Vận dụng linh hoạt các định luật bảo toàn phát hiện điểm đặc biệt của các peptit

Chương 6: VẬN DỤNG LINH HOẠT CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN PHÁT HIỆN ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC PEPTIT Chương trình bày ví dụ việc sử dụng linh hoạt định luật bảo toàn việc thiết lập phương trình tốn học Chú ý thêm vài công thức giải nhanh peptit tạo a.a chứa nhóm –NH2 nhóm –COOH:  Đốt peptit đốt a.a tương ứng C; N O2 cần đốt bảo toàn; n H O (a.a) > n H O (peptit) 2  Đốt muối: C x H 2x NO2 Na  O2  0,5Na CO3  (x  0,5)CO2  xH O  0,5N n H O  n CO  0,5.n muèi  n Na CO  n N (n CO  n Na CO )  n H O  n O (®èt muèi)  1,5n CO  n O (đốt a.a tương ứng) 2 2 3 2 2  Đốt peptit n O (trong pep)  n N  n peptit n O (®èt pep)  1,5.(n CO  n N )  1,5(n H  n peptit ) 2 2  Liên hệ số mol CO2 H20 ( a số mol chất đem đốt) § èt peptit : n CO  n H  (0,5.n  1)a  n N  n peptit § èt a.a : n CO  n H  0,5a 2 2 Lưu ý: Việc thực hành nhiều giúp sử dụng thành thục công thức Các công thức thiết lập nhanh từ chất có cơng thức chung dãy đồng đẳng, không thiết phải học thuộc cách máy móc Ví dụ: Cơng thức tổng qt peptit có n mắt xích a.a no có x nguyên tử C chứa nhóm –NH2 nhóm –COOH CnxH2nx+2-nNnOn+1 Đốt a mol peptit đó: C nx H2 nx 2 n N n On 1   nxCO2  (nx   0,5n)H O  CO2  H2 O  a[nx  (nx   0,5n)]  (0,5n  1)n pep BÀI TẬP MẪU Ví dụ 1: Thủy phân hết m gam tetrapeptit Ala-Ala-Ala-Ala (mạch hở) thu hỗn hợp gồm 28,48 gam Ala, 32 gam Ala-Ala 27,72 gam Ala-Ala-Ala Giá trị m là: A 90,6 B 111,74 C 81,54 D 66,44 (Trường THPT Yên Lạc/Vĩnh Phúc/Thi thử THPT QG 2016/lần 1) Hướng dẫn: n Ala  0,32;n Ala Ala  0,2;n Ala Ala Ala  0,12  n Ala Ala Ala  Ala  (0,32  0,22  0,12.3) /  0,27 m  (89.4  18.3).0,27  81,54 gam Chọn đáp án C Nhận xét: Biểu thức nAla-Ala-Ala-Ala = (0,32 + 0,22 + 0,12.3)/4 thực chất thể bảo toàn nguyên tố N mol N tetrapeptit tổng mol N peptit mạch ngắn Ví dụ 2: Thủy phân lượng pentapeptit mạch hở X thu 3,045 gam AlaGly-Gly; 3,48 gam Gly-Val, 7,5 gam Gly; 2,34 gam Val; x mol Val-Ala y mol Ala Tỷ lệ x:y là? A 11:6 6:1 B 2:5 7:20 C 2:5 11:16 D 6:1 7:20 (Trường THPT Yên Lạc/Vĩnh Phúc/Thi thử THPT QG 2016/lần 1) Hướng dẫn: Thủy phân X thu A-G-G; G-V; V-A; X pentapeptit nên X có cơng thức sau A-G-G-V-A; V-A-G-G-V; G-V-A-G-G TH1: X có cơng thức A-G-G-V-A  0,015.2  0,02  0,1 AGG : 0,015  BT.Gly : n X   0,075 GV : 0,02 G : 0,1;V : 0,02    BT.Ala : 0,075.2  0,015  x  y  x  0,035  x / y  / 20 BT.Val : 0,075  0,02  0,02  x y  0,1   TH2: X có cơng thức V-A-G-G-V  0,015.2  0,02  0,1 AGG : 0,015  BT.Gly : n X   0,075 GV : 0,02 G : 0,1;V : 0,02    BT.Ala : 0,075  0,015  x  y  x  0,11 (lo¹i) BT.Val : 0,075.2  0,02  0,02  x y0 TH3: X có công thức G-V-A-G-G    0,015.2  0,02  0,1 AGG : 0,015  BT.Gly : n x   0,05 GV : 0,02  G : 0,1;V : 0,02  BT.Ala : 0,05  0,015  x  y  x  0,01  x / y  / BT.Val : 0,05  0,02  0,02  x y  0,025   ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 3: Tripeptit mạch hở X tạo nên từ aminoaxit A (no, mạch hở, phân tử chứa nhóm –NH2 nhóm –COOH) Thủy phân hoàn toàn m gam X 120ml dung dịch NaOH 2M, cô cạn thu hỗn hợp rắn Y có khối lượng 16,44 gam gồm hai chất có số mol Đốt cháy hồn tồn m gam X thu tổng khối lượng CO2 nước A 9,24 B 14,52 C 10,98 D 21,96 Hướng dẫn: A3  3NaOH  3A  H O a a C H NO Na : 0,12  16, 44  0,12.(14x  46  23)  0,12.40  SOLVE x 2x 16, 44 x  NaOH d­: 0,12 X : C H11 N O  6CO2  5,5H  m CO  m H O  14,52 gam  0,12 / 0,24 0,22 2 Chú ý: Từ Bảo tồn ngun tố Na Ta tìm số mol chất Y 81 Ví dụ 4: Từ m gam α-aminoaxit X (có nhóm –COOH nhóm –NH2) điều chế m1 gam đipeptit Y Cũng từ m gam X điều chế m2 gam tetrapeptit Z Đốt cháy m1 gam Y 3,24 gam H2O Đốt cháy m2 gam Z 2,97 gam H2O Biết phản ứng xảy hoàn toàn Giá trị m là: A 3,56 B 5,34 C 4,5 D 3,0 (Trường ĐH KHTN Huế, khối THPT chuyên, thi thử lần 2-2014) 2X  X  H O   a 4X  X  3Ha O  BTNT.H : a  0,18  0, 75a  0,165  a  0,06 mol  0,75a  a X : C n H n 1 NO2  X : C 2x H 4x N O3 : 0,03  n H O  0,03.2x  0,18  x   m  0,06.(14n  47)  5,34 gam ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 5: X, Y, Z, T peptit tạo α-amino axit no chứa nhóm–NH2 nhóm –COOH có tổng số nguyên tử oxi 12 Đốt cháy 13,98 gam hỗn hợp E chứa X, Y, Z, T cần dùng 14,112 lít O2 (đktc) thu CO2, H2O N2 Mặt khác đun nóng 0,135 mol hỗn hợp E dung dịch NaOH (lấy dư 20% so với phản ứng), cô cạn dung dịch sau phản ứng thu lượng chất rắn khan A 24,51 gam B 31,5 gam C 25,84 gam D 36,05 gam (Trường THPT Chu Văn An/Thái Nguyên/Thi thử lần 1/2016) Hướng dẫn:   O  12  4.Oi  12  O i (min)  3(®ipeptit cã sè O nhỏ nhất) X;Y;Z;T đipeptit(C 2x H 4x N O : a mol) ®èt cho n CO  n H O  y mol 2 BTKL(PT) :13, 98  0,63.32  62y  28a y  0, 51   BTKL(chÊt) :13, 98  14y 76a a 0,09 Thủy phân đipeptit n NaOH  2.n peptit ;n H O  n peptit 0,135 BTKL :13, 98  120%.2.0,135.40  m cr  0,135.18  m cr  31, 5gam 0,09 ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 6: Hỗn hợp X gồm Ala-Ala, Gly-Ala, Ala-Gly, Ala-Ala-Val-Ala Ala-ValVal-Ala Cho m gam hỗn hợp X tác dụng với lượng vừa đủ NaOH, đun nóng thu m+29,7gam hỗn hợp muối amino axit Mặt khác đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X thu 63,616 lít CO2 (đtkc) 49,32 gam H2O Giá trị gần m là: A 72,30 B 72,10 C 74,01 D 73,76 nCO Hướng dẫn: : 2,84 mol;n H O : 2,74;O2 (®èt) :x mol;n N : y mol; 2 Phản ứng cháy: X  O2  CO2  H O  N n O  1, 5.(n CO  n N )  x  1, 5(2,84  y)(1) BT.O : n O (trong X)  2.2,84  2, 74  2x  8, 42  2x Phản ứng thủy phân: 2 X  NaOH  RNO2 Na  H O;BT.N : n NaOH  2y BT.O : n H O  n O (X)  n O (NaOH)  n(O)RNO Na  (8, 42  x)  2y  4y  8, 42  2x  2y BTKL :m  2y.40  m  29,7  18.(8, 42  2x  2y)(2) Tõ (1)(2)  x  3,585;y  0, 45  m  72,16 ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 7: Đun nóng 4,63 gam hỗn hợp X gồm ba peptit mạch hở với dung dịch KOH (vừa đủ) Khi phản ứng kết thúc, cô cạn dung dịch thu 8,19 gam muối khan amino axit có dạng H2NCmHnCOOH Đốt cháy hoàn toàn 4,63 gam X cần 4,2 lít O2 (đktc), hấp thụ hết sản phẩm cháy (CO2, H2O, N2) vào dung dịch Ba(OH)2 dư Sau phản ứng thu m gam kết tủa khối lượng phần dung dịch giảm bớt 21,87 gam Giá trị m gần giá trị sau đây: A 35,0 B 27,5 C 32,5 D 30,0 Hướng dẫn: Chú ý: Đề bi khụng cho cỏc a.a no Đ ặt n CO :x mol;n H O : y;n N : z mol; 2 2 Phản ứng cháy: X  O2  CO2  H O  N BTKL : 4,63  0,1875.32  44x  18y  28z (1) m dd   197n CO  44n CO  18n H O  153x  18y  21,87(2) BT.O : n O (X)  2x  y  0,375 Phản ứng thủy phân: X  KOH  RNO2 K  H O;BT.N : n KOH  2z; BT.O : n H O  n O (X)  n O (KOH)  n(O)RNO K 2 2  2x  y  2z  0,375 BTKL :4,63  2z.56  8,19  18.(2x  y  2z  0,375) (3) Tõ (1) (2) (3)  n CO  y  0,16  m BaCO  31, 52 gam ⇒ Chọn đáp án C Ví dụ 8: Hỗn hợp X gồm peptit A mạch hở có cơng thức CxHyN5O6 hợp chất B có công thức phân tử C4H9NO2 Lấy 0,09 mol X tác dụng vừa đủ với 0,21 mol NaOH thu sản phẩm dung dịch gồm ancol etylic a mol muối glyxin, b mol muối alanin Nếu đốt cháy hoàn toàn 41,325 gam hỗn hợp X lượng oxi vừa đủ thu N2 96,975 gam hỗn hợp gồm CO2 H2O Giá trị a: b gần với A 1,52 B 5,2 C 1,3 D 2,6 (Trường THPT chuyên Đại học Vinh/thi thử lần 3-2015) Hướng dẫn: Phản ứng thủy phân: B có cơng thức: NH2CH2COOC2H5 Dễ dàng tìm nA= 0,03; nB= 0,06 83 Phản ứng cháy: C H N O : t CO : a 41, 325  x y  O  96, 975   N2 H O : b C H NO : 2t 12a  2b  t(166  46.2)  41, 325(1) a  1, 575     b  1, 5375  44a  18b  96, 975(2)   a  b  (0, 55  1)t  0, 5.2t (3) t  0, 075 1, 575  2.0, 075.4 BT.C : sè C A  x   13  2.2  3.3 0, 075 a 1.2  2.1 (cña este) A : G2 A3    b 1.3 ⇒ Chọn đáp án C Chú ý: Nếu thiết lập phương trình (3) theo hướng sau: BT.O : n O cần đốt a 0, 5b 5t;BT.N : nN  3, 5t BTKL : 41,325  32.(x  0, 5y  5t)  96, 975  3, 5t.28  32x  16y  258  55,65 (3 ') Giải hệ gồm (1) (2) (3’) không nghiệm (3’) thực chất phương trình hệ (1) (2) Ví dụ 9: Hỗn hợp X gồm Ala-Ala, Ala-Gly-Ala, Ala-Gly-Ala-Gly Ala-Gly-AlaGly-Gly Đốt 26,26 gam hỗn hợp X cần vừa đủ 25,872 lít O2 (đktc) Cho 0,25 mol hỗn hợp X tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ thu m gam muối khan Giá trị m là: E 25,08 F 99,15 Hướng dẫn: G 54,62 H 114,35 Ta thÊy : n lk  nH  0, 5.n A  n G Gly : a mol  75a  89b  (a  0, 5b).18  26, 26 X  Ala : b mol  2, 25a  3, 75b  1,155  H : (a  0, 5b)  a  0,18;b  0, 2;L¹i thÊy : n Ala  2n peptit  n peptit  0,1; n muèi  m GlyNa  m AlaNa  0, 25  (0,18.(75  22)  0, 2.(89  22)  99,15gam 0,1 ⇒ Chọn đáp án B Ví dụ 10: Đun nóng 0,045 mol hỗn hợp A gồm peptit X Y (có số liên kết peptit liên kết) cần vừa đủ 120ml KOH 1M, thu hỗn hợp Z chứa muối Gly, Ala Val (trong muối Gly chiếm 33,832% khối lượng) Mặt khác đốt cháy hồn tồn 13,68 gam A cần dùng 14,364 lít khí O2 (đtkc) thu hỗn hợp khí hơi, tổng khối lượng CO2 H2O 31,68 gam Thành phần phần trăm khối lượng muối Ala Z gần giá trị sau A 45% B 54% C 50% D 60% (Đề thi thử THPT Quốc gia lần 1-Trung tâm Mclass.vn-Hà Nội-2015) Phân tích: Bài hỏi % khối lượng muối Ala phải biết số mol muối Ala Ở có muối a.a cần phương trình: (1) Biểu diễn % muối Gly (Dùng bảo toàn khối lượng) (2) Mol Oxi cần đốt 0,045 mol A (Dùng công thức x+y/4-z/2) (3) Tổng số mol muối (Do muối “gắn” 1K nên dùng bảo tồn K) Để tìm khối lượng A 0,045 mol mol oxi cần đốt 0,045 mol A cần phải tìm tỉ lệ k 0,045 mol A 13,68 gam A Chỉ cần tìm tỉ lệ chất ta tìm k Ở cho mol KOH tức cho mol N 0,045 mol A cần tìm mol N 13,68 gam A Hướng dẫn: Trong 13,68 gam A BTKL :13,68  0,64125.32  m N  31,68  n N  0,18 mol m (trong 0,045 mol A) n O (trong 0,045 mol A) 0,12 k A   13,68 0,64125 0,18 m (trong 0,045 mol A)  9,12 gam  A n O (trong 0,045 mol A)  0, 4275 mol 2 Trong 0,045 mol A (đã tìm mA = 9,12 gam) BTKL : 9,12  0,12.56  m muèi  0,045.18  m muèi  15,03gam GlyK : x mol BTNT.K : x  y  z  0,12 x  0,045     AlaK : y mol  n O : 2,25x  3,75y  6,75z  0, 4725  y  0,06 ValK : z mol  z  0,015 (75  38)x  0,33832.15,03 0,09.(89  38).100%  50,69% 22,545 ⇒ Chọn đáp án C Nhận xét: Bài tốn có sử dụng biểu thức tính mol oxi (ví dụ với Gly (C2H5NO2) hệ số oxi 2+5/4-2/2 = 2,25) Ở phần chương mở đầu peptit trình bày mol oxi đốt peptit = mol oxi đốt muối = mol oxi đốt a.a Đề thừa kiện X, Y có số liên kết peptit liên kết, người đề giải theo hướng khác có sử dụng kiện Thậm chí với dự kiện 14,364 lít oxi khơng cần thiết; xem lời giải khác kỹ thuật quy đổi gốc axyl dùng công thức tổng quát  %m muèi Ala  Ví dụ 12: Thủy phân hồn tồn m gam hỗn hợp M gồm tetrapeptit X pentapeptit Y (đều mạch hở) dung dịch KOH vừa đủ, cạn cẩn thận thu (m+11,42) gam hỗn hợp muối khan Val Ala Đốt cháy hoàn toàn muối sinh lượng oxi vừa đủ thu K2CO3; 2,464 lít N2 (đktc) 50,96 gam hỗn hợp gồm CO2 H2O Phần trăm khối lượng Y hỗn hợp M E 55,24% F 54,54% G 45,98% H 64,59% (Trường THPT chuyên Đại học Vinh/thi thử lần 4-2015) Hướng dẫn: n N2 0,11mol Đ ặt tetrapeptit X : a mol pentapeptit Y : b mol BTNT.N : 4a  5b  0,11.2  0,22 (1) m  11, 42  m KOH  m H O  0,22.56  (a  b) 18 (2) nNaOH  nN nH2 O  npeptit Giải hệ (1) (2) a = 0,03; b = 0,02 85 y  x  0,11 x 0, 79 Đ ốt muối Đ ặt nCO : x mol vµ H O : y mol   44x  18y  50, 96  y  0, 3x  5y  0, x  0,1 n Gly : x mol vµ n Val : y mol    BTNT.N : x  y  0,11x2 y  0,12 CO : x  0,11 C n H n NO K : 0, 22  50, 96   K CO : 0,11  N : 0,11 H O : x (Đ ặt) BT.N : n muối  0, 22;BT.K : n K CO  0,11;BT.C : n CO  x  0,11  50, 96  (x  0,11).44  x.18  x  0,  0,03 mol Val a Ala  a  0,02 mol Val b Ala  b  cã 3a  2b  12  cỈp a  2, b  tháa m·n  Y lµ Ala Val  m Y  9,14 gam  %YtrongM  45, 98%  cỈp b  0,a  thỏa mÃn đáp án khác ⇒ Chọn đáp án C Ví dụ 13: Trộn a (g) hỗn hợp A gồm amino axit X, Y, Z chứa nhóm –NH2 phân tử với b (g) axit glutamic thu hỗn hợp B Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp B thu hỗn hợp khí C Cho C lội từ từ qua dung dịch Ba(OH)2 thấy khối lượng dung dịch giảm so với ban đầu, lượng khí có V=7,84 lít (đktc) (khơng chứa nước) Mặt khác, cho B tác dụng với dung dịch KOH dư, thu (a+b+34,2) gam muối khan Tiến hành phản ứng trùng ngưng với a (g) hỗn hợp A nói điều kiện thích hợp, thu hỗn hợp D gồm peptit Đốt cháy hoàn toàn D cần dùng vừa 49,84 lít O2 (đktc) Biết Y Z đồng phân cấu tạo nhau, thuộc dãy đồng đẳng Glyxin, MX