, разбавили до 100 мл горячей дистиллированной водой и прибавили раствор NН3. Выпавший осадок отфильтровали, промыли и повторно растворили в НСL, прибавили (МН4)2С2О4 и NН3 до рН=1.5.

Образовавшийся осадок отфильтровали, промыли водой и с помощью этилового спирта перенесли на алюминиевую подложку-мишень массой 4.350 г. Осадок равномерно распределили по ее поверхности, просушили под светом ИК-лампы до постоянной массы, взвесили и измерили beta.lc.gif (58 bytes)-активность приготовленного таким образом образца. Она оказалась равной 5.2 Бк.

а) В результате распада 90Y образуется стабильный продукт Приведите уравнение этого процесса.

b)Поясните, для чего проводят растворение осадка фосфатов в соляной кислоте и последуюире добавление аммиака?

с) Почему после добавления аммиака осадок снова растворяют в соляной кислоте и добавляют оксалат аммония и аммиак?

d)Масса высушенной подложки с образцов оказалась равной 4.372 г. Рассчитайте химический выход носителя иттрия в проведенном эксперименте.

е)С момента отделения стронция до измерения активности прошло 6 часов. Рассчитайте активность 90Sr (в Бкlкг) в исследованном образце молока.

f) Для определения достоверности проведенного определения 90Sr лроводят повторное измерение активности подложки-мишени через у-1.5 суток. С какой целью это делается?

g) В каком случае описанная методика может дать некорректные результаты? Кратко поясните свой ответ.

(Активность 1 Бк соответствует 1 распаду одного радиоактивного ядра за 1 секунду).

Задача 2.

Бифункциональные органические соединения ацилоины, широко используются в органическом синтезе. Для получения одного из представителей этих веществ ароматического ряда в качестве исходного вещества был использован коммерческий доступный фенилэтилкетон. Он был пробромирован эквимолярным количеством брома в уксусной кислоте. При кипячении полученного продукта А с ацетатом калия из реакционной смеси было выделено вещество Б. При продолжительном нагревании Б с водной суспензией карбоната бария образуется ацилоин В в масс-спектре которого наблюдается интенсивный пик с m/e = 105. Однако из реакционной смеси было выделено также и соединение Г (соотношение Г:В = 4:7) в масс-спектре которого имеется пик с m/e = 43. Смесь веществ В и Г примерно такого же состава образуется, если указанной последовательности реакций подвергнуть бензилметилкетон, Однако в этом случае образуются некоторые побочные продукты. При окислении (бихроматом калия в кислой среде на холоде) как В, так и Г образуется один и тот же продукт Д, со держащий 72.95% углерода и 5.45% водорода,

а) Установите строение соединений А-Д и изобразите их структурные формулы.

b) Приведите схемы описанных в задаче превращений.

с) Олин из продуктов взаимодействия Б с водной суспензией карбоната бария может быть получен с небольшим выходом при взаимодействии бензальдегида с циановодородом (основной катализатор) с последующей обработкой избытком метилмагнийиодида, а затем разбавленным раствором кислоты. Приведите схемы этих превращений

d) Почему наряду с ацилоином В образовался продукт Г? Предложите механизм этого процесса.

Задача 3.

При восстановлении D-фруктозы борогидридом натрия в метиловом спирте образуется смесь веществ А и Б, массовая доля углерода в которых одинакова и составляет 39.55%. Одно из этих соединений может быть использовано для получения ойтически активного (-)- ацетонида глицеринового альдегида В, который широко используется в синтезе различных оптически активных природных соединений в качестве хирального строительного блока. Для этого на вещество, выделенное из продуктов восстановления D-фруктозы, действуют сначала большим избытком ацетона в присутствии безводного ZnCL2 и получают соединение Г, которой затем окисляют тетраацетатом свинца в бензоле до В.

а) Установите мопекулярные формулы соединений А и Б.

b) Изобразите проекционные формулы Фишера для D-фруктозы, соединений А и Б.

с) Какой из продуктов А или Б используется для синтеза В? Дайте краткие пояснения Вгшего ответа.

d) Приведите схемы упомянутых в задаче превращений.

е) Изобразите проекционную формулу Фишера продукта Г

f) Укажигпе абсолютную конфигурацию конечного продукта В и изобразите его пространственное строение.

д) Как и из каких моносахаридов можно получигпь индивидуальные соединения А и Б? Приведите схемы соответствующих реакций.

Задача 4.

Бесцветное кристаллическое вещество А является перспективным материалом для приготовления цементов в стоматологии и для инициирования радикальной полимеризации в растворах органических соединений. Поэтому весьма важной является проблема получения А с достаточной стелени чистоты.

Для синтеза А последовательно смешали 3.055 г октагидрата гидроксида бария, 2.212 г пероксодисульфата аммония и 0.720 г карбоната лития. К полученной массе добавили при охлаждении (0o С) 1 мл воды и перемешивали в течение 15 мин. Осадок отфильтровали, фильтрат выдержали в вакууме при комнатной температуре до твердого остатка. В результате было получено 0.542 г бесцветного кристаллического вещества Б.

Изучение терморазложения Б показало, что оно происходит в две ста дии. На первой стадии, сопровождающейся потерей массы 13.71 %, образуются бесцветные кристаллы В, при дальнейшем нагревании которых с потерей массы 40.68% происходит образование бесцветных кристаллов Г и одновременно на стенках сосуда, в котором проводилось разложение, наблюдается образование жидкости Д.

Навеску Г массой 0.2122 г растворили в воде, к полученному раствору добавили избыток подкисленного 0.05 н раствора хлорида бария, выпавший осадой Е отделили высушили и взвесили. Его масса составила 0.4505 г. Добавление капли Д к избытку 0.05 н раствора хлорида бария также приводит к выпадению осадка Е.

а) Установите формулы веществ А – Е.

b) Напишите уравнения реакций, протекающох в ходе эксперимента.

с) Как из Б можно получить А? Почему не применяют прямой одностадийный метод синтеза А?

d) Какое строение имеют А и Б в твердом состоянии?