In de periode 1920-1930 werden verschillende delen van de VS en Canada geteisterd door een veeziekte.
Koeien stierven aan inwendige bloedingen.
Dierenartsen ontdekten dat bedorven honingklaver die de dieren te eten hadden gekregen, de oorzaak hiervan was.
De in de klaver aanwezige coumarine werd omgezet tot 4-hydroxycoumarine.
De vorming van 4-hydroxycoumarine uit coumarine is een redoxreactie.
In de bedorven klaver reageerde 4-hydroxycoumarine in de molverhouding 2 : 1 met een andere stof tot dicoumarol en water.
De stof dicoumarol bleek verantwoordelijk voor de bloedingen.
Uit vervolgonderzoek bleek dat dicoumarol geschikt was als geneesmiddel om het ontstaan van bloedstolsels in bloedvaten tegen te gaan.
Om inzicht te krijgen in de risico’s van het gebruik van dicoumarol is onderzocht welke reacties deze stof in het menselijk lichaam ondergaat.
Een onderzoek ging uit van een bekende reactie van dicoumarol met water.
Deze reactie is hieronder weergegeven.
Om te onderzoeken of deze reactie van dicoumarol met water in het lichaam plaatsvindt, werd C-14 dicoumarol bereid.
Dit is dicoumarol waarin twee C-14 atomen per molecuul aanwezig zijn. C-14 is radioactief en verbindingen met C-14 kunnen daardoor in een mengsel worden aangetoond.
Voor de synthese van C-14 dicoumarol gebruikte men Ag214CO3 dat in drie reactiestappen werd gevormd uit Ba14CO3.
Deze stappen zijn hieronder schematisch weergegeven.
In stap 1 wordt aan Ba14CO3 een oplossing toegevoegd. Het ontstane 14CO2 wordt in stap 2 in een andere oplossing geleid. Aan de oplossing van Na214CO3 die dan ontstaat, wordt in stap 3 een oplossing toegevoegd waarbij Ag214CO3 ontstaat.
Ag214CO3 werd vervolgens gebruikt voor de bereiding van radioactief 4-hydroxycoumarine.
Hieronder is weergegeven op welke plaats het C-14 atoom zich in het molecuul bevindt.
Het gevormde 4-hydroxycoumarine werd omgezet tot C-14 dicoumarol.
Uit 100 mg Ba14CO3 kon op deze wijze 12,2 mg C-14 dicoumarol worden bereid.
Wanneer de reactie van dicoumarol met water (zie bladzijde 2, onderaan) in het lichaam zou plaatsvinden, wordt het gevormde koolstofdioxide uitgeademd. Het andere reactieproduct wordt in de lever omgezet tot een stof die in de urine wordt uitgescheiden.
Een muis werd geïnjecteerd met een kleine hoeveelheid C-14 dicoumarol.
Van deze muis werden gedurende 18 uur apart opgevangen:
- de uitgeademde lucht;
- de uitwerpselen;
- de urine.
Na afloop bleek de uitgeademde lucht niet radioactief, de uitwerpselen en de urine wel.
Leven buiten de Melkweg?
In de zoektocht naar het ontstaan van leven hebben astronomen voor het eerst een koolhydraat ontdekt in een gebied van het heelal waar sterren en mogelijk ook planeten ontstaan.
Het gaat om hydroxyethanal.
De stof is interessant omdat er aanwijzingen zijn dat deze kan reageren tot een groter koolhydraat: ribose, een belangrijke bouwsteen voor RNA.
Een bekend mechanisme voor de vorming van ribose is een reeks van opeenvolgende reacties, de zogenoemde formosereacties.
In de eerste formosereactie vindt een additiereactie plaats: uit twee methanalmoleculen wordt een molecuul hydroxyethanal gevormd.
In de tweede formosereactie vindt ook een additiereactie plaats, nu tussen methanal en hydroxyethanal.
Bij deze additiereactie zijn de aldehydegroepen van beide soorten moleculen betrokken. De moleculen die ontstaan, bezitten twee hydroxylgroepen per molecuul.
De ontdekking van hydroxyethanal in de ruimte was een doorbraak.
Wetenschappers waren het er al over eens dat in het heelal methanal voorkomt.
Maar kan dit daar ook tot hydroxyethanal reageren?
Aan het einde van de 20ste eeuw passeerde de komeet Hale-Bopp de aarde.
Deze komeet bleek behalve veel stoffen met kleine moleculen, zoals water en methanol, ook de stof 1,2-ethaandiol te bevatten.
Deze stof is interessant, omdat deze een andere mogelijke verklaring biedt voor het ontstaan van hydroxyethanal.
Onderzoekers uit Connecticut en Florida probeerden aan te tonen dat in de ruimte hydroxyethanal kan ontstaan uit 1,2-ethaandiol.
Ze brachten 1,2-ethaandiol in een reactor onder condities die in twee opzichten leken op de omstandigheden in bepaalde delen van het heelal: de temperatuur was erg laag (10 K) en de stof werd bestraald met protonen.
De onderzoekers namen verschillende IR-spectra op.
Deze zijn hieronder weergegeven:
- spectrum a is het IR-spectrum van 1,2-ethaandiol;
- spectra b, c en d zijn opgenomen na bestraling met steeds oplopende doses protonen.
In de spectra is te zien dat bij oplopende protonendoses de pieken met een golfgetal tussen de 1000 en 1100 cm–1 kleiner worden, maar niet verdwijnen. Dit is in overeenstemming met de hypothese dat onder deze omstandigheden 1,2-ethaandiol tot hydroxyethanal reageert.
Als er aanwijzingen zijn dat methanal en/of 1,2-ethaandiol in de ruimte tot hydroxyethanal kan/kunnen reageren, betekent dit nog niet dat hydroxyethanal daar tot ribose kan reageren.
Onderzoekers uit de VS hebben onderzocht of formosereacties waarin hydroxyethanal uiteindelijk leidt tot de vorming van ribose, mogelijk zijn in de aanwezigheid van boorverbindingen die in ruimtestof zouden kunnen voorkomen.
Ze brachten hydroxyethanal en een reactieproduct van de tweede formosereactie samen met een boorverbinding.
Van het mengsel dat ontstond maakten zij een massaspectrum, waarbij de apparatuur zodanig was ingesteld dat uitsluitend negatieve ionen werden gemeten.
Dit massaspectrum is hieronder weergegeven.
De onderzoekers leidden uit het massaspectrum af dat er een pentose-boor verbinding was ontstaan.
Zij vonden namelijk pieken die zij toekenden aan het hiernaast weergegeven negatieve ion B(C5H8O5)2 – :
de molecuulionpieken met m/z = 306 en m/z = 307.
Ook de relatieve intensiteit van deze pieken is in overeenstemming met dit ion.
Inktvraat
Gallusinkt is een inkt die al door de Romeinen werd gebruikt.
Van de 12e tot en met de 19e eeuw was het in Europa de meest gebruikte inktsoort.
De gallusinkt tast echter in de loop der jaren het papier aan.
Op de plek van de inkt ontstaan gaten in het document en bruine vlekken.
Dit proces wordt inktvraat genoemd.
Veel oude documenten dreigen hierdoor verloren te gaan.
Gallusinkt werd onder andere gemaakt uit een extract van galnoten, dat galluszuur bevat.
Galluszuur is een meerwaardig zuur. Niet alleen de carbonzuurgroep kan een H+ afstaan,
ook alle drie de OH groepen kunnen een H+ afstaan.
In het extract komen als negatieve ionen voornamelijk C7H5O5– ionen voor.
Om de inkt te maken werd de galluszuuroplossing (het extract) gemengd met een
oplossing van ijzervitriool (FeSO4).
Hierbij ontstond een kleurloze oplossing die goed in papier doordringt.
Papier bestaat voornamelijk uit cellulose.
Als met de kleurloze oplossing wordt geschreven, komt deze in contact met lucht en in enkele seconden ontstaat het zwarte, slecht oplosbare pigment ijzer(III)tannaat, FeC7H3O5.
Pas dan is de inkt goed zichtbaar. De vorming van ijzer(III)tannaat kan als volgt worden beschreven:
- reactie 1: waarbij ijzer(II)ionen worden omgezet tot ijzer(III)ionen door het contact met lucht;
- reactie 2: waarbij ijzer(III)tannaat wordt gevormd en ook H+ ontstaat.
De belangrijkste oorzaak van de aantasting van oude documenten door inktvraat is de lage pH van de inkt. H3O+ is namelijk een katalysator voor de afbraak van cellulose, het hoofdbestanddeel van papier.
Daarnaast zijn ook de condities waaronder het document wordt bewaard van invloed op de afbraak van cellulose.
Documenten die met gallusinkt zijn beschreven worden daarom vaak in extreem droge ruimtes bewaard.
Een andere oorzaak van inktvraat is de aanwezigheid van ijzerionen in de inkt die niet in ijzer(III)tannaat zijn gebonden.
Deze ongebonden ijzerionen katalyseren een andere afbraakreactie van cellulose, oxidatieve decompositie genoemd.
Door het Instituut Collectie Nederland is een methode ontwikkeld om ijzerionen uit oude documenten te verwijderen.
Daarbij wordt gebruikgemaakt van een calciumfytaatoplossing.
Deze calciumfytaatoplossing wordt gemaakt door een fytinezuuroplossing in een bepaalde massaverhouding te mengen met vast calciumcarbonaat.
Hierbij treedt de volgende reactie op:
5 CaCO3 + 2 H12Fyt → 5 Ca2+ + 2 H7Fyt5– + 5 CO2 + 5 H2O
Fytinezuur is een twaalfwaardig zuur en is in de reactievergelijking weergegeven als H12Fyt.
Fytaat is weergegeven als H7Fyt5–.
De behandeling van de oude documenten met een calciumfytaatoplossing zorgt ervoor dat ongebonden ijzerionen worden gebonden tot ijzerfytaat,
een witte vaste stof.
De behandeling gaat als volgt:
Het document wordt ondergedompeld in de calciumfytaatoplossing.
Na 10 tot 30 minuten wordt het document uit de oplossing gehaald en met water nagespoeld.
Hierna is nog een behandeling nodig met een oplossing van calciumwaterstofcarbonaat om H3O+ uit het document te verwijderen.
Het is niet mogelijk de twee behandelingen in één stap te combineren.
De productie van lithium
De vraag naar lithium neemt sterk toe. Het wordt steeds meer verwerkt in batterijen en in accu’s van elektrische auto’s.
Drooggevallen zoutmeren in het Andesgebergte bevatten het grootste deel van de winbare wereldvoorraad lithium.
Diep onder het oppervlak van deze zoutlagen bevinden zich holtes die zich gevuld hebben met water dat verzadigd is met natriumchloride.
De oplossing bevat tevens magnesium-, kalium- en lithiumzouten.
Het lithiumgehalte van de oplossing kan wel 1 g L–1 bedragen.
De oplossing wordt opgepompt en in bassins door zonnewarmte langzaam ingedampt totdat het lithiumgehalte van de oplossing minstens
5 g L–1 bedraagt.
Door het indampen stijgt ook de verhouding tussen de concentraties van de lithium- en natriumionen.
Hieronder in een blokschema vereenvoudigd weergegeven hoe in een continu proces zuiver lithiumcarbonaat verkregen wordt uit de ingedampte oplossing.
In het proces wordt onder andere gebruikgemaakt van de eigenschap dat de oplosbaarheid van lithiumcarbonaat bij 100 °C kleiner is dan bij 20 °C.
Het blokschema bevat reactoren (R) en filters (F). Bij elk filter geeft de pijl omlaag het filtraat weer en de horizontale pijl het residu.
De reacties in R1 en R2 vinden plaats bij 20 °C.
In R1 worden vooral de magnesiumionen uit de oplossing verwijderd.
In R2 wordt vast lithiumcarbonaat toegevoegd aan de oplossing die uit F1 komt zodat de calciumionen uit de oplossing worden verwijderd.
Aan de oplossing die uit F2 komt, wordt natriumcarbonaat toegevoegd en R3 wordt op een hogere temperatuur gebracht.
Daardoor ontstaat in R3 vast lithiumcarbonaat. Het residu uit F3 bestaat uit vast lithiumcarbonaat met een hoge zuiverheid.
Een deel van dit lithiumcarbonaat wordt teruggevoerd in R2. De rest van het lithiumcarbonaat wordt opgeslagen en geleverd aan fabrieken die daaruit lithium produceren.
Bij het proces dat in R3 plaatsvindt speelt het volgende evenwicht een belangrijke rol:
De evenwichtsconstante van dit evenwicht is bij 20 °C groter dan bij 100 °C.
De winning van lithium uit lithiumhoudende ertslagen is economisch ook weer interessant geworden.
Het belangrijkste lithiumerts is spodumeen, LiAlSi2O6.
Volgens de formule LiAlSi2O6 zou het massapercentage lithium in spodumeen 3,7% bedragen.
Meestal bevat spodumeen een lager massapercentage lithium doordat in het rooster van spodumeen een deel van de lithiumionen is ‘vervangen’ door natriumionen.
Het werkelijke massapercentage lithium in spodumeen bedraagt gemiddeld 3,2%.
Om lithium te produceren uit spodumeen wordt spodumeen eerst vermalen en vervolgens verhit tot boven 1100 °C.
Door het verhitten verpulvert het spodumeen. Vervolgens wordt het (afgekoelde) spodumeen vermengd met zwavelzuur en verhit tot 250 °C.
Hierbij ontstaat behalve lithiumsulfaat, aluminiumsulfaat en siliciumdioxide nog één andere stof.
Door het toevoegen van water lossen lithiumsulfaat en aluminiumsulfaat op.
Uit deze oplossing kan ook lithiumcarbonaat worden bereid volgens het blokschema op de bijlage.
Vergeleken met de oplossing die onder de zoutlaag wordt opgepompt, bevat de oplossing veel minder natrium-,magnesium- en chloride ionen en veel meer waterstof-, aluminium- en sulfaationen.
Uit gegevens in deze opgave kan worden afgeleid dat de productie van lithiumcarbonaat uit de opgepompte oplossing goedkoper is dan uit spodumeen.
Salatrim, een vetvervanger
Omdat het eten van te veel vet schadelijk is voor de gezondheid, is de voedingsmiddelenindustrie al geruime tijd op zoek naar zogenoemde
vetvervangers.
Dit zijn stoffen die in de mond aanvoelen als plantaardige of dierlijke vetten, maar bij vertering in het lichaam minder energie leveren.
Salatrim is zo’n vetvervanger en wordt verwerkt in koekjes en chocolade.
Salatrim bestaat uit een mengsel van triglyceriden.
In de moleculen van deze triglyceriden is glycerol op minstens één positie veresterd met een verzadigd vetzuur met een lange koolstofketen en op minstens één positie met een (vet)zuur met een korte koolstofketen.
Hieronder is zo’n triglyceride schematisch weergegeven:
Triglyceride A kan worden gevormd uit glyceryltristearaat (een triglyceride dat uitsluitend vetzuren met een lange koolstofketen bevat) en glyceryltripropanoaat (een triglyceride dat uitsluitend (vet)zuren met een korte koolstofketen bevat).
Deze twee soorten triglyceriden worden toegevoegd aan een oplossing van het enzym lipase. Er treedt dan een zogenoemde om-estering op: De triglyceriden worden gehydrolyseerd tot glycerol en (vet)zuren en daaruit worden vervolgens nieuwe triglyceriden gevormd.
Na afloop is een mengsel ontstaan van triglyceriden waarbij de verschillende soorten (vet)zuren random zijn verdeeld over de verschillende triglyceriden. In dit mengsel komen onder andere glyceryltristearaat, glyceryltripropanoaat en triglyceride A voor.
Het arrangement VWO Scheikunde examen 2015 2e tijdvak is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Dick Naafs
Laatst gewijzigd
2018-10-13 14:52:28
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0
Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of
bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten
terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI
koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI
koppeling aan te gaan.
Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.
Arrangement
IMSCC package
Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.
Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en
het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op
onze Developers Wiki.
