Ksicht-4

Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Obsah
Úvod
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Zadání
1. série
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. série
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
3. série
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
4. série
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
1. série
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
2. série
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
3. série
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
4. série
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
Řešení
Korespondenční Seminář
Inspirovaný Chemickou Tematikou
Seriál
Výsledková listina
Poděkování
Ročník 4 (2005/2006)
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
128
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
131
Úvod
Milí přátelé chemie a přírodních věd vůbec!
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Jak mohu stát řešitelem KSICHTu?
To, co se Vám právě dostalo do rukou, je brožurka obsahující zadání a řešení
úloh druhého ročníku Korespondenčního Semináře Inspirovaného Chemickou
Tematikou (dále jen KSICHT), který je určen pro studenty všech typů středních
škol. Prvního ročníku, jenž proběhl ve školním roce 2003/2004, se zúčastnilo 73
řešitelů.
Není nic jednoduššího, než si o zadání aktuální série napsat na
Jak KSICHT probíhá?
nebo e-mailem na [email protected].
Korespondenční seminář je soutěž, při níž si řešitelé dopisují s námi, autory
semináře, a naopak. Na řešitelích je poslat nám řešení zadaných úloh, nám přísluší
vše opravit a ohodnotit a poslat jim je zpátky s přiloženým autorským řešením a
pěti úlohami další série. To všechno se za celý školní rok čtyřikrát opakuje.
Proč řešit KSICHT?
Důvodů je jistě mnoho, a tak jmenujme alespoň ty nejdůležitější. Naším cílem
je rozvíjet ve studentech zájem o chemii a pomoci jim k získání nových znalostí.
V rámci tohoto semináře se studenti zdokonalí nejen v chemii samotné, ale i
v mnoha dalších a užitečných schopnostech. Za všechny jmenujme zlepšení
logického myšlení, schopnosti vyhledávat informace, třídit je a zařazovat je do
kontextu.
V rámci doprovodných akcí, které se uskutečňují během celého roku, mají
studenti možnost seznámit se s dalšími řešiteli a námi, studenty vysokých škol.
Mají šanci rozšířit si své obzory, dozvědět se informace o vysokých školách a
o průběhu vysokoškolského studia. Na konci školního roku pořádáme odborné
soustředění, během kterého si studenti vyzkouší práci v laboratoři, seznámí se
s moderními přístroji a poslechnou si zajímavé přednášky. A pro úspěšné řešitele
jsou připraveny hodnotné ceny.
Jaké úlohy vymýšlíme?
Úlohy se týkají různých odvětví chemie a snažíme se, aby si v nich každý
z řešitelů přišel na své. Jsou tu úložky hravé i pravé lahůdky, jejichž vyřešení už
dá práci. Nechceme jen suše prověřovat znalosti řešitelů, procvičí si i chemickou
logiku. Pokud nezvládnou vyřešit všechny úlohy, nevadí, byli bychom totiž moc
rádi, kdyby si z řešení úloh odnesli nejen poučení, ale hlavně aby se při řešení
KSICHTu dobře bavili.
3
KSICHT
Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy
Hlavova 2030, 128 43 Praha 2
Zapojit se můžete kdykoliv v průběhu školního roku, není třeba čekat na
začátek ročníku.
KSICHT na Internetu
Informace o semináři, zadání a řešení úloh všech sérií, průběžné výsledky a
nejnovější informace (např. i errata tištěné podoby série) můžete nalézt na
Internetu na adrese http://ksicht.iglu.cz. Zde naleznete i kontakty na nás, autory
úloh. Úlohy na Internetu jsou obohaceny o barevné obrázky a o užitečné odkazy.
Výlet
V průběhu školního roku pořádáme dvě víkendové akce. První na konci
listopadu, druhou na začátku jara. Snažíme se vybrat taková místa, která by byla
dostupná ze všech koutů republiky.
Soustředění
Na konci školního roku pořádáme pro řešitele soustředění na Vysoké škole
chemicko-technologické v Praze. Zatímco výlety se konají spíše v oddechovém
stylu, soustředění má za cíl seznámit účastníky s prací v laboratoři. Dále jsou na
programu odborné přednášky z různých oblastí chemie. Nechybí ale samozřejmě
ani oddechové hry a spousta zábavy.
Organizátoři
Tým autorů a organizátorů KSICHTu tvoří z největší části studenti a bývalí
studenti Přírodovědecké fakulty UK a Vysoké školy chemicko-technologické. Jak
již bylo uvedeno výše, informace o nás lze nejsnadněji získat na naší internetové
adrese http://ksicht.iglu.cz.
Pokud byste měli zájem nám se seminářem pomáhat, neváhejte a dejte nám
vědět! Uplatnit se může každý, neboť pracovní náplní organizátora KSICHTu
není jen chemie, ale i mnoho dalších zajímavých věcí.
4
Série 1, zadání
2. Nejdřív ve vzorci opravte závažnou chybu, pak v něm najděte všechny
asymetrické uhlíky a označte je hvězdičkou. Stáčí kofein obsažený v kávě
rovinu polarizovaného světla? Proč?
Zadání
1. série
Úloha č. 1: Kávová inspirace
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
(6 bodů)
autor: Pavla Spáčilová
Káva zelená vysype se na pánvičku nad uhlíčkem, pořád se ní míchá, až trochu
žloutnout a vůni ze sebe vydávat počne; tu se kousek tlučeného cukru na ni nasype
a hezky dohněda mezi ustavičným mícháním se upraží, pak se umele a do
připravené vařící vody zavaří neb do zřízené k tomu mašiny dá. Vaří-li se však
v hrnku, tak se pokličkou přikrejt musí, aby s párou chuť nevyšla. K čistění kávy
jest nejpříhodnější tento prostředek: vezme se kouštínek žloutku, rozkloktá ve
studené vodě, a když káva v nejlepším varu, tak se to tam vleje, nechá se ještě
jeden var přejít, zaleje se trochu studenou vodou, nechá se chvílenku ustát a jest
jistě čistá jako křišťál. Na jeden koflíček kávy, když má býti beze vší přípravy,
dává se nejméně 60 zrnek. Když se káva sleje, tak se na to zase naleje vody, nechá
se to vyvařit a schová k příštímu vaření na místo vody.
1. Kdo je autorem těchto řádků?
Určitě víte, že kofein patří mezi látky stimulující centrální nervovou soustavu
(jen se přiznejte Vy, co díky kávě po nocích nespíte). Čaj má obdobné účinky,
obsahuje ale thein.
3. Jaký je rozdíl mezi kofeinem a theinem?
Kofein se v rostlinné říši vyskytuje roztroušeně, pro žádnou čeleď není
typický. Pro farmaceutické a potravinářské účely se kofein izoluje z 6 rodů
rostlin.
4. Vyjmenujte rody a připište, odkud pocházejí.
Kofein řadíme do skupiny látek, která dostala název díky svým acidobazickým
vlastnostem. Tyto látky můžeme prokázat například oranžově červenou
sraženinou s Dragendorffovým činidlem.
5. O jaké látky se jedná? Jaký je anion Dragendorffova činidla, jenž tyto látky
sráží?
Kofein je derivátem xanthinu, meziproduktu katabolismu purinových
sloučenin. A xanthin vzniká oxidací hypoxanthinu, který je mimo jiné minoritní
bází nukleových kyselin.
6. Jak se jmenuje nukleosid obsahující hypoxanthin? S jakou bází se
hypoxanthin páruje? Která konkrétní nukleová kyselina je typická velkým
obsahem minoritních bází? Která sloučenina je finálním produktem degradace
kofeinu a hypoxanthinu? Nakreslete její vzorec.
Smrtelná dávka LD50 per os je pro člověka asi 120 mg/kg. 1 g kofeinu se
rozpustí v 46 ml vody za laboratorní teploty, v 1,5 ml vody za varu. Pražený
kávovník arabský (Coffea arabica) obsahuje asi 0,9 % kofeinu v sušině, kávovník
robusta 2,4 %. Pro přípravu jednoho hrnku nápoje je třeba 7 g kávy. Káva
prodávaná v obchodech je většinou směs arabica-robusta 1:2. Standardní hrnek
má objem 2 dcl.
7. Co znamená „LD50 per os“? Vyjádřete LD50 (pro osobu vážící 60 kg) jako
počet hrnků běžné kávy.
Tak poetickou inspirací jsem začala a tak nelibými věcmi skončila. Omlouvám
se. Uvařte si před řešením radši kafe, ať si zlepšíte náladu!
Je obecně známo, že káva obsahuje kofein. Tohle je jeho vzorec. Hezký, že?
5
6
Série 1, zadání
Úloha č. 2: Zajímavý protokol
(9 bodů)
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Schönit
autor: Michal Řezanka, Pavel Řezanka
V prvním ročníku vysoké školy čeká na studenty chemie
praktikum z anorganické chemie. Po zápolení s přípravami
všemožných látek a jejich odevzdání, musí student sepsat
i podrobné protokoly k jednotlivým úlohám. Všichni jsou
velmi nabádáni k tomu, aby neopisovali návody ze skript, ale
užívali vlastní slova. A tak se stalo, že si to jeden student
vzal velmi k srdci a odevzdal tento protokol. Pedagog žasnul
a pustil se do čtení.
Za horka jsem smísil nasycené roztoky látky 2 a látky 3. Krystalizaci jsem
prováděl na odpařovací misce po dobu tří dnů.
a usušil.
, promyl studenou
Už je Vám jasné, co student v laboratoři připravoval? Výborně! S chutí se tedy
pusťte do odpovídání na následující otázky.
1. Přiřaďte ke značkám odpovídající alchymistické a současné názvy.
Látka 1
V promývačce jsem
v 10%
přiváděl plynný produkt reakce
příští den jsem
. Za chlazení na
a
jsem do roztoku
. Promývačku jsem dal do lednice a
Do
Aer, Alembicum vitrum, Ammoniatum, Aqua, Balneum mariae, Cornua cervi,
Cristalli, Crucibulus, Filtrare, Fixum, Nitrum, Sal, Solvere, Spiritus vini, Tutia,
Vitriolum.
Amoniak, ethanol, chlorid sodný, kádinka, kelímek, krystaly, kyselina sírová,
zfiltrovat, oxid zinečnatý, pevný, rozpustit, uhličitan amonný, uhličitan sodný,
voda, vodní lázeň, vzduch.
.
Sloučenina
2. Identifikujte látky 1 až 3, tj. napište jejich vzorce a názvy.
jsem dal látku 1 a zahříval tak dlouho, dokud unikal plyn. Výsledný
produkt jsem překrystaloval z vody za vzniku
3. Napište vzorec produktu, tj. schönitu, a pojmenujte ho.
4. Napište všechny reakce uvedené v protokolu a vyčíslete je.
.
Látka 2
Do
jsem nalil
, umístil ji do
a přidával
, dokud pH nebylo
, zahustil a nechal krystalovat přes noc. Ráno jsem
neutrální. Roztok jsem poté
a vysušil.
Látka 3
jsem postupně nasypal do
se všechna
látka
v lednici. Vyloučené
na
jsem
. Reakční směs jsem zahříval na
. Potom jsem
jsem
až
odstavil a krystalizaci dokončil
a promyl vychlazeným
.
jsem usušil
.
7
8
Série 1, zadání
Úloha č. 3: Dantes Peak
(7 bodů)
autor: Pavel Řezanka
„Povídej, ty můj okřídlený příteli, co vidíš?“
„Vidím velkou sopku, ze které se valí dým
a dokonce i láva. Na jejím úpatí je jezero a na něm je
u břehu motorový člun.“
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
1. Ke každé z níže uvedených událostí napište buď „I“, pokud si myslíte, že
uvedená událost mohla nastat už při slabě kyselé vodě v jezeře, nebo „II“,
pokud si myslíte, že událost mohla nastat až při velké koncentraci kyseliny
v jezeře.
a) mrtvé ryby plovoucí na hladině
b) rozpuštění člunu
„A někoho živého vidíš?“
c) rozpuštění lodního šroubu
„Ne, nikde ani živáčka. Počkej, vidím nějaké lidi,
běží ke člunu. Jsou tam dvě děti, muž a žena středního
věku a starší žena. Nasedají do člunu a plují přes
jezero. Na něco si ukazují ve vodě.“
„Leť blíž, ale dávej na sebe pozor.“
„V jezeře jsou mrtvé ryby. A ve člunu vypuká zmatek. Aha, začíná jim téct do
člunu. Respektive se člun začíná rozpouštět.“
„Rozpouštět?“
„Ano, mluví něco o tom, že v jezeře je voda kyselá. A teď se jim rozpustil
i lodní šroub. Muž si omotává oblečení kolem ruky a začíná pádlovat. K druhému
břehu už jim moc nechybí. Ale zastavili se a muž vytahuje ruku z vody, oblečení na
ní je už dost prožrané. O něčem se dohadují a vypadá to, že starší žena chce ven
ze člunu. A skutečně vylézá a poslední metry tlačí loďku před sebou. Vodu má
těsně pod pás. Vystupují na břeh a jdou po cestě lesem. Muž nese starší ženu na
zádech.“
„Takže je všechno v pořádku? Všichni se zachránili?“
„Bohužel ne, vidím, jak muž pokládá starší ženu na zem a s hrůzou se na ni
dívá. Místo nohou má totiž jen pahýly. Mluví spolu, ale za chvíli už starší žena
neodpovídá.“
„To je hrozné, poleť raději pryč, mám neblahé tušení, že za chvilku nastane
další výbuch a smete celé okolí včetně městečka Dantes Peak z povrchu.“
d) nerozpuštění ruky obalené oblečením
e) rozpuštění nohou
V níže uvedených otázkách neodpovídejte jedním slovem. Vaši odpověď
rozveďte do vět. Za pouhé „ano“ nebo „ne“ nebudou udělovány body.
2. Která z uvedených možností („I“ nebo „II“) je podle Vás pravděpodobnější?
3. Předpokládejte, že pod dnem jezera byly dutiny s plynem, který se kvůli
erupci uvolnil. Jaké látky mohly být v plynu obsaženy?
4. Které majoritní kyseliny mohly způsobit kyselost vody v jezeře? Jakým
způsobem mohly v jezeře vzniknout? Napište příslušné rovnice a vyčíslete je.
5. Co myslíte, že mohlo způsobit úhyn ryb?
U dalších otázek napište dvě verze odpovědí, u první, označte ji „I“,
předpokládejte, že voda z jezeře byla slabě kyselá. U druhé, označte ji „II“,
předpokládejte, že koncentrace kyseliny v jezeře byla velká. Při Vašich
odpovědích odhlédněte od ostatních popsaných událostí, předpokládejte pouze
událost, která je uvedena v otázce.
6. Myslíte si, že by byl vzduch nad hladinou dýchatelný? Odpovídejte na základě
předpokladu z otázky 3.
7. Diskutujte změnu teploty vody v jezeře za předpokladu, že kyselá voda
vznikla rozpuštěním plynů ve vodě.
8. Bylo by možné, aby byl člun ve vodě a rozpustil se až po pár minutách
plavby?
Výše uvedený rozhovor popisuje situaci z filmu Dantes Peak, který byl u nás
vysílán pod jménem Rozpoutané peklo. Příběh je volně převyprávěný, ale pokud
by v něm byly odchylky od filmu, považujte za směrodatný tento text.
9. Jak byste odpověděli na předchozí otázku, pokud bychom se místo na člun
ptali na ocelový lodní šroub?
10. Bylo by možné, aby se nohy starší ženy rozpustily až několik minut po té, co
vylezla z vody?
9
10
Série 1, zadání
Úloha č. 4: Biologické membrány
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
3. Molekula lecitinu je lehce „schizofrenní“. Označte ve vzorci hydrofilní a
hydrofobní část molekuly. Jak se takto „schizofrenní“ molekuly nazývají?
(12 bodů)
autor: Helena Handrková, Jiří Kysilka
I ty nejjednodušší živé organismy jsou od okolního
prostředí odděleny biologickými membránami. U složitějších
organismů se membrány nacházejí i uvnitř buňky. O jejich
důležitosti se lze přesvědčit tehdy, když dojde k jejich porušení
či poškození.
Biologické membrány mají poměrně komplexní uspořádání, které je nezbytné
pro jejich správnou funkci. Jejich základní složkou jsou fosfolipidy, dále
membránové bílkoviny a některé další složky, například cholesterol. Složení
membrán se liší podle jejich funkce a umístění. Pojďme se zabývat nejprve
membránovými fosfolipidy.
Nejjednodušší biomembránou by mohla být dvojvrstva tvořená pouze
fosfolipidy. Fosfolipidy jsou látky odvozené od glycerolu (nebo od jiných
vícesytných alkoholů). Glycerol je na dvou hydroxylových skupinách esterifikován
mastnými kyselinami a na třetí hydroxylovou skupinu je přes fosfát navázán
aminoalkohol. Pokud je tímto aminoalkoholem cholin, dostaneme hlavní složkou
všech buněčných membrán – fosfatidylcholin, neboli lecitin (obrázek 1).
4. Ve vodném prostředí se „schizofrenní“ látky seskupují v nadmolekulární
struktury. V jaké, to záleží na poměru vody a těchto obojakých molekul.
Jednou z nich je právě dvojvrstva. Jaká jsou další možná uspořádání? (Autory
potěší obrázek takovýchto seskupení.) Mohla by vzniknout monovrstva?
5. Schematicky nakreslete dvojvrstvu z molekul lecitinu (hydrofilní hlavička a
hydrofobní ocásky) a uveďte, která část (nebo části) jsou v kontaktu s vodou.
Jaké síly (a mezi jakými částmi molekul) drží dvojvrstvu pohromadě? Jak
byste vysvětlili spontánní zacelování biomembrán?
6. Fosfolipidová dvojvrstva se chová jako tzv. dvojrozměrná kapalina. Co to
znamená?
7. Podívejme se nyní na zbytky mastných kyselin v molekule lecitinu. Často je
jeden zbytek nasycený a druhý nenasycený: přítomnost cis-dvojné vazby má
vliv na trojrozměrnou strukturu a „ohebnost“ molekuly. Jak se mění tekutost
(fluidita) membrány podle zastoupení zbytků nenasycených mastných kyselin?
Svou odpověď zvůvodněte.
8. Cholesterol je lékaři a odborníky na zdravou výživu skloňován snad ve všech
pádech (kromě pátého). Vzorec je uveden na obrázku 2.
Obrázek 1. Lecitin
V dalším textu se diacylglycerolem
esterifikovaný mastnými kyselinami.
rozumí
glycerol
dvojnásobně
1. Mohly by samotné molekuly diacylglycerolu nebo samotné molekuly cholinu
vytvořit ve vodě struktury podobné membránám?
2. Posuďte, jak se chová diacylglycerol a cholin ve vodě. Která z těchto látek je
hydrofilní a která hydrofobní? Na základě molekulárních interakcí vysvětlete
podstatu těchto vlastností. Jak se mění uspořádanost vody v okolí
hydrofobních a hydrofilních molekul?
11
Obrázek 2. Cholesterol
Tato látka je nicméně nezbytnou součástí membrán živočišných buněk;
zpevňuje je (snižuje jejich tekutost). Pokuste se nakreslit, jak bude cholesterol
umístěn ve fosfolipidové dvojvrstvě – zamyslete se nad hydrofobicitou
cholesterolu a vlastnostmi biomembrány. Co je příčinou snížení tekutosti, tedy
zpevnění dvojvrstvy? Předpokládejte, že nejčastější typ lecitinu obsahuje jeden
nenasycený a jeden nasycený zbytek.
12
Série 1, zadání
9. Významnou funkcí membrány je její selektivní propustnost. Některé látky
mohou přes membránu prostupovat volnou difúzí, jiné jen pomocí určitých
přenašečů nebo membránových kanálů. Transport přes membránu může být
také různě energeticky zabarven. Co rozhoduje o tom, zda bude látka
samovolně procházet membránou? Uveďte příklady takových látek.
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 5: Výlet do technického múzea
Po dlhom a vyčerpávajúcom
skúškovom
období
sme
si
s kamarátmi
neupreli možnosť
uniknúť z našej každodennej reality.
Nie, že by sme nejako mohutne
chlastali, práve naopak, vrátili sme
všetky fľašky od piva a peniaze sme
investovali
do
lístkov
do
technického múzea. A ako už iste
všetci tušíte, aj tentokrát sme za
všetkým videli len a len fyzikálnu
chémii…
10. Plasmatickou membránu netvoří pouze fosfolipidy, ale také proteiny, různým
způsobem zanořené do membrány. Zkuste odhadnout funkce následujících
proteinů podle jejich popisu.
a) První protein prochází celou plasmatickou membránou. Na
mimobuněčné straně je místo, které je schopné selektivně rozpoznat a navázat
acetylcholin. Po navázání acetylcholinu se změní konformace proteinu tak, že na
druhé straně membrány je schopný asociace s jinými proteiny, a tak se mění jejich
enzymatická aktivita.
b) Druhý protein taktéž prochází plasmatickou membránou. Jeho terciární
struktura však připomíná jakousi rouru, do níž ční záporně nabité a hydrofilní
aminokyselinové zbytky a je zde také značné množství molekul vody a jistých
iontů.
c) Třetí protein je tvořen dvěma podjednotkami, které obě procházejí
plasmatickou membránou. Protein může existovat ve dvou základních stavech.
V prvním z nich je prostor mezi oběma podjednotkami otevřen do
extracelulárního prostoru, v druhém (vzniklém překlopením podjednotek) je
prostor otevřen do intracelulárního prostoru. Protein mezi oběma těmito
konformacemi neustále přechází. Ve vnitřním prostoru jsou vazebná místa pro
glukosu.
d) Čtvrtý protein je taktéž tvořen dvěma podjednotkami. První
z podjednotek obsahuje na intracelulární straně vazebné místo pro sodný kation.
Po navázání sodného kationtu je protein fosforylován molekulou ATP, což vede
k jeho konformační změně – překlopení podjednotek a vypuzení sodného kationtu
do extracelulárního prostoru. Tím se ovšem vystaví do extracelulárního prostoru
vazebné místo pro draselný kation. Navázání draslíku stimuluje defosforylaci
proteinu, který se poté vrací do své původní konformace a uvolňuje draselný
kation do intracelulárního prostoru.
(12 bodov)
autor: Viliam Kolivoška
Technické múzeum je veľmi
komplikovaná budova rozdelená na
niekoľko oddelení. Začali sme
návštevou
oddelenia
parných
strojov, turbín a motorov. Ako sme
chodili okolo rozličných mašín
a zariadení, uvideli sme nástennú
tabuľu, na ktorej boli vysvetlené pracovné cykly jednotlivých strojov. Dozvedeli
sme sa, že medzi najstaršie cykly patrí tzv. Ottov cyklus, s ktorým súvisí aj naša
prvá úloha.
1. Predpokladajme, že pracovnou látkou v Ottovom cykle (viď obrázok
indikátorového diagramu Ottovho cyklu) je ideálny plyn a všetky čiastkové
deje v ňom sú vratné. Ottov cyklus začína adiabatickou expanziou (1→2),
pokračuje izochorickým odovzdaním tepla chladiču (2→3), adiabatickou
kompresiou (3→4) a uzatvára sa izochorickým prijatím tepla od ohrievača
(4→1).
a) Na základe vzťahov, ktoré platia pre vratný adiabatiký a izochorický dej
s ideálnym plynom, odvoďte tlakovú podmienku pre Ottov cyklus
p1
p
= 2
p4
p3
Do dalších tajů s membránami spojených společně pronikneme zase někdy
příště.
(1)
b) Pomocou tepelnej kapacity a rozdielov teplôt vyjadrite, čomu sa bude
rovnať práca a teplo pri jednotlivých dejoch (1→2, … , 4→1). Aké teplo prijme
stroj od tepelného rezervoáru počas jedného cyklu? Aké teplo odovzdá chladiču?
Aká je celková práca, ktorú vykoná počas jedného cyklu?
13
14
Série 1, zadání
c) Napíšte, ako je obecne definovaná účinnosť tepelného stroja .
d) Pre Ottov cyklus sa dá účinnosť vyjadriť vzťahom (κ je Poissonova
konštanta)
⎛V
η = 1 − ⎜⎜ L
⎝ VH
⎞
⎟⎟
⎠
κ −1
(2)
(Kto by si vzťah (2) chcel odvodiť, tak nech do
definície účinnosti dosadí výsledky získané v b) a
pokračuje v duchu odvodenia klasického Carnotovho
cyklu s uvážením tlakovej podmienky a zákonov pre
adiabatický a izochorický dej s ideálnym plynom.)
Všetci ale vypočítajte účinnosť tepelného motora, ak VH = 2000 cm3 a
VL = 500 cm3. Predpokladajte, že pracovnou látkou v Ottovom cykle je ideálny
plyn s cV,m = 20,8 J.mol-1.K-1.
Unesení impozantnými strojmi sme sa presunuli do oddelenia elektriny a
magnetizmu. Vedľa starých generátorov statickej elektriny sme uvideli zachovalý
a funkčný prototyp galvanického článku, ktorý údajne pred asi 200 rokmi vyrobil
fyzikálny chemik John Frederic Daniell. A Daniellovmu článku je venovaná aj
naša ďalšia úloha.
2. Daniellov článok je realizovaný medenou a zinkovou elektródou. Kovová
meď je ponorená do roztoku CuSO4 a zinok do roztoku ZnSO4. Oba roztoky
sú od seba oddelené polopriepustnou membránou.
a) Napíšte elektródové reakcie, ktoré prebiehajú na katóde a anóde.
b) Vypočítajte elektromotorické napätie Daniellovho článku pri 298 K, ak
viete, že a(Cu2+) = 2a(Zn2+). Štandardné potenciály E°(Cu2+/Cu) = 0,34 V
a E°(Zn2+/Zn) = -0,76 V. Potenciál kovovej elektródy sa dá vyjadriť vzťahom (3).
E( M z + / M °) = E°( M z + / M °) + (RT / zF) ln a M
z+
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
ešte jedným komponentom. Napíšte, ako sa tento komponent nazýva a nakreslite
ho.
Celí zelektrizovaní sme prešli do oddelenia lietajúcich strojov. Zaujal nás
nádherný starodávny balón plnený vzduchom. Jeden člen našej posádky sa opýtal,
aká bola v takom balóne teplota. A mňa vtedy napadlo, že túto otázku položím aj
ja Vám.
3. Vypočítajte, na akú teplotu musíme zohriať balón guľového tvaru
s polomerom 8,0 m, aby sa práve odlepil od zeme. Predpokladajte, že
hmotnosť balónu spolu s posádkou je 500 kg a tlak v balóne je rovný
atmosferickému tlaku (približne). Okolitá teplota je 25 °C a molárna hmotnosť
vzduchu je 28,95 g.mol-1.
Mysľou sme postupne zostúpili na zem a zistili, že sme už nejakí unavení. A tak
sme sa rozhodli, že už toho máme dosť a chceli sme ísť domov. Pri výstupe
z múzea sme ešte uvideli nádherný starý manometer naplnený ortuťou.
4. a) V literatúre skúste vyhľadať, kto ako prvý vynašiel manometer a zistil, že
s rastúcou nadmorskou výškou klesá tlak. (Bol to jeden z Pascalových žiakov.)
b) Ktorá jednotka tlaku je po ňom pomenovaná?
c) Výpočtom vysvetlite, prečo je výhodnejšie pri meraní tlaku vzduchu
používať
v barometri
ortuť
než
vodu
(ρ(H2O) = 0,998.103 kg.m-3,
3
-3
ρ(Hg) = 13,595.10 kg.m )
d) Nakreslite uzavretý ortuťový manometer. Stručne popíšte, ako by ste
pomocou neho zmerali atmosferický tlak.
Z múzea sme sa nakoniec predsa len nejako dostali. Pocítili sme náhly
nedostatok tekutín, ktorý sme okamžite vykompenzovali našim obľúbeným
nápojom. A všetci sme sa zhodli na tom, že ešte aj technické múzeum je plné
fyzikálnej chémie…
(3)
V rovnici (3) je z počet vymenených elektrónov pri redoxnom deji a a M z + je
aktivita príslušného iónu v roztoku. F (Faradayova konštanta) = 96 485 C.mol-1.
c) Hodnota, ktorú ste práve vypočítali, nie je celkom presná. V článku sa
vytvorí ešte kvapalinový potenciál. Kde sa vytvorí?
d) Pri presných meraniach v praxi možno kvapalinový potenciál eliminovať
tak, že membránu nahradíme nepriepustnou prepážkou a článok zmodifikujeme
15
16
Série 2, zadání
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
2. série
Úloha č. 1: Domino
(8 bodů)
autor: Zbyněk Rohlík
Θ
Dva mladí nadějní chemici Jan Ladislav Dusík a
Gustav Brom vymysleli a na svém kolegovi Petru
Niklovi vyzkoušeli domino inspirované periodickou
tabulkou.
Nejprve vyrobili hrací kameny tak, aby na každém
byly dva prvky (symbolizované velkým a malým
písmenem latinské či řecké abecedy) sousedící ve
skupině nebo v posloupnosti protonových čísel Z (tedy
například dvojicím As-Se, Be-B (!) nebo Ru-Os mohou
odpovídat kameny fň-FŇ, bž-BŽ nebo CHČ-chč). Pro jednoduchost vypustili
lanthanoidy (po La následuje Hf) a tabulku ukončili aktiniem. Při výrobě kamenů
také vynechali sedm prvků a označili je písmeny azbuky Б, Ж, Л, Щ, Ю, Э a Я.
Následovala sehrávka, jejíž záznam je na obrázku. Honza a Gusta se při hře řídili
jednoduchým pravidlem, že přiložit je možné jen kámen s písmenem
odpovídajícím prvku se Z o jedna větším či menším. Pro vás je důležité,
že použili všechny kameny a že u žádného písmene nechybí v záznamu sehrávky
více než jedno možné propojení (např. písmeno „V“ může sousedit (Z±1) jen
s jedním dalším písmenem kromě „v“; „λ“ může kromě „Λ“ a „π“ sousedit rovněž
jenom s jedním dalším písmenem). Navíc je vždy u příslušných písmen
přerušovanou stěnou naznačeno, že sousedí (Z±1) s jedním z vynechaných prvků
Б, Ж, Л, Щ, Ю, Э a Я.
T
t
q
G
Ж
g
k
Ю
18
Φ
Б
Щ
A
n
Π
π
u
a
N
λ
U
Λ
K
Ж
Б
X
x
Я
w
W
f
F
Vaším úkolem je tedy rekonstruovat zpětně periodickou tabulku ze záznamu
sehrávky použitím pravidel a informací obsažených v úvodu. Řešením úlohy je 75
uspořádaných dvojic písmeno-prvek a formou řešení úlohy je pak 75 písmen
vepsaných na odpovídající místa v periodické tabulce (jiná forma řešení – třebas
i správného – nebude uznána).
ξ
Я
r
R
ϕ
Q
S
s
Není důležité, kdo vyhrál, neboť se oba zúčastnili, a když potom Petr Nikl
zpětně přiřazoval jednotlivá písmena jednotlivým prvkům (o což se, doufám, za
chvíli začnete snažit i vy, milí soutěžící), mnoho se u toho pobavil. Samozřejmě
se mu to nakonec podařilo!
17
ϑ
Ξ
i
Щ
V
p
Э
B
Z
z
Δ
b
H
D
δ
j
h
d
P
O
o
Э
J
c
I
C
Σ
E
σ
e
v
M
y
l
Γ
γ
Л
L
m
Y
Л
Série 2, zadání
Úloha č. 2: Aspirin
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
5. a) Do jakých kategorií léčiv (podle účinku) jsou látky D a E zařazovány a
jaké tedy mají hlavní účinky? Jsou v nich nějaké odlišnosti?
(8 bodů)
autor: Jana Zikmundová
Aspirin je lék s dlouhou historií a tradicí, ale k jeho vzniku
vedla cesta ještě delší. Již před několika tisíci lety lidé věděli, že
stejné účinky má i vývar z kůry stromu dobře známého i u nás.
Bylo však velmi problematické identifikovat účinnou látku a
vyrobit ji synteticky. Pokusme se k účinné látce dostat i my!
V kůře zmíněného stromu se nachází látka A (C13H18O7) se dvěma primárními
alkoholovými skupinami, která kyselou hydrolýzou poskytuje látky B a C. Látka
B je základní stavební jednotkou celulózy, C obsahuje dvě hydroxylové skupiny.
Zoxidujeme-li postranní řetězec látky C do třetího stupně, vzniká látka D, jež se
používala pro stejné léčebné účinky jako Aspirin. Acylací acetanhydridem (reakce
1) vzniká E, účinná látka Aspirinu.
b) Znáte nějaké další léky (resp. účinnou látku) ze stejné skupiny? Ke každé
skupině napište alespoň jeden další příklad.
6. Poslední dobou se zkoumají hlavně preventivní účinky Aspirinu. Víte jaké?
7. Aspirin je velmi oblíbený a při domácím léčení se často používá. Víte ale,
kdy a komu byste Aspirin neměli podávat? Rozhodněte a zdůvodněte, jestli
byste Aspirin naordinovali v těchto případech: pětiletému dítěti s neštovicemi,
člověku s bolestí zubů, přepracované podnikatelce s migrénou a žaludečními
vředy, kamarádovi s naraženým kolenem, nachlazené ženě v osmém měsíci
těhotenství.
1)
A
H+/H2O
-B
C
oxidace
D
E
2)
2. a)
Jaký je rozdíl mezi Aspirinem a Acylpyrinem?
b) Napište, z jakého stromu se získával léčivý vývar.
c) Určete látky A až E, nakreslete jejich strukturní vzorce a pojmenujte je
(nejlépe triviálními názvy).
3. Látka D se již nepřipravuje z kůry, ale průmyslovým způsobem. Po kom se
tato syntéza nazývá? Popište stručně její reakce, případně nakreslete schéma.
4. Látka D je metabolitem látky E v lidském těle (hydrolýza, reakce 2) a
způsobuje také většinu účinků Aspirinu. Proč se tedy nepodává přímo D jako
před objevením Aspirinu?
Aspirin se všeobecně pokládá za „bezpečný“ lék. Mechanismus jeho účinku
spočívá v nespecifické inhibici enzymů zvaných cyklooxygenasy, které katalyzují
přeměnu kyseliny arachidonové na prostaglandiny, prostacyklin a tromboxan.
Zvýšená produkce prostaglandinů ve tkáni jednak signalizuje zánětlivé reakce,
ale v menší míře je potřebná i ve zdravém organismu. Vedlejší účinky Aspirinu
jsou způsobené inhibicí té skupiny cyklooxygenas, která katalyzuje tvorbu
potřebných produktů. Ty ovlivňují v těle mnoho pochodů a je pravděpodobné, že
některé jejich účinky nebyly ještě objeveny.
19
20
Série 2, zadání
Úloha č. 3: Kávové prstýnky
(8 bodů)
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 4: Modrá a Zelenej
autor: Karel Berka
(9 bodů)
autor: Helena Handrková
Už jste někdy pozorovali zaschlou kapku kávy nebo čaje? Pak
jste si jistě všimli, že se na jejím okraji vytváří tmavý proužek,
který připomíná prstýnek. Zamysleli jste se ale nad tím, proč se
vytvářejí právě prstýnky a skvrna není nejtmavší uprostřed? Ne?
Tak to nyní můžete napravit.
8. Zkuste vymyslet, proč se prstýnek vytvoří na těchto površích:
• na papíře, který saje;
• na pevném stole, který rozhodně sát nemůže;
• pod hrnkem kdekoliv. Speciálně v přítomnosti maminky, kdy zvěstují
nepříjemnosti. Vymyslete, proč se vytvoří dva prstýnky.
U každé podotázky uveďte nejen vysvětlení ve větách, ale heslovitě i názvy
užitých fyzikálních pojmů specifických pro danou podotázku (tání, záření černého
tělesa, apod.).
9. Efekt tvorby prstýnku na sacím papíře dal vzniknout jedné jednoduché
analytické metodě. Napište jaké. Uveďte také, jaké je experimentální
uspořádání této metody.
10. Co by se stalo, kdybychom kapku na pevném povrchu vysušili pomocí fénu?
Získali bychom prstýnek? A co by se stalo v případě bleskového vysušení
kapky do vakua?
11. Jak jsem již psal, tvorba kol kolem hrnků je problémem zvláště v přítomnosti
maminky. Jak se lze elegantně vyhnout pokárání?
12. Při troše experimentování se dají pomocí skvrn od kávy nebo čaje získat pěkné
obrázky. Pošlete nám váš nejpovedenější experiment. Nejkrásnější tři se
objeví v KSICHTu a budou vystaveny na KSICHTí nástěnce.
Richard objevil na sýru v ledničce zajímavé kolonie
plísní a rozhodl se je podrobit důkladnějšímu zkoumání.
Jednalo se o velmi vzácné druhy, jejichž latinská jména
znějí spíše jako zaříkadla hadů, a tak plísně pojmenoval
podle barvy Modrá a Zelenej. Podělil se o radost z tohoto
objevu s kolegou Jiřím, který ho upozornil, že těmto
kulturám je vlastní pestrost a bohatost proteinových struktur, zejména určitého
povrchového proteinu… říkejme mu třeba X. Pomozte Richardovi analyzovat tyto
proteiny X a porovnat vzorky z Modré a Zeleného.
Elektroforézou v polyakrylamidovém gelu za redukujících podmínek byla
molekulová hmotnost receptoru X určena přibližně jako 40 kDa. Zjistili jste,
že povrchový protein X z obou plísní tvoří dva fragmenty spojené disulfidickým
můstkem: jeden polypeptidový řetězec je velký a chová se u obou vzorků (tedy
X(Modrá) i X(Zelenej)) stejně, kdežto v malém oligopeptidu jsou rozdíly zásadní.
Označme nyní M malý fragment proteinu X(Modrá) a Z malý fragment
proteinu X(Zelenej). Dopídili jste se k následujícím informacím, které shrnuje
tabulka 1.
Tabulka 1. Výsledky analýzy oligopeptidů M a Z
Počet aminokyselin
Úplná hydrolýza
Edmanovo odbourávání
Štěpení trypsinem
Štěpení chymotrypsinem
Štěpení proteasou V8
CNBr
2-nitro-5-thiokyanobezoát
Fragment M
11
Gly, Ser, Thr, Cys, Met, Ile,
Tyr, Trp, Glu, Lys
derivát glycinu
Gly-Ser-Lys,
oktapeptid začínající Tyr-Glu
Thr,
Ile-Tyr,
tetrapeptid začínající Gly-Ser,
tetrapeptid začínající Glu-Met
pentapeptid a hexapeptid
pentapeptid začínající Cys-Trp,
hexapeptid
identické jako po CNBr
Fragment Z
9
Arg, Gly, Thr, Cys, Met,
Phe, Lys, Ala, Pro
derivát glycinu
Gly-Thr-Arg,
hexapeptid
Lys-Pro,
heptapeptid
nebylo provedeno
Phe-Lys-Pro,
hexapeptid
tetrapeptid a pentapeptid
13. Jaká je primární struktura oligopeptidů M a Z? (Pokud není jednoznačná,
uveďte všechny možnosti, které vyhovují zadání.)
14. Jsou tyto oligopeptidy kyselé, bazické nebo neutrální?
15. Který peptid (M nebo Z) bude silněji absorbovat (bude mít vyšší molární
absorpční koeficient) při 500, 280 a 210 nm?
21
22
Série 2, zadání
16. Očekáváte u M nebo Z pravidelnou sekundární strukturu (šroubovice,
skládaný list…)?
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 5: Radioaktivní křeček
17. Jak by byl asi dlouhý (párů bází, bp) gen, přesněji řečeno exon, který kóduje
velký fragment proteinu X? Výsledek uveďte na 2 platné číslice.
Křeček polní (Cricetus cricetus) patří mezi
drobné hlodavce z čeledi křečkovitých. Má zavalité
tělo s krátkým ocasem, váží asi 400 g a má poměrně
pestře zbarvenou srst. Jeho nejnápadnějším znakem
jsou lícní torby, ve kterých přenáší potravu. Obývá
louky, pole a stepi. Je rozšířen od Belgie až po
jihozápadní Sibiř.
18. Kolik různých nukleotidových sekvencí by bylo schopno kódovat fragment Z?
19. Podařilo se vám připravit (v dostatečném množství a čistotě) jeden
z oligoribonukleotidů, které kódují fragment Z. Na začátek tohoto fragmentu
jste připojili start kodon a na konec stop kodon. Vpravili jste tento
oligoribonukleotid do buňky plísně příbuzného druhu. Jaký byl další osud
tohoto oligoribonukleotidu v buňce?
Příloha
Trypsin hydrolyzuje peptidy za lysinem a argininem; chymotrypsin za
fenylalaninem, tryptofanem a tyrosinem; proteasa V8 za glutamátem (pokud
ovšem bezprostředně nenásleduje prolin).
Bromkyan štěpí peptidy za methioninem a 2-nitro-5-thiokyanobenzoát před
cysteinem.
Při elektroforéze za redukujících podmínek se do vzorkového pufru přidává
činidlo, které redukuje disulfidické S-S můstky na volné -SH skupiny.
Start kodon: trojice bází AUG, která kóduje methionin; proteosyntéza v buňce
začíná vždy od tohoto tripletu.
Stop kodon: trojice UAA, UAG nebo UGA, která nekóduje žádnou
aminokyselinu, ale ukončuje proteosyntézu.
(16 bodů)
autor: Richard Chudoba
I volně žijící křeček je radioaktivní. Jeho radioaktivitu způsobuje biogenní
prvek draslík, konkrétně jeho izotop 40K, který je obsažen v křečkovi v množství
asi 200 μg.
Křeček byl vybrán jako pokusný organismus pro experiment. Do žíly mu byl
vpraven roztok 24NaCl o aktivitě 200 kBq. V určitých časových intervalech mu
bylo odebráno vždy stejné malé množství krve a měřena její aktivita (tabulka 2).
Na základě těchto dat byl spočten biologický poločas sodíku v organismu.
1. Jakým radioaktivním přeměnám podléhá
rovnicemi.
40
K a
24
Na? Zapište jadernými
2. Které izotopy a které izobary draslíku 40K a sodíku 24Na jsou stabilní? Jakým
pravidlem se řídí stabilita jader izobarů?
3. Jak byste připravili 24Na? Zapište jadernou rovnicí.
Nápověda: Vedlejším produktem je částice α.
4. Z experimentálních dat určete biologický poločas sodíku v organismu.
5. Jakou dávku křeček absorbuje za rok kvůli své přirozené radioaktivitě? Střední
hodnota energie absorbovaná při jednom rozpadu 40K: E = 360 keV.
6. Největší podíl na celkové roční absorbované dávce však nemá
20 %), ale jiný prvek. Který?
40
K (jen asi
7. Jakou dávku křeček absorboval kvůli experimentu? Střední hodnota energie
absorbovaná při jednom rozpadu 24Na: E = 1,65 MeV.
8. Je pravděpodobné, že se po experimentu u křečka projeví nemoc z ozáření?
23
24
Série 2, zadání
3. série
Data
Tabulka 1. Poločasy rozpadu
nuklid
40
K
24
Na
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 1: Slavní chemici
poločas rozpadu
1,25.109 let
15 hodin
Jak jistě víte, organická chemie je plná zajímavých
reakcí. Hodně z nich je pojmenováno po svých objevitelích
nebo badatelích, kteří pro tyto reakce našli praktické využití.
V této úloze se blíže seznámíme s některými chemiky a
reakcemi, jež jsou po nich pojmenovány.
Tabulka 2. Experimentální data
čas [h]
aktivita [Bq]
1
72,1
2
65,0
(7 bodů)
autor: Mario Babuněk
4
52,7
8
34,8
16
15,2
24
6,6
Radioaktivní rozpad a stejně tak i vylučování radionuklidu je popsáno rovnicí
kinetiky prvního řádu (1). Aktivita A představuje počet rozpadů za jednotku času.
Integrací výrazu (1) získáme závislost počtu částic na čase (2).
dN
A=−
= λN
(1)
dt
N = N 0 e −λ t
(2)
N0 značí počet částic na počátku, N počet částic v čase t a λ rychlostní
(rozpadovou) konstantu.
Chemik A (1850 – 1910)
Narodil se v Praze v rodině muzikanta. Studoval na německé vysoké škole
v Praze a poté ve Vídni. Od roku 1873 byl asistentem Friedricha Rocheldera na
univerzitě ve Vídni. Jeden z jeho studentů Fritz Pregl získal v roce 1923
Nobelovou cenu. Roku 1887 se stal profesorem chemie v Grazu. Zabýval se
syntézou některých dusíkatých heterocyklů.
Chemik B (1877 – 1968)
Tento ruský chemik studoval na univerzitě v Kazani, kde také začal pracovat
ve výzkumu pod Zajcevovým vedením. Zabýval se nejprve organozinečnatými
sloučeninami a pak organickými deriváty kyseliny fosforečné. Během první
světové války vypomáhal při syntéze kyseliny salicylové a jejích derivátů.
Chemik C (1897 – 1978)
Tento anglický chemik se narodil 9. listopadu 1897 v Cambridgi. Jeho otec byl
farmaceut. Od roku 1915 studoval na univerzitě v Cambridgi, ale hned
v následujícím roce studium kvůli válce ukončil. V roce 1918 se stal válečným
vězněm a zbytek války strávil v Německu. Pak se vrátil na univerzitu a tam
působil až do své smrti. Zabýval se fotochemickými reakcemi a reakční kinetikou.
Roku 1967 dostal Nobelovou cenu za chemii. Zemřel 7. června 1978.
Chemik D (1871 – 1935)
Tento francouzský chemik se narodil v Cherbourgu. Byl synem výrobce lodí.
Nejdříve studoval matematiku a potom chemii na univerzitě v Lyonu. Od roku
1910 byl profesorem chemie. V roce 1912 dostal Nobelovou cenu za chemii
společně s Paulem Sabatierem. Zabýval se organokovy. Zemřel 12 dní před
Vánocemi roku 1935.
25
26
Série 3, zadání
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Chemik E (1825 – 1909)
Úloha č. 2: Po výbuchu
Narodil se ve Wiesbadenu v Německu. Studoval v Giessenu a v Heidelbergu.
Společně s Robertem Bunsenem vypracoval studii o hnojivech. Jeho práce
zahrnovala syntézu několika organických sloučenin, např. kyseliny isomáselné
(1865); v roce 1861 vynalezl kónickou baňku, která je po něm pojmenována.
Akademickou práci musel v roce 1883 ze zdravotních důvodů opustit, ale
pokračoval nadále jako poradce. Zemřel v Aschaffenburgu.
autor: Václav Kubát
Chemik F (1886 – 1975)
Tento anglický chemik se narodil v Ruffordu v rodině dělníka. Ve volném
čase se věnoval horolezectví (Alpy, Pyreneje, Norsko, Nový Zéland), šachům,
fotografování a hudbě. Vystudoval universitu v Manchesteru, kde roku 1910
získal titul DrSc. V roce 1947 získal Nobelovou cenu za výzkum dusíkatých látek,
především alkaloidů (nikotin, kokain, chinin, kofein). Zemřel 8. února 1975.
(8 bodů)
Takový nepořádek v laboratoři ještě nebyl. Všude střepy,
rozbité a rozsypané chemikálie. Jako po výbuchu. Vlastně ne
jako – po výbuchu. A Jarda to musí všechno uklidit. Za výbuch
totiž může on. On neumí zapalovat kahan, on nechal puštěný
plyn a šel hledat sirky. A potom i škrtl. Byl moc horlivý, těšil
se na plamenové zkoušky, které měl dělat, a spěchal. Vše už
měl nachystáno, platinový drátek i vzorky solí (Li+, Na+, K+,
Sr2+ a Ba2+), stačilo jen nebouchnout při zapalování kahanu. Ještě štěstí, že se
nikomu nic nestalo.
1. Opakování je matka moudrosti, takže mi zkuste popsat správný postup při
zapalování kahanu.
1. Napište jména chemiků A až F.
2. Znáte latinský originál přísloví „opakování je matka moudrosti“? Napište jej.
2. Napište reakce (reaktanty, produkty a reakční podmínky) pojmenované po
těchto chemicích (reakce 1 až 6).
3. Jak barví plamen soli uvedené v úvodním textu?
3. Z prvních písmen příjmení chemiků A až F složte jméno známého biochemika
(chemik G).
4. Napište reakci týkající se proteinů pojmenovanou po tomto biochemikovi
(reakce 7).
5. Jakou barvu má barevný produkt vznikající při reakci 7?
4. Chtěl-li Jarda dokazovat i K+, mohl potřebovat ještě jednu pomůcku kromě
platinového drátku a kahanu. Co to bylo a proč to potřeboval?
Jarda uklízel a uklízel a postupem času ho napadlo, že by mohl zjistit, co to
všechno rozbil. Tušil sice, jaké chemikálie byly v rozbitých lahvích, ale když už
nedělal ty plamenové zkoušky, mohl by si alespoň dokázat, co to rozbil – jen tak
se nechtěl vzdát možnosti udělat si aspoň nějaký pokus. Vyždímal tedy hadr,
kterým utíral stůl, do kádinky a dal se do díla. Výsledkem jeho snažení byl
seznam iontů přítomných v odebraném roztoku a popis jejich důkazů:
Ion 1: Lakmusový papírek ponořený do roztoku se zbarvil do červena.
Ion 2: Dusičnan stříbrný vysrážel sraženinu A rozpustnou v NH3 za vzniku
sloučeniny B. Po okyselení kys. dusičnou došlo k opětovnému vysrážení
sraženiny A.
Ion 3: S chloridem barnatým poskytoval bílou sraženinu C nerozpustnou
v kyselině dusičné.
Ion 4: Poskytoval pozitivní reakci s alizarinem (červený lak nerozpustný ve
zředěné kys. octové).
Ion 5: Reakcí s hexakyanoželeznatanem vznikla modrá sraženina D.
Ion 6: Reakcí s kyselinou šťavelovou vznikla bílá sraženina E, ion barvil plamen
cihlově červeně.
27
28
Série 3, zadání
5. Identifikujte ionty 1 až 6 a sloučeniny A až E. Vyčíslenými rovnicemi popište
všechny zmíněné reakce (kromě reakce s alizarinem, tj. celkem 6 reakcí). Kde
je to vhodné, použijte iontových rovnic.
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 3: Myjete se?
(10 bodů)
autor: Karel Berka
Nudíte se? Kupte si medvídka mývala. Myjete se? Kupte si ho
taky.
6. Podívejme se ještě na ion 5:
o
Při jedné reakci, jíž také lze ion 5 dokázat, vzniká efektní krvavě červeně
zbarvený roztok. S čím takto ion 5 reaguje?
K řešení této úlohy je zapotřebí důkladná příprava, kterou ocení
především čistotné dívky:
o
Pojmenujte sraženinu D systematickým i triviálním názvem. Existuje
ještě jedna modrá sraženina podobného složení vzniklá reakcí iontu 5 v nižším
oxidačním stavu s hexakyanoželezitanem. Napište její vzorec a opět
systematický i triviální název.
Umyjte si ruce klasickým nebo tekutým mýdlem. Ovšem daleko
lépe se na úlohu připravíte, pokud si před řešením umyjete i hlavu.
Tak k ní budete přistupovat čistí na těle a tím částečně i na duchu.
Připraveni?
Nejdříve se zastavíme u mýdel:
1. Napište vzorec a název hlavní složky klasického pevného mýdla.
2. Rovnicí popište výrobu pevného mýdla.
3. Napište vzorec a název hlavní složky tekutého mýdla (vodu slyšet nechci).
Ale protože nejen mytím rukou živ jest kosmetický průmysl, zastavíme se
ještě u šampónů, kterými si ti čistotnější z vás právě umyli vlasy.
Důkladnou studií pěti šampónů uzmutých potajmu v kolejních sprchách jsem
zjistil, že se šampóny po chemické stránce příliš neliší. Udělal jsem pro vás výběr
hlavních složek:
Aqua, Sodium Laureth Sulfate, Sodium Chloride, Cocamidopropyl Betaine,
Parfum, Citric Acid, Polyquaternium-7, Panthenol, Limonene, Linalool, Disodium
EDTA
4. Pro jednotlivé složky šampónu (pokud to jde) napište:
• vzorec;
• český IUPAC název;
• důvod, proč v šampónu je.
5. Při té příležitosti zkuste zjistit (a napsat), co značí zkratka IUPAC.
6. Ve vzorku testovaných šampónů se objevil i šampón proti lupům obsahující
ketokonazol. Jaký účinek má tato látka? Do jaké třídy léčiv patří?
Poznámka: Veškeré uzmuté šampóny byly po zjištění složení vráceny svým
majitelkám.
29
30
Úloha č. 4: Novokain, lidokain, kokain
Série 3, zadání
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
(9 bodů)
Průměrná hodnota mobility látky (ve všech svých formách) v roztoku se pak
nazývá efektivní mobilita µeff a zřejmě souvisí se stupněm disociace.
autor: Richard Chudoba
Novokain, lidokain a kokain patří mezi účinná
lokální anestetika. Novokain byl vůbec první syntetické
lokální anestetikum, které se dalo aplikovat injekčně.
Připravil jej v roce 1905 německý chemik Alfred
Einhorn. Název pochází ze slov novus – nový a kain –
kokain. Nyní se již používá zřídkavě, nahradil jej
šetrnější a účinější lidokain. Lidokain a novokain se
používají zejména v zubním lékařství.
K oddělení a stanovení těchto anestetik se dá úspěšně využít kapilární zónové
elektroforézy (CZE). Elektroforéza je separační technika založená na různé
migrační rychlosti nabitých iontů v elektrickém poli. Charakteristikou iontu je
jeho elektroforetická pohyblivost (mobilita) µe. Je to koeficient úměry mezi
intenzitou elektrického pole E a migrační rychlostí u (1). Ionty s vyšší mobilitou
se pohybují rychleji a jejich migrační čas je proto kratší.
u = μe E
(1)
Slabé kyselé jednosytné elektrolyty bývají disociovány jen zčásti. Stupeň
disociace elektrolytu α je poměr koncentrace disociované (u kyselých látek
nabité) formy ku celkové koncentraci látky (2). Je-li látka disociovaná např.
z 50 % (α = 0,5), tak v každém okamžiku je polovina molekul elektroneutrálních a
polovina molekul nabitých. Z pohledu jedné molekuly, pak molekula tráví
polovinu času v nabité formě a polovinu času ve formě elektroneutrální.
α=
-
[X ]
[HX 0 ] tot
(2)
Hodnoty mobilit se často uvádějí v jednotkách EU (electrophoretical units),
které vyjádřeny v SI mají rozměr [10-9 m2 s-1 V-1].
Anestetika byla nejprve separována CZE v acetátovém pufru (1:1). K oddělení
látek však nedošlo. Při druhém pokusu o separaci pomocí CZE byl použit tris pufr
(1:1) a separace již proběhla úspěšně. Elektroferogramy obou separací jsou
uvedeny na obrázcích 1 a 2.
Acetátový pufr (1:1) obsahuje 20 mM kyselinu octovou (pKa = 4,76) a 10 mM
hydroxid sodný. Tris pufr (1:1) je složen z 20 mM tris(hydroxymethyl)aminomethanu (pKa = 8,08) a 10 mM kyseliny chlorovodíkové. Hodnoty středního
aktivitního koeficientu jsou pro jednomocné ionty v obou pufrech rovny γ± = 0,90.
1. K čemu se používají anestetika? V jakém oboru medicíny nalezl uplatnění
kokain?
2. Seřaďte novokain, lidokain a kokain podle vzrůstající kyselosti. Jedná se
obecně o látky kyselé nebo zásadité?
3. Kolik bude efektivní mobilita µeff novokainu v pufru o pH = 9,10? Uvažujte
γ± = 1.
4. Proč nedošlo k separaci anestetika v acetátovém pufru (1:1)?
5. Kolik je pH tris pufru (1:1)?
6. Spočítejte efektivní mobility anestetik v tris pufru (1:1).
7. Přiřaďte píky na elektroferogramu 2 jednotlivým látkám.
Tabulka 1: Limitní mobility a disociační konstanty
látka
novokain
lidokain
kokain
Pro slabé zásadité jednosytné elektrolyty platí obdobný vztah (3),
jen disociovaná forma je elekroneutrální a nedisociovaná forma nabitá.
α=
[X 0 ]
[HX + ] tot
(3)
pKa(+1)*
9,10
7,85
8,69
* Symbol (+1) značí, že veličina se vztahuje k formě s nábojem +1.
Mobilita dané formy látky v nekonečně zředěném roztoku se nazývá limitní
mobilita µlim a bývá tabelovaná. V reálných roztocích se aktuální mobility µ
jednotlivých forem liší od limitních hodnot v důsledku vzájemného působení
iontů. U roztoků s malou iontovou silou (nízkou koncentrací iontů) ji lze
odhadnout pomocí středního aktivitního koeficientu γ±.
μ = γ ± μ lim
µe(+1) [EU]*
25,7
23,6
24,0
Poznámka: Experiment nebyl ve skutečnosti proveden, ale byl simulován programem
PeakMaster – http://natur.cuni.cz/gas.
(4)
31
32
Série 3, zadání
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 5: Voňavá chemie
(10 bodů)
autor: Martin Kuchař
Igor byl mladý organický chemik. Blížily se Vánoce, a tak
chtěl překvapit své blízké originálním parfémem svěží
květinové vůně. Pro parfém si vybral mimo jiné i látku, která
dává květům citrusových stromů jejich příjemně svěží vůni.
Tato látka s příhodným názvem citral patří do skupiny terpenů.
Protože Igor byl hrdý a zdatný chemik, rozhodl se pro totální
syntézu, aniž by izoloval vhodné prekurzory z přírodního
materiálu.
Během chvilky briskně napsal na papír několik možných syntéz a šel
se podívat do skladu s chemikáliemi. Po prohlédnutí lednice s alkyny se
zaradoval. Objevil láhev s but-2-yn-1-olem, což byla výchozí látka pro jednu
z možných syntéz. Ani mu nevadilo, že ona syntéza je mnohem delší než ostatní.
Obrázek 1: Separace anestetik v acetátovém pufru (1:1)
I.
K roztoku but-2-yn-1-olu v etheru byl přidán oxid manganičitý. Heterogenní
směs byla míchána 2 hodiny při laboratorní teplotě za vzniku látky A.
II.
K produktu A byl přidán vodný roztok HI. Reakční směs byla zahřívána na
90 °C po dobu 16 hodin. Po chromatografickém přečištění byly získány
pouze dva izomerní produkty B a C (ze 4 možných), termodynamicky
stálejší převažoval a byl použit do další reakce (C). Hmotnostní
spektrometrií byla u izomerů zjištěna relativní molekulová hmotnost
195,939. 1H NMR spektrum obou izomerů vykazovalo singlet a dva dublety.
III. K látce C byl přidán ethylenglykol a malé množství vyžíhané kyseliny
p-toluensulfonové. Po několika hodinách zahřívání byl získán produkt D.
IV. K roztoku látky D v suchém THF byl za chlazení přidán roztok n-butyllithia.
Po proběhnutí reakce byla do reakční směsi přidána suspenze půl
ekvivalentu CuI v THF. Vzniklo tak reaktivní činidlo E.
Obrázek 2: Separace anestetik v tris pufru (1:1)
V.
K látce E byl přidán prop-2-en-1-al. Reakce byla ukončena přídavkem vody
za vzniku F.
VI. Isopropyljodid byl zahříván s trifenylfosfinem v DMSO. Po proběhnutí
reakce a vychlazení byl do reakční směsi přikapán ekvivalent n-butyllithia za
vzniku činidla G. K tomuto činidlu byla přidána látka F za vzniku produktu
H.
VII. Žádaná vonná esence I byla získána kyselou hydrolýzou látky H.
Vaším úkolem je napsat vzorce látek A až I a zodpovědět následující otázky.
33
34
Série 3, zadání
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
1. Pokuste se vymyslet, proč v první reakci bylo možné použít šetrné činidlo
MnO2 a vyhnout se jedovatým sloučeninám chromu?
4. série
2. Jak se nazývají činidla připravená podle reakce IV?
autor: Michal Řezanka, Pavel Řezanka
3. Pojmenujte reakci VI a zamyslete se, proč by vadil nadbytek n-butyllithia.
Úloha č. 1: Osmisměrka
E
P
O
I
T
(10 bodů)
J
B
A R Y
T
T
I
T
A N
I
T
L
A M S
I
I
L
S
F
T
I
I
A
R Y
R
L W Y
E
N O D
E
A
R
E
D N
H Y O O
E
O A
U Y K U N
I
T
K R
L
N
R H N N M D
E
E
K
E
Y O
I
F
G
I
D
L
F
T
P
T
T
L
I
T
U
I
Ě
A
R O
T
I
R U
P
I
A
J
M N G A
I
N
E
O
I
B
C D U O H H
T
S
A
R
R
L
H H
T
O
L
A U A A M A U
I
D G
E
V
E
R
S
Y
C
R
C W N O
B
L
K U
I
L
B
T
B
A K
E
E
N
N
T
I
L
L
A G
E
E
S
O
E
P
C
T
P
K D
L
N X
L
K
I
O
D
E
N A O O
T
P
A
L
L
A
L
R D A A
I
K K H
L
G K
E
Y
R
T
L
O O A D
E
N O
I
I
S
I
H
T
P
B
T
R
E
H
T
T
T
U
I
Y
I
A
F
T
U
R M E
R
R N
F
L
R O
S
I
F
U
I
I
Y
E
T
H
I
A
T
I
B O N
Í
V
L
Y
S M O
I
E
E
E
A K
T
R
Z
O
I
U O A
D U
T
Í
T
I
B O N A D K O
T
T
C
E
V
I
Z
A K
N O M
I
T
N A
E
S
R
I
N
E
C
C
L
E
C
N N
K
R
K
L
B
.
1. V letošní osmisměrce se zaměříme na minerály. Každému minerálu přiřaďte
název a ten potom zaškrtněte v osmisměrce. Osmisměrku nám posílat
nemusíte, stačí, když nám napíšete číslo minerálu a k němu příslušný název
(vždy jednoslovný). Pokud pro dané chemické složení existuje více názvů,
uveďte ten, který je v osmisměrce.
Upozornění: Tučně označený minerál považujte za zaškrtnutý.
2. Nevyškrtnuté znaky (včetně mezer apod.) tvoří tajenku. Napište ji.
Upozornění: Písmeno CH považujte za dva znaky, tzn. za C a H!
35
36
Série 4, zadání
3. Seřazení minerálů není náhodné. Podle čeho jsou tedy seřazeny?
4. Vtip (včetně tajenky) přeložte do češtiny.
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 2: Zapáchající kapalina
autor: Zbyněk Rohlík
(12 bodů)
Ostře zapáchající dýmavá kapalina A hustoty
ρ(25 °C) = 1,73 g.cm–3 a indexu lomu nD25 = 1,61 je důležitou
surovinou v chemii i technologii prvku B. Na základě
následujících indicií se pokuste určit totožnost A i ostatních
látek vystupujících v následujícím textu, nazvat je a odpovědět
na otázky jich se týkající.
A reaguje s kovovým hořčíkem za zvýšené teploty a poskytuje prvek B, této
reakce se přitom používá i k výrobě prvku. S ekvivalentem B při zahřívání
poskytuje A černou látku C, nestálou vůči působení vzduchu i vody.
Rozpouštěním B v horké kyselině chlorovodíkové vzniká červenofialový
roztok citlivý na vzduch. Lze z něj získat fialové krystalky D. Z roztoku D
v kyselině sírové krystalují po přídavku síranu cesného dobře vyvinuté světle
fialové osmistěny E.
Vnášením A do tetrahydrofuranu (THF) lze připravit žlutou sloučeninu F,
která podle elementární analýzy obsahuje 14,3 % prvku B a 28,8 % uhlíku.
Dear professor Schmidt – I’m extremely sorry to
bother you this late at night, but the library is closed
and as there is a test tomorrow, …
Dokončení vtipu je uvedeno v tajence.
Tabulka 1. Vzorce minerálů vyskytujících se v osmisměrce
Číslo
Vzorec
Číslo Vzorec
FeCO3
Na3[B4O5(OH)4]⋅8 H2O
1
16
2
KCl
17
Al2O3
3
NaCl
18
CuGaS2
CuFeS2
Ca10Si18O46⋅18 H2O
4
19
5
KAlSi3O8
20
TiO2
6
NaAlSi3O8
21
MnO2
7
LiAlSiO4
22
Sb2S3
8
Be3Al2Si6O18
23
FeSb2S4
9
CaF2
24
FeS
Ca5(PO4)3F
(UO2)2SiO4⋅2 H2O
10
25
CuNiSbS3
Fe2O3⋅n H2O
11
26
12
As2S3
27
Fe3O4
13
CaTiSiO5
28
TlPbAs3S6
14
As4S4
29
Fe2O3
15
BaCa(CO3)2
30
Co9S8
*V literatuře se lze setkat i se složením U3O8
Číslo
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
Reakcí A s cyklopentadienidem sodným (NaCp, Na+C5H5–) vzniká podle
molárního poměru několik látek, z nichž G poskytuje s jedním ekvivalentem
kyseliny šťavelové za vhodných podmínek neutrální látku H neobsahující chlor.
Kryoskopicky bylo stanoveno, že M(H) činí přibližně 270 g.mol–1.
Vzorec
CoS
Cu2S
PbCrO4
Ni9Bi2S8
CoAsS
CoAs2
RuS2
PbS
HgS
UO2*
Hg6Si2O7
Cu7Hg6
Pt2FeNi
37
Hydrolýzou A, která probíhá velice ochotně, vzniká látka I používaná jako
pigment.
S roztokem chloridu amonného v kyselině chlorovodíkové poskytuje A
nažloutlou látku iontové povahy, jíž bylo přisouzeno písmeno J.
1. Napište vzorce a názvy látek A až H.
2. Jakým způsobem se lze dostat z I zpět k A?
3. Nachází se některá výše uvedená sloučenina prvku B v přírodě?
4. a) Podle způsobu izolace z roztoku v HCl lze získat rovněž zelené krystalky
(D*), které mají stejné složení jako D. Nazvěte látku D*. Jak se nazývá typ
izomerie představovaný vztahem mezi D a D*?
38
b)
K čemu se látka D používá v analytické chemii?
c)
Je D paramagnetikum či diamagnetikum?
d)
Čím je způsobena barva látky D?
Série 4, zadání
5. THF je běžné laboratorní rozpouštědlo. Lze připravit analoga látky F také
s DMSO, DMF, hexanem, CHCl3, Et2O, DIOX, EtOH, PhMe, CCl4 a H2O?
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 3: Teploměr
(10 bodů)
autoři: Karel Berka, Jan Havlík, Peter Košovan
6. Jaký je tvar aniontu v J?
Jang představuje mužský princip; zároveň i teplo, sílu, velikost,
pohyb a aktivitu.
7. Jistý prvek b, ačkoli je prvku B v periodické tabulce dosti vzdálen, vykazuje
překvapující podobnosti v chemickém chování. Například existuje analogická
kapalina a (hustoty ρ(25 °C) = 2,23 g.cm–3 a indexu lomu nD20 = 1,51), která
poskytuje látky f, i, j analogické F, I a J stejnými reakcemi.
Jin je ženský princip, ale také chlad, prázdnota, malost, slabost,
nehybnost a pasivita.
a)
Identifikujte a, b, f, i a j a doplňte názvy a rovnice.
Tak jako jin a jang patří k sobě i pojmy teplo a teplota. Pokud jim
porozumíte, najdete v sobě i odpovědi na otázky v této úloze.
b)
Jak bude a reagovat s fenylmagnesiumbromidem?
Část A – Větrno
c)
Zodpovězte otázku 3) pro prvek b.
d)
Chová se a vůči rozpouštědlům uvedeným v otázce 5) stejně jako A?
e)
Sloučeniny a a j mají hezké triviální názvy. Uveďte je.
Venku bylo relativně chladno, pod mrakem a bezvětří. Teploměr
ukazoval +15 °C. I přes to, že Peter sice nebyl příliš oblečený, bylo
mu vcelku teplo a sucho. Najednou však začal foukat silný vítr.
Teploměr sice i po dalších deseti minutách ukazoval stejných +15 °C, ale Petrovi
náhle začala být pěkná zima. Běžel se proto rychle přiobléknout.
1. Je teploměr pokažený, když ukazoval stále stejnou teplotu, i když se podle
Peterových smyslů zjevně ochladilo? Nebo je chyba v něčem jiném?
2. Změnila se teplota vzduchu nebo ne?
3. V jakém případě by mohla nastat opačná situace, tedy, že by bylo Petrovi
tepleji, pokud by začal foukat vítr a teploměr při tom stále ukazoval stejnou
teplotu?
4. Když se Peter otřásl zimou, tak mu naskočila tzv. „husí kůže“, tedy zvedly se
mu chloupky na zimou zasažených místech. Jakou myslíte, že má husí kůže
funkci?
Část B – Slunečno
Sluníčko se schovávalo za mraky, když si Richard chystal běžky. Nebyla mu
v těch -5 °C vůbec zima, ale už se těšil, že se příjemně projede. Náhle vysvitlo
sluníčko a Richardovi začalo být po chvíli teplo. A to ještě ani nevyjel. Tak si
rozepnul bundu a jal se voskovat lyže.
5. Změnila se teplota okolního vzduchu?
6. Lišily by se hodnoty na teploměru vystaveného slunci a na teploměru ve stínu?
Odpověď zdůvodněte.
Richard dovoskoval lyže a vyrazil. Slunce sice zašlo, ale jemu to nevadilo,
prostě bundu jenom zapnul. Pěkně si mákl a chvílemi mu bylo spíš vedro. Po
nějaké době sluníčko opět vysvitlo, a protože se před ním objevil pěkný výhled,
39
40
Série 4, zadání
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
rozhodl se, že zastaví a nafotí krajinu. Jenže ouha! Když tak dlouho vybíral záběr,
začala mu být zima opravdu nepříjemná, až se mu z toho klepaly ruce. A to se
fotit moc nedá.
Potřebné údaje
• cp(H2O, g, 0 °C) = 1,850 [J.g-1.K-1]
7. Proč byla Richardovi najednou taková zima, i když mu před výjezdem totéž
odění při stejné teplotě stačilo? Svou odpověď zdůvodněte.
• cp(N2, g, 0 °C) = 1,042 [J.g-1.K-1]
• cp(O2, g, 0 °C) = 0,920 [J.g-1.K-1]
8. Pomohlo by mu víc, kdyby vyrazil v teplejším oděvu? Proč ano? Proč ne?
• cp(He, g, 0 °C) = 5,190 [J.g-1.K-1]
Část C – Sychravo
Kája vstoupil do vlhkého sklepa. Kouknul se na teploměr a uviděl +10 °C.
Otřásl se. „Za to může to vlhko,“ pomyslel si. „U nás máme v suchém sklepě taky
+10 °C, ale zima mi v něm nebyla. Jenže proč i tak relativně malé množství vody
ve vzduchu (vždy pod 1 % celkového složení vzduchu) zapříčiní, že mi je zima?”
9. Zkuste zodpovědět Kájovu otázku. Svou odpověď náležitě zdůvodněte.
10. Představte si situaci, při které by bylo v ovzduší sklepa místo dusíku helium.
Pocítil by Kája nějak tuto záměnu na tepelném komfortu? Pokud ano, zkuste
vymyslet, v čem spočívá rozdíl na atomové úrovni mezi heliem a dusíkem,
jenž má tuto změnu komfortu na svědomí.
11. Zamyslete se nad rozdíly mezi strukturou vody, dusíku nebo kyslíku a helia.
Které strukturní rozdíly způsobují vyšší tepelnou kapacitu vodní páry vůči
dusíku či heliu? Vypočítejte pro tyto plyny jejich molární tepelné kapacity při
konstantním objemu ze specifických tepelných kapacit při konstantním tlaku a
pokuste se je odvodit z atomové struktury daného plynu. Uvažujte všechny
plyny jako ideální.
12. Z jakého důvodu tepelná kapacita vody ještě více naroste, pokud ji
zkapalníme?
Část D – Vedro
Honza se odjel po úspěšném zkouškovém období uklidnit Madagaskarem.
Všiml si, že je v madagaskarském tropickém počasí docela teplo, ale dokud není
vlhko, tak se dá celkem snášet. Ale kombinace vedra a vlhka je nesnesitelná.
13. Proč se dá tropické teplo snášet, pouze dokud je vzduch suchý?
14. Po sledování filmu si Honza ještě zašel do sauny, kde se bohužel podíval na
teploměr ukazující vražedných +100 °C. Přesto byl schopen v takovéto teplotě
pobýt i 10 minut, což jak dobře věděl, je doba, za kterou by se uvařilo vajíčko.
Proč se Honza taky neuvařil?
41
42
Série 4, zadání
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 4:
Problem 4: Water, water everywhere, not a drop to drink
autor: Jan Havlík
Written by Jan Havlík & Jaroslav Žák
Na následujících stránkách naleznete zadání čtvrté úlohy přeložené do
angličtiny, francouzštiny, němčiny a ruštiny. Doufám, že je výběr postačující a že
si každý z vás najde jazyk, kterému rozumí.
Odpovědi na otázky pište prosím už v češtině. K řešení připište, jaký jazyk jste
si vybrali.
Uvítám také váš názor na tuto úlohu, zejména zda-li byste chtěli další
cizojazyčné úlohy, případně v jakých jazycích a zda-li byste chtěli i vaše
odpovědi posílat ve vybraném cizím jazyku.
(6 marks)
The Sun, at the end of its everyday journey across the
sky just reached its highest point and was baking down on
the poor archaeologists that were excavating the remains of
a Tyrannosaurus Rex.
‘Damn this job!’ sighed Peter and sat down at the edge of the excavation site,
gasping for breath. He took a bottle of water out of his backpack and downed it
all at once. Half a litre just disappeared. ‘Oh yes, life was good for the
Tyrannosaurus!’ he thought. There used to be a rainforest around in those times.
Anyway, I wonder what the beast died of…He carried on thinking about dead
dinosaurs, water and sun for a little while longer when suddenly a peculiar
thought sprang to his mind. How many water molecules off the dead
Tyrannosaurus got into the water cycle including what was in my bottle? It is
unlikely that more than one or two molecules entered that half litre, if that. That
would be a huge coincidence, but on the other hand, Rex is big, molecules small…
1. Do you know the meaning of the name Tyrannosaurus Rex in Czech? On
which continent do you think most excavations take place?
2. Make an educated guess as to how many moles of water could have been
present in the body of the dead Tyrannosaurus (let us refer to him as Charles)
at the time of his death, assuming the water content counted for 60 % of
Charles’ body by mass.
3. Write down a name of at least one analytical method suitable for measurement
of the age of Charles’ skeleton. Why is it not possible to use the otherwise
very accurate Carbon-14 dating method in this case?
4. Will you help Peter with his molecule problem? Try to calculate how many
water molecules off Charles’ body he consumed when drinking from the
bottle. You may neglect all changes the water molecules go through. (To make
this problem less straightforward, it is up to you to find all the relevant
constants. I will only tell you that there is about 1 360 000 000 km³ of water
on Earth).
5. Why would it be hard to find a single original H2O molecule if we considered
the changes that the water molecules off Charles’ body underwent?
6. Which biochemical process uses the greatest amount of water? By how many
years is it older than Charles?
43
44
Série 4, zadání
Problème N° 4: L’eau partout
(6 points)
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Aufgabe Nr. 4: Lauter Wasser
Auteurs: Jan Havlík, Karel Berka, Veronika Slunečková, Petra Ménová
(6 Punkte)
Autoren: Jan Havlík, Václav Kubát, Zbyněk Rohlík
Le soleil, sur son orbite quotidienne, culminait et brûlait
pauvres archéologues qui déterraient le squelette de
Tyrannosaure Rex. «La fatalité a voulu ce boulot», Pierre a
soupiré et il s’est asseyé sur la fouille. Il a pris une
bouteille d’eau de son sac et il l‘a fait cul sec. Un démi-litre a disparu sans effort.
«Le Tyrannosaurus Rex a eu de la chance. À son époque il y avait une forêt vierge
et humide. Mais je suis trés curieux comment ce monstre est décédé.» Pierre a
réfléchi encore un peu sur les dinosaures morts, sur l’eau et sur le soleil quand
l’idée étrangère l’a attaqué. Combien de molécules d’eau de Tyrannosaure mort
s’est transmis dans l’eau du monde entier, ma bouteille comprise? Combien de
ces molécules j’ai déjà bu? Dans ce démi-litre, il y en a à peine une ou deux, qui
sait, s’il y en a. Mais ça dépends. Rex est grand, les molécules sont très petites…
1. Est-ce que vous savez ce que Tyrannosaurus Rex signifie en tchèque? Sur quel
continent sont les excavations menés le plus probablement?
2. Faites l’estimation la plus précise, combien de mol de molecules d’eau pouvait
le corps de Tyranosaure (dénommé Charles) contenir au moment de sa mort, si
on suppose que 60 % de son poids était présenté par l’eau.
3. Écrivez au moins une méthode q’on peut utiliser pour déterminer l’âge du
squelette de Charles. Pourqoui on ne peut pas appliquer la méthode
radiocarbonique, qu’on utilise dans autres cases?
4. Pouvez-vous aider Pierre avec son problème moléculaire? Comptez combien
de molécules d’eau de Charles il a bu. Négligez toutes les transformations
d’eau. (Pour faire ce problème un peu plus difficile, vous devez trouver toutes
les données nécessaires vous mêmes. Je vous conseille seulement, qu’il y a
environment 1 360 000 000 km3 d’eau sur la Terre).
5. Pour quelle raison on ne réussira pas de trouver aucune molécule originale
bientôt après sa mort, quand nous ne négligons pas les échanges d’eau?
6. Quel procédé biochimique consomme le plus d’eau du monde entier?
Combien d’annés est-ce que ce procédé est plus âgé que Charles?
45
Die Sonne erreichte den höchsten Punkt ihrer täglichen
Wanderschaft durch den Himmel und brannte die armen
Archäologen, die ein Skelett vom Tyranosaurus Rex
abdeckten.
„Zum Teufel mit solcher Brigade!“, seufzte Peter und setzte sich auf den Rand
der Aushebung. Aus dem Rucksack zog er eine Flasche mit Trinkwasser heraus
und leerte sie bis auf den Grund. Ein halbes Liter trank er blitzschnell aus. 'So ein
Tyranosaurus, der war gut dran’, dachte er. In seinen Zeiten wuchs ein Urwald
herum. Ich wüsste gern, woran das Monster starb. Er überlegte noch eine Weile
von toten Dinosauriern, Wasser und Sonne und plötzlich eine interessante Idee
fiel ihm ein. Wie viele Wassermoleküle kamen im Laufe der Zeit aus dem Körper
des toten Tyranosaurus in die gesamten Gewässer der Erde, und sogar in das
Wasser, die in meiner Flasche war? Wie viele von ihnen konnte ich vor einem
Weilchen getrunken haben? In dem halben Liter konnten kaum zwei oder drei
solche Moleküle gewesen sein, ob überhaupt welche. Das müsste ein grosser
Zufall gewesen sein. Aber wer weiss, Moleküle sind klein, Rex ist gross…
1. Wisst ihr, was der wissenschaftliche Name Tyranosaurus Rex in der
Übersetzung bedeutet? Auf welchem Kontinent finden ihrer Meinung nach die
Ausgrabungen wahrscheinlich statt?
2. Versucht es am genausten zu schätzen, wie viele Mol Wasser konnte der
Körper des toten Tyranosaurus (nennen wir ihn einfach Karl) in der Zeit seines
Todes enthalten, wenn die Masse dieses Wassers 60 % von Karls gesamten
Masse bildete.
3. Schreibt mindestens eine Methode, die für die Festsetzung des Alters vom
Karls Skelett geeignet ist. Warum können wir die anders sehr benutzbare
Radiokohlenstoffdatierung in diesem Fall nicht benutzen?
4. Helft ihr Peter mit seinem Molekülproblem? Versucht es zu rechnen, wie viele
Wassermoleküle aus Karls Körper konnte er beim Trinken aus der Flasche
getrunken haben. Vernachlässigt alle chemischen Änderungen des Wassers.
(Damit es nicht so einfach wäre, überlassen wir die Suche nach notwendigen
Konstanten auf euch. Wir verraten euch nur, dass es auf der Erde etwa
1 360 000 000 km3 Wasser gibt.)
5. Aus welchem Grund würde es uns schon nach einer sehr kurzen Zeit
wahrscheinlich nicht gelingen, „Originalwassermoleküle“ aus Karls Körper zu
finden, wenn wir die Änderungen des Wassers nicht vernachlässigt hätten?
6. Welcher biochemische Prozess verbraucht weltweit die grösste Menge des
Wassers? Um wie viele Jahre älter als Karl ist dieser Prozess?
46
Série 4, zadání
Задание 4.: Одна вода
(6 баллов)
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 5: Houbová inspirace
Авторы: Ян Гавлик, Вероника Слунечкова
Солнце на своем ежедневном пути по небу как раз
добралось до наивысшей точки и нещадно палило на
несчастных
археологов,
обнажающих
скелет
Тыранозавра Рекса.
“И какой черт меня дернул так подрабатывать”, - вздохнул Пётр и
устало сел на край раскапываемой ямы. Вытащил из рюкзака полную
бутылку воды и выпил её залпом. Пол-литра воды, как будто бы исчезло в
нем. “Какой там Тыранозавр, тому все было нипочем”, - подумал он. В его
времена кругом были тропические джунгли. Однако интересно, из-за чего
это чудовище сдохло. С минуту ещё размышлял о мертвых динозаврах, воде
и солнце, и вот тогда и пришла ему на ум немного необычная мысль.
Сколько молекул воды из этого мертвого Тыранозавра за эти годы попало,
до всей воды включая и эту в моей бутылке. Сколько я сейчас мог их
выпить? В поллитровке могла быть всего лишь одна или две, если вообще
были. Это было бы невероятной случайностью. Хотя с другой стороны.
Рекс большой, молекулы маленькие…
1. Знаете ли вы, что в переводе на чешский означает Тыранозавр Рекс, на
каком континенте по-вашему с наибольшей вероятностью проводятся
раскопки?
2. Попробуйте как можно точнее рассчитать, сколько моль воды могло
содержать тело (чтоб проще было, звать его Карлом будем) во время его
кончины, если вода составляла 60 % его веса.
3. Напишите хотя бы один метод по определению возраста Карлова
скелета. Почему в данном случае нельзя использовать столь
эффективный радио карбоновый метод?
4. Помогите Петру с его молекулярной проблемой. Попробуйте подсчитать,
сколько молекул воды, поводом из Карла, он только что выпил.
Пренебрегите всеми изменениями воды (чтобы задание не было
настолько лёгким, оставлю на вас поиск всех необходимых данных.
Припомню только, что на Земле находится примерно 1 360 000 000 км³
воды).
5. Почему бы нам, наверно, уже коротко после его смерти не получилось
найти исходной молекулы воды в теле Карла, если бы мы не пренебрегли
обменом воды.
6. Какой биологический процесс израсходует больше всего воды в мире?
На сколько лет он старше Карла?
47
(10 bodů)
Autor: Martin Kuchař
Elisa byla již téměř slepá. Mlhavý závoj, který ji zakalil oči byl stále
horší, poslední její nadějí byla stará čarodějnice v horách. Měla štěstí,
zastihla jí v chatrči jak připravuje jakýsi extrakt z červených hub. „Už
tě tady očekávám Eliso, pojď dál.“ Čarodějnice dala dívce vypít
připravený extrakt a začala pronášet tajemné zaříkávací formule. Elisa měla
pocit, že se celá země houpe a přestože po dlouhé době jasně a ostře viděla,
všechno ji připadalo poněkud zdeformované a protažené do jiného světa…
My se necháme inspirovat předešlým úryvkem příběhu a pokusíme se
připravit také nějakou zajímavou látku jako naše čarodějnice:
a) Reakcí oxiranu s trimethylaminem v prostředí vody vznikne lineární
molekula A.
b) Reakcí látky A s kyselinou chlorovodíkovou dojde k výměně anionu.
Takto připravený meziprodukt B byl podroben působení fosgenu za vzniku
produktu C.
c) Na produkt C bylo působeno amoniakem za vzniku účinné látky D.
d) Reakcí meziproduktu B s acetanhydridem vzniká přírodní biologicky
aktivní látka E.
1. Napište schémata reakcí a) až d).
2. Z uvedených údajů a způsobů léčby odhadněte jakou chorobou trpěla Elisa.
3. Z jakých hub připravovala čarodějnice extrakt? Napište jejich účinnou složku
F. Jaký je mechanismus působení látky F na člověka a jaký vztah má
k vyléčení Elisy?
4. Jak se nazývá látka E a jakou má funkci v lidském těle?
5. Proč se nepoužívá k léčení této choroby přímo látka E, ale její analoga? Do
které skupiny léčiv tato analoga (látka D) patří?
6. Látka E má velmi vysokou afinitu k jednomu důležitému enzymu, který má
aktivní centrum tvořené dvěma postranními řetězci aminokyselin, kyselinou
asparagovou a serinem. Jak se tento enzym nazývá a do jaké třídy enzymů
patří? Nakreslete strukturním vzorcem, jak se látka E váže do aktivního centra
enzymu. Jakým mechanismem štěpení látky E v aktivním centru enzymu
probíhá?
7. Biologická důležitost tohoto enzymu byla zneužita při přípravě chemických
bojových látek. Napište alespoň tři takové látky. V čem spočívá mechanismus
jejich účinku? Pokuste se vymyslet, co způsobuje jejich toxicitu ve vztahu
k aktivnímu centru enzymu.
48
Série 1, řešení
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
takovéto množství se v objemu 2 dcl hravě rozpustí. 7,2 g kofeinu je
obsaženo v 54 hrncích. LD50 per os činí pro šedesátikilového člověka
54 hrnků kávy.
Řešení
Řešení 1. série
Úloha č. 1: Kávová inspirace
Otázka 1 – 0,3 bodu, 2 – 1 bod, 3 – 0,3 bodu, 4 – 1,2 bodu, 5 – 0,5 bodu,
6 – 1,3 bodu a 7 – 1,4 bodu. Celkem 6 bodů.
(6 bodů)
autor: Pavla Spáčilová
1.
Magdalena Dobromila Rettigová, obrozenecky Léna Dobromila Retiková.
Literatura
2.
Závažnou chybou je nadbytečná dvojná vazba – pětivazný uhlík a čtyřvazný
nenabitý dusík! Kofein nemá žádné asymetrické uhlíky. Asymetrický uhlík je
ten, který má čtyři různé substituenty a je sp3! Nestáčí rovinu polarizovaného
světla, nikoli protože nemá asymetrické uhlíky (ty nejsou jedinou podmínkou
optické aktivity), ale protože má rovinu symetrie (leží v ní, purin je planární).
Z tohoto důvodu jest molekula ztotožnitelná se svým zrcadlovým obrazem –
– tzn. je opticky inaktivní. Správné vysvětlení napsalo jen málo z vás, což je
mi líto, ale třeba si to už budete pamatovat správně.
• M. D. Rettigová: Domácí kuchařka
3.
Jedná se o stejnou sloučeninu. Thein je pouze název pro kofein izolovaný
z čaje. Theophyllin nerovná se thein!
4.
Kávovník – Etiopie; čajovník – Čína; guarana (paulínie guarana) – Brazílie
(horní povodí Amazonky); kakaovník – Brazílie (povodí Amazonky);
cesmína paraguayská (maté) – Paraguay, Brazílie, Argentina; kolovník
(kola) – střední a západní tropická Afrika (Nigérie).
5.
Alkaloidy (zde purinové), jedná se o anion tetrajodobismutitanový.
6.
Nukleosid hypoxanthinu se nazývá inosin, páruje u prokaryot s adeninem,
cytosinem a uracilem, u eukaryot s cytosinem a uracilem. Velké zastoupení je
typické pro tRNA. Finálním produktem degradace purinových sloučenin je
kyselina močová (obr. 1).
• Tomko J., Otesánek J.: Farmakognózia – II. Alkaloidy, Univerzita
Komenského, Bratislava, 1976
• Alberts: Molecular Biology of the Cell
O
H
N
HN
O
O
N
H
N
H
Obrázek 1. Kyselina močová (laktamová forma)
7.
„LD50 per os“ značí takové množství látky podané ústy (to je to „per os“),
které způsobí smrt u právě 50 % z osob, které látku požily. Pro
šedesátikilovou osobu to činí 60 ⋅120 mg, tedy 7,2 g. Jeden hrnek obsahuje
133 mg kofeinu (7 g ⋅1/3 ⋅0,009 + 7 g ⋅2/3 ⋅0,024). Jak je vidět ze zadání,
49
50
Série 1, řešení
Úloha č. 2: Zajímavý protokol
(9 bodů)
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Tabulka 1. Značky, jejich alchymistické a dnešní názvy
autor: Michal Řezanka, Pavel Řezanka
Značka Alchymistický název
8. Řešení je v tabulce 1.
Současný název
Za přiřazení alchymistického názvu po 0,15 bodu, za značku po 0,3. Celkem
7,2 bodu.
Aer
vzduch
Alembicum vitrum
kádinka
9. Látka 1 – hydrogenuhličitan sodný – NaHCO3
Ammoniatum
Aqua
amoniak
voda
Balneum mariae
vodní lázeň
Cornua cervi
uhličitan amonný
Cristalli
krystaly
Látka 2 – síran sodný – Na2SO4
Látka 3 – síran zinečnatý – ZnSO4
10. Síran disodno-zinečnatý – Na2Zn(SO4)2
11. Rovnice (1) až (6) jsou řazeny podle výskytu v zadání.
H2SO4 + (NH4)2CO3 → CO2 + H2O + (NH4)2SO4
(1)
Crucibulus
kelímek
(2)
Filtrare
zfiltrovat
2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
(3)
Fixum
pevný
Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2 + H2O
(4)
Nitrum
uhličitan sodný
(5)
Sal
Solvere
chlorid sodný
rozpustit
Spiritus vini
ethanol
Tutia
oxid zinečnatý
Vitriolum
kyselina sírová
NaCl + NH3 + H2O + CO2 → NaHCO3 + NH4Cl
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
ZnSO4 + Na2SO4 → Na2Zn(SO4)2
(6)
Za otázku 1 – 7,2 bodu, 2 – 0,3 bodu, 3 – 0,3 bodu a 4 – 1,2 bodu. Celkem
9 bodů.
Literatura
• Rohovec, Hermann: (L)učebnice anorganické chemie
• Albertus, F.: Příručka alchymisty, VOLVOX GLOBATOR, Praha, 2000
51
52
Úloha č. 3: Dantes Peak
Série 1, řešení
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
(7 bodů)
Otázka 1 – 0,5 bodu, 2 – 0,8 bodu, 3 – 1,2 bodu, 4 – 0,8 bodu, 5 – 0,6 bodu,
6 – 0,6 bodu, 7 – 0,8 bodu, 8 – 0,6 bodu, 9 – 0,5 bodu a 10 – 0,6 bodu. Celkem
7 bodů.
autor: Pavel Řezanka
12. a) I, b) II, c) II, d) I i II, e) II
13. Pravděpodobnější je možnost I, protože slabě kyselá voda může vzniknout
rozpuštěním už malého množství kyselinotvorných plynů, zatímco silně kyselá
by asi popsaným způsobem nevznikla. Dále tu hraje roli například velikost
jezera a rozpustnost plynů ve vodě.
Poznámka 1: Kromě výše uvedeného řešení jsem uznával i taková, která byla logicky
správná.
Poznámka 2: Snažte se prosím při psaní úloh brát ohled i na češtinu, u řady z vás se
vyskytla chyba u shody přísudku s podmětem.
14. V plynu mohl být obsažen například H2S, H2O, SO2, NOx a CO2.
15. Kyseliny mohly vzniknout reakcí příslušných oxidů s vodou, například:
SO2 + H2O → H2SO3
CO2 + H2O → H2CO3 (pouze disociovaná)
3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO
i
16. Zřejmě změna složení vzduchu rozpuštěného ve vodě, konkrétně úbytek
kyslíku a přítomnost jedovatých látek.
17. I
Ano, na to, aby vznikla slabě kyselá voda, stačí málo plynu.
II Ne, protože by se muselo uvolnit velké množství plynu, který by se
všechen nerozpustil, a protože výše vyjmenované plyny jsou těžší než vzduch,
vytvořily by nad hladinou nedýchatelnou atmosféru.
18. I
Změna teploty by byla zanedbatelná, jezero má velkou tepelnou kapacitu.
II Teplota by se určitě změnila. Pro oteplení mluví teplota plynů a reakční
teplo oxidů, pro zachování teploty mluví velká tepelná kapacita jezera. Teplota
by se tedy určitě zvýšila, o kolik, to závisí na množství rozpuštěného plynu.
19. I
Je to velmi nepravděpodobné, slabě kyselá voda by neměla s člunem nic
udělat.
II
20. I
Ano, je to možné, zvláště když byl člun v tak kyselé vodě už delší dobu.
Ne, šroubu by se nic nestalo.
II Je to nepravděpodobné, ale určitě by se našly podmínky, za kterých by se
šroub rozpustil. Dost by záleželo na typu použité oceli.
21. I
Ne, není to možné, slabě kyselá voda se dá vydržet bez jakéhokoliv
poškození kůže.
II Ne. Pokud by tam byla opravdu tak kyselá voda, nohy by se už rozpustily
během pobytu ve vodě, ne až po několika minutách.
53
54
Série 1, řešení
Úloha č. 4: Biologické membrány
(12 bodů)
autor: Helena Handrková, Jiří Kysilka
1. Nemohly. Membránám podobné struktury tvoří molekuly s hydrofobní
i hydrofilní částí.
2. Molekuly diacylglycerolu jsou hydrofobní, ve vodě se shlukují do kapének,
aby co nejvíc zamezily kontaktu s vodou. Molekuly cholinu jsou hydrofilní a
ve vodě se rozpouštějí. Hydrofilními nazýváme látky schopné interakce
s vodou. Jsou to buď molekuly polární, interagující s vodou svým dipólem,
nebo dokonce molekuly s elektronegativními atomy, schopné s vodou vytvářet
vodíkové můstky. Tedy například ethanol, chlorovodík, amoniak, aceton,
veškeré anorganické ionty... Hydrofobní látky jsou vysoce nepolární a
nemohou s vodou interagovat. Tedy například uhlovodíky (cyklohexan,
benzen, toluen), estery mastných kyselin... Voda v okolí hydrofobních látek
musí interagovat sama se sebou a vytvářet uspořádanější seskupení, což je
entropicky nevýhodné. Hydrofobní interakce spočívá v interakci dvou
hydrofobních látek, kdy jejich přiblížení je pro všechny zúčastněné
výhodnější. Tím, jak se zmenší množství hydrofobního povrchu vystaveného
vodě, se zmenší uspořádanost okolní vody a entropie roste. Ve vodném
prostředí se hydrofilní látky rozpouštějí, interagují s vodou a obalují se jejími
molekulami. Hydrofobní látky s vodou interagovat nemohou, jsou nerozpustné
a shlukují se k sobě navzájem do kapiček, aby jejich volný povrch v kontaktu
s vodou byl co možná nejmenší.
3. Hydrofilní částí je esterifikovaný cholin, hydrofobní částí je glycerol
esterifikovaný dlouhými řetězci mastných kyselin. Takto schizofrenní látky
nazýváme amfifilní neboli obojaké.
4. Jsou-li amfifilní látky přítomné ve vodném prostředí, mohou kromě
dvojvrstvy vytvářet také micelu. Monovrstva může vzniknout pouze na
rozhraní voda-vzduch, nikoliv však v roztoku, neboť by se tím nezamezilo
kontaktu hydrofobní části molekul s vodou. Strukturu micely i dvojvrstvy
ukazují následující obrázky.
micela
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
5. Vznikem dvojvrstvy řeší molekuly lecitinu svou schizofrenii. Jedna část by
ráda do vody, druhá se jí bojí jako čert kříže. Stabilní uspořádání bude takové,
kde povrch v kontaktu s vodou budou tvořit hydrofilní části molekul, zatímco
hydrofobní části se budou shlukovat spolu a budou hydrofilními částmi před
kontaktem s vodou chráněny. Strukturu tedy drží pohromadě hydrofobní
interakce mezi hydrofobními částmi molekul a interakce hydrofilních hlaviček
s vodou. Kdyby dvojvrstva plula v roztoku osamoceně, odkrývala by na
okrajích značné hydrofobní plochy, což je nevýhodné. Volné okraje mají
tendenci interagovat samy se sebou a zavírat se do váčku. Právě tato vlastnost
dvojvrstvy je v přírodě zodpovědná za samozacelování plasmatické
membrány.
6. Fosfolipidy v dvojvrstvě jsou velice pohyblivé, ale pouze ve dvou rozměrech.
K samovolným překlápěním prakticky nedochází. Zato si však molekuly
fosfolipidů (a dalších látek, které v dvojvrstvě plují, zejména bílkovin) velmi
svižně vyměňují místa mezi sebou a poměrně rychle mohou difundovat od
jednoho konce membrány k druhému. Proto se dvojvrstva chová jako
kapalina, ale pouze v ploše.
7. Pevnost plasmatické membrány závisí na síle mezimolekulových interakcí
mezi hydrofobními řetězci. Čím větší plochou se vedle sebe mohou řetězce
poskládat, tím je interakce mezi nimi silnější. Nenasycené mastné kyseliny
obsahují cis-dvojné vazby, což způsobuje jisté odklonění řetězců. Ty se potom
nemohou vedle sebe poskládat tak přesně jako řetězce nasycené a vazba mezi
nimi je slabší. Přítomnost nenasycených zbytků mastných kyselin tedy zvyšuje
fluiditu membrány. Stejný princip se uplatňuje při srovnávání bodu tání
tuhých tuků (obsahujících převážně nasycené mastné kyseliny) a olejů
(obsahujících převážně nenasycené mastné kyseliny). V souladu s tím lze
předpokládat, že v membráně arktické bakterie bude oproti normálu (např.
lidská buňka) větší zastoupení nenasycených zbytků (aby jí membrána
nezatuhla), zatímco bakterie žijící při vyšších teplotách bude mít membránu
složenou z většího množství nasycených zbytků (aby nebyla příliš tekutá).
Některé bakterie mají dokonce schopnost upravovat složení své membrány
podle okolních podmínek.
8. V cholesterolu je hydrofilní částí jeho -OH skupina, zbytek je hydrofobní.
Cholesterol se vmezeří do prostoru, vzniklému díky přítomnosti nenasycených
zbytků, čímž zmenšuje vzdálenost určenou pro interakci a snižuje tak tekutost
membrány. Živočichové tak mohou zastoupením cholesterolu v membráně
ovlivňovat její tekutost. U živočišných buněk je to obzvláště důležité, protože
kolem plasmatické membrány nemají buněčnou stěnu, narozdíl od rostlin,
které tím pádem cholesterol nepotřebují (proto jsou rostlinné tuky prosty
cholesterolu).
dvojvrstva
55
56
Série 1, řešení
9. O schopnosti procházet membránou rozhoduje především rozpustnost
molekuly v lipidové fázi a velikost molekuly. Skrze membránu mohou tedy
procházet nepolární molekuly a dostatečně malé polární molekuly. Díky
fluiditě totiž v membráně vznikají škvíry, kterými může procházet třeba
i voda.
10. Membránové proteiny mohou plnit všeliké funkce:
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 5: Výlet do technického múzea
bodov)
autor: Viliam Kolivoška
1. a) Z definície Ottovho cyklu je zrejmé, že V2 = V3 = VH a V4 = V1 = VL. Pre
dráhu 1→2 a 3→4 bude platit Poissonova rovnica:
a) První protein je receptorem. Reaguje na signální molekulu vně
membrány a mění tím své vlastnosti uvnitř membrány, čímž signál předává dál.
b) Druhý protein je iontovým kanálem pro nějaký kationt (pravděpodobně
pro sodík, draslík nebo vápník). Jeho selektivitu vůči kationtům určuje přítomnost
záporně nabitých aminokyselin uvnitř kanálu. Vzájemnou selektivitu mezi
jednotlivými kationty potom určuje průměr kanálu (např. hydratovaný sodný
kation je kupodivu větší než hydratovaný draselný kation), ale také zastoupení
záporně nabitých skupin uvnitř kanálu, které rozhoduje o síle, jakou jsou kationty
dovnitř taženy.
p1V1 κ = p 2V2 κ
(1)
p3V3 κ = p 4V4 κ
(2)
a teda
p 2V3 κ = p1V4 κ ,
)
čo po vydelení rovnicou (2) dáva Ottovu tlakovú podmienku
p1
p
= 2 .
p4
p3
c) Třetí protein je pasivním přenašečem glukosy, který umožňuje průchod
glukosy přes membránu po jejím koncentračním spádu. V membráně existují
i aktivní přenašeče pro glukosu, které jsou schopny glukosu přenášet proti
koncentračnímu spádu, využívající např. gradientu sodných iontů.
(3)
b)
d) Čtvrtým proteinem je sodno-draselná pumpa, která za spotřeby ATP
(dodání energie) přesouvá ionty sodné a draselné proti jejich koncentračnímu
gradientu a vytváří tak uměle jejich stálý gradient, kterého potom buňka
všemožnými způsoby využívá.
Otázka 1 – 0,8 bodu, 2 – 1,6 bodu, 3 – 1 bod, 4 – 1,5 bodu, 5 – 1,2 bodu,
6 – 1 bod, 7 – 1,2 bodu, 8 – 1,1 bodu, 9 – 1 bod a 10 – 1,6 bodu. Celkem 12 bodů.
(12
w
q
1→2
ncVm(T2 – T1)
0
2→3
0
ncVm(T3 – T2)
3→4
ncVm(T4 – T3)
0
4→1
0
ncVm(T1 – T4)
V tabuľke sú uvedené výrazy pre teplo a prácu zodpovedajúce konkrétnej časti
cyklu. Pre izochorický dej je vždy w = 0 J a pre adiabatický dej je zasa q = 0 J.
Počas jedného cyklu prijme stroj od rezervoára teplo
q hot = nc Vm (T1 − T4 )
(4)
qcold = nc Vm (T3 − T2 )
(5)
a chladiču odovzdá
pričom vykoná prácu
w = nc Vm (T2 − T1 ) + nc Vm (T4 − T3 ) .
c) Účinnosť tepelného motora je
57
58
(6)
Série 1, řešení
η=
w
.
q hot
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
⎛V
η = 1 − ⎜⎜ L
⎝ VH
(7)
Vykonaná práca je v zmysle znamienkovej konvencie w < 0, preto je v (7) pri
w absolútna hodnota.
b)
(8)
a teda rovnicu (7) možno upraviť na tvar
q
η = 1 + cold .
q hot
(9)
Pretože je V2 = V3 a V4 = V1, možno s využitím tlakovej podmienky pre Ottov
cyklus (3) a Charlesovho zákona pre izochorický dej písať
T1 T 2
=
.
T4 T3
(10)
T3
.
T4
= T4V4
(12)
κ −1
⎛ VL
⎝ VH
(17)
E = E (Cu 2 + /Cu ) − E ( Zn 2 + /Zn )
(18)
E (Cu 2 + /Cu ) = E °(Cu 2 + /Cu ) + (RT / 2F) ln a Cu 2 +
(19)
E ( Zn 2 + /Zn ) = E °( Zn 2 + /Zn ) + (RT / 2F) ln a Zn 2 +
(20)
E = E °(Cu 2 + /Cu ) − E °( Zn 2 + /Zn ) + (RT / 2F) ln(a Cu 2 + / a Zn 2 + )
(21)
(22)
(13)
3. Podstatou vyriešenia úlohy je nájdenie silovej rovnováhy dvoch gravitačných
síl (balón + vzduch v balóne) a vztlakovej sily (okolitý vzduch vytlačený
vzduchom v balóne)
na konečný tvar (V3 = VH a V4 = VL)
η = 1 − ⎜⎜
= 0,426 = 42,6 %
Roztoky nespojíme membránou, ale
soľným mostíkom. Je to trubica naplnená
koncentrovaným roztokom KCl alebo
KNO3, na oboch stranách ukončená
polopriepustnou membránou. Soľný mostík
spája dané dva roztoky. Na obrázku je
nakreslený klasicky realizovaný galvanický
článok so soľným mostíkom a pripojeným
voltmetrom.
(11)
Rovnicu (12) možno ešte upraviť dosadením z Poissonovej rovnice
T3V3
1, 40 −1
c) Kvapalinový potenciál sa vytvorí na membráne medzi roztokmi ZnSO4 a
CuSO4.
(Všimnite si, že n a cVm vypadlo.) Po uvážení (10) a drobnej úprave dostávame
κ −1
⎞
⎟⎟
⎠
d)
T3 − T2
.
T1 − T4
η = 1−
⎛ 500.10 −6
= 1 − ⎜⎜
−6
⎝ 2000.10
E = E °(Cu 2 + /Cu ) − E °( Zn 2 + /Zn ) + (RT / 2F) ln 2 =
= 0,34 + 0,76 + 0,02569. ln 2 = 1,11 V
Po dosadení rovníc (4) a (5) do rovnice (9) máme
η = 1+
κ −1
2. a) Katóda: Cu2+ + 2e- → Cu0 Anóda: Zn0 → Zn2+ + 2e-
d) V zmysle 1. termodynamického zákona bude pre cyklický dej (∆cycU = 0 J)
platiť
w + qcold + q hot = 0 ,
⎞
⎟⎟
⎠
⎞
⎟⎟
⎠
mg + Vρg = Vρ 0 g ,
κ −1
.
c pm = c Vm + R = 20,8 + 8,3 = 29,1 J.mol −1 .K −1
κ = c pm c Vm = 29,1 / 20,8 = 1,40
(14)
ρ0 je hustota okolitého vzduchu pri teplote T0 = 298 K, ρ je hustota vzduchu
v balóne pri hľadanej teplote T. Zo stavovej rovnice pre ideálny možno odvodiť,
že
(15)
pM = ρRT .
(16)
59
(23)
Pre balón guľového tvaru bude zrejme platiť
60
(24)
Série 1, řešení
V =
4 3
πr .
3
(25)
Řešení 2. série
Úloha č. 1: Domino
Do rovnice (23) dosadíme (24) a (25) a (po vydelení g) máme
pM 4 3 pM
4
= πr
,
m + πr 3
3
RT 3
RT 0
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
(8 bodů)
autor: Zbyněk Rohlík
(26)
z čoho možno pre hľadanú teplotu nájsť výraz a dosadiť
1
1
3Rm
1
3.8,314.500
=
−
=
−
= 2,693.10 −3 K −1
3
T T0 4πr pM 298,15 4.3,14.8,0 3.101325.0,02895
(27)
a θ = 98 °C.
4. a) Manometer vynašiel Evangelista Torricelli.
b) Od jeho mena je odvodená jednotka tlaku torr, 1 torr = 133,322 Pa.
T
ϕ
ξ
Ξ
i
I
Щ A
n
Φ
Б
δ
Δ
U
u
a
N
B
b
j
O
o
h
H
Z
p
P
Θ
ϑ
q
F
f
W
c
C
Σ
E
J
L
l
y
Э
z
M
G/V
g
Π
Q
Я
x
w
Ж
S
σ
e
Γ
γ
Л
Y
d
D
m
v
V/G
π
λ
Λ
X
K
k
s
r
R Ю
c) Pri meraní je atmosférický tlak vyrovnaný s hydrostatickým tlakom
patm = ph.
h H 2O =
p atm
101325
=
= 10,35 m
ρ H 2 O .g 998.9,81
(28)
h Hg =
p atm
101325
=
= 0,76 m
ρ Hg .g 13595.9,81
(29)
Je problém manipulovať s 10 m vysokým vodným stĺpcom, tak sa používa Hg.
d) Uzavretý barometer je na jednom konci zatavená zvislá dlhá U-trubica.
Tlak možno vypočítať z výškového rozdielu hladín ortuti medzi dvoma jej
ramenami.
Otázka 1 – 4 bodov, 2 – 3 bodov, 3 – 3 bodov a 4 – 2 bodov. Celkom
12 bodov.
61
t
62
Série 2, řešení
Úloha č. 2: Aspirin
(8 bodů)
autor: Jana Zikmundová
1. a) Aspirin a Acylpyrin obsahují stejnou účinnou látku – acetylsalicylovou
kyselinu. Aspirin® je původní název léku, v mnoha zemích registrovaný
firmou Bayer, proto se v Česku používá název Acylpyrin. V USA se ale název
Aspirin používá i pro generikum.
b) Vývar se připravoval hlavně z vrbové kůry. Největší obsah salicinu (látka
A) se uvádí u vrby nachové (Salix purpurea), menší množství obsahuje i vrba
křehká (S. fragilis) a bílá (S. alba). Salicin se dále vyskytuje i v některých
topolech a v tužebníku jilmovém (ve starověku se používal i čaj z myrtových
lístků, myrta se ale v našich podmínkách přirozeně nevyskytuje).
c)
látka
vzorec
název
OH
OH
A
O
O
H
H
OH
H
H
OH
HO
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
2. Průmyslovou syntézu vypracoval H. Kolbe a modifikoval R. Schmitt. Po
těchto pánech se také nazývá. Kyselina salicylová se vyrábí z fenolátu
sodného zahříváním pod tlakem s oxidem uhličitým. Okyselením salicylátu se
získá kyselina.
-
CO2
B
H
H
H
OH
HO
název
HO
saligenol, saligenin
(2-(hydroxymethyl)fenol)
HO
HO
D
salicylová kyselina
HO
E
H3C
O
H3O+
OH
Kyselina acetylsalicylová je poměrně rychle metabolizována na kyselinu
salicylovou, hlavní účinky (tj. výše zmíněné) mají tedy obě látky stejné.
Rozdíl je ve způsobu jak inhibují cyklooxygenasy – nehydrolyzovaná ASA
působí ireverzibilně, SA reverzibilně. Dlouhodobější antiagregační účinek
(snížení srážlivosti krve) má pouze ASA, protože zablokuje trvale
cyklooxygenasy v krevních destičkách, které nemají schopnost si je znovu
vyprodukovat. Nemohou tak dále syntetizovat tromboxan, jenž je zodpovědný
za srážení krve.
OH
O
+
4. a) Kyseliny acetylsalicylová a salicylová (a salicyláty obecně) patří mezi
nesteroidní antiflogistika, tj. látky potlačující zánět. Často se můžete setkat i se
zkratkou NSAID (Non-steroidal anti-inflammatory drug). Spektrum účinku
salicylátů se ale neomezuje pouze na protizánětlivé vlastnosti, a proto se
označují i jako antipyretika (snižují horečku), analgetika (tiší bolesti) nebo
antirevmatika. Zde se uplatňují výše zmíněné účinky, revmatismus (artritida)
je chronický bolestivý zánět, převážně kloubů.
β-D-glukosa
vzorec
C
-
O Na
O
Obě kyseliny snižují produkci hlenu na žaludeční stěně, ale ASA je méně
kyselá (pKa 3,49 oproti 2,98 u SA), takže je poškození mírnější. Toxicita ASA
je také nižší – LD50 pro myš per orálně je 1010 až 1800 mg/kg pro ASA a 400
až 800 mg/kg pro SA.
H
látka
OH
Poznámka: Kys. salicylová nemá hořkou chuť.
O OH
OH
O
3. Acetylsalicylová kyselina (ASA) má mírnější nepříznivé účinky, proto se jí
dává přednost před salicylovou kyselinou (SA). Pro dosažení protizánětlivého
účinku (pro který byla SA hlavně podávána) je třeba vysokých dávek (několik
gramů denně). Zvláště při dlouhodobém užívání pacienti často trpěli
podrážděním trávicí soustavy přecházejícím až ve vředy a krvácení. U těchto
dávek se také mohou projevit příznaky mírné otravy.
OH
H
OH
125°C, 0,7 MPa
salicin (2-β-Dglukosylsalycylalkohol)
H
+
O Na
O
acetylsalicylová kyselina
Kyselina salicylová má také využití v kožním lékařství jako antiseptikum (ničí
choroboplodné zárodky), keratolytikum (porušuje celistvost rohové vrstvy
pokožky) a keratoplastikum (podporuje keratinizaci kůže).
O
63
64
Série 2, řešení
Za uvedení jednoho ze tří hlavních účinků 0,4 bodu, za rozdíl v účincích
0,25 bodu, celkem 1,45 bodu.
Úloha č. 3: Kávové prstýnky
b) Mezi další NSAID, s různou mírou protizánětlivého, analgetického a
antipyretického účinku, patří i aloxiprin (salicylát v léku Superpyrin),
ibuprofen (Ibalgin, Brufen), ketoprofen (Ketonal), diklofenak (Voltaren) a
další. Menší vedlejší efekty mají selektivní COX 2 inhibitory, které působí
pouze na cyklooxygenasu vznikající v poškozené tkáni. Mezi tyto látky patří
např. celecoxib (Celebrex).
1. Hlavním efektem, který tvorbu prstýnků způsobuje, je odpar vody.
Antiflogistický účinek mají i kortikosteroidy, předepisované při závažných
onemocněních.
Analgetický a antipyretický účinek má také paracetamol (Paralen, Panadol),
analgetický mají opiáty – morfin, kodein, tramadol (Tramal) a další.
Za uvedení léku (látky), který má stejný účinek (viz 4a) 0,2 bodu, celkem
0,6 bodu.
5. Již několik desetiletí se doporučují Aspirin a jiné léky s ASA jako prevence
kardiovaskulárních chorob u osob, které k nim mají zvýšené dispozice.
V poslední době se zkoumá preventivní role ASA u některých druhů rakoviny
(např. tlustého střeva) a její příznivý vliv na vývoj onemocnění způsobujících
demenci (např. Alzheimerova choroba).
6.
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
• Pětileté dítě s neštovicemi: Nepodávat. Aspirin by neměly dostávat děti do
12 let, zvláště pak při virových onemocněních. Hrozí u nich vznik
závažného Reyeova syndromu.
• Člověk s bolestí zubů: Lze podávat, pokud nemá jinou kontraindikaci.
• Přepracovaná podnikatelka s migrénou a žaludečními vředy: Raději ne.
Zvláště vyšší a časté dávky ASA mohou žaludeční a dvanáctníkové vředy
zhoršit.
• Kamarád s naraženým kolenem: Můžete podávat, pokud nemá jinou
kontraindikaci.
• Nachlazená žena v osmém měsíci těhotenství: Raději ne, o užívání léků a
ASA v těhotenství by měl rozhodnout lékař. Nedoporučují se kvůli
možným komplikacím při porodu a nepříznivému ovlivnění dítěte.
Za uvedení smysluplného důvodu proč podávat/nepodávat 0,3 bodu. Celkem
1,5 bodu.
Otázka 1 – 2,5 bodu, otázka 2 – 0,75 bodu, otázka 3 – 0,6 bodu,
otázka 4 – 2,05 bodu, otázka 5 – 0,6 bodu, otázka 6 – 1,5 bodu. Celkem 8 bodů.
65
(8 bodů)
autor: Karel Berka
• chromatografie, adsorpce, difúze, hydrodynamické dělení, interakce,
rozpouštění
V případě papíru dochází k adsorpci tekutiny na nosič a unášení od středu
kapky ke krajům podle chemického gradientu, tím vzniká konvekční proudění,
které látky unáší k okrajům. Barevné látky jsou větší, a proto jsou unášeny
pomaleji než samotné rozpouštědlo – voda. Můžete si všimnout, že papír bude
mokřejší podstatně dál, než doputuje samotný prstenec barevných látek. Po celou
dobu procesu se z celého povrchu odpařuje rozpouštědlo, přičemž se odpařuje
nejsnáze z okrajů. Když dojde, papír se vysuší a barevný prstenec zůstane.
• konvekce, povrchové napětí, rychlost odparu, rozpustnost
Kapka zaujímá kvůli gravitaci tvar poloviny
elipsoidu. Přičemž díky povrchovému napětí
zaujímá stále zhruba stejnou plochu podkladu,
která ustupuje jen pomalu. Rychlost odpařování
na krajích je rychlejší, neboť na zakřivených
površích mají molekuly méně sousedů a tím
pádem jsou méně drženy v kapalině. (Obr. 1)
Odpovídá tomu menší výparné teplo na okraji.
Díky tomu vznikne v kapce konvekční proudění,
které unáší ke krajům všechny molekuly. Malé
molekuly rozpouštědel se stíhají vracet difúzí Obr. 1 Povrchové síly v kapce
zpět, ale větší molekuly již proudu neuniknou a
jsou ukládány na okrajích kapky. Zde se z roztoku (kapky) začnou vylučovat díky
přesáhnutí kritické koncentrace rozpustnosti. A my po vyschnutí kapky vidíme
sedlinu těchto větších molekul ve tvaru prstýnku.
• povrchové napětí, kapilární jevy
Kruh vznikne především díky tekutině, kterou jsme z hrnku vyšplíchli. Ta
steče pod hrnek. Tekutina se posléze drží povrchovým napětím v blízkosti hrnku.
Dokonce vzlíná do prostor mezi hrnkem a podložkou podobně, jako by to byla
kapilára. Tím se kapka roztáhne do tvaru mezikruží. Na okrajích je stejně zesílené
vypařování, jako tomu bylo v předchozím případě. A my tak vidíme dva prstýnky:
jeden vnitřní a jeden vnější. Maminka je, bohužel pro nás, vidí taky.
Za určení aspoň jednoho klíčového slova po 0,5 bodu, za slovní odpověď
podle kvality až 1,5 bodu, celkem 6 bodů.
66
Série 2, řešení
2. Jde o chromatografii na papíře (PC), předchůdkyni dnes oblíbené
chromatografie na tenké vrstvě (TLC).
Existují tři uspořádání PC –
vzestupné, sestupné a kruhové.
Kruhové připomíná naši tvorbu kapek
nejvíce. Rozstřihne se kruhový
homogenní filtrační papír tak, aby se
vytvořil malý knot, který se později
zanoří do roztoku rozpouštědla, kterým
bude do středu papíru proudit
rozpouštědlo. Vzorky se nanesou jako
malé kapičky do kružnice kolem středu.
Knot se zanoří do rozpouštědla a celý
Obr. 2 Jednotlivá uspořádání
systém se uzavře, například do Petriho
papírových chromatografií
misky. Přes knot se do papíru nasává
Převzato ze stránek doc. Pavla
rozpouštědlo a začne rozdílnými
Coufala z PřF UK
rychlostmi unášet jednotlivé molekuly.
Po čase se porovná, kam až doputovaly jednotlivé vzorky.
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
5. Nejkrásnější výtvory:
Ladislav Svoboda
Renata Šedivá
Radka Metelková
Poznámka: Podle vyjádření odborníků z katedry analytické chemie PřF UK se PC
nejlépe pozoruje s centropenovými fixami jako vzorky.
Za určení metody 0,2 bodu, za experimentální uspořádání 0,3 bodu, celkem
0,5 bodu.
3. Stále se tvoří prstýnek. Na okrajích stále dochází k nejrychlejšímu odparu a
vzniká konvekční proudění, které strhává makromolekuly.
4. Pokárání se vyhneme jednoduše podšálkem, případně otřením stékající
tekutiny.
Klára Janischová
Tereza Junková
Pořadí:
1. místo: Ladislav Svoboda
2. místo: Tereza Junková
3. místo: Renata Šedivá
Otázka 1 – 6 bodů, 2 – 0,5 bodu, 3 – 0,4 bodu, 4 – 0,1 bodu a 5 – podle kvality
až 1 bod, nejkrásnější obrázky získávají žolíka 1 bod, který dorovná případné
bodové ztráty. Celkem 8 bodů.
Literatura
• Deegan R. D., Bakajin O., Dupont T. F., Huber G., Nagel S. R., Witten T. A.:
Nature 1997, 389, 827–829.
67
68
Série 2, řešení
Úloha č. 4: Modrá a Zelenej
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Za určení, k čemu se vztahuje naměřená molární hmotnost 0,5 bodu, za
přepočet kDa na počet aminokyselin 0,5 bodu, za výpočet délky nukleotidové
sekvence 0,5 bodu. Celkem 1,5 bodu.
(9 bodů)
autor: Helena Handrková
1. Oligopeptid M: Gly-Ser-Lys-Tyr-Glu-Met-Cys-Trp-Ile-Tyr-Thr
Oligopeptid Z: Gly-Thr-Arg-Ala-Cys-Met-Phe-Lys-Pro
2. Z aminokyselinového složení lze odhadnout, že fragment M bude přibližně
neutrální (nejvýraznější vliv má bazický lysin a kyselá kyselina glutamová,
méně se pak uplatní tyrosin), kdežto fragment Z bude jednoznačně bazický
(lysin a arginin). Odhad lze podpořit výpočtem pI pomocí nějakého programu
(např. na www.expasy.org), nebo fyzikálněchemickým výpočtem. Získané
hodnoty pI jsou přibližně 6 a 9,5 pro fragmenty M, resp. Z; M by tedy byl
spíše velmi slabě kyselý.
3. Při 210 nm absorbují peptidové vazby, při 280 nm absorbují aromatické
zbytky Tyr a Trp (slaběji i Phe) a při 500 nm tyto oligopeptidy neabsorbují.
Molární absorpční koeficient bude tím vyšší, čím větší je relativní zastoupení
struktur, které absorbují při dané vlnové délce. M bude tedy silněji absorbovat
při 210 nm než Z při stejné molární koncentraci, protože je delší, a také silněji
absorbovat při 280 nm, protože obsahuje více aromatických zbytků než Z. Při
500 nm neočekáváme absorpci žádného fragmentu.
4. Ne. U takto krátkých oligopeptidů nelze očekávat tvorbu pravidelných motivů
sekundární struktury. Fragmenty jsou hodně vystaveny působení vnějšího
prostředí. Nevzniká dostatečný počet natolik silných nekovalentních interakcí,
které by strukturu zpevňovaly.
6. 12 288, Gly, Thr, Ala a Pro jsou kódovány čtyřmi různými (degenerovanými)
triplety, Arg šesti, Cys, Phe a Lys dvěma a Met jedním tripletem. Výsledek
získáme jako součin počtů všech degenerovaných tripletů.
7. Tento oligonukleotid nejenže není rozpoznáván jako templát pro
proteosyntézu, ale ani by nestihl být rozpoznán, neboť bude velmi rychle
odbourán.
Nebude sloužit jako templát hned z několika důvodů: jednak je příliš malý, a
dále nebude rozpoznán ribosomem, protože neobsahuje před AUG kodonem
signální sekvence, které ribosom „přivolávají“ a vážou. Oligonukleotidové
sekvence obecně jsou v buňce velmi rychle odbourávány nukleasami (enzymy,
které štěpí nukleotidové sekvence na volné báze). Buňce vlastní mRNA, které
fungují jako šablony pro syntézu proteinů, se musí tomuto mechanismu bránit.
Obsahují na konci dlouhý řetízek poly A, který nemá žádný kódující smysl, ale
prodlouží dobu života mRNA v buňce. Nukleasám nějakou dobu trvá, než se
„prokoušou“ ke kódující části a mezitím může probíhat z opačného konce
proteosyntéza.
Otázka 1 – 4 body, 2 – 1 bod, 3 – 0,9 bodu, 4 – 0,5 bodu, 5 – 1,5 bodu,
6 – 0,6 bodu a 7 – 0,5 bodu. Celkem 9 bodů.
5. Elektrolýzou v redukujícím prostředí se rozpadne dimerní receptor na velkou
podjednotku a fragment M, resp. Z. Molekulová hmotnost 40 kDa odpovídá
toliko velkému fragmentu; 1 kDa odpovídá 1000 g/mol.
Vzhledem k průměrnému zastoupení aminokyselin v proteinech se v literatuře
(Voet, Voetová: Biochemie) uvádí střední molární hmotnost aminokyseliny
110 g/mol (pro hrubší odhad stačí i hodnota 100 g/mol). Prostý aritmetický
průměr není vhodný kvůli různému zastoupení aminokyselin v proteinech.
40 kDa peptid tedy obsahuje asi 40 000 / 110 = 360 aminokyselin
(zaokrouhleno na dvě platné číslice; uznávána je i hodnota 400 aminokyselin).
Každou aminokyselinu kóduje trojice bází, délka mRNA kódující tento peptid
je tedy asi 1080 (resp. 1200) bází, což odpovídá stejnému počtu párů bází v exonu
kódovaném DNA. (Kdybychom znali přesněji počet aminokyselin, museli
bychom samozřejmě připočíst ještě jeden triplet jako start kodon a další jako stop
kodon; ovšem při „přesnosti“, s jakou počítáme, si můžeme dovolit těchto šest
bází do výsledku nezahrnout.)
69
70
Série 2, řešení
Úloha č. 5: Radioaktivní křeček
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
N = N 0 e − (λ
(16 bodů)
autor: Richard Chudoba
1. Izotopy 40K a 24Na podléhají zejména β- rozpadu (3) a (5), který je
charakteristický pro nuklidy s nadbytkem neutronů. V případě 40K může ještě
dojít s pravděpodobností 10 % k elektronovému záchytu (4).
40
19
40
19
0 −
K → 40
20 Ca + −1 e + ν e
−
K+ e →
0
−1
24
11
40m
18
Ar + ν e
0 −
Na → 24m
12 Mg + −1 e + ν e
(3)
(4)
(5)
r
+λv )t
(8)
Vynásobením rovnice (8) konstantou λr a uvážením vztahu (1) získáme
A = A0 e − (λ
r
+λ v )t
,
(9)
kde A0 značí počáteční aktivitu a A aktivitu za čas t.
Nyní se již můžeme pustit na číselné řešení. Je velice vhodné pracovat
v základních jednotkách SI a všechny časy převést na sekundy, vyvarujete se tak
spousty možných chyb!
Při β- rozpadu vzniká kromě elektronu i elektronové antineutrino, při
elektronovém záchytu vzniká elektronové neutrino. Neutrina musí být v jaderných
rovnicích zapsána, aby byla splněna podmínka zachování leptonového čísla.
Nejprve převedeme poločas rozpadu na rozpadovou konstantu podle vztahu
(7), λr = 1,28·10-5 s-1. Pak můžeme experimentální data proložit křivkou (9), kde t
je nezávislá proměnná, A závislá proměnná a A0 a λv hledané parametry.
Vhodným nástrojem pro toto proložení (nelineární regresi) je např. program
GnuPlot, který neznámé parametry dopočítává metodou nejmenších čtverců.
Parametry vyjdou A0 = 80 Bq a λv = 1,61·10-5 s-1. Podle vztahu (7) převedeme
hodnotu rychlostní konstanty vylučování λv na biologický poločas Tv = 12 hodin.
2. Draslík má dva stabilní izotopy 39K a 41K, sodík má jeden stabilní izotop 23Na.
Stabilní izobary draslíku 40K jsou 40Ar a 40Ca a stabilní izobar sodíku 24Na je
24
Mg.
Uvedený postup se značně liší od obvyklého středoškolského přístupu, kdy se
jedno číslo dosadí do rovnice, která rovnou dává výsledek. O to víc se však blíží
skutečné laboratorní praxi.
Pro stabilitu izobarů platí Mattauchovo izobarické pravidlo: Stabilní může být
nejvýše jeden izobar s lichým nukleonovým číslem a nejvýše dva izobary se
sudým nukleonovým číslem, přičemž jejich protonové číslo se musí lišit alespoň
o dva.
Poznámka: Přibližně lze spočítat hodnotu rychlostní konstanty i bez použití
počítačových programů. Rovnice (9) se zlogaritmováním linearizuje na tvar (10). Poté se
spočítají směrnice –(λr + λv) přímek pro jednotlivá měření a jako výsledek se vezme jejich
průměrná hodnota, z níž se pak dopočítá hodnota rychlostní konstanty λv a posléze
i biologický poločas Tv. Výpočet je však zatížen systematickou chybou.
Index m značí vybuzený jaderný izomer, který vysláním jednoho či více kvant
γ přejde do základního stavu.
3. Izotop 24Na lze připravit ostřelováním jádra hořčíku 26Mg deuteronem (6).
26
12
Mg + d → Na + α
2
1
24
11
4
2
ln A = ln A0 - (λ r + λ v ) t
(6)
4. Pojďme se podívat, jak spolu souvisejí rychlostní (rozpadová) konstanta λ a
poločas rozpadu T. Poločas rozpadu T je takový čas t, kdy počet částic klesne
na polovinu. Zapíšeme-li to podle rovnice (2), dostaneme
0,5 = e
− λT
⇒ ln2 = λT .
5. Dávka D je definována jako střední hodnota energie ionizujícího záření
absorbovaného objemovým elementem látky jednotkové hmotnosti a její
jednotkou je gray (Gy).
D=
(7)
V křečkovi současně probíhají dvě konkurenční reakce: rozpad 24Na a
vylučování 24Na. Obě dvě reakce se řídí kinetikou prvního řádu, takže i výsledný
děj bude popsán kinetickou rovnicí prvního řádu, kde rychlostní konstanta λ bude
součtem rozpadové konstanty λr a rychlostní konstanty vylučování λv. Abyste si
důvod sečtení rychlostních konstant lépe uvědomili, představte si třeba napuštěný
bazén se dvěma odtokovými trubkami.
71
(10)
E
m
(11)
Abychom mohli spočítat celkovou absorbovanou energii za rok, musíme znát
celkový počet rozpadů. Pohledem na hodnotu poločasu rozpadu 40K lze usoudit,
že množství atomů 40K se za rok prakticky nezmění, proto jej můžeme pokládat za
konstantní. Podle rovnice (2) pak spočteme (v tomto případě konstantní) hodnotu
aktivity, což je počet rozpadů za sekundu a vynásobíme ji počtem sekund za rok.
Hmotnost m je samozřejmě hmotnost křečka.
72
Série 2, řešení
D=
E r At E r Nλ r t
=
m
m
N tot = N r (∞ ) + N v (∞ )
(12)
40
Počet atomů draslíku K N spočteme ze znalosti jeho hmotnosti v organismu
m(40K), nukleonového čísla a hmotnostní jednotky mu (13). Hodnotu rozpadové
konstanty λr = 1,76·10-17 s-1 spočteme podle (7) – pozor na dosazení v sekundách.
Střední hodnotu energie absorbované při jednom rozpadu musíme převést na
jouly Er = 5,77·10-14 J.
( K ) = m40( mK )
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Počet atomů 24Na podaného křečkovi spočítáme podle (1), neboť známe
aktivitu vzorku i rozpadovou konstantu. Tu jsme spočetli podle (7) již v otázce 4.
Vychází Ntot = 1,56·1010 atomů.
Řešením soustavy rovnic (16) a (17), získáme vztah pro počet rozpadnuvších
se atomů 24Na (18). Podle definice (11) pak již snadno spočteme absorbovanou
dávku (19).
40
N
40
(13)
Nr =
u
Po číselném dosazení vychází D = 2,4·10-4 Gy.
Poznámka: Počet rozpadlých atomů 40K nemůžete spočítat tak, že odečtete počet atomů
40
K nyní a za rok. Počet rozpadlých atomů je totiž mnohořádově menší než počet atomů
40
K. Uvést počet atomů 40K na mnoho (ne)platných číslic je hrubá chyba – se zadanou
hodnotou aktivity můžete počítat nejvýš s dvěma platnými číslicemi, kde se však hodnoty
nyní a za rok neliší!
O něco lepší postup využije výrazu N = N0(1 – e–λt). Od předchozího způsobu se liší
tím, že počet atomů můžete uvést jen na dvě platné číslice, a přesto se dopracujete ke
správnému výsledku. Problém je však s výrazem v závorce, který je „skoro nula“. Nejlépe
je tento výraz upravit Taylorovým rozvojem, čímž ovšem dostanete výraz N = N0λt, který
jste ale mohli použít rovnou!
6. Nejvíce se na celkové absorbované dávce podílí radon.
7. Na absorbované dávce se podílí jen 24Na rozpadlý uvnitř křečka. Jak jsme si
již uvědomili v otázce 4, probíhají v křečkovi dvě konkurenční reakce rozpad
24
Na a vylučování 24Na, obě popsané kinetickými rovnicemi prvního řádu (14)
a (15). vr značí rychlost rozpadu, tedy aktivitu, vv rychlost vylučování.
vr = λ r N = A
(14)
vv = λ v N
(15)
D=
λr
v
N (t )
= r = r
λ v v v N v (t )
E r .N tot
λr
Er N r
=
λr + λv
m
m
(18)
(19)
8. Není pravděpodobné, že by se u křečka objevila nemoc z ozáření. Dávkový
ekvivalent 4,6 mSv je přibližně 200krát menší než mezní hodnota
jednorázového dávkového ekvivalentu, po kterém se už objevují příznaky
nemoci z ozáření (1 Sv).
Otázka 1 – 1,2 bodu, 2 – 2,4 bodu, 3 – 0,5 bodu, 4 – 3,7 bodu, 5 – 3 body,
6 – 0,5 bodu, otázka 7 – 4,2 bodu a 8 – 0,5 bodu. Celkem 16 bodů.
(16)
Za dostatečně dlouhý čas (t→∞) se všechny atomy značeného sodíku buď
rozpadnou, nebo vyloučí.
73
λr
N tot
λr + λv
Při číselném výpočtu musíme dosazovat v základních jednotkách SI:
Er = 2,64·10-13 J. Absorbovaná dávka vychází D = 4.6·10-3 Gy, tedy přibližně
dvacetinásobek dávky pocházející za rok z 40K a čtyřnásobek celkové roční
přírodní dávky.
Poměr rychlostí je v každém okamžiku konstantní, proto bude v každém
okamžiku konstantní i poměr počtu částic již rozpadlých ku již vyloučeným.
konst. =
(17)
74
Série 3, řešení
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Řešení 3. série
Reakce 4 – Grignardova reakce
Úloha č. 1: Slavní chemici
(7 bodů)
R
O
autor: Mario Babuněk
+
R
1.
R2
R1
MgBr
R1
chemik A – Zdenko Hans Skraup
O
R
HX
MgBr
OH
R1
R2
+
R2
Reakce 5 – Erlenmayerova reakce (bývá často nazývána jako jodoformová)
chemik B – Aleksandr Arbuzov
O
+
R
chemik C – Ronald George Wreyford Norrish
3 I2
+
4 NaOH
RCOONa
+ CHI 3 + 3 NaI +
3 H 2O
CH3
chemik D – Victor Francois Auguste Grignard
Kromě této reakce byla uznávána i Erlenmayer-Plochlova azalaktonová
syntéza.
chemik E – Richard August Carl Emil Erlenmayer
chemik F – Sir Robert Robinson
Reakce 6 – Robinsonova anelační reakce
Za každého správně uvedeného chemika 0,5 bodu, celkem 3 body.
CH3
O
2. Reakce 1 – Skraupova syntéza
+
O
+
NH2
NH
NH
-2 H2O
2 H2C=CHCHO
NH
H
H2SO 4
CH2
O
O
Za každou správně napsanou reakci 0,5 bodu, celkem 3 body.
N
Cu(NO3)2
NaOH
H3C
CH3
H
NH2
3. Jméno biochemika G je Frederick Sanger.
NH
N
4. Sangerova identifikace N-koncové aminokyseliny (reakce 7).
O
O
F
Reakce 2 – Arbuzovova reakce
+
R 1X
RO
P
O
+
NH
RX
O
R1
O
A
H
HN
H3O
+
O
+
NO2
+ H2N
A
A
NO2
NO2
A-aminokyselinový řetězec
O
CH3
NH
HN
NO2
NO2
Reakce 3 – Norrishovo fotochemické štěpení
O
NO2
H2N
OR
(RO)3P
MgBrX
Sanger mimo jiné objevil také způsob sekvenace DNA.
hv
CH3
+
H2C
CH2
5. Produkt reakce má žlutou barvu.
Otázka 1 – 3 body, 2 – 3 body, 3 – 0,2 bodu, 4 – 0,5 bodu, 5 – 0,3 bodu.
Celkem 7 bodů.
75
76
Série 3, řešení
Úloha č. 2: Po výbuchu
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Rozpouštění sraženiny A:
(8 bodů)
autor: Václav Kubát
AgCl + 2 NH3 → [Ag(NH3)2]Cl
1. Zavřeme otvory pro přívod vzduchu, seženeme si sirky, jednu zapálíme. Až
potom pustíme plyn a zapálíme kahan. V případě opačného postupu riskujeme,
že se nám stane to, co Jardovi.
Okyselení HNO3:
[Ag(NH3)2]Cl + 2 HNO3 → AgCl + 2 NH4NO3
Poznámka: Při zapalování kahanu je nanejvýš vhodné se nad něj nenaklánět žádnou
částí těla, neboť popáleniny jsou poměrně bolestivá zranění…
Vznik sraženiny C:
SO42- + Ba2+ → BaSO4
2. Repetitio est mater studiorum.
Vznik sraženiny D:
3. Li+ – karmínově červeně
4 Fe3+ + 3 [Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3
Na+ – intenzivně žlutě
Vznik sraženiny E:
K+ – fialově
Ca2+ + (COO)22- + 2 H2O → Ca(COO)2⋅2 H2O
Sr2+ – karmínově červeně
Ba2+ – zeleně
Za každou rozpoznanou sloučeninu nebo iont 0,25 bodu, za každou vyčíslenou
rovnici po 0,3 bodu, celkem 4,55 bodu.
Za každý kation 0,25 bodu, celkem 1,25 bodu.
6. a) s thiokyanatanem (SCN)- (triviálně rhodanid)
4. Mohl by potřebovat kobaltové sklíčko, protože fialové zbarvení plamene od
draselných solí je kryto žlutým zbarvením sodných solí i při velmi nízkých
koncentracích Na+ (přitom v draselných solích jsou jako příměsi sodné soli
prakticky vždy přítomné). Modré kobaltové sklíčko odfiltruje žluté zbarvení a
fialový plamen je pak dobře identifikovatelný.
Za identifikaci kobaltového sklíčka 0,25 bodu a za zdůvodnění 0,5 bodu.
Celkem 0,75 bodu.
5. Ion 1: H+ (resp. H3O+)
-
Ion 2: Cl
Ion 3: SO42-
Část a) 0,25 bodu, část b) za oba názvy sraženiny D 0,35 bodu, za vzorec a
oba názvy Turnbulovy modři 0,35 bodu, celkem 0,95 bodu.
Otázka 1 – 0,2 bodu, 2 – 0,3 bodu, 3 – 1,25 bodu, 4 – 0,75 bodu, 5 – 4,55 bodu
a 6 – 0,95 bodu. Celkem 8 bodů.
B: [Ag(NH3)2]Cl
C: BaSO4
D: Fe4[Fe(CN)6]3
3+
E: Ca(COO)2⋅2 H2O
Ion 5: Fe
Fe3[Fe(CN)6]2 = hexakyanoželezitan železnatý = Turnbullova modř
A: AgCl
3+
Ion 4: Al
b) sraženina D: hexakyanoželeznatan železitý = berlínská modř
2+
Ion 6: Ca
Vznik sraženiny A:
Ag+ + Cl- → AgCl
77
78
Série 3, řešení
Úloha č. 3: Myjete se?
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
O
(10 bodů)
autor: Karel Berka
1. Například stearan sodný, obecně jde o sůl nasycené mastné kyseliny
s alkalickým kovem, spíše sodnou.
O
H2O
O
1
O
S
n
O
O
Na
2
mnoho, jde o směs
5
3
O
Na
N
H
O
Za určení názvu 0,2 bodu, za vzorec 0,3 bodu, celkem 0,5 bodu.
O
N
4
O
obecně CH3(CH2)nCH2CONH(CH2)3[N+(CH3)2]CH2COO- pro n = 7, 9, 11, 13, 15
2. 3 NaOH + CH2(C17H35COO)-CH(C17H35COO)-CH2(C17H35COO) →
→ 3 CH3(CH2)16COONa + CH2OH-CHOH-CH2OH
O
3. Původní tekutá mýdla byla roztoky obsahujícími hlavně olejan draselný.
Nicméně dnešní tekutá mýdla mají více složek společných spíše se šampóny, než
s původními mýdly. Obsahují tedy sice občas draselné soli vyšších mastných
kyselin, ale především obsahují novější detergenty jako jsou alkyl sulfáty,
případně alkyl ether sulfáty (např. náš známý Sodium Laureth Sulfate), jež jsou
doplňovány antimikrobiálními fenolickými látkami, vůněmi, glycerolem, apod.
O
NaCl
HO
HO
O
7
O
6
OH
OH
O
N
9
Cl
OH
8 H
N
n
m
OH
NH2
O
O
N
N
HO
K
10
O
O
Na
O
Za určení názvu 0,2 bodu, za určení vzorce 0,3 bodu, celkem 0,5 bodu.
4.
79
O
11
HO
80
OH
OH
O
Na
O
Série 3, řešení
Limonene
Tabulka 1: Chemický popis látek v šampónech
látka
Aqua
Sodium Laureth
Sulfate
Sodium Chloride
Cocamidopropyl
Betaine
Parfum
Citric Acid
vzorec
1
Polyquaternium-7
7
Panthenol
8
Limonene
Linalool
9
10
Disodium EDTA
11
2
3
4
5
6
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
název
voda
n bývá 2 nebo 3, např.
2-(2-(dodecyloxy)ethoxy)ethyl sulfát sodný
chlorid sodný
2-(N-(3-(dodekanamido)propyl)-N,N-dimethylamonium) acetát
mnoho
2-hydroxy-1,2,3-propantrikarboxylová kyselina
kopolymer propenamidu s N,N-dimethyl-N-2-propenyl-2-propen-1-amonium chloridem
2,4-dihydroxy-N-(3-hydroxypropyl)-3,3-dimethylbutanamid
4-isopropenyl-1-methylcyklohexen
3,7-dimethylokta-1,6-dien-3-ol
2,2’-(ethan-1,2-diylbis((karboxymethyl)imino))
diacetát sodný
Linalool
Disodium EDTA
Za určení deseti látek po 0,25 bodu za sloupec, celkem 7,5 bodů.
5. IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) byla založena
roku 1919 pro udržení celosvětových standardů a spolupráce v chemických
vědách. Je autoritou pro chemické názvosloví a terminologii, atomové váhy,
standardizované měřicí metody a jiná ověřovaná data (například chemické
tabulky).
6. Ketokonazol je antimykotikum používané proti mykózám (napadení houbami)
na povrchu pokožky.
Otázka 1 – 0,5 bodu, 2 – 0,5 bodu, 3 – 0,5 bodu, 4 – 7,5 bodu, 5 – 0,5 bodu a
6 – 0,5 bodu. Celkem 10 bodů.
Literatura
Tabulka 2: Důvody použití a typy látek v šampónech
látka
Aqua
Sodium Laureth
Sulfate
Sodium Chloride
Cocamidopropyl
Betaine
Parfum
Citric Acid
Polyquaternium-7
Panthenol
• Oriflame for Men, Frequent use
důvod
usnadňuje nanášení šampónu, odstraňuje polární nečistoty,
rozpouštědlo
odstraňuje nepolární nečistoty tím, že je umožní rozpustit,
detergent
odstraňování polárních látek, regulátor viskozity a hlavní
tvůrce iontové síly šampónu (Vyšší iontová síla je ovšem
dráždivá!)
usnadňuje odstraňování nepolárních nečistot, jde o šetrný
detergent, který nedráždí pokožku a má antiseptické účinky
dodává vůni
úprava pH, pufrační činidlo
zlepšuje interakci mezi záporně nabitými detergenty a
záporně nabitými vlasy, elektrostatickou interakcí mezi
jednotlivými kladně nabitými skupinami polymeru následně
zvětšuje objem vlasů
ve vodě rozpustný vitamin skupiny B; v buňkách je
metabolizován na kyselinu panthothenovou, která je
součástí koenzymu A; je nutný pro metabolismus rychle se
obnovujících buněk kůže a sliznic při hojení
81
dodává vůni citrónů, případně jehličí, terpen, antiseptické
účinky
dodává vůni, terpen, baktericidní účinky
tvoří komplexy s dvoumocnými ionty a tím je dovoluje
odstranit. Především tím zabraňuje horším mycím účinkům
tvrdé vody vychytáváním Ca2+ a Mg2+ kationtů
• Palmolive Naturals, Aloe vera, Normal hair
• Tania Naturals, březový
• Nizoral proti lupům
• Timotei Sensation, hrozny a citrón, mastné vlasy
82
Série 3, řešení
Úloha č. 4: Novokain, lidokain, kokain
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
(9 bodů)
Ka =
autor: Richard Chudoba
1. Anestetika se používají jako znecitlivující látky. Kokain nalezl uplatnění jako
anestetikum v očním lékařství a lékařství ušním, nosním, krčním.
μ eff = (1 − α )γ ± μ lim
(5)
(7)
[HA + ]
[A] tot = [A] + [HA + ]
2. Kyselost látky odpovídá hodnotě pKa – čím nižší, tím kyselejší. Anestetika
v pořadí podle vzrůstající kyselosti: novokain, kokain, lidokain. Jedná se
o látky zásadité, neboť jejich pKa ve vodném prostředí je větší než 7.
3. Jak se lze snadno přesvědčit (zlogaritmováním definičního vztahu disociační
konstanty), při pH = pKa je látka právě z poloviny disociována, α = 0,5.
Dosazením tabelované hodnoty mobility do vztahu (5) platícího pro
jednosytné zasadité látky spočteme hodnotu μeff = 12,9 EU.
[H 3 O + ] ⋅ [A]
(8)
[H 3 O + ] [A] tot
1
=
−1 = −1
Ka
α
[A]
α=
(9)
Ka
(10)
K a + [H 3 O + ]
7. Podle hodnot mobilit spočtených v tabulce 2, lze přiřadit jednotlivým látkám
píky. Pořadí píků podle vzrůstajícího migračního času (klesající hodnoty
efektivní mobility): novokain, kokain, lidokain.
4. pH acetátového pufru 1:1 je kyselé (pH = 4,76), takže všechna tři anestetika
budou zcela protonizována. Separace tedy bude záviset jen na hodnotách
jejich aktuálních mobilit, které jsou si vzájemně velice blízké (zejména
u lidokainu a kokainu), a proto k separaci nedojde.
Poznámka: Někteří z vás při výpočtu s disociačními konstantami uvažovali vliv
iontové síly na aktivitní koeficienty. Z teorie (Debye-Hückel) plyne, že střední aktivitní
koeficient γ± se vztahuje pouze k iontům s nábojem ±1. Elektroneutrální látky při
koncentracích použitých v úloze mají aktivitní koeficient roven přibližně 1.
5. Hodnotu pH tris pufru můžeme spočítat z Hendersonovy-Hasselbalchovy
rovnice (6), kde koncentrace [A] = [HA+] = 10 mM. Nebo lze příklad řešit
úvahou – tris je právě z poloviny disociován, pH proto musí odpovídat pKa.
Skutečně pH = 8,08.
Otázka 1 – 0,6 bodu, 2 – 0,9 bodu, 3 – 2,4 bodu, 4 – 1,2 bodu,
5 – 0,8 bodu, 6 – 2,4 bodu a 7 – 0,6 bodu. Celkem 9 bodů.
pH = pK a + log
[A]
[HA + ]
Poznámka: Programem PeakMaster [http://natur.cuni.cz/gas] lze spočítat
hodnoty pH a efektivních mobilit přesněji – viz tabulka 3. Největší chybu v našem postupu
způsobuje zanedbání vlivu iontové síly při výpočtech s disociačními konstantami.
(6)
Tabulka 3: Přesné hodnoty pH a μeff spočtené programem PeakMaster
pufr
6. Abychom mohli spočítat efektivní mobility, musíme znát stupeň disociace.
Ten spočítáme úpravou definičního vztahu disociační konstanty (7). Vezměme
převrácenou hodnotu Ka a za [HA+] dosaďme z rovnice látkové bilance (8).
Získáme vztah (9). Všimněme si zlomku [A]tot/[A], vždyť to je přece 1/α.
Algebraickými úpravami dostaneme výsledný vztah (10), do kterého jen
dosadíme a spočteme hodnotu stupně disociace a s její pomocí podle vztahu
(5) i hodnoty efektivních mobilit – tabulka 2.
acetátový 1:1
tris 1:1
Tabulka 2: Hodnoty stupňů disociace a mobilit v tris 1:1 pufru
látka
novokain
lidokain
kokain
α
0,087
0,625
0,197
μeff [EU]
21,1
7,9
17,3
83
84
pH
4,72
8,12
novokain
22,7
20,2
μeff [EU]
lidokain
20,6
7,6
kokain
21,0
16,8
Série 3, řešení
Úloha č. 5: Voňavá chemie
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Řešení 4. série
(10 bodů)
autor: Martin Kuchař
Úloha č. 1: Osmisměrka
1.
(10 bodů)
autor: Michal Řezanka, Pavel Řezanka
I
O
A
1. Minerály jsou uvedeny v tabulce 1.
(Z) B
O
O
Tabulka 1. Vzorce minerálů vyskytujících se v osmisměrce
(E) C
O
O
I
I
*
O
CuLi
O
2
E
D
O
O
PPh3
O
G
F
O
O
O
H
I
Za každou látku 0,7 bodu.
2. Vznikl konjugovaný systém, v tomto případě oxidace snadno probíhá
i působením MnO2.
3. Gilmanova činidla.
4. Wittigova reakce, do reakční směsi se přidává aldehyd, který by s nadbytkem
n-BuLi mohl reagovat.
Otázka 1 – 6,3 bodu, 2 – 1,2 bodu, 3 – 1 bod a 4 – 1,5 bodu. Celkem 10 bodů.
Číslo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Minerál
borax
sylvín
halit
okenit
orthoklas
albit
eukryptit
beryl
kazivec
fluorapatit
hnědel
auripigment
titanit
realgar
barytokalcit
ocelek
korund
gallit
chalkopyrit
rutil
burel
antimonit
Číslo
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
Minerál
berthierit
pyrhotin
soddyit
lapieit
magnetovec
edenharterit
krevel
kobaltopentlandit
jaipurit
chalkozín
krokoit
bismutohauchecornit
kobaltin
smaltin
laurit
galenit
rumělka
smolinec
edgarbaileyit
belendorffit
feroniklplatina
Za každý minerál 0,2 bodu, celkem tedy 8,6 bodu.
85
86
Série 4, řešení
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Úloha č. 2: Zapáchající kapalina
2.
(12 bodů)
autor: Zbyněk Rohlík
1.
A
TiCl4 – chlorid titaničitý
B
Ti – titan
C
TiCl2 – chlorid titanatý
D
[Ti(H2O)6]Cl3 – chlorid hexaaquatitanitý
D* [Ti(H2O)4Cl2]Cl⋅2H2O – dihydrát chloridu tetraaqua-dichlorotitanitého
Dear professor Schmidt – I’m extremely sorry to
bother you this late at night, but the library is closed
and as there is a test tomorrow, I just wondered if you
would be so kind as to identify this rock.
3. Minerály jsou seřazeny podle vzrůstající hustoty.
4. Vážený profesore Schmidte,
velmi se omlouvám, že Vás ruším takhle pozdě v noci, ale knihovna je
zavřená a zítra píšeme test. Byl bych Vám moc vděčný, kdybyste byl tak
hodný a identifikoval tento kámen.
E
CsTi(SO4)2⋅12H2O (ve skutečnosti [Cs(H2O)6][Ti(H2O)6](SO4)2) –
dodekahydrát síranu cesno-titanitého, kamenec cesno-titanitý
F
[Ti(THF)2Cl4] – komplex tetrachloro-bis(tetrahydrofuran)titaničitý (nelze
považovat za sůl; solvát jsem se skřípěním zubů toleroval, ale správně je
to jedině komplexní sloučenina; pozor na hranaté závorky)
G
[TiCp2Cl2] – bis(η5-cyklopentadienyl)-dichlorotitaničitý komplex,
titanocendichlorid (opět – není sůl ale komplex; „[TiCp4]“ může vznikat,
ale neodpovídá to vzniku H)
H
[TiCp2(O,O´-ox)] – bis(η5-cyklopentadienyl)-(O,O´-oxalato)titaničitý
komplex (není šťavelan ale oxalatokomplex)
I
TiO2 – oxid titaničitý (viz níže)
J
(NH4)2[TiCl6] – hexachlorotitaničitan amonný (viz níže)
2. Reduktivní chlorace používaná v průmyslu, rovnice například:
TiO2 + 2C + 2Cl2 → TiCl4 + 2CO
3. TiO2 se nalézá v přírodě hned ve třech modifikacích – rutil, brookit a anatas.
Literatura
4. a)
http://webmineral.com/data/index.html
http://www.mineral.cz
Otázka 1 – 8,6 bodu, 2 – 0,7 bodu, 3 – 0,4 bodu, 4 – 0,3 bodu. Celkem
10 bodů.
87
Hydrátová izomerie.
b)
Odměrný roztok se například užívá v redoxní titrační metodě – titanometrii.
c)
Paramagnetikum (kation má konfiguraci d1 !).
d)
Absorpce viditelného záření komplementární vlnové délky (dd přechod).
5. Ano s DMF (N,N-dimethylformamid), DMSO (dimethylsulfoxid), DIOX (1,4-dioxan) a Et2O – polární aprotická donorová rozpouštědla.
88
Série 4, řešení
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
6. Oktaedr (ptal jsem se na tvar (geometrii), nikoli na stechiometrii).
Úloha č. 3: Teploměr
7. a)
(10 bodů)
a
SnCl4 – chlorid cíničitý
autoři: Karel Berka, Jan Havlík, Peter Košovan
b
Sn – cín
f
[Sn(THF)2Cl4] – komplex tetrachloro-bis(tetrahydrofuran)cíničitý
Jak bylo na počátku úlohy řečeno, k jejímu vyřešení se vyplatilo pochopit
pojmy tepla a teploty.
i
SnO2 – oxid cíničitý
j
(NH4)2[SnCl6] – hexachlorocíničitan amonný
Teplo je energie.
Teplota je definována nepřímo. Když jsou dvě tělesa v termodynamické
rovnováze, tj. když mezi nimi nedochází k výměně energie ve formě tepla,
a přitom je mezi tělesy přenos tepla umožněn, mají stejnou teplotu.
b)
Vznikají podle stechiometrie PhnSnCl4-n (odpověď Ph4Sn není úplná).
c)
Kassiterit, SnO2.
d)
Ne k EtOH, rozdíly i u H2O, jinak ano.
e)
a
Spiritus fumans Libavii („cínové máslo“ je hydratovaný SnCl4;
„spiritus“ je použito v obecném smyslu, nikoli „duch“ – Libavius
doufejme nikde nestraší)
j
Teploměr, který je ponechán dostatečně dlouho ve svém okolí, se ochladí nebo
ohřeje na jeho teplotu, neboť se s ním dostane do termodynamické rovnováhy.
Pak ukazuje správnou teplotu.
Pinková sůl
Otázka 1 – 5 bodů (drobná chyba v zadání – mělo být A až J – mne vedla
k tomu, že jsem za identifikaci I a J neuděloval body; obtížné názvy G a H jsem
hodnotil zvlášť), 2 – 0,5 bodu, 3 – 0,5 bodu, 4 – 1 bod (D* hodnoceno v rámci
otázky 1), 5 – 0,5 bodu, 6 – 0,25 bodu a 7 – 4,25 bodu. Celkem 12 bodů.
Na rozdíl od teploměru člověk není se svým okolím v termodynamické
rovnováze, ale nachází se v tzv. stacionárním stavu. Na jedné straně biochemické
procesy v lidském těle produkují teplo, na druhé straně se tělo ochlazuje výměnou
tepla s okolím. Když tyto dva procesy běží stejnou rychlostí, tělo si udržuje
konstantní teplotu (která je většinou jiná než teplota okolí). To, jak teplo je
člověku, závisí od toho, kolik energie musí vydat na udržení konstantní teploty.
Když je ochlazování rychlejší, je nám zima, když tělo produkuje více tepla, než je
schopno odvést do okolí, je nám horko.
1. Teploměr pokažený není. Vítr jen zvýšil rychlost tepelné výměny mezi Petrem
a chladnějším okolím. Petrovo tělo tedy ztrácí více tepla, než vyrábí a je mu
zima.
2. Teplota se nezměnila.
3. Stačilo by, aby Peter nebyl vlhký a byl v teplejším prostředí, než je teplota
jeho těla.
4. Kolem Petrova těla je tenká vrstvička vzduchu, která mu slouží jako poměrně
slušný izolant proti ztrátám tepla vedením. Pokud začne foukat, Peter tuto
vrstvičku začne prouděním ztrácet a začne docházet k vyšším tepelným
ztrátám. Výměna tepla prouděním je totiž řádově lepší, než výměna tepla
vedením. Husí kůží se snaží tělo udržet tuto vrstvičku tím, že naruší proudění
nad povrchem. Už chápete, proč máme psům co závidět jejich srst?
5. Teplota vzduchu se nezměnila. Sluneční záření se ve vzduchu v porovnání
s pevnými předměty skoro nepohlcuje. A pevným předmětem je přece
i Richard.
6. Teploměr vystavený přímým účinkům slunečního záření ukazuje díky
pohlcování slunečního záření i podstatně vyšší teplotu, než teploměr ve stínu,
89
90
Série 4, řešení
který ukazuje skutečnou teplotu okolního vzduchu. Teploměr v té chvíli není
se vzduchem v termodynamické rovnováze.
Poznámka: Pověstný je tím především teploměr doma u Řezanků, který je schopný
ukazovat za slunečného zimního dne přes 50 °C.
7. Richard se během jízdy potil a vypařený pot se mu zachytával nejprve
o oblečení a až pak utíkal do okolního ovzduší, jak se mohli večer na chatě
přesvědčit všichni návštěvníci jeho pokoje. Vlhká tkanina vede podstatně lépe
teplo, díky vysoké tepelné vodivosti kapalné vody oproti vzduchu (λ pro
kapalnou vodu při 300 K = 606 mW.m-1.K-1 oproti λ pro plynnou vodu při
300 K = 17,9 mW.m-1.K-1). Dokud tedy Richardovy svaly pracovaly a vyvíjely
teplo, tak tepelné ztráty potem navlhlým oblečením nevadily. Ale při zastavení
se vyšší tepelná vodivost kapalné vody (a tedy i potu) Richardovi vymstila
a ztráty prudce převýšily výrobu tepla. Richardovy svaly se začaly třást, aby
rychle vyrobily teplo a při tom se fotit opravdu nedá.
8. Teplejší oděv by mu nepomohl, protože by se při běhu ještě víc zpotil
a následné ochlazení by bylo ještě prudší. Na běžky se proto vyplatí lehká
větrovka, proti ztrátám tepla prouděním studeného větru. Nicméně pomoci by
mohl teplý oděv, schopný odvádět vlhkost od těla do okolí
9. Vlhký vzduch s obsahem vody blízkým tlaku nasycené páry při dané teplotě
zabrání odpařování vody z lidského těla. Pokud se část vody odpaří, jiná část
zkondenzuje. Tím dojde k navlhnutí oděvu a dál to známe.
10. V heliové atmosféře by nám byla po chvíli mnohonásobně větší zima. Je to
způsobeno rozdílnou hmotností helia a dusíku. Helium je sedmkrát lehčí než
molekula dusíku, a proto má mnohonásobně vyšší pohyblivost. Díky tomu
může jedna molekula častěji narazit do stěn rezervoáru a předat mu (nebo
naopak odebrat mu) energii. Z toho vyplývá jeho podstatně vyšší tepelná
vodivost (λ pro He při 300 K = 151,3 mW.m-1.K-1 oproti λ pro N2 při
300 K = 25,8 mW.m-1.K-1).
11. Molární tepelná kapacita je definována jako množství tepla potřebného na
změnu teploty jednoho molu látky o jeden Kelvin. V systému s konstantním
objemem přijatému teplu odpovídá nárůst vnitřní energie U: V systému
s konstantním tlakem tomuto teplu odpovídá nárůst entalpie H.
CV ,mol
U (T2 ) − U (T1 ) ΔU
⎛ ∂U mol ⎞
⎛ ∂Q ⎞
= ⎜ mol ⎟ = ⎜
=
,
⎟ ≈
T2 − T1
ΔT
⎝ ∂T ⎠V ⎝ ∂T ⎠ V
H (T2 ) − H (T1 ) ΔH
⎛ ∂Q ⎞
⎛ ∂H mol ⎞
C p ,mol = ⎜ mol ⎟ = ⎜
=
⎟ ≈
∂
T
∂
T
T2 − T1
ΔT
⎝
⎠p ⎝
⎠p
(1)
(2)
91
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Symbol (∂Qmol/∂T)V označuje derivaci tepla podle teploty při konstantním
objemu. Pravá strana rovnic (1) a (2) totiž platí jen přibližně pro malé změny
teploty a energie, nicméně pro naše vysvětlení stačí. CV můžeme tedy přibližně
určit, poznáme-li vnitřní energii při dvou různých teplotách U(T1) a U(T2).
Mezi molárními Cp,mol a specifickými cp,spec tepelnými kapacitami lze převádět
s pomocí molárních hmotností M dané látky:
C p , mol = c p , spec ⋅ M látky
(3)
Pro ideální plyny pak dále platí, že
CV , mol = C p , mol − R ,
(4)
kde je R univerzální plynová konstanta R = 8,314 J.K-1.mol-1. Tento převod
pramení z rozdílu mezi energiemi, které se v daném prostředí předávají.
U konstantního objemu jde o změnu vnitřní energie ΔU, kdežto u konstantního
tlaku jde o změnu enthalpie ΔH, která je definována pomocí
ΔH = ΔU + pΔV ,
(5)
kde p je okolní tlak a ΔV je změna objemu plynu. Pomocí rovnice ideálního plynu
a prací pouze s jedním molem pak dostaneme:
ΔH mol = ΔU mol + R ⋅ ΔT ,
(6)
kde ΔT je změna teploty.
Pokud celou rovnici (6) vydělíme teplotou (případně lépe zderivujeme podle
teploty), dostaneme díky rovnicím (1) a (2) rovnici (4).
Tabulka 1: Hodnoty tepelných kapacit pro plynné helium, dusík, kyslík a vodní páru při
0 °C.
plyn
He
N2
O2
H 2O
cp,spec [J.g-1.K-1]
5,190
1,042
0,920
1,850
CV,mol [J.mol-1.K-1]
12,45
20,86
21,13
24,99
CV,mol/R
1,50
2,51
2,54
3,01
CV,mol/R z teorie
1,5
2,5
2,5
3,0
Energii molekuly ukládají do rovnoměrně do svých stupňů volnosti – vždy tři
zabere translační pohyb celé molekuly, další dva nebo tři stavy pak odpovídají
rotaci lineární, respektive nelineární molekuly, a zbytek stupňů je pak vibračních.
U lineárních molekul se totiž nezapočítává rotace kolem hlavní osy molekuly.
Celkem mají molekuly stupňů volnosti f
f = 3⋅ N ,
92
(7)
Série 4, řešení
kde N je počet atomů v molekule. Do každého obsazovaného translačního stupně
volnosti molekula ukládá průměrně energii 1/2 kBT, kde kB je Boltzmannova
konstanta. Molární tepelná kapacita udává množství dodané energie na zvýšení
teploty, proto nás nyní zajímá jen změna energie, která činí 1/2 kBΔT na jeden
stupeň volnosti. Takže každý monoatomický plyn jako například helium má
molární tepelnou kapacitu CV:
ΔU 3 ⋅ 1 / 2 R ΔT 3
=
=
R,
2
ΔT
ΔT
CV =
(8)
kde R je molární plynová konstanta, která odpovídá Boltzmanově konstantě pro
jeden mol částic plynu.
Podobným způsobem se energie ukládá i do rotačních stupňů molekul. Jen
s drobnou změnou - jak rotační, tak vibrační stupně volnosti jsou energeticky
kvantovány. Při běžné teplotě jsou obsazeny jen základní vibrace molekuly,
a molekula by musela přijmout velké množství energie, aby přešla do vyššího
vibračního stavu, proto se vibrační stupně do tepelné kapacity projevují až při
vysokých teplotách, případně pro velké molekuly, které mají rozdíly mezi
hladinami vibračních energií menší. Naopak přechod mezi jednotlivými rotačními
kvantovými stavy vyžaduje mnohem nižší energii, a proto se v tepelných
kapacitách uplatní. Pokud jsou vyšší vibrační stavy obsazovány, pak se navíc
může uplatnit přídavek energie až kBΔT pro každý vibrační stupeň volnosti,
protože každý z nich přispívá dvěma příspěvky - kinetickou i potenciální energií.
Pro ideální biatomickou molekulu, která je už z principu lineární, tedy platí
v případě neobsazení vyšších vibračních stavů:
CV =
ΔU 3 ⋅ 1 / 2 R ΔT + 2 ⋅ 1 / 2 R ΔT 5
R,
=
=
2
ΔT
ΔT
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Za helium 0,4 bodu, za dusík s kyslíkem po 0,3 bodu, za vodní páru 0,5 bodu,
za odvození 0,5 bodu za každý případ. Celkem 3 body.
12. Kapalná voda má navíc možnost ukládat energii do nespecifických
intermolekulárních interakcí a hlavně do tvorby sítě vodíkových můstků.
13. Dokud je vzduch suchý, potící se tělo se může snáze ochlazovat odparem vody
a ztrácet tak efektivně pro organismus nebezpečné teplo díky enormnímu
výparnému teplu vody. Ve chvíli, kdy se nasytí vzduch vodní parou a cítíme
vlhko, je vypařování bráněno a organismus se snáze přehřívá.
14. Honzu před uvařením zachránilo chlazení díky pocení. Pocení zajišťuje
dostatek vody na povrchu těla. Tato voda se může v suchu snadno odpařit
a díky velkému výparnému teplu vody tím značně ochladit zkoušené Honzovo
tělo. Vzduch se při vyšších teplotách může nasytit podstatně větším
množstvím vodní páry, takže se Honzovi v sauně potí dobře. Vajíčko se holt
zpotit neumí, a tak se v sauně uvaří.
Otázka 1 – 1 bod, 2 – 0,5 bodu, 3 – 0,4 bodu, 4 – 0,5 bodu, 5 – 0,5 bodu,
6 – 0,5 bodu, 7 – 0,4 bodu, 8 – 0,5 bodu, 9 – 0,4 bodu, 10 – 1 bod, 11 – 3 body,
12 – 0,4 bodu, 13 – 0,4 bodu a 14 – 0,5 bodu. Celkem 10 bodů.
(9)
což platí zhruba pro kyslík a dusík. V případě uplatnění vyšších vibračních stavů
pak
ΔU 3 ⋅ 1 / 2 R ΔT + 2 ⋅ 1 / 2 R ΔT + 1 ⋅ R ΔT 7
CV =
=
R,
(10)
=
2
ΔT
ΔT
což platí zhruba pro brom.
U vody jsou rotační stupně tři:
CV =
ΔU 3 ⋅ 1 / 2 R ΔT + 3 ⋅ 1 / 2 R ΔT 7
R
=
=
2
ΔT
ΔT
(11)
Protože dochází i k částečnému obsazování vibračních stavů, vzrůstá CV vodní
páry postupně, třeba na 27,9 J.mol-1 při 25 °C.
93
94
Série 4, řešení
Úloha č. 4: Samá voda
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Pokud se vám podařilo správně převést jednotky z km3 na dm3 zjistili jste,
že Karlovy molekuly se za miliony let zvládly rozmíchat v 1,36·1021 dm3
světového vodstva. Na Petrovu půllitrovou láhev tedy vychází přibližně 44·106
molekul. Vaše výsledky by se tedy měly nacházet někde v rozmezí cca od
29·106 do 59·106 molekul. Přihlédnuto bylo spíše k logice výpočtu a správném
postupu než k číslům samotným.
(6 bodů)
autor: Jan Havlík
1. a)
Doslovný překlad z řečtiny (latiny) do češtiny by mohl být asi tento:
tyrannos = „krutovládce“ + sauros = „ještěr“
rex = „král”
Při překladu jsem souhlasil téměř se všemi jazykovými variacemi na téma
“Hrozivý král ještěrů“, které vás napadly.
b) Všechny známé objevy kostry tyrannosaura rexe byly doposud pouze
v Severní Americe. Je sice pravda, že část nálezů se uskutečnila
i v jihovýchodní Asii, zde se ale nejednalo přímo o tyrannosaura rexe, ale
o jeho blízké druhové příbuzné, ze kterých rex pocházel.
2. Tyrannosaurus vážil přibližně od 4 do 8 tun. Akceptoval jsem jakoukoliv
hodnotu v tomto rozmezí a z ní vyplývající výsledky při dalších výpočtech.
Pokud bylo zároveň v zadání řečeno, že jeho tělo obsahovalo 60 % vody,
dospějeme snadným výpočtem k tomu, že hmotnost vody v jeho těle byla mezi
2,4·106 až 4,8·106 g. Pokud tuto hodnotu následně vydělíme molární hmotností
vody (18 g·mol-1), obdržíme výsledek někde v intervalu od 13·104 do
27·104 molů. Používat přesnější výsledky nemělo vzhledem k nepřesnosti
zadání žádný smysl.
5. Hlavní důvod je autoprotolýza vody, při které by se atomy vodíku během
několika chvil vyměnily s okolními vodíky a nebylo by tak možno rozeznat,
která molekula je ještě původní a která má pouze půjčený jeden z vodíků.
Dalšími může být například přeměna fotosyntézou či jakékoliv jiné rozumné
řešení.
6. a) Ze všech metabolických přeměn projde největší množství vody
přeměnou prostřednictvím oxygenní fotosyntézy.
b) Její stáří je mezi 2,8 až 3,5 miliard let. Stáří Karla asi 67 až 100 milionu
let. Fotosyntéza je proto asi o 2,7 až 3,5 miliard let starší.
Otázka 1 – 1 bod, 2 – 0,5 bodu, 3 – 1 bod, 4 – 2 body, 5 – 0,5 bodu
a 6 – 1 bod. Celkem 6 bodů.
3. a) V této otázce se jednalo o jakýsi chyták na vaše zaběhlé chemické
myšlení. Jediný způsob stanovování stáří hornin, se kterou se běžně chemik
v učebnicích setkává, jsou radioizotopové metody. Ty jsou bohužel vhodné
pouze pro určité druhy hornin a fungují jen ve speciálních podmínkách. Pro
datování stáří zkamenělin organismů nalezených v pevninských sedimentech
jsou bohužel z mnoha důvodů naprosto nevhodné. V těchto případech jsou
jediným možným řešením různé druhy stratigrafie. Např. biostratigrafie
(stanovování stáří pomocí nalezených pozůstatků jiných hojně se
vyskytujících organismů jako jsou pylová zrnka, rostlinky atd.),
chronostratigrafie, magnetostratigrafie a jiné. Jako odpověď mi stačila
jakákoliv metoda založená na srovnávání stáří s okolní geologickou vrstvou.
b) Radiokarbonová metoda je nevhodná z prostého důvodu, že poločas
rozpadu 14C je přibližně 5730 let, kdežto stáří kostry je miliony let. Veškerý
radioaktivní uhlík se tedy stihl za tuto dobu již dávno rozložit. Dalším
problémem by mohla být i absence uhlíku ve zkamenělině obecně.
4. Jak jsme již v otázce 2 vypočítali, průměrný rex obsahuje přibližně 13·104 až
27·104 molů vody. (Pro další výpočty použiji hodnotu 20·104 mol a na konci
uvedu akceptované rozmezí výsledků.) Při použití této hodnoty (20·104 mol)
snadno vypočítáme, že Karel obsahoval přibližně 1,2·1029 molekul vody.
95
96
Série 4, řešení
Úloha č. 5: Houbová inspirace
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
(10 bodů)
H
HN C CO
CH2
COO
Autor: Martin Kuchař
1.
a)
b)
O
Me3N
H2O
Me3N
OH
O
C
Cl
NH3
Cl
B
O
Me3N
O
Me3N
Cl
E
O
Cl
O
H2O
C
Obrázek 1. Aktivní místo acetylcholinesterázy s navázaným acetylcholinem,
velice zjednodušený mechanismus
7. sarin, soman, tabun, cyklosarin (GF), VX, VM, VG, VE. Ireversibilní inhibice
acetylcholinesterásy, což vede ke zvýšení koncentrace acetylcholinu. Jako
příklad ireversibilní inhibice acetylcholinesterázy uvedena reakce se sarinem.
NH2
D
O
Cl
Ac2O
Me3N
B
O
OH
Me3N
Cl
Cl
COCl2
OH
Me3N
A
Me3N
d)
HCl
CO
CH2
O
H
CH3
H2C N CH2 CH2
OCH3
CH3
O
OH
OH
c)
Cl
OH A
Me3N
HN
Me
CO
CHCH2ONH
O
2. Zelený zákal, glaukom.
3. Muchomůrka červená, muskarin. Navázání muskarinu na M-receptory,
vyvolává stejný účinek jako navázání přirozeného mediátoru acetylcholinu,
přesycení receptorů vede k nervosvalovým křečím parasympatiku. Dochází
také k zúžení zorniček a poklesu nitroočního tlaku, tedy odeznění příčiny
zeleného zákalu.
F-
CO H
O
2
CH C O P O-iPr
NH
Me
Obrázek 2. Inhibice acetylcholinesterázy navázáním sarinu na hydroxyl serinu
Otázka 1 – za schémata po 0,75 bodu, celkem 3 body, 2 – 0,5 bodu,
3 – 1,5 bodu, 4 – 0,5 bodu, 5 – 0,75 bodu, 6 – 2,5 bodu a 7 – 1,25 bodu. Celkem
10 bodů.
4. Acetylcholin, neurotransmiter, přenos nervového vzruchu.
5. Acetylcholin se poměrně snadno štěpí nespecifickými hydrolysami v krevním
řečišti, používají se tedy stabilnější analoga. Léčiva patří do skupiny
cholinergik a konkrétně se jedná o přímá cholinergika.
6. Acetylcholinesteráza, skupina serinových hydroláz. Aktivní místo enzymu je
tvořeno serinem, poskytuje svůj hydroxyl pro nukleofilní atak esterové funkce
acetylcholinu, a kyselinou asparagovou, poskytuje karboxyl k fixaci
trimethylamoniové funkce. Dojde k odstoupení cholinu a acetyl je navázán na
hydroxyskupině serinu.
97
O
F P O-iPr
Me
98
Seriál
Seriál – Přírodní látky s biologickou aktivitou I
Martin Kuchař
Slovo úvodem
Milí přátelé, v minulém ročníku jsme si povídali o farmakochemii, syntézách
účinných látek a o jejich modifikacích. Většina aktivních substancí se dnes
připravuje kombinatoriální chemií nebo navrhuje výpočetním modelováním (např.
modelování tranzitních stavů enzymatických reakcí). Přesto stále více lidí upírá
svou pozornost k tzv. historickým nebo také tradičním léčebným postupům. Tento
trend se začíná projevovat i v oblasti vědeckých prací (viz literatura). Je třeba si
uvědomit, že dosud bylo zmapováno jen malé množství rostlinných a živočišných
druhů, které mohou obsahovat unikátní biologicky aktivní látky, a jen malé
procento ze známých druhů bylo podrobeněji zkoumáno.
V tomto ročníku se Vám budu snažit přiblížit svět přírodních látek z pohledu
organického chemika. Předem se proto omlouvám všem biologům, kteří budou
postrádat svou přesnou taxonomii a lokalizaci nalezišť, biochemikům, kteří budou
možná naříkat nad mnohými zjednodušeními v oblasti mechanismu sekundárních
metabolitů, a ani fyzikální chemik nenalezne oblíbenou farmakokinetiku a
dynamiku. Přesto věřím, že každý zájemce o přírodní vědy zde najde nějaké nové
obohacující informace. Dále musím poznamenat, že si tento seriál neklade za cíl
být vědeckou rešerší, ale v rámci možností zůstat vědeckopopulární statí určenou
řešitelům KSICHTu. Pokud se mi podaří vyprovokovat Váš zájem a hlad po
dalších informacích, bude účel tohoto seriálu splněn.
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
První zmínky o zvláštním vosku s hojivými a desinfekčními účinky jsou
u starých Egypťanů, Římanů a Řeků. Jeho univerzálnost spočívala v dobré
dostupnosti a snadné aplikaci. Římský historik Plinius se o něm zmiňuje ve svém
díle Historia naturalis. Jméno propolis je odvozeno z řeckého pro (obrana) polis
(město), neboli obrana města (úlu). Další písemné zmínky pochází od Aristotela,
který zhotovil průsvitný úl, aby mohl studovat život včelstva. Včely však stěny
pokryly lepkavou hnědou hmotou (propolisem). Středověké léčitelství jej také
hojně využívalo, jak popisuje ve svých knihách arabský učenec a lékař Avicenna
(980 – 1037 n. l.). První novověké odborné sdělení je z roku 1954, kde se popisují
hojivé účinky na kůži.1 Do této chvíle již bylo publikováno přes 2000 vědeckých
prací, ve kterých se popisují metody separace a biologické účinky jednotlivých
izolovaných složek. Je třeba poznamenat, že do dnešní doby stále ještě nebyly
objeveny všechny jeho účinné látky, což je způsobeno velkou diverzitou složení
propolisu v závislosti na jeho původu a stáří. Dá se říci, že složení se mění
doslova od včelstva ke včelstvu. Předpokládá se, že hlavní význam účinku je
v synergickém působení všech přítomných látek. Hlavní složkou jsou pryskyřice
50 %, dále vosk 30%, aromatické oleje 10 %, pyl 5 % a ostatní organické látky
5 %.2 Těchto 5 % je tvořeno látkami z hlediska účinků nejzajímavějšími. Jedná se
o velice pestrou směs několika set látek, kde jsou nejvíce zastoupeny
polyfenolické látky, terpenické látky, flavonoidy, karboxylové kyseliny (kávová,
benzoová, skořicová, kumarová,…) a jejich estery, hydrochinon, chrysin,
guarcetol a celá řada dalších látek (obr. 1).
O
HO
OH
Začínáme…
O
HO
Určitě už jste zvědaví, co jsem hned na začátek pro Vás připravil. Budeme si
povídat o dvou přírodních materiálech, které se v současné době dostávají stále
více do popředí zájmu jak vědecké, tak i laické obce a jsou po tisíciletí využívány
v přírodní medicíně.
OH
OH O
chrysin
kyselina kávová
V našich zeměpisných šířkách je nejznámější látkou
produkovanou včelami (Apis mellifera) propolis. Předpokládám,
že jste již o něm slyšeli, mnozí možná znají nějakého včelaře,
který ho má doma uchovaný v lihu. Co to ale vlastně je? Na první
pohled je to lepkavá nahnědlá hmota, kterou jsou pokryty vnitřní stěny včelího
úlu. Touto látkou se včely chrání před různými bakteriálními a plísňovými
infekcemi. Pokrývají s ním různé nerovnosti a dokonce jsou zaznamenány
případy, kdy jím pokryly tělo nešťastného hlodavce, který se dostal do úlu.
HO
O
O
OH
OH O
OH
quarcetol
OH
OH
HO
kyselina kumarová
Obrázek 1. Některé látky obsažené v propolisu
99
100
Seriál
Nedávno byla izolována nová série flavonoidů3 s inhibiční aktivitou tvorby
NO. Příklady struktur jsou na následujícím schématu (obr. 2).
R2
MeO
O
HO
H
R2
H
O
HO
H
H
R1
R2
2 OMe H
OMe
3 H
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Domnívám se, že v kombinaci s dosud běžně používanými preparáty se může
propolis stát důstojnou alternativou v léčbě infekčních chorob. Hlavní význam
bych ale viděl v tom, že propolis lze úspěšně a dlouhodobě aplikovat
profylakticky (preventivně) bez vedlejších účinků. Nedovedu si představit, že by
někdo užíval denně penicilin a to po několik let. A v tom tkví, vedle snadné
dostupnosti, hlavní přednost propolisu.
OH
O
1
O
O
HO
Me
H
Me
R2
HO
R1
R1
H
5 OH
6 H
O
O
Me
R2
H
OH
Me
O
O
O
O
O
OH
Me
baccharin
Me
Me
O
OH
drupanin
Obrázek 3. Některé z protinádorových látek obsažených v propolisu
4
Obrázek 2. Příklady flavonoidů
Biologické účinky propolisu jsou velice různorodé: antibakteriální,
antifungální, antivirotické, protizánětlivé, imunostimulující a dále mají výrazný
inhibiční efekt vůči tzv. ROS (reactive oxygen species) látkám.4 Velice nadějná se
zdá být léčba chronické gastritidy extraktem z propolisu. Jako hlavní příčina
chronické gastritidy se udává infekce gramnegativní bakterií Helicobacter pylori.5
Tato bakterie rozrušuje ochrannou slizovou vrstvu vnitřní stěny žaludku, která se
dostává do přímého kontaktu s trávicími enzymy a kyselinou chlorovodíkovou. Po
určité době se vytvoří tzv. žaludeční vředy, které mohou přejít v rakovinu
žaludku. Dnešní způsoby léčby jsou založeny na kombinaci dvou antibiotik a
inhibitorů protonové pumpy (zamezení vzniku kyseliny chlorovodíkové). Bohužel
se dnes objevuje celá řada kmenů s výraznou antibiotickou resistencí (včetně
tinidazolu a clarithromycinu), a proto se domnívám, že by se mohl do klinické
praxe dostat preparát využívající aktivních složek z propolisu popřípadě přímo
nějaký standardizovaný extrakt.
Velice zajímavá je nedávno objevená protinádorová aktivita látek izolovaných
z propolisu, konkrétně fenylesteru kyseliny kávové (CAPE),6 dále strukturně
podobného drupaninu a poměrně složitého baccharinu. Tyto látky velice efektivně
způsobují apoptózu myelitických leukemických buněk. A co je velice důležité,
vysoká aktivita byla potvrzena i v prostředí in vivo.
101
Dalším zajímavým přírodním materiálem,
který se dá k propolisu přirovnat, je mumio.
Je to hnědošedá látka, která se vyskytuje na
skalách ve vrstvách a shlucích tvarem
připomínající krápníky. Objevuje se pouze
ojediněle na několika místech na světě, kde
vznikly specifické geologické, biologické a
klimatické podmínky. Mumio lze nalézt na
Altaji, Pamíru, Kavkaze, rovněž v jižních
oblastech Sibiře. Kdysi se vyskytovalo i v Afghánistánu a Tibetu. Naleziště
mumia se nacházejí především na jižních svazích hor ve výškách od 2000 až do
3500 metrů nad mořem. Vznikalo ve skalních výklencích, štěrbinách a jeskyních,
suchých a chráněných před větrem a přímým sluncem, s přiměřeně teplým a
suchým klimatem a velkými výkyvy teplot: v zimě od -30 do 0 °C, v létě od -2 do
+40 °C.
Vznik mumia není dosud přesně známý, i když se na toto téma objevila řada
hypotéz, žádná z nich nevyřešila tento problém do všech důsledků. Ve starověku
se lidé domnívali, že mumio vyteklo ze skal, proto je také považovali za
zkamenělé skalní slzy. Při analýze byly zjištěny látky přítomné ve včelím jedu,
takže se předpokládá, že by se mohlo jednat o pozůstatky úlů divokých horských
včel. Další teorie předpokládá, že jsou to organické pozůstatky fauny a flóry, které
se vzájemně v průběhu přirozeného procesu trvajícího tisíce let promísily a spojily
s anorganickými skalními minerály.
102
Seriál
zvláštní ochraně. Jeho směs ve formě krému byla patentována roku 2001.7 Je
pravděpodobné, že vzhledem k omezeným zdrojům tohoto materiálu není příliš
vědecky prozkoumán. Dostupné odborné publikace jsou pouze tři, z nichž jedna je
již zmíněný patent. Za povšimnutí stojí také fakt, že všechny publikace byly
napsány rusky. V roce 1994 se estonská skupina8 pokusila analyzovat ethanolický
extrakt z mumia pomocí GC-MS (gas chromatography-mass spectrometry).
Podařilo se jí izolovat a charakterizovat 65 látek, z nichž 24 byly volné
karboxylové kyseliny (např. kyselina amygdalová, benzoová, salicylová,
cyklohexankarboxylová, vanilová, levulová, myristová, hippurová, kumarová)
dále estery mastných kyselin, dimethylsulfon, vyšší uhlovodíky a vyšší alkoholy,
z terpenických látek např. skvalen (obr. 4). Poslední práce9 z roku 1976 popisuje
léčebné účinky na žaludeční vředy (test byl prováděn pouze na laboratorních
krysách).
skvalen
O
HO
O
H
N
OH
O
OH
kyselina amygdalová
OMe
kyselina hippurová
Přestože odborná literatura se této látce poměrně vyhýbá, v současné době je
velice hojně využíván v podobě různých výživných krémů, pleťových masek a
potravinových suplementů, za což vděčí zřejmě tomu, že jako přírodní produkt
nepodléhá schvalovacím kritériím a koloběhu klinických zkoušek a také
současnému zájmu o orientální a etnické léčebné produkty.
O
HO
OH
OH
O
kyselina vanilová
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
O
Literatura
kyselina levulová
1. Monfort J.: Bulletin medical 1954, 68, 437.
2. Burdovo G. A.: Food and Chemical Toxikology 1998, 36, 347.
O
3. Awale S., Shrestha S. P., Tezuka Y., Ueda J.-Y., Matsushige K., Kadota S.:
J. Nat. Prod. 2005, 68, 858.
HO
kyselina myristová
4. Beyer G., Melzig M. F.: Biol. Pharm. Bull. 2005, 28, 1183.
Obrázek 4. Některé z látek obsažených v mumiu
Historie použití mumia sahá až do starověku. Zmínky o této látce lze najít ve
starých rukopisech ze 3. století před naším letopočtem. Z těchto zápisů vyplývá,
že mumio bylo všeobecně známé a používali ho starověcí Arabové, Peršané,
Turci, Tataři, Azegové, Indové, Číňané, Egypťané a Řekové, kteří ho považovali
za lék na celou řadu chorob. Známý filosof a farmakolog Aristoteles popsal již
před dvěma a půl tisíci lety léčivé vlastnosti a uvedl metodu prokazující jeho
unikátnosti. Doporučoval ho také svým pacientům, mimo jiné jako prostředek
proti krvácení a na posílení srdce. Systematický výzkum prováděl také Avicenna,
který doporučoval tento preparát používat na zlomeniny, vykloubeniny,
pohmožděniny a otoky na těle, proti migréně a zánětům nervů. Zajímavé je, že
dlouhá léta byl vývoz mumia z oblastí náležejících k bývalému Sovětskému svazu
zakázán, protože tento produkt byl považován za národní poklad podléhající
103
5. Nostro A., Cellini L., Di Bartolomeo S., Di Campli E., Grande R., Cannatelli
M. A., Mario L., Alfonzo V.: Phytother. Res. 2005, 19, 198.
6. Mishima S., Ono Y., Araki Y., Akao Y., Nozawa Y.: Biol. Pharm. Bull. 2005,
28, 1025.
7. Zarubin A. A.: PCT Int. Appl. 2001.
8. Liiv M. E., Muurisepp A.-M. A., Gruner E. G.: Zhurnal Analiticheskoi Khimii
1994, 49, 315.
9. Denisenko P. P., Nuraliev N.: Izvestiya Akademii Nauk Tadzhikskoi SSR 1976,
103.
104
Seriál
Seriál – Přírodní látky s biologickou aktivitou II
Ayurveda očima současné vědy…
Neuběhlo ani pár měsíců a opět k vám přichází seriál.
V tomto dílu si budeme vyprávět o tom, co se skrývá pod
slovem ayurveda. Řekneme si něco o historii a o pohledu
dnešní vědy na danou oblast.
Pro Středoevropana zní ayurveda přinejmenším
exoticky a tajemně. Řada lidí si toto slovo spojuje
s mastičkáři a jinými podomními léčiteli. Takže celkový
obraz je poněkud zmatený. V odborné literatuře bylo na
toto téma dosud publikováno kolem 300 prací, nicméně
drtivá většina byla v nepříliš známých indických
časopisech, ke kterým není snadné se z našich končin
dostat (univerzitní knihovna a knihovna AV ČR je
neodebírají ani v elektronické podobě). Vzhledem
k množství používaných přípravků povíme si pouze o několika zástupcích,
čímž rozhodně není snížen význam rostlin zde nejmenovaných.
Ayurveda je systém lékařství a bylinářské medicíny, který má své kořeny
v Indii ve 3. tisíciletí př. n. l. v Himalájích. Podle legendy se v jedné himalájské
jeskyni setkali nejmoudřejší muži Indie, kteří hovořili o svých léčebných
uměních. Tito muži přicestovali z různých částí Indie a přinesli s sebou domorodé
znalosti léčivých bylin, které se dosud předávaly ústní tradicí. Na tomto velkém
setkání své znalosti spojili do společného díla, jenž nazvali Ayurveda (sanskrtské
slovo „ayus“ znamená život, slovo „veda“ znamená poznání). Tento systém
poznání se předával ústní tradicí z učitelů na jejich žáky po další tisíce let.
Poznání postupně rostlo, jak každý ayurvedský lékař doplňoval vlastní poznatky a
zkušenosti. V 1. století našeho letopočtu ayurvedský systém zapsal lékař Charaka.
Toto učení pravděpodobně předcházelo ostatním tradicím, včetně čínské
medicíny. Dokonce před uvedeným legendárním setkáním se znalosti bylin a
bylinářské medicíny šířily z Indie do celého světa. Semena některých rostlin
z Indie byla nelezena také v hrobkách egyptských faraónů. Cestovatelé přenášeli
znalosti o indických bylinách přes Tibet do Číny. Arabové obchodovali
s indickými bylinami ještě před vznikem islámu. Od arabských lékařů, kteří tuto
medicínu studovali, se znalosti o indických bylinách a medicíně rozšířily také do
starověkého Řecka a Říma. V 1. století našeho letopočtu, kdy indický lékař
Charaka zapsal ayurvedské znalosti, římský autor Plinius popsal indické byliny ve
svém díle „Přírodní historie“.
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
nemoci. Samotná léčba je tedy navracení ztracené rovnováhy. Hlavní princip této
filosofie, ale spočívá v předcházení nemoci. Proto jsou také bylinné směsi
navrženy tak, aby se daly používat preventivně a dlouhodobě. Podle našich
zvyklostí by se tedy v preventivní formě daly považovat spíše za potraviny než za
léky. Ayurvedské bylinné směsi podobně jako čínské jsou kombinací mnoha
různých rostlin, které navzájem synergicky působí. Tento efekt je znám i při
podávání léků v klasické medicíně, kdy se účinky léčiv navzájem ovlivňují.
Zjednodušeně se dá říct, že pokud jedna rostlina má nějaké nežádoucí vedlejší
účinky, je ve směsi také jiná rostlina, která tyto účinky potlačuje. Přídavek další
rostliny žádoucí efekt zase třeba zvyšuje. Postupným vývojem bylo dosaženo
směsí, které obsahují i několik desítek různých rostlin. Celá řada rostlin je známá
jako koření (zázvor, skořice, koriandr, kardamom, kurkuma a další). Některé
méně známé rostliny, pro vědecký svět objevené relativně nedávno, jsou nyní
podrobovány soustavné analýze a testování biologické aktivity.
Protože ayurveda je rozsáhlý léčebný systém pokrývající léčbu infekčních
chorob, problémů s krevním oběhem, směsi podporující činnost různých orgánů,
není možné smysluplně vše projít. Zaměříme se tedy na oblast, kde se ayurveda
používá nejčastěji; povzbuzení mozkové aktivity, vitalizace, léčba únavových
syndromů a obecné zlepšení kognitivních funkcí.
Rostlina přítomná ve všech těchto směsích je Bacopa monnieri (bakopa
drobnolistá, známá jako rostlina Brahmi). Tato drobná rostlina se vyskytuje
v tropických částech Asie a Ameriky. Někteří ji možná znají jako akvarijní
rostlinu, aniž by tušili, že je významná v tradiční indické medicíně. Používá se
k vylepšení paměti, léčbě epilepsie a jako zklidňující přípravek, uvádějí se také
antipyretické účinky. Farmakologické účinky se uvádějí jako silně podporující
kognitivní funkce, analgetikum a antioxidant. První pokusy o seriozní vědeckou
analýzu se datují do roku 1936, kdy se japonská skupina pokusila izolovat účinné
složky.1 V té době byly samozřejmě analytické možnosti značně omezené.
Výzkumníci vycházeli z ethanolického extraktu, do kterého přidali chlorid
železitý. Podařilo se jim izolovat flavonol glykosid, který hydrolyzovali kyselinou
sírovou za vzniku flavonoidu luteolinu (obr. 1). V 60. letech byl izolován
brahmin, jehož struktura není dosud určena, a kyselina brahmová. Minulý rok
indická skupina2 izolovala řadu flavonoidů.
Podle ayurvedské filosofie je přirozeným stavem rovnováha pěti živlů (ether,
voda, oheň, vzduch, země). Porušení této rovnováhy se projevuje v podobě
105
106
Seriál
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Me
Me
OH
H2C
Me
OMe
Me
Me
RO
COOH
O
Me
O
Me
O
Me
HO
OH
Me
RO
O
Me
Me
kyselina betulinová
R=H, wogonin
R=kyselina glukuronová, oroxindin
Obrázek 2. Příklad izolovaného triterpenoidního saponinu
Me
Další používanou rostlinou s neuroregenerativní účinky6 je Centella asiatica,
známá také jako gotu kola. Pokusy in vitro ukázaly silný efekt podporující růst
neuritů v lidských SH-5YSY buňkách. Jako nejúčinnější se ukázal extrakt
v nepolární fázi, méně účinný v ethanolické a v podstatě neúčinný ve vodné fázi.
V tomto roce byla provedena zevrubná analýza s využitím moderních
analytických metod a provedeno testování antibakteriální aktivity.7 Bylo
izolováno velké množství různých látek (obr. 4): terpenoidní sacharidy, různé
oxidované monoterpeny, sirný seskviterpen, α-humulen, β-karyofylen, germakren
a myrcen. Ukázalo se také široké spektrum antibakteriální aktivity proti
grampositivním bakteriím (Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus),
gramnegativním bakteriím (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Shigella
sonnei). Proto se tato rostlina používá i ve směsích proti infekčním chorobám
bakteriálního původu.
Me
HO
O
Me
HO
Me
H
OH
OH
O
OH
HO
Me
H
H
COOH
Me
OH
HO
luteolin
Me
Skupina látek odvozená od pseudojujobogeninu
R= α-L-ara-(1-2)-β-D-glc-(1-3)-β-D-glc, bakopasid II
kyselina brahmová
Obrázek 1. Látky izolované z bakopy drobnolisté
Skupina z Innsbrucké univerzity společně s kolegy z Univerzity v Mississippi3
podrobila bakopu analýze se zaměřením na izolaci terpenické frakce. Podařilo se
jim izolovat velkou sérii triterpenoidních saponinů (obr. 2). Zajímavé jsou také
antioxidační vlastnosti této rostliny.4 Zjistilo se, že vysoká koncentrace oxidu
dusnatého (NO) v krevní plazmě může vést k neurodegenerativním onemocněním
jako je Alzheimerova choroba a epilepsie.5 Současné výzkumy ukazují, že gliové
buňky v přítomnosti superoxidového radikálu produkují zvýšené množství NO.
Logickým krokem je tedy zjistit, které látky v této rostlině mají vliv na snižování
ROS (reactive oxygen species) a tedy i koncentraci NO, dále kvantifikovat
účinnost. Zjistilo se, že methanolický extrakt vykazuje účinnost při koncentraci
12 μmol.ml-1. Jako zásadní se ukázal vliv přítomných bakosidů (terpenoidní
saponiny).
107
108
Seriál
Me
Me
HO Me H
Me
Me
Ke zvýšení efektu se do směsi předchozích rostlin přidává jinan dvoulaločný
(Ginkgo biloba). Jedná se o dvoudomý strom se široce dvoulaločnými listy,
který lze v parcích najít i u nás. Extrakt z listů tohoto stromu se používá
k prokrvení studených končetin a mozku. A to je důvod proč se přidává do směsí
podporujících mozkovou činnost, kdy dochází k snadnějšímu zásobení tkáně
žádoucími látkami. Zajímavé je i použití extraktu z ginkga při překonávání
syndromu z působení vysoké nadmořské výšky.
Me
Me
Me
Me
H
Me
H 2C
α-thujen
spathulenol
humulen
H Me
H2C
Me
Celá řada farmaceutických firem si je v současné době vědoma potenciálu
rostlinných extraktů založených na ayurvedských principech. Dochází k převedení
směsí do standardizovaných forem a přidání různých vitamínů a dalších látek.
Konkrétně preparát podporující mozkové funkce a používaný k léčbě
Alzheimerovy choroby obsahuje kromě extraktu ze všech výše uvedených rostlin
také vitaminy B, dimethylaminoethanol (dosud se používal samostatně) a deriváty
acetylcholinu.
Me
H
Me
Me
S
Me
H
Me
Me
Me
H
H 2C
Me
mintsulfid
CH2
H
bicykloelemen
CH2
Literatura:
karyofylen
1. Nakamura H., Ota T., Fukuchi G., Yakugaku Z.: Chem. Zentr 1936, 56, 107.
Obrázek 4. Příklady izolovaných látek z Centella asiatica
Z celé řady rostlin, které našly použití jako tzv. anti-dementia drugs,
jmenujme ještě whitanii somnifera, která vykazuje silný neotropický efekt.
V tomto roce byla izolována skupina látek, která dostala příznačný název
withanolidy (obr. 5). Tyto látky inhibují acetylcholinesterasu a
butyrylcholinesterasu.8 Dále bylo zjištěno, že působí opravnými mechanismy na
poškozené synapse,9 čímž se řadí mezi nadějné zástupce nových léčiv proti
Alzheimerově chorobě. Dále byla u těchto látek zjištěna určitá kancerostatická
aktivita. Ovšem nejdůležitější je, že je možné extrakty z této rostliny podávat
preventivně.
H OH
Me
OH
H
Me
Me
O
Me
H
O
O
HO
H
Me
O
H
OH
H
OH
H
O
H
OH
Me
H O
H
Me
withaferin A
H
O
2. Chaudhuri P. K., Srivastava R., Kumar S., Kumar S.: Phytother. Res. 2004,
18, 114.
3. Ganzera M., Gampenrieder J., Pawar R. S., Hanb I. A., Stuppner H.: Analytica
Chimica Acta 2004, 516, 149.
4. Russoa A., Borrellib F., Campisia A., Acquavivaa R., Racitia G., Vanella A.:
Life Sciences 2003, 73, 1517.
5. Colasanti M., Suzuki H.: Trends Pharmacological Science 2000, 21, 249.
6. Soumyanath A., Zhong Y.-P., Gold S. A., Yu X., Koop D. R., Bourdette D.,
Gold B. G.: Journal of Pharmacy and Pharmacology 2005, 57, 1221.
7. Oyedeji O. A., Afolayan A. J.: Pharmaceutical Biology 2005, 43, 249.
8. Choudhary M. I., Nawaz S. A., Zaheer-ul-Haq, Lodhi M. A., Ghayur M. N.,
Jalil S., Riaz N., Yousuf S., Malik A., Gilani A. H., Atta-ur-Rahman P.:
Biochemical and Biophysical Research Communications 2005, 334, 276.
O
H
9. Kuboyama T., Tohda Ch., Komatu K.: British Journal of Pharmacology 2005,
144, 961.
H
H
O
Me
Me
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
H
glukosomniferanolid (withanolid)
Obrázek 5. Zástupci skupiny withanolidů
109
110
Seriál
Seriál – Přírodní látky s biologickou aktivitou III
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Tabulka 1. Přehled toxinů; převzato z www.biotox.cz
Milí přátelé, v tomto díle si budeme povídat o přírodních látkách, které jsou
pro savce, tedy i pro člověka jedovaté. Ukážeme si, že i jedovaté látky mohou
najít uplatnění v medicíně a pokusíme se o jejich systematické členění.
Vymezení některých pojmů
Abychom si v následujícím textu rozuměli, musíme si vysvětlit, co znamenají
některé pojmy:
LD50 (dosis letalis) – množství podané látky, které způsobí smrt poloviny
jedinců ze zkoumaného souboru. K této hodnotě se udává, o jaký biologický druh
se jedná a způsob podání preparátu (např. ústy, nitrožilně, přes kůži atd.)
ED50 (efektivní dávka) – množství látky, které má na polovinu jedinců žádaný
efekt, stejně jako u LD50 se udává biologický druh a způsob podání.
Toxin
botulotoxin
tetanospasmin
aphanotoxin
anatoxin-A
kobratoxin
microcystin LR
nodularin
kurare
strychnin
Zdroj
Clostridium botulinum
Clostridium tetani
Aphanizomenon
flos-aquae
Anabaena flos-aquae
Naja naja
Microcystis aeruginosa
Nodularia spumigena
Chondrodendron
tomentosum
Strychnos nux-vomica
Skupina
bakterie
bakterie
LD50 µg/kg
intravenosně myš
0,00003
0,0001
sinice
10
sinice
had
sinice
sinice
20
20
43
50
rostlina
500
rostlina
2 000
ID50 (inhibiční dávka) – množství látky, které způsobuje inhibiční efekt
u poloviny zkoumaného vzorku.
Toxiny bakterií
Obecně platí, že hodnota indexu udává procento, na které se daný efekt
vztahuje. Setkáváme se tedy s různými číselnými variantami, např.: LD90 (90 %
jedinců nepřežije podanou látku), ED0 (dávka, při níž ještě není pozorován žádný
efekt) nebo ID100 (množství, kdy dojde ke 100 % inhibici. Množství podané látky
se udává v mg/kg živé váhy. Pokud se toxická látka vyskytuje v prostředí, udávají
se hodnoty koncentrační např. v mg/m3 (v případě vzduchu) nebo μmol/dm3
(v případě vody). Popisované veličiny se pak změní na LC, EC a IC.
Toxickými bakteriálními metabolity jsou nejčastěji proteiny. Místem
lokalizace toxických bílkovin je buněčná stěna, ve které se u gramnegativních i
grampozitivních bakterií vyskytuje peptidoglykanová vrstva. U gramnegativních
bakterií je vně od peptidoglykanové vrstvy ještě povrchová vrstva zevní
membrány tvořená fosfolipidy, lipopolysacharidem, kyselými polysacharidy a
významným množstvím (asi 50 %) bílkovin. Biologicky aktivní složku tvoří
lipopolysacharidový komplex. Jedná se o antigenní bílkoviny, na které imunitní
systém odpovídá navázáním specifické protilátky.
Klasifikace toxických látek
V klinické praxi se používá dělení jedů podle jejich
účinku na lidský organismus, tedy zda daná látka
postihuje například játra, krvetvorbu, CNS nebo
ledviny. Protože ale budeme mluvit pouze o přírodních
látkách, pokusíme se látky rozdělit podle jejich
výskytu v přírodě, tedy jakési biologické dělení.
V následující tabulce si ukážeme, že přírodní toxiny
patří mezi nejjedovatější známé látky.
Toxicita bakteriálních proteinových toxinů se pohybuje v nanogramech na
kilogram hmotnosti vnímavého organismu. Například letální dávka botulotoxinu a
tetanospasminu se pohybuje v řádu ng/kg. Předpokladem vysoké toxicity je
schopnost bakterie produkovat toxin v dostatečné koncentraci in vivo a aktivita
toxinu v podmínkách hostitelského organismu (toxiny mohou být štěpeny
různými enzymy, inaktivovány navázáním na specifické protilátky imunitního
systému). Zvláštní případ představují toxiny produkované mimo hostitele,
zejména v potravinách (botulotoxiny, stafylokokové enterotoxiny). U nich je
toxicita ovlivněna způsobem vstřebávání a rezistencí toxinu k trávicím enzymům.
Proteinové toxiny se výrazně uplatňují v patogenezi onemocnění vyvolaných
grampozitivními bakteriemi. Pro ně se užívalo názvu exotoxiny, protože jsou
uvolňovány do okolí v průběhu růstu bakteriálních buněk. Z gramnegativních
bakterií se proteinové toxiny uvolňují většinou až po narušení buněčné
membrány.
111
112
Seriál
Proteinové toxiny jsou molekuly o relativní molekulové hmotnosti od 30 000
až do 150 000. Skládají se z peptidických řetězců, jsou termolabilní (inaktivují se
varem), jejich aktivita je blokována neutralizačními protilátkami a mohou být
změněny v toxoidy, které jsou využívány k aktivní imunizaci. Mechanismus
působení je do značné míry charakteristický pro jednotlivé toxiny, což je nápadné
zvláště u těch toxinů, které jsou zodpovědné prakticky za všechny příznaky
klinického onemocnění (toxinózy) jako jsou záškrt (diftérie), tetanus, botulismus a
cholera.
Geny toxických proteinů jsou lokalizovány v chromozomech (Vibrio cholerae,
Arcanobacterium haemolyticum, Corynebacterium pseudoterberculosis), na
plasmidech (enterotoxiny Escherichia coli) anebo jsou součástí genetické výbavy
specifického bakteriofága (Cor. diphtheriae). Produkce toxických proteinů je
ovlivňována často koncentrací iontů (Fe2+, Ca2+, Mg2+). Rychlost množení a
produkce toxinů není vždy v koleraci, bakterie se může množit a neprodukovat
toxin, ačkoli příslušný gen obsahuje.
Podle mechanismu účinku toxinu lze toxiny rozdělit do čtyř skupin:
Intracelulárně působící toxiny – skupina toxinů pronikajících po vazbě na
specifický receptor buňky do cytoplasmy, kde ovlivňují různými mechanismy
fyziologii buňky.
• Mezi tyto toxiny patří skupina látek s transferázovou aktivitou.
Mechanismus jejich účinku je založen na inhibici proteosyntézy. Další
mechanismus působení toxinů s transferázovou aktivitou je založen na
kovalentním navázání ADP na regulační složky adenalátcyklásy, což vede
ke zvýšené produkci cAMP (cholerový toxin).
• Dále neurotoxiny, mezi něž patří například botulotoxin a tetanospasmin.
Cytolytické toxiny – do této skupiny se zařazují toxiny poškozující membrány
eukaryotických buněk. Buněčná membrána může být poškozena různými
mechanismy např. enzymovou hydrolýzou membránových fosfolipidů, které štěpí
fosfatidylcholin a sfingomyelin (např. C fosfolipáza Clostridia perfringens) nebo
tvorbou pórů v buněčné membráně po vazbě na cholesterol (např. Streptococcus
pyogenes) nebo povrchově aktivními hemolysiny (δ lysin Staphylococcus aureus)
nebo insercí toxinu tvořícího póry v lipidové buněčné dvojvrstvě (α toxin
Staphylococcus aureus je schopen porušovat erytrocyty).
Superantigeny – jsou zvláštní skupinou toxinů, které se od antigenů liší tím, že se
přímo váží na T-lymfocyty, obcházejí standardní kaskádu imunitních odpovědí.
Reakce organismu na přítomnost superantigenu je velice rychlá a prudká (úmrtí
na toxický šok u bakterie Staphylococcus aureus). Tyto toxiny jsou spojovány se
vznikem autoimunitních onemocnění, například revmatoidní artritida.
113
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Komplexní toxin – zcela zvláštní postavení zaujímá komplexní toxin (ze tří
samostatných částí) produkovaný Bacillus anthracis, neboli toxin antraxový.
Protože je mikrobních toxinů velké množství, řekneme si bližší informace
pouze o dvou nejtoxičtějších. Zájemce o detailnější popis mikrobních toxinů
odkazuji na příslušné informační zdroje.
Botulotoxin
Clostridium botulinum je půdní saprofytická bakterie. Vyvolává otravu
nervového systému zvanou botulismus neboli otravu klobásovým jedem. Názvem
C. botulinum se označují čtyři biologicky odlišné kmeny klostridií, které
produkují neurotoxin stejných fyziologických vlastností, ale různých antigenních
typů A-G. Nejprostudovanější je botulotoxin A, který má největší specifickou
toxicitu, způsobenou zvýšenou afinitou k nervové tkáni. Je produkován jako
polypeptid, který se proteázami štěpí na dva řetězce a teprve pak nabývá toxicity.
Botulotoxiny jsou ničeny teplem, světlem, zářením a vysoce alkalickým
prostředím.
Nejčastější formou botulismu je intoxikace botulotoxinem, který pochází ze
zkažených potravin. V České republice se vyskytují 3 – 4 prokázané případy
ročně. Toxin se aktivuje v trávícím traktu proteolytickými enzymy a poté se
vstřebává do lymfy a krve, odtud se šíří do centrálního nervového systému a
k zakončením motorických nervů. Dochází k přerušení vedení vzruchu
v cholinergních nervových vláknech v synapsích. Vzruch nemůže být převeden,
protože v napadené presynaptické membráně je snížena vnímavost na ionty Ca2+ a
acetylcholinový mediátor nemůže být přes ni přenesen. Důsledkem jsou mírné
obrny nejdříve svalů inervovaných mozkovými nervy. Dochází k dvojitému
vidění, k poklesu víček, ovlivnění polykání, slinění, sekrece ve střevě a
k postupným obrnám kosterních svalů. Proces končí selháním dýchání a zástavou
srdce. Specifická léčba klasického botulismu spočívá v opakovaném
nitrosvalovém podávání trivalentního koňského IgG (proti typům A, B a E) ve
velkých dávkách (50 000 j.) 2–3× denně do vymizení příznaků. Když je určen typ
botulotoxinu, je výhodné přejít na monovalentní Ig globulin. Přítomnost
C. botulinum ve střevě se odstraňuje chloramfenikolem.
Tetanospasmin
Je součástí toxinů produkovaných bakterií Clostridium tetani, která jím
vyvolává onemocnění zvané tetanus. Tato bakterie se vyskytuje v nízké
koncentraci ve střevní mikroflóře savců a v obdělávané půdě. Spory jsou velmi
resistentní na teplo a záření. Toxin C. tetani má tři složky. Vlastní neurotoxin
tetanospasmin, dále tetanolyzin s hemolytickými účinky a enzym reninového
114
Seriál
účinku. Tetanospasmin má vysokou specifickou toxicitu LD50 = 0,1 ng/kg
(intravenosně myš). Na toxin nejsou vnímaví ptáci a kočky.
Tetanus je onemocnění charakterizované křečemi kosterního svalstva.
Obvyklá inkubační doba je asi týden. K lidským intoxikacím tetanospasminem
dochází, je-li sporami C. tetani infikována hluboká rána (bodná nebo střelná).
V poškozené tkáni hostitele se pomnožuje a odtud se toxin vstřebává do krve a
lymfy a takto se dostává k nervovým zakončením na nervosvalových ploténkách.
Z nich se v nervových svazcích šíří do centrálního nervového systému
k motorickým neuronům. Tetanospasmin proniká do membrán podobným
mechanismem jako botulotoxin. Fragment toxické molekuly, který pronikne do
cytosolu neuronu, blokuje normální inhibici motorických neuronů tím, že zabrání
uvolňování mediátorů této inhibice (glycinu a kyselině γ-aminomáselné). Tím se
sníží práh dráždivosti motorických neuronů, zvýší se reflexní odpověď na
periferní podněty a výsledkem jsou svalové křeče. Spasmy postihují nejdříve
obličejové svaly, dochází ke křečovitému stažení obličejových svalů (trizmus), a
pak se šíří i na ostatní kosterní svaly, nejdříve z nich postihují svaly zádové. Tělo
se tak obloukovitě prohne dozadu (opistotonus). Prodělané onemocnění
nezanechává imunitu, protože toxin je rychle vychytán nervovou tkání a
k imunokompetentním buňkám se nedostane.
Toxiny sinic
Ačkoliv otravy domácích zvířat a lovné zvěře sinicemi vodního květu jsou
známy již z 19. století, teprve v posledních deseti letech byl umožněn detailní
výzkum cyanotoxinů, jejich molekulární struktury a principu účinku. Podle těchto
kritérií si jejich toxiny také rozdělíme.
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Anatoxin a(s) – působí jako blokátor cholinesterázy, depolarizace
postsynaptických zakončení, ovlivňuje nikotinové, muskarinové i acetylcholinové
receptory.
Sladkovodní sinice produkují zejména anatoxin a aphanotoxin. Velmi
intenzivně působí neurotoxiny na volně žijící i domácí zvířata. Nejčastěji
popisované diagnózy jsou křeče pohybového svalstva, nekoordinované pohyby,
dávení, záchvaty zuřivosti, ztráta stability, dušení a následná smrt udušením.
Paralytické toxiny řas a sinic (PSP)
Mezi tyto toxiny patří:
• saxitoxin LD100 = 0,001 mg/kg
• neosaxitoxin
• gonyautoxin
• tetrodotoxin
Princip účinku je založen na tom, že saxitoxin je blokátor sodíkových kanálů,
tetrodotoxin ruší akční potenciál nervových a svalových vláken. PSP jsou rychle
absorbovány v zažívacím traktu, příznaky otravy se objevují během několika
minut. Dochází ke zvracení, extrémně se snižuje tlak a postižený umírá udušením.
HO
NH2
H
N
OH
HN
N
O
HO
N
H
O
N
NH2
Mezi tyto toxiny patří:
saxitoxin
• anatoxin a LD50 = 0,2 mg/kg
NH2
O
HO
Alkaloidní neurotoxiny sinic
• anatoxin a(s) LD50 = 0,02 mg/kg
OH
NH2
O
O
H
N
H
H
HO
OH
H
N
H H H
Me
OH
tetrodotoxin (bez stereochemie)
anatoxin a
Hepatotoxiny
• aphantoxiny 1-5 LD50 = 0,001 – 0,01 mg/kg
Mezi tyto toxiny patří:
Způsob účinku je následující:
Aphantoxiny – blokují přenos nervových vzruchů blokací Na+ kanálů. Nemají
žádný vliv na propustnost K+ iontů.
Anatoxin a a homoanatoxin – způsobují záměnu funkce v pregangliových
nervových zakončeních, acetylcholinových receptorech, zvyšuje tok Ca2+ iontů do
cholinergních nervových zakončení.
115
• cylindrospermopsin LD100 = 0,4 mg/kg, jedná se o inhibitor proteosyntézy
a syntézy glutationu. Poškozuje tkáně řady orgánů především jater.
• Microcystiny (cyanoginosin) – jedná se o cyklické polypeptidy, například
nodularin LD50 = 50μg/kg. Princip účinku je způsoben inhibicí
eukaryotních serin/threoninových fosfatáz 1 a 2A. Nekontrolovatelná
fosforylace cílových proteinů vede k buněčné proliferaci, posttranslační
modifikaci proteinů, chybnému přenosu signálů a k buněčné transformaci
116
Seriál
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
OMe
na
nádorový
typ
buněk.
Intoxikace
způsobuje
destrukci
parenchymatických buněk jater. Jedná se o velmi termostabilní látky,
jejichž aktivita není omezena ani po několika hodinách varu.
HN
HO
NH2
HO
O
Me
N
HN
Me
Me
O
N
H
O
N
Me
O
Me
Me
OH
Me
Me
O
N
HN
HOOC
Me
OH
Me
O H
N
OH
O
NH2
O
H
N
HOOC
Me
O
O
Me
tubercidin
OMe
O
OH
aplysiatoxin
Imunotoxiny, imunomodulátory a imunosupresory
O
nodularin
Bylo zjištěno, že microcystiny mají charakter tzv. tumor promotion factors
(mohou vyvolat nádorové bujení). Orální podávání hrubého extraktu microcystinu
vyvolávalo kožní nádory u myší a podávání čistého purifikovaného preparátu
microcystinu LR vedlo k indukci jaterního nádoru. Bylo prokázáno, že zvýšená
aktivita fosforylace proteinů je způsobena inhibicí proteinfosfatáz microcystinem,
což vede k nekontrolované aktivitě proteinkináz, hyperfosforylaci a patologickým
změnám v cytoskeletu jaterních buněk. Tyto změny jsou nejčastěji
vyhodnocovány jako různé typy hepatitid, nebo vedou k rakovině jater. Z osmi
zkoumaných látek byl microcystin LR nejsilnější aktivátor růstu rakovinných
buněk, aktivnější než dietylnitrosamin.
Cytotoxiny
Sinice produkují také širokou skupinu látek s cytotoxickými a cytostatickými
účinky. Proto jsou také často zařazovány mezi organismy biotechnologicky
nadějné z pohledu farmaceutických výzkumů. Sinice rodu Tolypothrix
produkovala cytotoxin, který byl nazván tubercidin. Tato látka má prokazatelnou
protinádorovou aktivitu. Sinice Spirulina subsalsa nebo řasa Chlorella
pyrenoidosa produkují cytostatika zabraňující rozvoji nádorů typu S-180.
Dermatotoxické alkaloidy sinic
Aplysiatoxin, lyngbyatoxin jsou aktivátory proteinkinasy c, způsobují poruchy
vodní a solné bilance buněk. Intoxikace se při požití projevuje záněty trávícího
traktu, při kontaktu dermatitidy. Dále bylo prokázáno, že tyto látky stimulují 2. a
3. fázi kancerogeneze.
117
Nejčastější reakcí sensitivních jedinců na přítomnost vodního květu jsou
alergie. Protože se jedná o kosmopolitní organismy, stále častěji se setkáváme
s alergiemi na peptidy produkované řasami a sinicemi. Ze sledovaných řas
vyvolávají nejsilnější alergické reakce rody Chlorella, Scenedesmus,
Hydrodictyon, Nautococcus, Cladophora a Rhizoclonium, ze sinic pak všechny
studované rody tj. Aphanizomenon, Anabaena, Phormidium, Nostoc.
Toxiny řas
Řasy jsou na rozdíl od sinic (gramnegativní fotosyntetizující eubakterie)
eukaryotní organismy. Vyskytují se ve sladkých i slaných vodách. Zajímavé je, že
toxické látky produkují pouze řasy žijící ve slané vodě, zatímco sladkovodní
druhy se omezují pouze na produkci alergenních látek.
Omamné toxiny (ASP)
Mezi tyto toxiny patří domoiková kyselina (LD100 = 0,2 mg/kg) a
isodomoiková kyselina produkované rozsivkami Amphora, Nitzchia.
Mechanismus toxicity je dán náhradou kyseliny glutamové na glutamových
receptorech v mozku. Selektivně otevírá Na+ kanály v postsynaptické membráně,
čímž ji depolarizuje. Intoxikace se projevuje žaludečními nevolnostmi
a zvracením.
Ciguaterové toxiny (CFP)
Charakteristickou skupinou jsou polyethery ciguatoxin a okadaiková kyselina
(LD100 = 0,02 mg/kg) produkované obrněnkami Acanthophora, Spiridia,
Ceramium. Tyto toxiny působí jako blokátory Na+ kanálů autonomního nervstva,
dále ovlivňují propustnost buněčných membrán, aktivují Ca2+ kanály. Intoxikace
se projevuje prudkými a bolestivými zažívacími obtížemi, srdeční arytmií
a následně smrtím udušením.
118
Seriál
H
N
HOOC
Me
HOOC
COOH
Me
Me
kyselina domoiková
O
OH
H 2C
Me
H
O
H
OH
HO
O
H
O
HO
O
O
Me
O
Me
H
H
Me
COOH
kyselina okadaiková
Průjmové toxiny (DSP)
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
v okolí Londýna po zkonzumování krmiva s obsahem toxické arašídové mouky.
Postupně byly identifikovány 4 přirozené typy aflatoxinů: AFB1, AFB2, AFG1
a AFG2. Nejčastěji se vyskytuje AFB1. Aflatoxiny mohou být akutně toxické,
kancerogenní, mutagenní a teratogenní. Tyto sloučeniny jsou primárně
metabolizovány v játrech mikrozomálními oxidázami a cytozolickými enzymy.
Většina primárních metabolitů je dále detoxikována konjugací s kyselinou
glukuronovou nebo sírovou a eliminována močí nebo stolicí. Kancerogenita
a mutagenita AFB1 je nejpravděpodobněji dána tvorbou reaktivního epoxidu
v poloze 2,3-terminálního furanu a jeho následnou vazbou na nukleovou kyselinu.
AFB1 má akutní toxicitu LD50 v rozsahu 0,4–18 mg/kg v závislosti na živočišném
druhu. Bylo zjištěno, že u malých dětí způsobuje vznik Reyova syndromu
(encefalopatie a tuková degenerace vnitřních orgánů). Aflatoxiny jsou tepelně
velmi stálé a k inaktivaci nedochází ani po tepelné úpravě pokrmů.
O
Tato skupina se vyznačuje svým působením na zažívací trakt. Charakteristické
rysy intoxikace jsou bolesti břicha, třes, průjem, intenzivní zvracení. Tyto
příznaky po 1–4 hodinách v případě nízké dávky spontánně ustanou. Po chemické
stránce se jedná o polyetherické laktony, například dinophysistoxin (ED100 =
0,001 mg/kg, LD100 = 0,1 mg/kg).
Me
Alkaloidní neurotoxiny řas
Zástupcem této skupiny je glenodinin (LC100 = 0,13 mg/dm3 pro japonskou
rybu Orizyas latipes), který je selektivně toxický pro ryby.
Toxiny nižších hub
Nižší houby produkují celou řadu vysoce nebezpečných toxinů, které dostaly
označení mykotoxiny. Těchto látek je celá řada a my si povíme o několika
zástupcích, které jsou svojí jedovatostí a rozšířením nejznámější.
Aflatoxin
Aflatoxiny jsou produkované toxigenními kmeny Aspergillus flavus a
A. parasiticus, z jejichž názvu se také odvíjí označení aflatoxin (A. FLAvus
TOXIN). Tyto látky působí jako hepatotoxiny a hepatokancerogeny. Byly
identifikovány začátkem 60. let při vyšetřování úmrtí 100 000 krůtích mláďat
119
Me
H
O
H
O
N
O
H
Neurotoxiny řas (NSP)
Intoxikace těmito toxiny se projevuje křečemi, respiračními potížemi až smrtí
udušením, nebo zástavou srdce. Velmi citliví jsou na tyto toxiny obojživelníci
a žáby. Princip účinku je podobný jako u ostatních neurotoxinů, brání uzavření
sodíkových kanálů, a tím dochází k depolarizaci membrány. Zástupce této
skupiny je například brevetoxin.
Me
O
O
aflatoxin AFB1
Me
H
OH
O
NH
cyklopiazonová kyselina
Kyselina cyklopiazonová
Jedná se o mykotoxin střední toxicity, charakterizovaný v roce 1968. Je
produkována houbami rodu Aspergillus a Penicillium. Z toxikologického hlediska
je nejvýznamnější produkce u Penicillium camemberti, kdy dochází k produkci
toxinu při skladování plísňových sýrů nad 10 °C. Kyselina cyklopiazonová je
potencionálním inhibitorem syntézy bílkovin, kdy inhibuje překlad RNA při
syntéze bílkovin a poškozuje ribosomy. Inhibuje transport Ca2+ do
endoplazmatického retikula – tento transport hraje důležitou roli při svalové
kontrakci (LD50 = 2 mg/kg pes).
Námelové alkaloidy
Jedná se o skupinu toxických alkaloidů produkovaných paličkovicí nachovou
(Claviceps purpurea). Tato houba je z biologického hlediska poměrně zajímavá, a
tak si řekneme pár slov o jejím vývojovém cyklu. Paličkovice nachová je
parazitická houba divoce rostoucích trav a kulturních obilovin. V klase se místo
zrna vytvářejí velká černá nebo temně fialová sklerocia (námel). Při dozrávání
vypadávají sklerocia z klasu na zem a tam přezimují. Na jaře na nich vyrůstají
oranžové paličky složené z dlouhé tenké stopky a kulovité hlavičky – stroma,
120
Seriál
které obsahuje drobné plodničky, uvnitř kterých jsou vřecka s vláknitými výtrusy.
V době kvetení žita jsou otvory plodniček vymršťovány výtrusy a unášeny větrem
a dostávají se do kvetoucích klasů. Tam výtrusy vyklíčí v mycelium, které
proniká do spodní části napadeného klásku, prorůstá ho a za čtyři dny po napadení
žita se na povrchu semeníků vytváří podhoubí, na kterém se odškrcují drobné
oválné bezbarvé výtrusy. Současně houba vylučuje na povrchu semeníků sladkou
šťávu lákající hmyz, který na povrchu těla roznáší konidie na jiné semeníky a
rozšiřuje nákazu. Toto konidiové stádium je známé pod jménem Sphacelia
segetum. Později se ze semeníku vytvoří černá nebo temně fialová sklerocia
(námel) a vývojový cyklus se opakuje. Alkaloidy houby paličkovice nachové tvoří
velmi početnou a dobře prostudovanou skupinu látek. V různých druzích námelu
se jich vyskytuje přinejmenším třicet. Celkový obsah bází v námelu kolísá
v rozmezí 0,025–0,4 %, zcela výjimečně dosahuje až 1 %. Zastoupení některých
alkaloidů se liší podle druhu námele, lokality jeho pěstování a druhu trávy.
Nejběžnější jsou alkaloidy ergotamino-ergotoxinové skupiny (nerozpustné ve
vodě), které jsou zodpovědné za toxické účinky. Druhou skupinou alkaloidů jsou
amidy kyseliny lysergové (ve vodě rozpustné) s nejdůležitějšími zástupci erginem
(amidem kyseliny D-lysergové) a ergobasinem.
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Ochratoxiny
Tato skupina mykotoxinů zahrnuje sedm isokumarinových derivátů
produkovaných druhy rodu Aspergillus (A. ochraceus, A. sulphureus,
A. sclerotinum) a Penicillium (P. verrucosum, P. purpurascens, P. commune,
P. viridicatum). Nejvýznamnější látkou je ochratoxin A. Primárním cílovým
orgánem ochratoxinu A je vyvíjející se centrální nervový systém. Ochratoxin A je
vysoce imunotoxický a teratogenní. Krmivo obsahující ochratoxin A v množství
200 ng/g způsobuje otoky ledvin charakterizované atrofií proximálních tubulů
a intersticiální kovovou fibrózou. Symptomy popisované u zvířat byly zjištěny i
u lidí (balkánská ledvinová choroba). U hlodavců konzumace ochratotoxinu
A způsobuje jaterní a ledvinový karcinom.
O
HOOC
OH
O
N
H
O
Me
H
Cl
ochratoxin A
O
NH2
− pokračování příště −
Literatura:
O
O
N
O
H
OH
O
N
Me H
H
H
N
Me
N
• Lékařská mikrobiologie obecná: Votava M., 2005, Neptun, Brno
Me
• Lékařská mikrobiologie: Greenwood D., Slak R., Peutherer J. F. 1999,
Grada, Praha
• www.sinice.cz
HN
• Vláknité mikromycety (plísně), mykotoxiny a zdraví člověka: Malíř F.,
Ostrý V., 2003, Národní centrum ošetřovatelství a nelékařských
zdravotnických oborů, Brno
ergin
ergotamin
N
H
Intoxikace námelovými alkaloidy vyvolává onemocnění zvané ergotismus. Je
to také první historicky doložená mykotoxikóza (Aténský mor z r. 430 př. Kr.).
Ergotismus se může projevit ve dvou klinických formách (zřejmě podle obsahu
jednotlivých alkaloidů). Konvulsivní (křečovitý) ergotizmus má tyto symptomy:
mírné závratě, pocit tlaku v čelní oblasti hlavy, únava, deprese, nauzea se
zvracením nebo bez něj, bolesti v končetinách a bederní oblasti, které mohou
dělat potíže při chůzi. V nejzávažnějších případech má pacient křeče podobné
epilepsii. Zemřít může třetí den po nástupu příznaků. Gangrenózní ergotismus je
charakterizován stažením cév, svalovými bolestmi, střídavými pocity chladu
a tepla. Při těžkém průběhu se objevuje nekróza, gangréna až ztráta končetin.
121
• Mykotoxíny: Betiny V., 1990 Alfa Bratislava
• www.biotox.cz
• vyhledávač SciFinder, určení chemických struktur
Poděkování:
Na tomto místě chci poděkovat Herbymu (Jiřímu Kysilkovi), spoluautorovi
serveru Biotox, za poskytnutí některých materiálů ze serveru.
122
Seriál
Seriál – Přírodní látky s biologickou aktivitou IV
Milí příznivci seriálu, v tomto díle budeme pokračovat v přehledu toxických
látek a zaměříme pozornost na vyšší houby, konkrétně na jedy obsažené v jejich
plodnicích. Rozdělíme si je podle účinku na lidský organismus při jejich požití.
Toxiny poškozující játra a ledviny
Amatoxiny a falotoxiny jsou bicyklické oligopeptidy jejichž hlavní cyklus je
přemostěn cysteinem s indolem vázaným přes síru. Mezi amatoxiny patří
α-amanitin, β-amanitin, γ-amanitin, amanin a další, mezi falotoxiny patří
faloidin, faloin, falacidin. Jedy obojího typu jsou relativně rozpustné ve vodě a
termostabilní, tj. odolné vůči kuchyňským úpravám. Tyto toxiny se rychle
vstřebávají v tenkém střevě a krevním oběhem se dostávají k ledvinám (amanitin)
a játrům (faloidin). Faloidin proniká do nitra hepatocytu, kde se váže na
nitrobuněčné membrány, především na endoplasmatické retikulum. Postupně
dochází k cytolýze hepatocytu. Nevstřebané toxiny a toxiny uvolněné
z rozpadlých buněk přecházejí do žluče a s ní do dvanáctníku. V tenkém střevě se
toxiny znovu vstřebají a cyklus se opakuje. Amatoxiny (především α a
β-amanitiny) napadají jádra nefrocytů a buněk ledvinových tubulů. Zde se
specificky váží na enzym RNA-polymerázu II, což způsobuje útlum
proteosyntézy. Vylučování toxinu ledvinami je minimální, jelikož amanitin je
z glomerulárního filtrátů reabsorbován zpět do krevního oběhu.
Jak amatoxiny, tak falotoxiny se vyskytují v muchomůrce
zelené (Amanita phalloides) a v muchomůrce jízlivé (Amanita
virosa). Otravy muchomůrkou zelenou, neboli otravy faloidní patří
k nejčastějším houbovým otravám u nás. Faloidní toxiny se rychle
absorbují z trávícího traktu, avšak první příznaky se projeví až po
poškození většího počtu hepatocytů, tj. 8–48 hodin po konzumaci.
V první fázi dochází k narušení funkcí trávicí soustavy. Otrava
se projevuje malátností, závratěmi, bolestmi hlavy a přechází
v prudké zvracení a silné průjmy. Pokud postižený přežije, tyto
příznaky vymizí a pacient se dostává do druhé fáze intoxikace.
V 50 % případů se pacient uzdravuje, v těžších případech dochází
během 3. až 4. dne k selhání jater nebo ledvin (popřípadě obojího).
Při rychlém průběhu otravy smrt nastává 4. až 7. den po požití, při
pomalejším mezi 8. až 12. dnem. Faloidními otravy
muchomůrkami se léčí výplachem trávicího traktu, podáváním
vysokých dávek penicilinu G, který vytěsňuje amanitin ze sérového albuminu, a
léky chránícími jaterní parenchym.
123
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
(LD50 myš: faloidin 2–5 mg/kg, amanitin 0,3–0,4 mg/kg). K smrtelné otravě
člověka stačí zhruba 50 g houby, přičemž jedna plodnice váží v průměru mezi 30
až 40 gramy.
Mezi toxiny požkozující játra patří také gyromitrin, izolovaný z hub ucháče
obecného (Gyromitra esculenta) a ucháče obrovského (Gyromitra giga). Jedná se
o těkavý derivát hydrazinu. Otravy touto houbou jsou relativně časté, jelikož
ucháč patří k prvním jarním houbám a často se zaměňuje za smrže. Příznaky se
dostavují po 6–12 hodinách. První fáze otravy trvající 1–2 dny se projevuje
únavou, bolestmi hlavy, závratěmi, nevolností, později doprovázené prudkým
zvracením, bolestmi v oblasti žaludku a jater. V druhé fázi se dostaví žloutenka,
játra jsou citlivá, zvětšená a tuhá. V těžkých případech může nastat až jaterní
kóma – akutní dystrofie jater. Prognóza otravy je podobná jako u výše uvedené
muchomůrky zelené, ovšem s nižší úmrtností (okolo 15 %). LD50 gyromitrinu
aplikovaného perorálně u králíka je 50 mg/kg.
HO
OH
OH OH
Me
N
O
N
O
orellanin
Me
N N
O
gyromitrin
Toxiny se specifickou afinitou k ledvinám (houbové nefrotoxiny)
Zástupcem této skupiny je orellanin, který se
vyskytuje v pavučinci plyšovém (Cortinarius
orellanus). Orellanin je rozpustný ve vodě (v houbě
se vyskytuje ve formě rozpustné sodné soli nebo jako
nerozpustná protonovaná forma), je relativně
termostabilní (rozklad při 150 °C) a zůstává i
v sušené houbě. Průběh otravy je charakteristický velmi dlouhou dobou latence
(nejčastěji týden, ale i 3 týdny). Lehká forma se projevuje postižením ledvinových
tubulů. Příznaky střední formy jsou žízeň, nutkání k močení, bolesti hlavy, břicha
a zad, nevolnost, zvracení a zácpa. Časté močení přechází ve snížené vylučování,
v moči se objevují bílkoviny. Tento stav trvá až 3 týdny. Těžká forma se
projevuje zánětem ledvin (nefritida) a různými nekrózami ledvin.
Muskarin
Jedná se o toxický amin, který se vyskytuje v řadě hub, například strmělce
bělostné (Clitocybe candicans), dále vláknici načervenalé známé také jako
vláknice Patouillardova (Inocybe patouillardii) a muchomůrce červené (Amanita
muscaria). Tento toxin se váže na muskarinové receptory (M-receptory)
parasympatiku (nervová vlákna vycházející z míchy, část autonomního nervstva)
124
Seriál
a způsobuje jejich stahy. Smrtné otravy jsou popsány především při požití
vláknice načervenalé, která je poměrně statná a obsahuje velké množství toxinu
(minimálně 100x více než např. muchomůrka červená). Doba latence se pohybuje
mezi 15 až 30 minutami, maximálně může trvat 2 hodiny. Objevuje se nevolnost,
mlhavé vidění, pocení (studený pot), bledost, slinění, slzení, poruchy srdečního
rytmu, může se objevit bolest břicha, průjem a zvracení, těžké dýchání
astmatického typu. Nápadné je zúžení zorniček, až na velikost špendlíkové
hlavičky. Smrt může nastat především zhroucením krevního oběhu. Projevem
účinku na M-receptory je slabost až třes svalstva, víček, jazyka a tonicko-klonické
křeče při plném vědomí. Úmrtnost se pohybuje okolo 10 %. Léčba je poměrně
jednoduchá – podání atropinu. LD50 muskarinu je 7,5.10-4 g/kg.
OH
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Aktivní látky v muchomůrce červené, které působí na CNS, lze podle
struktury rozdělit do dvou skupin. První skupinou jsou bazické sloučeniny jako
cholin, acetylcholin, muskarin a muskaridin. Z nich nejúčinnější je muskarin
přítomný v množství 0,0002 %. Tyto složky se však uplatňují pouze v začátku
intoxikace. Později se začne projevovat druhá skupina látek, což jsou
heterocyklické sloučeniny jako kyselina ibotenová, muscimol a muskazon.
Kyselina ibotenová se vyskytuje v muchomůrce červené v množství 0,03–0,1 %,
je však nestálá a snadno dekarboxyluje na muscimol.
O
H2N
coprinin
OH
Me
HO
O
H
O
HO
NMe3
N
O
kyselina ibotenová
H
muskarin
Antabusový syndrom
Velice zajímavé je působení látek obsažených v hnojníku inkoustovém
(Coprinus atramentarius) a v hnojníku třpytivém (Coprinus micaceus). Z obou
hub byla izolována látka nazvaná coprinin, která se v těle hydrolyzuje na
1-aminocyklopropanol a cyklopropanon. Tyto látky jsou selektivním inhibitorem
alkohol dehydrogenasy. K otravám tedy dochází pouze v případě společné
konzumace těchto hub a alkoholu. K otravám může dojít i po několika dnech od
požití hnojníků. Průběh otravy je stejný, jako když se pacient, který se léčí
z alkoholismu antabusem, napije alkoholu; tedy nevolnost, silné bolesti hlavy,
třes. V některým zemích se také místo antabusu používá coprinin.
Halucinogenní toxiny
V této kapitole se budeme zabývat látkami obsaženými v některých houbách,
které mají přímý vliv na CNS a vyvolávají různé změněné stavy vědomí
popřípadě halucinace. Řada těchto hub je také pro tyto účely zneužívána, před
čímž je třeba důrazně varovat.
HO
N
O
muscimol
HO
NH2
O
N
H
O
muskazon
Vylučování kyseliny ibotenové močí je rychlé, většina je vyloučena
v nezměněné formě do 90 minut od konzumace. Je zajímavé, že vrchol intoxikace
nastává až po vyloučení většiny kyseliny ibotenové z organismu. Muscimol se
vyloučí močí asi za 6 hodin. Vzhledem k nápadnému zbarvení muchomůrky
červené dochází k neúmyslným otravám zřídka. Mnohem častější jsou otravy při
experimentech s jejími halucinogenními vlastnostmi. Otrava je v první fázi stejná
jako u „muskarinových“ hub ovšem postižený je ve zvláštní excitované náladě.
V další fázi dochází k halucinacím doprovázenými křečemi, svalovými záškuby,
časté jsou pocity létání, mimořádně ostré vidění. V posledním stádiu postižený
upadá do hlubokého spánku připomínajícím kóma, dochází ke snížení tlaku a
zvýšené nervosvalové citlivosti. Po 24 hodinách se pacient většinou probouzí.
Úmrtnost je okolo 5 %. LD50 myš: muskarin i.v. 0,23 mg/kg, muscimol s.c.
3,8 mg/kg, muscimol p.o. 45 mg/kg, kys. ibotenová i.v. 15,4 mg/kg, kys.
ibotenová p.o. 38,1 mg/kg. Práh projevu toxických účinků u člověka je 6 mg
muscimolu, 30–60 mg kyseliny ibotenové, což může být obsaženo již v jedné
plodnici této muchomůrky.
Psilocybinové houby
Do této skupiny patří rod lysohlávka, například
lysohlávka česká (Psilocybe bohemica), lysohlávka kopinatá
(Psilocybe semilanceata), lysohlávka modrající (Psilocybe
cyanescens), lysohlávka tajemná (Psilocybe arcan), dále rod
čepičatky (Conocybe), rod kropenatec například kropenatec
lemovaný (Panaeolus subbalteatus), rod límcovky
(Stropharia) a celá řada dalších rodů.
Ve starověké Indii byla muchomůrka červená nazývána
sómou, byla ztělesněním boha a dostávalo se jí veliké úcty. Byla
v sušeném stavu pojídána při náboženských obřadech nebo se
z ní připravovaly výluhy. Její halucinogenní účinky byly ve
starověku hojně využívány i na Sibiři, severní Evropě a mezi
americkými indiány. V novověké literatuře se s ní můžeme
setkat například v knize Alenka v říši divů.
125
NH2
NH2
O
NH
O
HO
126
Seriál
Jedná se o houby, které byly součástí tradičních šamanských obřadů Aztéků a
Mayů. Indiáni lysohlávkám říkali Teonanacatl (maso bohů) a byly pro ně
posvátné. Příchodem křesťanských misionářů byly tyto houbové obřady postupně
zakázány. Původní indiánský odkaz využití těchto hub k sebepoznání a rozvoji
intuice se vytratil a v současné době se tyto houby staly předmětem zájmu
zneužití jako halucinogenní drogy bez hlubšího pochopení jejich významu pro
člověka.
V těchto houbách se vyskytují dvě psychoaktivní láky – psilocybin a psilocin.
Psilocybin je relativně stálý a jeho obsah v houbách kolísá od 0,2–0,6 % v suché
dužnině. Oba alkaloidy jsou podobné neuromediátoru serotoninu, jenž také při
intoxikaci zastupují. Aktivní dávka psilocybinu pro člověka při podání ústy je
10 mg. Po konzumaci hub vzniká v organismu psilocin defosforylací psilocybinu
účinkem alkalické fosfatasy. Z organismu je vyloučen psilocybin a jeho
metabolity během 8 hodin z 80–85 % (moč asi 65 %, stolicí asi 15–25 %). Zbytek
se ukládá v tukové tkáni a postupně se vylučuje během dalšího týdne. Asi 25 %
psilocybinu se vylučuje močí ve formě psilocinu.
OPO32-
N
H
psilocybin
Me
N
Me
OH
Me
N
Me
N
H
psilocin
Přestože je akutní toxicita těchto hub nízká, nebezpečí spočívá ve
způsobených úrazech při intoxikaci a změněném vnímání reality, například snaha
proletět se z 6. patra paneláku. Dalším nebezpečím je propuknutí skrytých
psychických chorob.
− pokračování příště −
Literatura:
• Jedovaté houby: Kubička J., Erhartová M., 1980, Avicenum, Praha
• Otravy jedovatými houbami: Javorník P., 2002, Veda, Bratislava
• www.biotox.cz
• www.jedhouby.crolink.cz
• vyhledávač SciFinder, určení chemických struktur
Poděkování:
Řada údajů byla převzata ze serveru biotox.cz se souhlasem spoluautora
stránek Jiřího Kysilky (Herbyho).
127
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
Výsledková listina
Pořadí
Jméno
Ročník
Bodů za sérii
1
0.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
128
Lapis Philosophorum
R. Matuška
P. Gerhard
H. Kvapilová
T. Trnka
E. Šimková
F. Stejskal
C. Červinka
M. Zajícová
J. Holub
A. Kokaislová
P. Motloch
O. Šimůnek
L. Severa
R. Píša
J. Bubal
J. Kessler
J. Králová
I. Jurásková
K. Holá
R. Metelková
M. Volnerová
R. Doleželová
M. Ullrich
L. Pacosová
R. Zajícová
K. Janischová
M. Kolářová
A. Liška
T. Havlenová
Z. Cieslarová
5
4
3
4
4
4
4
3
4
3
4
1
2
4
4
2
3
3
3
3
4
3
3
4
3
3
2
4
2
4
46,00
41,60
44,55
43,60
40,05
41,15
40,10
40,40
36,35
34,10
31,05
35,15
33,30
40,70
26,00
25,80
32,60
26,75
23,10
19,70
23,85
17,10
28,55
17,50
19,55
32,30
14,05
20,20
33,10
29,05
11,40
2
49,00
46,50
45,10
40,45
42,90
41,50
42,25
37,55
32,75
33,95
31,50
25,20
34,75
39,35
31,40
29,55
13,15
28,15
28,45
32,55
27,55
30,95
21,75
25,50
0,00
24,85
21,65
24,96
13,81
18,10
18,25
3
44,00
43,50
44,00
42,50
42,40
40,10
37,40
35,65
38,70
37,35
34,95
40,00
31,05
41,90
31,70
32,85
30,40
26,35
26,50
23,75
25,60
28,55
22,30
34,80
41,55
25,70
33,95
25,20
21,00
22,15
31,25
Bodů
celkem
4
48,00
46,20
43,90
44,15
43,50
40,70
40,85
41,45
42,45
37,85
39,00
35,60
35,05
0,00
28,30
28,95
40,70
35,55
38,35
34,45
32,25
31,55
31,90
25,85
41,40
16,20
27,25
24,20
25,95
22,85
31,15
187,00
177,80
177,55
170,70
168,85
163,45
160,60
155,05
150,25
143,25
136,50
135,95
134,15
121,95
117,40
117,15
116,85
116,80
116,40
110,45
109,25
108,15
104,50
103,65
102,50
99,05
96,90
94,56
93,86
92,15
92,05
Výsledková listina
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
43.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
66.
M. Lanč
M. Pražienka
M. Schwarzová
M. Pniok
L. Svoboda
D. Košek
J. Trávníčková
L. Vrzal
K. Lukášová
L. Míka
M. Filipec
H. Porschová
B. Čečáková
P. Hozák
T. Junková
A. Khirnová
T. Klobásová
R. Šedivá
J. Wolfram
J. Spáčilová
M. Jakubek
I. Kopová
M. Janáková
T. Roskovec
J. Vobicková
M. Jirásek
T. Kaprová
T. Martinek
J. Krist
D. Hollas
L. Mikuličková
M. Sršňová
J. Mališ
J. Přech
M. Bouček
J. Žák
1
3
2
4
3
4
3
1
2
2
0
3
3
0
2
3
3
3
4
3
4
3
3
3
0
1
4
1
2
3
4
3
3
2
18,70
25,30
26,10
21,95
18,85
36,60
14,45
15,00
16,40
30,60
2,50
17,80
39,40
2,50
20,60
13,45
14,75
13,30
0,00
14,15
21,65
20,25
3,00
0,00
9,50
0,00
0,00
3,20
18,90
14,90
12,60
6,60
8,05
16,65
18,40
12,00
24,75
12,70
22,35
28,40
18,90
27,05
19,35
12,40
22,70
10,30
13,36
9,55
24,30
17,95
11,65
9,85
15,50
25,55
7,40
6,70
11,15
7,75
20,35
27,35
14,00
0,00
20,00
18,50
13,15
0,00
0,00
0,00
6,65
5,70
0,00
0,00
21,95
24,75
18,80
37,10
20,20
22,25
18,85
20,65
21,55
17,85
25,85
21,85
0,00
30,20
13,40
19,20
15,15
9,00
20,40
11,30
9,90
10,65
18,35
20,00
13,85
19,45
0,00
3,65
9,45
10,50
23,25
16,90
8,20
11,45
14,75
20,00
24,55
27,15
21,40
0,00
28,00
0,00
31,10
35,55
20,20
18,55
31,75
14,65
0,00
13,05
14,85
17,55
14,35
10,75
26,60
21,60
10,00
12,75
9,50
0,00
9,35
24,35
22,55
16,20
0,00
11,00
0,00
11,80
11,75
0,00
0,00
0,00
89,95
89,90
88,65
87,45
85,95
85,90
83,75
83,60
80,85
77,30
73,46
63,85
63,70
63,70
60,50
60,05
59,75
58,60
54,40
53,75
52,70
51,40
51,20
47,35
46,70
43,80
42,55
41,55
41,50
36,40
35,85
35,30
34,65
33,80
33,15
32,00
129
Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou, ročník 4
67.
68.
69.
70.
71.
72.
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
85.
86.
86.
88.
89.
90.
91.
92.
93.
94.
95.
96.
97.
98.
99.
100.
101.
102.
130
T. Kotala
K. Heczková
M. Paseleková
T. Váňová
D. Šimsa
M. Špergl
J. Berka
D. Radotínský
A. Hynková
I. Kloudová
M. Kočař
J. Martinek
J. Pavlorková
H. Růženská
T. Bauerová
K. Pečánková
A. Höferová
K. Bubíková
M. Podivinská
T. Hofmanová
P. Štenclová
L. Karbulová
M. Scholz
Z. Vlčková
J. Kaštánek
J. Vysocký
K. Tisovjáková
P. Korecká
I. Kantorová
M. Nováková
T. Dršata
L. Vybiral
J. Fencl
V. Paldusová
M. Brudovská
J. Rosina
3
4
4
3
3
2
3
3
3
3
0
4
2
3
3
2
2
1
4
4
3
2
3
4
4
1
4
1
4
3
4
24,20
13,80
0,00
12,40
26,40
9,50
0,00
24,50
0,00
0,00
22,00
0,00
0,60
0,00
0,00
6,75
5,80
0,00
13,70
6,30
13,35
0,00
3,00
0,00
7,25
6,70
6,30
4,15
5,45
4,90
4,70
1,00
2,50
1,50
0,60
0,50
7,15
0,00
0,00
5,75
0,00
5,35
24,55
0,00
8,60
11,50
0,00
21,20
5,80
5,15
1,70
0,00
0,00
5,30
0,00
7,05
0,00
0,00
6,90
7,50
0,00
0,00
0,00
1,85
0,00
0,00
0,00
1,60
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
7,80
29,65
0,00
0,00
10,80
0,00
0,00
14,65
10,70
0,00
0,00
14,25
13,10
6,55
0,00
10,55
0,00
0,00
0,00
0,00
10,85
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,95
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
9,40
0,00
9,35
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
9,95
9,90
0,00
11,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
31,35
31,00
29,65
27,50
26,40
25,65
24,55
24,50
23,25
22,20
22,00
21,20
20,65
18,25
18,20
16,65
16,35
16,30
13,70
13,35
13,35
10,85
9,90
7,50
7,25
6,70
6,30
6,00
5,45
4,90
4,70
3,55
2,50
1,50
0,60
0,50
Poděkování
Poděkování
Na tomto místě bych chtěl poděkovat všem, kteří se kdy zasloužili o zdárný
průběh semináře. Především bych chtěl poděkovat autorům a dalším lidem, kteří
se o seminář starali. Jsou to (v abecedním pořádku) Mario Babuněk, Karel Berka,
Helena Handrková, Jan Havlík, Richard Chudoba, Michal Kačenka, Ondřej
Kaman, Viliam Kolivoška, Václav Kubát, Martin Kuchař, Peter Košovan, Jan
Kotek, Jiří Kysilka, Eva Pluhařová, Zbyněk Rohlík, Michal Řezanka, Pavla
Spáčilová a Jana Zikmundová. Dále Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy
za poskytnutí finančních prostředků na provoz semináře a za zajištění soustředění.
Pavel Řezanka
131
132