Hóa học 12 - Lí thuyết Amin

CẤU TẠO PHÂN TỬ VÀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC Giữa amoniac, amin các bậc và anilin có sự tương đồng về cấu tạo : Cấu trúc phân tử Mô hình đặc : a amoniac , b metylamin , c anilin − Do ở

Chương 3

I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI, DANH PHÁP, VÀ ĐỒNG PHÂN

a) Theo đặc điểm cấu tạo của gốc hidrocacbon

− Amin thơm, thí dụ: anilin: C6H5−NH2

AMIN-AMINO

AXIT-Cá là nguồn thực phẩm giàu protein

− Amin béo, thí dụ: etylamin C2H5−NH2

− Amin dị vòng, thí dụ: piroliđin

b) Theo bậc của amin

Bậc của amin được tính bằng số nguyên tử H trong phân tử NH3 bị thay thế bởi gốchidrocacbon

Khi thay 1 nguyên tử H bằng 1 gốc hidrocacbon ta được amin bậc I

Tên của amin được gọi theo danh pháp gốc-chức và danh pháp thay thế

Một số amin được gọi theo tên thường (tên riêng)

4 Đồng phân

Đồng phân cấu tạo của amin có thể do mạch cacbon và do vị trí nhóm chức

Thí dụ, với C4H11N có các amin đồng phân như sau :

II TÍNH CHẤT VẬT LY

 CH3NH2 , (CH3)2NH, (CH3)3N và C2H5NH2 là những chất khí, mùi khai khó chịu, độc, dễ tantrong nước

theo chiều tăng của phân tử khối

 Anilin là chất lỏng, sôi 184oC, không màu, rất độc, ít tan trong nước, tan trong etanol,benzen Để lâu trong không khí, anilin chuyển sang màu nâu đen vì bị oxi hóa bởi khôngkhí

III CẤU TẠO PHÂN TỬ VÀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Giữa amoniac, amin các bậc và anilin có sự tương đồng về cấu tạo :

Cấu trúc phân tử

Mô hình đặc : a) amoniac , b) metylamin , c) anilin

− Do ở nguyên tử nitơ trong phân tử amin còn đôi electron chưa liên kết (có thể kết hợpvới proton H+) nên amin thể hiện tính chất bazơ

− Ngoài ra, nguyên tử nitơ trong phân tử amin có số oxi hóa −3 (thấp) nên amin thườngdễ bị oxi hóa

− Các amin thơm, thí dụ anilin, còn dễ tham gia pứ thế vào nhân thơm do ảnh hưởng củađôi electron chưa liên kết ở nguyên tử nitơ

1 Tính chất của chức amin

a) Tính bazơ

♦Thực nghiệm 1 : Nhúng mẩu giấy quỳ tím vào ống nghiệm đựng dd propylamin.

ion OH− :

CH3CH2CH2NH2 + H2O [CH3CH2CH2NH3]+ + OH

-♦Thực nghiệm 2 : Đưa đũa thủy tinh vừa nhúng vào dd HCl đậm đặc lên miệng lọ đựng

dd CH3NH2 đậm đặc

tạo thành muối :

-metylamoni clorua

♦Thực nghiệm 3 : Nhỏ vài giọt anilin vào nước, lắc kĩ Anilin hầu như không tan, nó tạo

vẩn đục rồi lắng xuống đáy Nhúng mẩu giấy quỳ tím vào dd anilin, màu quỳ tím khôngđổi Nhỏ dd HCl đặc vào ống nghiệm, anilin tan dần do đã xảy ra pứ :

-phenylamoni clorua

Nhận xét :

Dung dịch metylamin và nhiều đồng đẳng của nó có khả năng làm xanh giấy quỳ tím

hoặc làm hồng phenolphtalein do kết hợp với proton mạnh hơn amoniac

b) Pứ với axit nitrơ

Thí dụ :

C2H5NH2 + HONO C2H5OH + N2 + H2O

nhiệt độ thấp (0 − 5oC) cho muối điazoni, thí dụ :

C6H5NH2 + HONO + HCl 0 - 5oC C6H5N2+Cl + 2H2O

Muối điazoni cóvai trò quan trọngtrong tổng hợphữu cơ, đặc biệt

là tổng hợp phẩmnhuộm azo

c) Pứ ankyl hóa

Khi cho amin bậc

I hoặc bậc II tácdụng với ankylhalogenua,

nguyên tử H củanhóm amin có thểbị thay thế bởigốc ankyl Thí

dụ :

C2H5NH2 + CH3I C2H5NHCH3 + HI

Pứ này được gọi là pứ ankyl hóa amin

2 Pứ thế ở nhân thơm của anilin

Thí nghiệm : Nhỏ vài giọt nước brom vào ống

nghiệm đựng sẵn 1 ml dd anilin

NH2

:

−NH2 , 3 nguyên tử H ở vị trí ortho và para đối với

nhóm −NH2 trong nhân thơm của anilin đã bị thay

thế bởi 3 nguyên tử Br :

2,4,6-tribromanilin

NH2

Br+ 3Br2

NH2Br

Br

+ 3HBr

Pứ này dùng để nhận biết anilin.

IV ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHÊ

a) Thay thế nguyên tử H của phân tử amoniac

Các ankylamin được điều chế từ amoniac và ankyl halogenua.Thí dụ :

Ngoài ra, các amin còn có thể được điều chế bằng nhiều cách khác

I ĐỊNH NGHĨA, CẤU TẠO VÀ DANH PHÁP

2 Cấu tạo phân tử

Vì nhóm COOH có tính axit, nhóm NH2 có tính bazơ nên ở trạng thái kết tinh amino axit tồntại ở dạng ion lưỡng cực Trong dd, dạng ion lưỡng cực chuyển một phần nhỏ thành dạngphân tử :

R - CH - COO

NH3+

Ngoài ra, các α - amino axit có trong thiên nhiên gọi là amino axit thiên nhiên đều có tênriêng (bảng 3.2) và hầu hết có công thức chung là +NH3CH(R)COO− nhưng vẫn gọi tên theodạng NH2CH(R)COOH (R là phần còn lại của phân tử)

II TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Các amino axit là những chất rắn ở dạng tinh thể không màu, vị hơi ngọt, có nhiệt độ nóngchảy cao (khoảng từ 220 đến 3000C, đồng thời bị phân hủy) và dễ tan trong nước vì chúngtồn tại ở dạng ion lưỡng cực (muối nội phân tử)

Thí dụ : Glyxin nóng chảy ở khoảng 232 - 2360C, có độ tan 25,5g/100g nước ỏ 250C

III TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Tính chất axit - bazơ của dung dịch amino axit

Thí nghiệm :

Giải thích :

−Phân tử glyxin có 1 nhóm COOH và 1 nhóm NH2 nên dd gần như trung tính

−Phân tử axit glutamic có 2 nhóm COOH và 1 nhóm NH2 nên dd có môi trường axit

−Phân tử lysin có 1 nhóm COOH và 2 nhóm NH2 nên dd có môi trường bazơ

♦Amino axit pứ với axit vô cơ mạnh cho muối, thí dụ :

H2N-CH2-COOH + HCl → ClH3N-CH2-COOH

Hoặc H3N+−CH2-COO− + HCl → ClH3NCH2COOH

♦ Amino axit pứ với bazơ mạnh cho muối và nuớc, thí dụ :

H2NCH2COOH + NaOH → H2NCH2COONa + H2O

Hoặc H3N+CH2COO− + NaOH → H2NCH2COONa + H2O

Như vậy, amino axit có tính chất lưỡng tính

2 Pứ este hóa nhóm COOH

Tương tự axit cacboxylic, amino axit pứ được với ancol (có axít vôcơ mạnh xúc tác) choeste Thí dụ :

H2N-CH2-COOH + C2H5-OH H2N-CH2-COO-C2H5 + H2O

3 Pứ của nhóm NH 2 với HNO 2

Giấy quỳ tímGiấy quỳ tím

Hiện tượng : Có bọt khí thoát ra.

amin) cho axit hiđroxiaxetic và giải phóng N2 :

H2NCH2COOH + HNO2 → HOCH2COOH + N2 ↑ + H2O

4 Pứ trùng ngưng

Khi đun nóng axit 6-aminohexanoic (còn gọi là axit ε-aminocaproic) hoặc axit aminoheptanoic (axit ω-aminoenantoic) với xúc tác thì xảy ra pứ trùng ngưng tạo thànhpolime thuộc loại poliamit

7-Trong pứ trùng ngưng amino axit, các gốc amino axit kết hợp với nhau theo cách : OH của nhóm cacboxyl ở phân tử amino axit này kết hợp với H của nhóm amino ở phân tử amino axit kia tạo thành H 2 O và sinh ra polime Thí dụ :

IV ỨNG DỤNG

 Amino axit thiên nhiên (hầu hết là α-amino axit) là cơ sở để kiến tạo nên các loại proteincủa cơ thể sống

 Một số amino axit được dùng phổ bíên trong đời sống như

ngọt (1))

L c nhe ắ ̣ ống nghi m ệ

2 ml dd NaNO 2 10%

2 ml dd glyxin 10%

−axit glutamic(2) là thuốc hỗ trợ thần kinh

 Axit 6-aminohexanoic & axit 7-aminoheptanoic là nguyên liệu dùng sản xuất nilon-6 vànilon-7

(1) bột ngọt : −OOC−CH2−CH2−CH(NH3+)−COONa

(2) axit glutamic : HOOC−CH2−CH2−CH(NH2)−COOH

(3) methionin : CH3S−[CH2]2−CH(NH2)−COOH

A - PEPTITI- KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

Peptit có vai trò quan trọng trong sự sống : một số peptit là homon điều hòa nội tiết, một

số peptit là kháng sinh của vi sinh vật, popipeptit là cơ sở tạo nên protein

2 Phân loại

Các peptit được chia làm 2 loại :

a) Oligopeptit gồm các peptit có từ 2 đến 10 gốc α - amino axit và được gọi tương ứng làđipeptit, tripeptit, đecapeptit

b) Polipeptitgồm các peptit có từ 11 đến 50 gốc α - amino axit Popipeptit là cơ sở tạo nênprotein

II- CẤU TẠO, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP

1 Cấu tạo

Phân tử peptit hợp thành từ các gốc α- amino axit nối với nhau bởi liên kết peptit theo mộttrật tự nhất định : amino axit đầu N còn nhóm NH2, amino axit đầu C của nhóm COOH

NH2-CH-CO NH-CH-CO NH-CH-CO NH-CH-COOH

2 Đồng phân, danh pháp

Mỗi phân tử peptit gồm một số xác định các gốc α - amino axit liên kết với nhau theo mộttrật tự nghiêm ngặt Việc thay đổi trật tự đó sẽ dẫn tới các peptit đồng phân Thí dụ :

III- TÍNH CHẤT

1 Tính chất vật lí

Các peptit thường ở thể rắn, có nhiệt độ nóng chảy cao và dễ tan trong nước

2 Tính chất hóa học

Do peptit có chứa các liên kết peptit nên nó có hai pứ điển hình là pứ thủy phân và pứ màubiure

a) Phản ứng màu biure

Cho vài ml dd peptit vào ống nghiệm đựng Cu(OH)2 (tạo ra khi cho dd CuSO4 tác dụngvới dd NaOH), thấy Cu(OH)2 tan ra và thu được phức chất có màu tím đặc trưng.Phản ứng này được gọi là pứ màu biure vì nó tương tự như pứ của biure H2N-CO-NH-CO-NH2 với Cu(OH)2

Lưu ý : Đipeptit chỉ có một liên kết peptit nên không có pứ này.

b) Phản ứng thủy phân

Khi đun nóng dd peptit với axit hoặc kiềm, sẽ thu được dd không còn pứ màu biure là

do peptit đã bị thủy phân thành hỗn hợp các α- amino axit

I- KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

 Protein là những polipeptit cao phân tử có phân tử khối từ vài chục nghìn đến vài triệu

 Protein có vai trò là nền tảng về cấu trúc và chức năng của mọi cơ thể sống

 Protein được phân thành 2 loại :

- Protein đơn giản là những protein được tạo thành chỉ từ các gốc α - amino axit

- Protein phức tạp là những protein được tạo thành từ protein đơn giản cộng với thànhphần “phi protein”, như axit nucleic, lipit, cacbohiđrat,

II- SƠ LƯỢC VỀ CẤU TRÚC PHÂN TỬ PROTEIN

♦Phân tử protein được cấu tạo từ một hoặc nhiều chuỗi polipeptit kết hợp với nhau hoặcvới các thành phần phi protein khác

♦Các phân tử protein khác nhau về bản chất các mắt xích α - amino axit, số lượng và trật

tự sắp xếp của chúng, nên trong các sinh vật từ khoảng trên 20 α - amino axit thiên nhiênđã tạo ra một lượng rất lớn các protein khác nhau

♦Đặc tính sinh lí của protein phụ thuộc vào cấu trúc của chúng Có bốn bậc cấu trúc củaphân tử protein : cấu trúc bậc I, bậc II, bậc III và bậc IV

♦Cấu trúc bậc I là trình tự sắp xếp các đơn vị α - amino axit trong mạch protein.Cấu trúcnày được giữ vững chủ yếu nhờ liên kết peptit.

Thí dụ : Cấu trúc bậc I của phân tử insulin

(Cấu trúc bậc II, III, IV xem bài dọc thêm)

III- TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN

1 Tính chất vật lí

♦Dạng tồn tại

Protein tồn tại ở hai dạng chính : Dạng hình sợi và dạng hình cầu Dạng protein hình sợinhư keratin của tóc, móng, sừng ; miozin của cơ bắp, fibroin của tơ tằm, mạng nhện Dạngprotein hình cầu như anbumin của lòng trứng trắng, hemoglobin của máu

♦Tính tan : Tính tan của các loại protein rất khác nhau Protein hình sợi hoàn toàn khôngtan trong nước trong khi protein hình cầu tan trong nước tạo thành dung dịch keo nhưanbumin (lòng trứng trắng), hemoglobin (máu)

♦Sự đông tụ : Khi đun nóng hoặc cho axit, bazơ hay một số muối vào dung dịch protein,protein sẽ đông tụ lại, tách ra khỏi dung dịch Ta gọi đó là sự đông tụ protein

2 Tính chất hóa học

a) Phản ứng thủy phân

Khi đun nóng protein với dung dịch axit, dung dịch bazơ hoặc nhờ xúc tác của enzim,các liên kết peptit trong phân tử protein bị phân cắt dần, tạo thành cá chuỗi polipetit vàcuối cùng thành hỗn hợp các α - amino axit

Thí dụ :

H + , t 0

Protein có một số pứ màu đặc trưng

Pứ với HNO 3 đặc

Thí nghiệm1: Nhỏ vài giọt dd axit nitric đặc vào ống nghiệm đựng dd lòng

trứng trắng (anbumin)

HNO3 cho hợp chất mới mang nhóm NO2 có màu vàng, đồng thờiprotein bị đông tụ bởi HNO3 thànhkết tủ

NO2

NO2+ 2H2O

Pứ với Cu(OH) 2 (pứ biure)

Thí nghiệm 2: Cho vào ống nghiệm 4 ml dd lòng trứng trắng, 1 ml dd NaOH

30% và một giọt dd CuSO4 2% sau đó lắc nhẹ

(CO-NH) cho sản phẩm có màu tím

IV- KHÁI NIỆM VỀ ENZIM VÀ AXIT NUCLEIC

Trong hoạt động sống của cơ thể sinh vật, enzim và axit nucleic có vai trò cực kì quan

trọng

1 Enzim

Enzim là những chất hầu hết có bản chất protein, có khả năng xúc tác cho các quá trìnhhóa học, đặc biệt trong cơ thể sinh vật Đó là những chất xúc tác sinh học Enzim có trongmọi tế bào sống.

Đến nay, người ta đã biết hơn 3500 enzim

Tên của các enzim xuất phát từ tên của các pứ, tên của chất pứ hoặc tổ hợp hai tên đóthêm đuôi aza Thí dụ enzim amilaza xúc tác cho pứ thủy phân tinh bột (amilum) thành

Xúc tác enzim có hai đặc điểm :

- Hoạt động xúc tác của enzim có tính chọn lọc rất cao, mỗi enzim chỉ xúc tác cho một

sự chuyển hóa nhất định

- Tốc độ của phản ứng nhờ xúc tác enzim rất lớn, thường gấp từ 109 - 1011 tốc độ củacùng pứ nhờ xúc tác hóa học

2 Axit nucleic

Trong nhân và nguyên sinh chất của tế bào có các protein phức tạp gọi là nucleoprotein

mà khi thủy phân thì cho protein đơn giản và axit nucleic Axit nucleic có vai trò quan trọngbậc nhất trong các họat động sống của cơ thể, như sự tổng hợp protein, sự chuỵển cácthông tin di truyền

Axit nucleic là polieste của axit photphoric và pentozơ (monosacarit có 5C) ; mỗi pentozơlại liên kết với một bazơ nitơ (đó là các hợp chất dị vòng chứa nitơ được kí hiệu A, X, G, T,U) Nếu pentozơ là ribozơ, axit nucleic được kí hiệu là ARN Nếu pentozơ là đeoxiribozơ,axit nucleic được kí hiệu là ADN

Mỗi chuỗi ADN rất lớn gồm hàng ngàn mắt xích, mỗi mắt xích gồm một gốc đeoxiribozơ,một gốc photphat và một gốc bazơ nitơ Hai chuỗi ADN xoắn kép lại thành phân tử ADNnhờ liên kết hiđro giữa các cặp bazơ nitơ (A T, G X)

Phân tử khối của ADN rất lớn, vào khoảng 4 - 8 triệu Phân tử khối của ARN nhỏ hơn củaADN Phân tử ARN thường tồn tại ở dạng xoắn đơn, đôi chỗ có xoắn kép

ADN là vật liếu di truyền ở cấp độ phân tử mang thông tin di truyền mã hóa cho hoạt độngsinh trưởng và phát triển của các cơ thể sống ARN chủ yếu nằm trong tế bào chất, thamgia vào quá trình giải mã thông tin di truyền

O CH2O Bazô nitô

O P

Bazô nitô

O P

Bazô nitô

O P

Amin α - amino axit peptit

2 Tính chất

a) Tính chất của nhóm NH 2

- Tính bazơ : Làm quỳ tím hóa xanh

RNH2 + H2O → [RNH3]+OH− Tác dụng với axit cho muối :

ArNH2 + HNO2 ArN2+Cl− hay ArN2Cl

- Tác dụng với dẫn xuất halogen :

RNH2 + CH3I → RNHCH3 + HI

b) Amino axit có tính chất của nhóm COOH

- Tính axit:

RCH(NH2)COOH + NaOH → RCH(NH2)COONa + H2O

- Pứ este hóa :

RCH(NH2)COOH + R’OH → RCH(NH2)COOR’ + H2O

c) Amino axit có pứ giữa nhóm COOH và NH 2

- Tạo muối nội (ion lưỡng cực) :

H2N - CH(R) - COOH → H3N+ - CH(R) - COO−

- Pứ trùng ngưng của các ε - và ω - amino axit tạo poliamit:

nH2N - [CH2]5 - COOH ( NH - [CH2]5 - CO ) n + nH2O

d) Protein có pứ của nhóm peptit CO - NH

- P ứ thủy phân :

NH2-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO- -NH-CH-COOH + (n-1)H2O

- 2H2O

HCl

NH2-CH-COOH + NH 2 -CH-COOH + NH 2 -CH-COOH + + NH 2-CH-COOH

- Pứ màu : tác dụng với Cu(OH)2 cho dung dịch màu tím

e) Anilin có phản ứng thế dễ dàng 3 nguyên tử của vòng benzen

NH2+ 3Br2

NH2

Br

BrBr

+ 3HBr

THỰC HÀNH 2 (xem tờ thực hành)