Eindexamen scheikunde vwo 2010, tijdvak 1

Geef aan wat je bij het opnemen van beide chromatogrammen moet injecteren en geef aan hoe je uit de verkregen chromatogrammen de concentratie diacetyl kunt bepalen. Tijdens het brouwen van bier wordt in gistcellen glucose in een aantal stappen enzymatisch omgezet. Daarbij wordt onder andere pyrodruivenzuur gevormd, een stof met de molecuulformule C 3 H 4 O 3 . Een groot deel van het pyrodruivenzuur wordt door de gistcellen omgezet tot ethanol. De gistcellen zullen echter uit pyrodruivenzuur ook de stof α -acetomelkzuur vormen. Bij de vorming van α -acetomelkzuur uit pyrodruivenzuur ontstaat één andere stof. α -Acetomelkzuur heeft de molecuulformule C 5 H 8 O 4 .

Geef de reactievergelijking voor het ontstaan van α -acetomelkzuur uit pyrodruivenzuur. Noteer daarin pyrodruivenzuur en α -acetomelkzuur in structuurformule; gebruik daarbij de volgende gegevens: − de systematische naam van pyrodruivenzuur is: 2-oxo-propaanzuur; − de systematische naam van α -acetomelkzuur is: 2-hydroxy-2-methyl-3-oxo- butaanzuur; − het voorvoegsel ‘oxo’ geeft aan dat in het molecuul de groep C = O aanwezig is (zie Binas-tabel 66D). Een deel van het ontstane α -acetomelkzuur wordt buiten de gistcel omgezet tot diacetyl. Het gevormde diacetyl kan door de gistcellen weer worden opgenomen en enzymatisch worden omgezet tot acetoïne. Acetoïne is minder nadelig voor de smaak van het bier dan diacetyl. In een artikel dat onder andere over de vorming en omzetting van diacetyl gaat, wordt de omzetting van diacetyl tot acetoïne als volgt schematisch weergegeven:

De hiervoor beschreven omzettingen van glucose tot diacetyl en acetoïne zijn hiernaast schematisch samengevat. Voor de omzettingen in de gistcel zijn enzymen nodig. De omzetting buiten de gistcel is een langzame reactie waarbij enzymen geen rol spelen. Bij de bierproductie is het dus van belang dat het gistingsproces voldoende tijd krijgt. Een te korte gistingsduur kan nadelig zijn voor de smaak. De gistingsduur kan niet worden verkort door de temperatuur te verhogen, want gistcellen gaan boven 30 ºC dood. Op internet staat een eenvoudige test beschreven, de zogenoemde diacetyl-test, waarmee kan worden nagegaan of het gistingsproces lang genoeg heeft geduurd. diacetyl-test In principe zijn er voor de uitkomst van de test vier combinaties, die in onderstaande tabel met de letters A, B, C en D zijn aangegeven. Een + in deze tabel betekent dat een botersmaak wordt waargenomen. Een – geeft aan dat geen botersmaak wordt waargenomen.   A B C D monster 1 (verwarmd) + – + – monster 2 (niet verwarmd) + – – + Op de website wordt aan de combinatie die onder de letter D staat geen aandacht besteed. Het is namelijk zeer onwaarschijnlijk dat de test resultaat D oplevert. De andere drie combinaties kunnen wel optreden.

Geef twee mogelijke oorzaken voor de afwezigheid van een botersmaak in monster 2 en leg uit waarom men in dat geval ook het verwarmde monster moet proeven om na te gaan of het gistingsproces lang genoeg heeft geduurd. Verwerk in je uitleg gegevens met betrekking tot de reacties die in en buiten de gistcel plaatsvinden.

Geef de vergelijking van deze reactie. Gebruik voor de thiol en het lood(II)mercaptide de hierboven gegeven formules. Aldrich hield een filtreerpapiertje, dat was bevochtigd met een oplossing van lood(II)ethanoaat, boven de stinkdiervloeistof. Het filtreerpapiertje kreeg een gele kleur (a). Daarna loste hij wat stinkdiervloeistof op in overmaat kaliloog en hield een nieuw filtreerpapiertje met lood(II)ethanoaat boven de ontstane oplossing. Er trad geen verandering op het papiertje op (b). Toen hij vervolgens overmaat verdund zwavelzuur toevoegde aan de oplossing van kaliloog en stinkdiervloeistof, was de gele kleur op het filtreerpapiertje weer te zien (c).

Aldrich scheidde de stinkdiervloeistof in een aantal fracties. Van deze fracties bepaalde hij de massapercentages C , H en S . Daartoe werden de thiolen omgezet tot mercaptiden. Bij de bepaling van het massapercentage C in de fractie met kooktraject tussen 100 ºC en 110 ºC (fractie α ) verkreeg hij de volgende resultaten: − uit 0,1535 g vloeistof ontstond 0,3239 g mercaptide; − bij volledige verbranding van 0,2453 g van het ontstane mercaptide ontstond 0,2277 g koolstofdioxide.

Bereken het massapercentage C in fractie α . Bij de bepaling van de massapercentages S vond Aldrich dat het massapercentage S van de fractie β met een hoger kooktraject (tussen 110 ºC en 120 ºC) lager was dan in fractie α . Aldrich had dat verwacht, op basis van de bindingen die voorkomen tussen de moleculen in de fracties en de veronderstelling dat fractie α en fractie β uitsluitend uit thiolen bestaan.

Leg uit waarom het te verwachten is dat het massapercentage S in fractie β lager is dan in fractie α . Ga ervan uit dat fractie α en fractie β uitsluitend uit thiolen bestaan. Uit zijn resultaten trok Aldrich de conclusie dat fractie α grotendeels uit 1-butaanthiol bestaat. De structuurformule van 1-butaanthiol is: CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 SH 1-Butaanthiol is echter niet de enige thiol met de formule C 4 H 9 SH .

Leg uit hoeveel thiolen er, behalve 1-butaanthiol, bestaan met formule C 4 H 9 SH . Houd hierbij ook rekening met eventuele stereo-isomerie. Licht je antwoord toe met structuurformules. In Noord-Amerika worden huisdieren soms door stinkdieren besproeid. Ze verspreiden daarna gedurende een lange tijd een ondraaglijke stank. Om die stank te laten verdwijnen, kunnen de huisdieren worden gewassen met een basische oplossing van waterstofperoxide. Om de juiste pH te verkrijgen, wordt natriumwaterstofcarbonaat gebruikt. Aanbevolen wordt om de oplossing waarmee het huisdier moet worden gewassen als volgt te maken: − neem 1 liter 3% waterstofperoxide-oplossing; − voeg een kwart kopje (50 g) bakpoeder (natriumwaterstofcarbonaat) toe; − voeg een theelepel afwasmiddel toe.

Wordt de pH van de oplossing hoger, of lager wanneer een half kopje bakpoeder in plaats van een kwart kopje wordt gebruikt, of krijg je een oplossing met dezelfde pH (298 K)? Geef een verklaring voor je antwoord. In het basische milieu van de wasvloeistof komen de thiolen voor als mercaptide-ionen ( R – S – ). De geur van de stinkdiervloeistof verdwijnt doordat de mercaptide-ionen door waterstofperoxide worden omgezet tot sulfonaationen ( R – SO 3 – ), de zuurrestionen van sulfonzuren ( R – SO 3 H ).