CHUYÊN đề hóa học hữu cơ hợp chất thiên nhiên AMINO AXIT và PEPTIT

CHUYÊN ĐỀ HÓA HỌC HỮU CƠ : Hợp chất thiên nhiên: “AMINO AXIT VÀ PEPTIT” LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình dạy lớp chuyên và tham gia bồi dưỡng đội tuyển HSG QG môn Hóa học hàng năm, đồng thời được kế thừa những kinh nghiệm bồi dưỡng HSG của người chồng thân yêu đã quá cố, cùng với những mong muốn tiếp tục phát huy sự nghiệp trồng nguời của anh, tôi đã miệt mài nghiên cứu, áp dụng vào dạy học và rút ra được một số kinh nghiệm trong giảng dạy phần hóa học hữu cơ, trong đó có hợp chất thiên nhiên. Hợp chất thiên nhiên có rất nhiều và phức tạp, nhưng trong khuôn khổ của chuyên đề hội thảo lần này cũng như thời lượng để biên soạn có hạn nên tôi chọn hợp chất thiên nhiên là : “AMINO AXIT VÀ PEPTIT”. Đây là một chuyên đề khó về hợp chất thiên nhiên quan trong bậc nhất và trọng tâm của chương trình thi HSG hàng năm. Học sinh thường sợ và lúng túng khi giải các bài tập vê amino axit và peptit vì thiếu cơ sở để tìm ra phương án giải quyết vấn đề và vì các tài liệu viết đều không đầy đủ, không đáp ứng được yêu cầu đơn giản, chính xác và giải nhanh nhất. Sau đây là nội dung của chuyên đề: A. Cơ sở lý thuyết. B. Các bài tập vận dụng có lời giải chi tiết. C. Các bài tập tự luyện tập. D. Kết luận NỘI DUNG I. A. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: AMINO AXIT 1 I.1. Định nghĩa – Danh pháp: 1.1. Định nghĩa: Amino axit là hợp chất hữu cơ tạp chức trong phân tử chứa đồng thời nhóm amino (-NH2) và cacboxyl (-COOH). CTTQ: R(COOH)x(NH2)y x,y ≥ 1 Hay: CnH2n+2-2a-x-y(COOH)x(NH2)y. Amino axit no chứa 1 chức axit, 1 chức amin dạng : CnH2n(COOH)(NH2). 1.2. Danh pháp: a) Danh pháp thay thế : Axit + STT nhóm amino- amino+ tên thay thế của axit cacboxylic tương ứng. Thí dụ: CH3CH(NH2)COOH HOOCCH2CH(NH2)COOH Axit 2-aminopropanoic Axit 2- aminobutanđioic. HOOC- C6H4-NH2 . Axit 4- aminobenzoic. b) Danh pháp bán hệ thống : Axit + vị trí các chữ cái hylap ( α , β , γ , δ . . . ) + amino + tên bán hệ thống của axit cacboxylic tương ứng c) Danh pháp thường : Các amino axit thiên nhiên hầu hết là α -aminoaxit và thường được dùng bằng tên riêng (tên thường) không có hệ thống. Bảng 1. Các amino axit thiên nhiên. Tên Kí hiệu Glyxin Alanin Valin Leuxin Isoleuxin Serin Threonin Gly Ala Val Leu Ile Ser Thr Axit aspatic Asparagin Axit glutamic Glutamin Asp Asp(NH2) Glu Glu(NH2) Công thức Monoaminomonocacboxylic H3N+CH2COOH3N+CH(CH3)COOH3N+CH(i-Pr)COOH3N+CH(i-Bu)COOH3N+CH(s-Bu)COOH3N+CH(CH2OH)COOH3N+CH(CHOHCH3)COOMonoaminođicacboxylic và dẫn xuất amit HOOC-CH2-CH(+NH3)COOH2NOC-CH2-CH(+NH3)COOHOOC-(CH2)2-CH(+NH3)COOH2NOC-(CH2)2-CH(+NH3)COOĐiaminomonocacboxylic 2 Lysin Hyđroxilysin Arginin Lys Hylys Arg Systein Cystin Methionin CySH CySSCy Met Phenylalanin Tyrosin Phe Tyr H3N+-(CH2)4-CH(NH2)COOH3N+-CH2CHOH-CH2-CH2- CH(NH2)COOH3N+=C(NH2)-NH-(CH2)3-CH(NH2)COOAmino axit chứa lưu huỳnh H3N+CH(CH2SH)COOOOC CH(H3N+)CH2SSCH2CH(H3N+)COOCH2SCH2CH2CH(H3N+)COOAmino axit thơm PhCH2CH(H3N+)COOp-C6H5CH2CH(H3N+)COOAmino axit dị vòng Histidin N CH – CH-COO- His 2 H3N+ N H Prolin H N+ Pro H COO - H TryptophanCH – CH-COO Try 2 H3N+ N H d) Tên gốc: - Khi ngắt bỏ -OH ra khỏi nhóm- COOH ta được nhóm axyl. Thí dụ : H2NCH2COOH glixin H2NCH2CO- CH3CH(NH2)COOH alanin. CH3CH(NH2)CO- glixyl alanyl. - Gốc của các aminoaxit có nhóm amit –CONH2 : đổi “-in” thành “inyl” Thí dụ : H2N-CO-CH2CH(NH2)COOH : Asparagin H2N-CO-CH2CH(NH2)CO- : Asparaginyl - Các monoaminođicacboxylic có 3 gốc tương ứng: + Tên của gốc hóa trị 1 có tiếp vĩ ngữ là yl + Tên của gốc hóa trị 1 có tiếp vĩ ngữ là oyl. Thí dụ : HOOC-CH2-CH(NH2)COOH : Aspatic HOOC-CH2-CH(NH2)CO- : α -Aspatyl -OC-CH2-CH(NH2)CO- : β -Aspatyl -OC-CH2-CH(NH2)CO- : Aspatoyl 3 1.3. Đồng phân a) Đồng phân cấu tạo: gồm đồng phân về mạch C và đồng phân về vị trí nhóm amino b) Đồng phân lập thể: Cấu hình của hầu hết các amino axit thiên nhiên là S và L (chỉ có L-Xystein là có cấu hình R) I.2. Cấu tạo phân tử - Tính chất vật lý: 2.1. Cấu tạo phân tử: NH2 - R - COOH ⇄ dạng phân tử + H3N – R – COOdạng ion lưỡng cực - Phân tử chứa nhóm –COOH: Có khả năng cho proton- thể hiện tính axit. - Phân tử chứa nhóm –NH2: có khả năng nhận proton: thể hiện tính bazơ. Như vậy, amino axit có tính chất lưỡng tính. - Tinh thể amino axit tồn tại dạng ion lưỡng cực +H3N – R – COO- nên tinh thể có lực hút ion giống muối amoni nội phân tử. 2.2. Tính chất vật lý: - Amino axit là chất rắn kết tinh, có nhiệt độ nóng chảy khá cao (khoảng từ 220 đến 300oC, đồng thời bị phân huỷ) và dễ tan trong nước vì chúng tồn tại ở dạng ion lưỡng cực (muối nội phân tử). - Các amino axit có nguồn gốc thiên nhiên tồn tại chủ yếu dạng α-amino axit: H2N- CH- COOH ⇄ +H3N –CH–COOR R dạng phân tử I.3. Tính chất hóa học: 3.1. Tính axit- bazơ: NH2 - R - COOH dạng ion lưỡng cực ⇄ + +H+ + +HOH2N – R – COO- H3N – R – COOH di chuyển về catot Amino axit * pK a 1 H3N – R – COO- (không di chuyển) di chuyển về anot Bảng 2. Tính axit-bazơ của amino axit. Mạch nhánh trung hòa a pHI pK 2 4 Glyxin Alanin Valin Leuxin Isoleuxin Methionin Prolin Phenylalanin Tryptophan Asparagin Glutamin Serin Threonin Amino axit 2,34 2,34 2,32 2,36 2,36 2,28 1,99 1,83 2,83 2,02 2,17 2,21 2,09 ** pK a 1,88 2,19 2,20 1,96 2,18 2,17 1,82 1 Axit aspatic Axit glutamic Tyrosin Cystein Lysin Arginin Histidin 9,60 9,69 9,62 9,60 9,60 9,21 10,60 9,13 9,39 8,80 9,13 9,15 9,10 pK a 2 3,65 4,25 9,11 8,18 8,95 9,04 6,00 5,79 6,00 5,96 5,98 5,98 5,74 6,30 5,48 5,89 5,41 5,65 5,68 5,60 Mạch nhánh ion pK a3 9,60 9,67 10,07 10,28 10,53 12,48 9,12 pHI 2,77 3,22 5,66 5,07 9,74 10,76 7,59 * Trong tất cả các amino axit pK a1 ứng với sự điện li của nhóm cacboxyl và pK a 2 ứng với sự điện li của nhóm amoni. ** Trong tất cả các amino axit pK a1 ứng với sự điện li của nhóm cacboxyl trong RCH(+NH3)COOH. 3.2. Phản ứng của nhóm cacboxyl. a. Phân li trong nước: + NH2 - R - COOH ⇄ H3N – R – COOH2N- CH- COOH + H2O ⇄ +H3N –CH–COO- + OHNH2 quỳ tím quỳ xanh NH HOOC- CH- COOH + H2O ⇄ -OOC –CH–COO- + H+ NH2 NH (NH2)y R(COOH)x : x = y : quỳ tím x > y : quỳ hồng x < y : quỳ xanh b. Tác dụng với dung dịch kiềm: 5 quỳ hồng H2N-CH2-COOH + NaOH → H2N-CH2-COONa + H2O Mol : a b 0 0 Mol pư: a a a a Mol có: 0 (b-a) a a - Cho dung dịch thu được tác dụng với HCl: NaOH + HCl → NaCl + H2O Mol (b-a) (b-a) H2N-CH2-COONa + 2HCl → ClH3N-CH2-COOH + NaCl Mol a 2a − nHCl phản ứng = b-a+2a = (b+a) = nOH (NaOH) + n NH (a.a) c. Tác dụng với ancol: - Amino axit tác dụng với ancol khi có xúc tác axit vô cơ mạnh (HCl) đun nóng tạo thành este: khí HCl H2N-CH2-COOH + HOC2H5 H2N-CH2-COO C2H5 + H2O − + - Este thu được tác dụng với HCl tạo Cl H 3 N CH 2 COOC 2 H 5 cần xử lý với NH3 giải phóng aminoeste. − + Cl H 3 N CH 2 COOC 2 H 5 + NH3 → H2N-CH2-COOC2H5 + NH4Cl 3.3. Phản ứng của nhóm amino: a- Phản ứng với axit: − + H2N-R-COOH + HCl → Cl H 3 N RCOOH Mol bđ: a b 0 Mol pư: a a a Mol còn: 0 (b-a) a - Cho dung dịch thu được tác dụng với NaOH: NaOH + HCl → NaCl + H2O (1) Mol (b-a) (b-a) − + − + Cl H 3 N RCOOH + 2NaOH → Cl H 3 N RCOONa + NaCl + H2O (2) Mol a 2a ⇒ nNaOH p.ứ = b+a = nNaOH p.ứ với HCl + nNaOH p.ứ với a.a b- Phản ứng với axit nitrơ: HNO2 + HCl ( NaNO2 + HCl ) H2N-R-COOH + HONO HCl →  HO-R-COOH + N2 ↑ + H2O Phản ứng dùng để định lượng amino axit. c- Phản ứng Aryl hóa bằng dẫn xuất 2,4-đinitro flobenzen. + H-HN-R-COOH → O2N NH-R-COOH ↓ + HF ON F 2 2 NO2 O nhờ tác dụng H 3.4. Phản ứng của nhiệt: NO2 O H a- Khi đun nóng α-amino N tử tạo thành vòng 6 C OH H Naxit bị tách nước giữaC2 phân t cạnh theo phương trình: R-CH CH – R + 2H2O R-CH + CH – R 6 N C N H H HO C O H O b- Khi đun nóng β-amino axit bị tách NH3 tạo axit không no theo phương trình: R-CH2-CH-CH2-COOH R-CH2-CH = CH- COOH + NH3 NH2 c- Khi đun nóng γ,δ,ε-amino axit bị tách H2O cho amit vòng 5→ 7 cạnh, gọi là lactam. O O CH2 C OH H CH2 C t NH + H2O N CH2 CH2 CH CH H 2 2 3.5. Phản ứng tách H2O tạo thành hợp chất peptit: a- Phản ứng ngưng tụ: - Khi đun nóng với chất hút nước ( P2O5) ở nhiệt độ thích hợp có phản ứng tách nước tạo hợp chất peptit theo phương trình: a1. Phản ứng tạo đipeptit: t H2N-CH(R1) C OH+ H NH CH(R2) COOH O H2N–CH(R1)–CO–NH–CH(R2)–COOH + H2O Nếu phản ứng từ 2 amino axit khác nhau: H2NCH(R1)CONHCH(R2)COOH + H2O H2NCH(R1) COOH + H2NCH(R2)COOH → H2NCH(R1)CONHCH(R1)COOH + H2O H2NCH(R2)CONHCH(R2)COOH + H2O H2NCH(R2)CONHCH(R1)COOH + H2O t0 Thí dụ: Phản ứng tạo đipeptit từ hỗn hợp alanin và glyxin: tạo các sản phẩm có thể gồm Ala-Ala; Gly-Gly; Ala-Gly; Gly-Ala. a2 . Phản ứng tạo tripeptit: - 3 phân tử amino axit tách nước tạo thành tripeptit: 7 H2N-CH(R1) C OH+ H NH CH(R2) O C OH+ H –NH–CH(R3) –COOH O t H2N–CH(R1)–CO–NH–CH(R2)–CO–NH–CH(R3)–COOH + 2H2O → 0 Thí dụ: Phản ứng tạo tripeptit từ hỗn hợp alanin và glyxin: tạo các sản phẩm có thể gồm Ala-Ala-Ala Ala-Ala-Gly Gly-Gly-Ala Gly-Gly-Gly Ala-Gly-Ala Gly-Ala-Gly Gly-Ala-Ala Ala-Gly-Gly b- Phản ứng tạo poli-peptit ( phản ứng trùng ngưng): - Khi đun nóng ( có xúc tác) ở t0 thích hợp có phản ứng tạo polipeptit: , xt nH2N- CH(R)-COOH t, p → H-[NH-CH(R)-CO-]nOH + (n-1)H2O Với n = 2 : đipeptit n = 3 : tripeptit n = 4 : tetrapeptit ……………….. n > 50 : protein * Nhận xét: - Peptit là những amit được hình thành bằng cách ngưng tụ 2 hay nhiều phân tử α- amino axit - Trong phân tử peptit: đơn vị amino axit đầu N chứa nhóm NH2, amino axit đầu C chứa nhóm COOH. - Liên kết amit của nhóm CO với nhóm NH giữa 2 đơn vị α- amino axit được gọi là liên kết peptit - Tên gọi peptit: ghép tên gốc axyl của các α- amino axit bắt đầu từ đầu N, rồi kết thúc bằng tên amino axit đầu C (được giữ nguyên). Thí dụ: Ala-Gly-Gly-Ala; Alanylglyxylglyxylalanin - Phản ứng trùng ngưng: là sự kết hợp các phân tử monome thành polime đồng thời giải phóng ra nhiều phân tử H2O. I.4: Điều chế amino axit: H O - Từ protein: + Thuỷ phân protein + → α-amino axit: +H3N-CH(R)– COOH 0 3 + + NaOH, t0 H2N- CH- COONa R X , xt + Từ axit: R- CH2-COOH + → 2 H2N- CH- COOH X 8 NH 3 + → H2N- CH- COOH NH2 II- PEPTIT II.1. Định nghĩa. - Peptit là những hợp chất amit chứa từ 2 đến 50 gốc α-amino axit liên kết với nhau bằng các liên kết peptit. - Liên kết amit của nhóm CO với nhóm NH giữa 2 đơn vị α- amino axit được gọi là liên kết peptit - Trong phân tử peptit: đơn vị amino axit đầu N chứa nhóm NH2, amino axit đầu C chứa nhóm COOH. - Các peptit được phân thành hai loại: + Oligopeptit gồm các peptit có từ 2 đến 10 gốc α- amino axit và được gọi tương ứng là đipeptit, tripeptit,…đecapeptit. + Polipeptit gồm các peptit có từ 11 đến 50 gốc α- amino axit. H2N-CH CO [NH CH CO ]n-2NH CH–COOH R1 Rn amino axit đầu N amino axit đầu C - Đồng phân cấu tạo của peptit: + Nếu trong phân tử peptit có chứa n gốc α- amino axit khác nhau thì số đồng phân peptit sẽ là n! Thí dụ: từ 2 amino axit alanin và glyxin tạo nen được 2 đồng phân(2!=2) đipeptit là Ala- Gly và Gly-Ala. + Nếu trong phân tử peptit có chứa 2 α- amino axit giống nhau thì số đồng phân peptit sẽ là n! 2 Thí dụ: n=3 => có 3! = 3 đồng phân tripeptit là: Ala-Ala- Gly ; Ala-Gly-Ala và 2 Gly-Ala-Ala + Nếu trong phân tử peptit có chứa i cặp α- amino axit giống nhau thì số đồng phân peptit sẽ là n! 2i Thí dụ: Số đồng phân tetrapeptit của hai cặp Ala và Gly là 4! =6 22 đồng phân là: Ala-Ala- Gly-Gly ; Ala-Gly-Ala-Gly ; Gly-Ala-Ala-Gly Gly-Ala- Gly- Ala và Gly - Gly-Ala – Ala. + Số peptit tối đa tạo nên từ m α- amino axit = mn. Thí dụ: từ 2 α- amino axit có thể tao nên 23=8 loại tripeptit là: Ala-Ala-Ala Ala-Ala-Gly Ala-Gly-Ala Gly-Ala-Ala Gly-Gly-Gly Gly-Gly-Ala Gly-Ala-Gly Ala-Gly-Gly. II.2.Tính chất hóa học. 2.1. Phản ứng thủy phân: 9 - Peptit có thể bị thủy phân hoàn toàn tạo thành α- amino axit hoặc thủy phân không hoàn toàn tạo đi-, tripeptit… - Chất xúc tác cho phản ứng thủy phân có thể là axit hoặc bazơ, do đó các hợp chất có liên kết peptit kém bền trong môi trường axit hoặc bazơ. Thí dụ: H2N-CH- CO [NH CH CO ]n-2 –NH-CH-COOH + (n-1)H2OnH2N-CH()COOH R1 Rn - Khi dùng xúc tác enzim các phân tử peptit có thể bị thủy phân từng phần ở một số liên kết nhất định. Thí dụ: + Enzim cacboxipeptiđaza: xúc tác cho thủy phân liên kết peptit của amino axit đầu C → peptit X + amino axit đầu C. + Enzim aminopeptiđaza: xúc tác cho thủy phân liên kết peptit của amino axit đầu N → peptit Y + amino axit đầu N. 2.2. Phản ứng Aryl hóa: - Dẫn xuất 2,4-đinitroflobenzen có thể tác dụng với peptit tạo ra 1 dẫn xuất halogen. O2N F + H2N-CH CO NH R NO2 CH COOH R’ O2N HN-CH NO2 R CO NH CH COOH + HF ’ (A) R - Thủy phân (A) trong môi trường H+ cho dẫn xuất 2,4 đinitrophenyl của amino axit đầu N. Vì vậy có thể xác định được cấu trúc của đơn vị amino axit đầu N trong peptit. H O2N HN-CH COOH + H2N CH COOH (A) + H2O → + NO2 R R’ * Phản ứng Aryl hóa xảy ra theo cơ chế SN2 nên mật độ điện tích (+) của vòng benzen càng lớn thì tốc độ phản ứng càng nhanh. Nhóm -NO2, -F hút e mạnh làm tăng mật độ điện tích (+) của vòng benzen, do đó nếu thay -F bằng –Cl, -Br hoặc thay –NO2 bằng –H phản ứng không xảy ra được. 2.3. Phản ứng màu biure. - Các phân tử tripeptit trở đi (có từ hai liên kết peptit trở lên) tác dụng với CuSO4 trong kiềm cho phức có màu tím hoặc tím đỏ. Phản ứng này được gọi là phản ứng màu biure vì nó tương tự phản ứng của biure H2N-CO-NH-CO-NH2 với Cu(OH)2 10 - Các phân tử amino axit hoặc đipeptit (mạch hở) chỉ có một liên kết peptit không có phản ứng này. II.3. Phân tích peptit: Phân tích peptit để xác định trình tự amino axit trong phân tử peptit. H2N-CH CO [NH3.1. CHXácCO định ]n-2NH amino CHaxit COOH đầu +N(n-1)H2OH2N-CH()-COOH Cách 1: Cho peptit tác dụng với dẫn xuất 2,4-đinitroflobenzen sau đó đem sản n R1 phẩm thủy phân sẽ thuR được dẫn xuất của amino axit đầu N. Cách 2: Cho peptit thủy phân nhờ enzim amino peptiđaza sẽ thu được amino axit đầu N và peptit có mạch ngắn hơn 1 đơn vị. 3.2. Xác định amino axit đầu C. Cho peptit thủy phân nhờ enzim cacboxipeptiđaza sẽ thu được amino axit đầu C và peptit có mạch ngắn hơn 1 đơn vị. 3.3. Xác định số lượng và các amino axit trong phân tử peptit Thủy phân hoàn toàn peptit sẽ xác định được số đơn vị amino axit và các amino axit trong phân tử peptit. 3.4. Xác định amino axit trong mạch peptit. - Thủy phân từng phần mạch peptit sẽ thu được các mạch peptit ngắn hơn để nhận biết. - Tổ hợp các mạch peptit lại ta xác định được cấu trúc của peptit. II.4.Tổng hợp peptit. Khi tổng hợp peptit từ các phân tử amino axit thường tạo ra các peptit có trật tự khác nhau. Do đó để tạo được peptit có trật tự xác định cần phải bảo vệ nhóm – COOH và –NH2 trước khi phản ứng. 4.1. Bảo vệ nhóm –COOH. - Nhóm cacboxyl được bảo vệ bằng cách chuyển thành metyl hoặc etyl hoặc benzyl este. Nhóm este dễ thủy phân hơn nhóm amit nên được loại ra bằng phản ứng thủy phân trong dung dịch kiềm. - Nhóm benzyl oxi có thể được loại ra nhờ phản ứng hiđro phân. C O NH CH C NH CH COOCH2C6H5 O R COOH + C6H5CH3 R 4.2. Bảo vệ nhóm –NH2. - Dùng phương pháp Bergman. C6H5CH2OCOCl + H2N CH COOH C6H5CH2OCONH R (X) Khử dẫn xuất này bằng H2 trên xúc tác Pd. H / Pd (X) +  → C6H5-CH3 + H2N – CH- COOH + CO2 2 R 11 CH COOH + HCl R 4.3. Ngưng tụ các amino axit đã được bảo vệ. - Ngưng tụ các amino axit đã được bảo vệ ra được sản phẩm: C6H5CH2- OCO(NH – CH- CO)n OCH2C5H5 (Y) R - Hiđro phân sản phẩm thu được peptit. H / Pd (Y) +  → H (-NH – CH – CO)nOH + C6H5CH3 + CO2 2 R B- CÁC BÀI TOÁN VẬN DỤNG – CÁCH GIẢI Bài 1: Cho amino axit 4- aminobutanoic, alanin, β-alanin. Để tính pH I người ta sử dụng pKa của chúng nêu theo trình tự sau: 2,35; 3,55; 4,03; 9,87; 10,24; 10,56. 1- Viết công thức cấu tạo của các amino axit, ghi các giá trị pKa vào bên cạnh nhóm chức thích hợp của mỗi amino axit. Biết pKa: C2H5COOH là 4,9. 2- Thiết lập biểu thức chung để tính pHI của các amino axit trên theo các giá trị pKa. Sau đó áp dụng biểu thức chung để tính pHI cho từng amino axit. + 3- Tính tỉ lệ: H 3 NCH (CH 3 )COO − + H 3 NCH (CH 3 )COOH ở giá trị pH=4. 4- Nêu phương pháp phân biệt 3 amino axit. 5- Viết sơ đồ tổng hợp CH3-CH-COOH xuất phát từ hợp chất hữu cơ thông NH2 thường không chứa 14C và các hợp chất vô cơ cần thiết. Bài giải 1- Công thức cấu tạo: NH2 - CH2 - CH2 - CH2 - COOH ⇄ +NH3 - CH2 - CH2 - CH2 – COONH2 - CH – COOH ⇄ + NH3 - CH – COOCH3 CH3 NH2 – CH2 - CH2 - COOH ⇄ +NH3 - CH2 - CH2 - COO- Điền pKa vào nhóm chức: pKa của nhóm –NH2 chính là pKa của +NH3 đã được proton hóa, do đó giá trị: 10,56 4,03 10,24 3,55 9,87 2,35 + + + NH3 – (CH2 )3- COOH NH3 – (CH2)2- COOH NH3-CH(CH3)-COOH 2- Biểu thức chung tính pHI: - pHI là pH tại đó amino axit tồn tại ở dạng ion lưỡng cực → Phân tử trung hòa điện tích nên không bị điện di. 12 TH1: Với aminoaxit có số nhóm -NH2 bằng số nhóm –COOH (aminoaxit trung hòa) pKa1: pKa của COOH pKa2: pKa của +NH3 COOH (pKa1) COOCOOHO2H+ R + + NH3 ( pKa2) Dạng cation Điện tích: 1+ + → NH2 pH>7 ← 0 Dạng anion (1-) − K a1 = [ H ][ H 3 N − R − COO ] [ H 3 N + − R − COOH ] K a2 = [ H + ][ H 2 N − R − COO − ] [ H 3 N + − R − COO − ] ⇒ K a2 .K a2 = R NH3 Dạng lưỡng cực pH pHI của chúng lần lượt là: 7,3 ; 6,9 ; 6,11 3- Tính tỉ lệ: + + −1 H2H-CH(CH3)-COOH ⇄H3 N CH(CH3)-COO- + H+ ⇄ H3 N CH(CH3)-COOH K a1 + Ta có: [ H 3 N − CH (CH 3 ) − COOH ] + = K a−11 [ H + ][ H 3 N − CH (CH 3 ) − COO − ] + ⇒ [ H 3 N − CH (CH 3 ) − COO − ] + = K a1 [ H + ] −1 = 10 − 2,35.10 4 = 101, 65 [ H 3 N − CH (CH 3 ) − COOH ] 4- Phân biệt - Dùng thuốc thử ninhiđrin nhận ra α-amino axit: H2N-CH-COOH CH3 - Dùng phản ứng tách NH3 đối với β-alanin và đóng vòng lactam đối với H2N-CH2)3-COOH bởi nhiệt, sau đó dùng dung dịch Br2 để nhận ra amino axit còn lại. 5- Tổng hợp alanin: Chọn sơ đồ 1-14CO2 ete ( khan ) →  CH3-CH2Cl Mg / → CH3-CH2MgCl 2-H O CH2=CH2 HCl 2 Cl ( P , I ) CH3-CH2-14COOH + → 2 2 CH3- CH-14COOH Cl CH3-CH-14COOH NH2 Bài 2: a) Viết cân bằng điện li cho lysin và tính điểm đẳng điện của nó. b) Viết cân bằng điện li cho axit aspatic và tính điểm đẳng điện của nó. Bài giải. 14 COO- a) COOH (pKa1) CH- NH 3+ (pKa3) HO2H+ COOHO2H+ CH- NH 3+ COO- CH – NH2 HO2H+ CH-NH2 (CH2)3 (CH2)3 (CH2)3 (CH2)3 + + + CH2-NH 3 (pKa2) CH2-NH 3 CH2-NH 3 CH2-NH2 ← đt: (2+) (1+) → 0 (1-) Điện tích tổng cộng của mỗi dạng được ghi trong dấu ngoặc đơn ở trên, dạng có điện tích bằng không tồn tại giữa hai dạng có pKa tương ứng là 8,95 và 10,53. Như vậy: pHI = pKa 2 + pKa3 8,95 + 10,53 = = 9,74 2 2 COO- b) COOH (pKa1) CH- NH + 3 HO2(pKa3) H+ CH2 COOH (pKa2) đt: (1+) → ⇒ pHI = CH- NH CH2 COOH 0 HO2H+ + 3 HO-CH2-CH-COOH H2N - (CH2)4- CH-COOH NH2 + 3 HO2H+ CH2 COO (1-) ← D: CH-NH2 CH2 COO(2-) - HOOC-CH2-CH-COOH NH2 E: NH2 C: COO- CH – NH pKa1 + pKa 2 1,88 + 3,65 = = 2,77 2 2 Bài 3: Cho một số amino axit sau: A : H2N-CH2COOH B: COO- HOOC-(CH2)2-CH-COOH NH2 F: COOH N H 1) Gọi tên các chất theo danh pháp IUPAC và danh pháp thường biết rằng N có tên gọi piroliđin. 2) Sắp xếp các chất trên theo trình tự tăng dần pHI. Biết các giá trị pHI của H chúng là: 2,77 ; 3,22 ; 5,68 ; 5,97 ; 6,3 ; 9,74. 3) Viết công thức cấu trúc của các amino axit tại điểm đẳng điện và tại pH=1; pH=13. Bài giải 1) Gọi tên IUPAC theo nguyên tắc chung. Tên của amino axit = axit số chỉ vị trí –amino/tên thay thế của axit/đuôi oic(hoặc đioic) 15 HO-CH -CH-COOH 2 NH2 Thí dụ: Axit 2-amino-3-hiđroxipropanoic Axit α -amino- β -hiđroxipropionic 2) Thứ tự tăng dần pHI: D < E < 2,77 3,22 B < 5,68 A < 5,97 F < 6,30 Giải thích:Do D: Có hai trung tâm axit, một trung tâm bazơ gần nhau. E: Tương tự D nhưng hai trung tâm axit xa nhau hơn. − B: Có một trung tâm axit, một trung tâm bazơ và có –OH hút e . A: Có một trung tâm axit, một trung tâm bazơ bậc I. F: Có một trung tâm axit, một trung tâm bazơ bậc II mạnh hơn bậc I. C: Có một trung tâm axit, hai trung tâm bazơ. 3) Công thức cấu trúc của các amino axit: - Tại điểm đẳng điện: A : H3N+-CH2 –COOD : HOOC-CH2-CH-COO B: HO-CH2-CH-COO- H3N+ E: HOOC-(CH2)2-CH-COO- H3N+ C: H3N+ H3N+- (CH2)4- CH-COONH2 F: COO+ N H H - Tại pH = 1 < pHI của A → F nên chúng tồn tại ở dạng cation A : H3N+-CH2 –COOH D : HOOC-CH2- CH-COOH B: HO-CH2-CH-COOH H3N E: + + C: H3N - (CH2)4- CH-COOH H3N H3N+ HOOC-(CH2)2-CH-COOH H3N+ F: COOH + + N H H - Tại pH = 13 > pHI của A → F nên chúng tồn tại ở dạng anion A : H2N-CH2 –COOD : -OOC-CH - CH-COO2 NH2 HO-CH2- CH-COO- - 16 OOC-(CH2)2- CH- COO- C. 9,74 B: E: NH2 NH2 C: H2N- (CH2)4- CH-COO - F: NH2 COON H Bài 4: Có hỗn hợp gồm các protit: pepsin (pHI =1,1), hemoglobin (pHI =6,8) và prolamin (pHI =12,0), khi tiến hành điện di dung dịch protit trên ở pH=7,0 thì thu được ba vết chất (hình vẽ). A B C • • • xuất phát Cho biết mỗi vết đặc trưng cho chất nào? Giải thích? Bài giải - Pepsin, vì Pepsin là protit có tính axit mạnh (pH I =1,1): Tại pH=7,0 > pHI => HO pepsin + → dạng anion (-) nên ion chạy về cực (+) => vết A đặc trưng cho pepsin. - Hemoglobin (pHI =6,8): Tại pH=7,0 ≈ pHI (hầu như ở dạng ion lưỡng cực)=> HO hemoglobin + → dạng anion ( δ -) nên ion chạy về cực (+) => vết B đặc trưng cho hemoglobin. - Prolamin, vì Prolamin là protit có tính bazơ mạnh (pH I =12,0): Tại pH=7,0 < H pHI => prolamin +  → dạng cation (+) nên ion chạy về cực (-) => vết C đặc trưng cho prolamin. Bài 5: Thuỷ phân hoàn toàn 0,5 mol peptit (X) thu được 1 mol Phe ; 0,5 mol Ala; 0,5 mol Asp và 0,5 mol Lys. Cho (X) phản ứng hoàn toàn với 2,4-đinitroflobenzen, sau đó thuỷ phân sản phẩm thu được: Phe, Asp, Lys và dẫn xuất Ar- NH- CH(CH3) -COOH Mặt khác, thuỷ phân (X) nhờ enzim cacboxipeptiđaza thu được Asp và một tetrapeptit (Y), tiếp tục thuỷ phân (Y) nhờ enzim cacboxipeptiđaza thu được Lys và tripeptit (Z). 1) Viết công thức cấu tạo và gọi tên (X), (Y), (Z). 2) Sắp xếp các amino axit theo thứ tự giảm dần pHI. 3) Viết công thức cấu trúc dạng ion của các amino axit trên ở giá trị pH = 2 ; 12. Bài giải Theo giả thiết: H O X + → Phe + Ala + Asp + Lys Mol: 0,5 1 0,5 0,5 0,5 17 − − + 3 + hay 1 2 1 1 1 Vậy (X) là pentapeptit được hình thành từ 2 đơn vị Phe, 1 đơn vị Ala, 1 đơn vị Asp và 1 đơn vị Lys. H O Ar- NH- CH-COOH (X) + 2,4-đinitroflobenzen → SP + → => amino axit đầu N là Ala CH 3 (X) + H2O en zim cacboxipeptiđaza + 3 Asp + (Y) nên amino axit đầu C là Asp en zim (Y) + H2O cacboxipeptiđaza Lys + (Z) nên amino axit đầu C là Lys Vậy trình tự của (X) là: Ala-Phe-Phe-Lys-Asp. 2) Sắp xếp các amino axit theo thứ tự giảm dần pHI. Ala : H2N-CH-COOH Lys : H2N -(CH2)4-CH-COOH NH2 CH3 Phe: C6H5- CH2- CH-COOH NH2 Asp : HOOC-CH2-CH-COOH NH2 Thứ tự giảm dần pHI: Lys > Ala > Phe > Asp pHI : 9,74 6,0 5,48 2,77 vì Asp có –CH3 gây hiệu ứng +I Phe có –C6H5 gây hiệu ứng –I 3) Viết công thức cấu trúc dạng ion của các amino axit trên ở giá trị pH = 2 ; 12. - Ở pH =2 < pHI của 4 chất nên Ala : H3N+-CH-COOH CH3 + Lys : H3N -(CH2)4-CH-COOH H3N+ Phe: C6H5- CH2- CH-COOH Asp : HOOC-CH2-CH-COOH H3N+ H3N+ - Ở pH =12 > pHI của 4 chất nên Ala : H N- CH-COO_ 2 Lys : H2N -(CH2)4-CH-COO NH2 CH3 Phe: C H - CH - CH-COO6 5 2 NH2 Asp : -OOC-CH -CH-COO2 18 NH2 Bài 6: Hợp chất X được tách từ thịt mà qua phản ứng biure thấy X là peptit hoặc protein. Thuỷ phân hoàn toàn X thu được 3 amino axit có số mol bằng nhau A, B, C. Người ta tổng hợp A và B theo sơ đồ sau: Ia → II → III → IV → V → A Ib → III → VI → VII → B Ia và Ib là các CxHy. A khác B và C ở chỗ: A không có đồng phân đối quang. Sự chuyển hoá VI → VII xảy ra trong môi trường NH3. Trong đó nhóm –OH ở VI được thay thế bằng -NH2 C được tổng hợp theo sơ đồ: CH2 CH2 NH CH2 CH2 CH C O VIII C NO2 Mx < (MA + MB + MC) Sản phẩm của phản ứng thuỷ phân X không những chỉ gồm các amino axit mà còn sản phẩm A-B ; C-A. 1) Hỏi trong phản ứng biure: X có dấu hiệu gì? 2) Thay chữ cái bằng các chất thích hợp. 3) Gọi tên các chất A, B, C. 4) Nêu cấu trúc có thể có đối với X 5) Cho biết cấu trúc lập thể đối với B và C. Bài giải A không đối quang nên A là H2N-CH2COOH (duy nhất) vì không có C* C được tổng hợp theo sơ đổtên nên C là : CH2 CH2 NH +( H ) C O  → CH2 CH2 NH + H2N-(CH2)4-CH-COOH H 3O + → C O NH2 CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH NH2 NO2 (Lys) - Từ sơ đồ Ia thấy thỏa mãn: +O O Cl H O  CH3-CHO +→   → CH2=CH2 + CH3-COOH + → CH3-CH2OH → 3 + 2 NH ClCH2-COOH + → H2N-CH2COOH (A) - Từ sơ đồ Ib thấy thỏa mãn: + HCN H O , xt CH ≡ CH + → CH3CHO → CH3-CH-CN 19 OH 2 2 3 2 + H 3O + → CH3-CH-COOH OH NH 3 + → CH3-CH-COOH (B) NH2 1) Trong phản ứng màu biure : X cho dung dịch màu tím hoặc tím đỏ. 2) 3) Gọi tên: A: H2N-CH2-COOH Glyxin (axit aminoaxetic) B: CH3-CH-COOH Alanin (axit 2-aminopropanoic) NH2 C: H2N-(CH2)4-CH-COOH Lysin (axit 2,6-điaminohexanoic) NH2 4) X có cấu trúc? Khi thuỷ phân X thấy : Mx < (MA + MB + MC) => X là tripeptit tạo ra từ 1 đơn vị A, B, C Từ giả thiết => X là : C- A – B. COOCấu trúc: CO C H NH H3N+ H NH H CH3 H (CH2)4NH2 5) Cấu trúc lập thể đối với B và C COOB: H3N+ COOC: H3N+ H CH3 H (CH2)4NH2 Bài 7: Hãy tổng hợp methionin theo 3 phương pháp : phương pháp Gabriel ( từ đietyl α bromomalonat), phương pháp Steckơ (từ anđehit và metanthiol) và phương pháp Peckin ( từ α - bromocacboxylic, NH3 dư) Bài giải Tổng hợp methionin theo 3 phương pháp : 20 - Phương pháp Gabriel ( từ đietyl α - bromomalonat) O C - + :N: K O C (EtOOC)2CHBr - KBr N – CH(COOEt)2 C O C O - - OEt MeSCH2CH2Cl H3O+ Met Phương pháp Steckơ (từ anđehit và metanthiol) NH , HCN 3O CH2 = CHCHO + CH3SH H → CH3SCH2CH2CHO 3→ CH3SCH2CH2CH(NH2)C ≡ + N + 3O H → Met - Phương pháp Peckin ( từ α - bromocacboxylic, NH3 dư) CH3SCH2CH2CH2 COOH 1. Br2, PBr3 2. H2O CH3SCH2CH2CHBrCOOH NH3 dư Met Bài 8: Thủy phân tripeptit X nhờ enzim cacboxipeptiđaza thấy amino axit tự do xuất hiện đầu tiên trong dung dịch là phenylalanin. Khi thực hiện phản ứng thoái phân tripeptit X theo phương pháp Edman thu được N- phenylthiohiđantion của Glyxin. 1) Viết công thức cấu tạo của X, biết rằng ngoài Phe và Gly phân tử X còn có Ser. 2)Viết phương trình phản ứng tổng hợp X từ Phe, Gly, Ser và các chất cần thiết. Bài giải 1) Công thức cấu tạo của X: H2N – CH2 – C – NH – CH – C – NH – CH – COOH 2) Để tổng hợp X có Otrật tự xác vị2 -aminoaxit trong phân tử cần CH2định OH Ocác đơnCH C6H5 phải “bảo vệ” nhóm amino của amino axit này và “bảo vệ” nhóm cacboxyl của amino axit kia khi không cần chúng phản ứng với nhau. - Bảo vệ nhóm –NH2 của Gly bằng C6H5CH2OCOCl : dd NaOH C6H5–CH2 –O- C –HN– CH2 – COOH C6H5–CH2 –O- C – Cl + H2N– CH2 – - HCl O COOH O nhóm –COOH của Ser : - Bảo vệ NH2 –CH – COOH + NH2 –CH – COOCH3 - H2O CH3OH CH2OH OH - Ngưng tụ haiCH aminoaxit đã được bảo vệ : 2 + NH2– CH – COOCH3 xúc tác C6H5–CH2 –O- C –HN– CH2 – COOH CH2OH O C6H5–CH –O -C –HN– CH2 – C – NH – CH – 2 COOCH3 H3O+ C6H5–CH2–O CH2 – CCH – NH O - C –HN– O OH – CH – 2 COOH Oxuất của đipeptitO CH2OH Dẫn 21 - Bảo vệ nhóm –COOH của Phe bằng cách tạo metyl este : NH2 – CH – COOH + CH3OH CH2- C6H5 - H2O NH2 – CH – COOCH3 CH2- C6H5 - Ngưng tụ dẫn xuất của đipeptit với Phe đã được bảo vệ : xúc tác C6H5–CH2–O -C –HN– CH2 – C – NH – CH – NH2 – CH – - H2O COOH + COOCH3 O 2–O -C –HN– O CH OH– CH – CO – NHCH C6H5–CH – TẬP CCH – NH – CH - C–HCOOCH3 2 TỰ GIẢI 2 BÀI 2 + H3O+ - CH3OH 6 5 O O CH2OH CH2 – C6H5 C6H5–CH2–O -C –HN– CH2 – C – NH – CH – CO – NH – CH – COOH H2 – Pd/C (loại nhóm C6H5-OCOnhờ p.ư hiđro phân) O O CH2OH CH2 – C6H5 H2N– CH2 – C – NH – CH – C – NH – CH – COOH + C6H5CH3 + CO2 O CH2OH O CH2 – C6H5 C. BÀI TẬP TỰ GIẢI Dạng 1. Bài tập đại cương: Các khái niệm- đồng đẳng- đồng phândanh pháp- điểm đẳng điện- tính chất vật lí. Bài 1: Dựa vào đẳng thức Henđơxon – Hatxenban người ta có thể xác định được tỉ lệ hàm lượng aa ở dạng đã proton hóa H2A+, dạng ion lưỡng cực HA và dạng đề proton hóa A- : [ HA] lg [ H 2 A] + = pH- pKa1 lg[ A-]/[HA] = pH – pKa2 Hãy xác định phần trăm hàm lượng glyxin ở dạng proton hóa khi pH= 1,54 và ở dạng đề proton khi pH = 10,0. Biết pKa1 = 2,35; pKa2 = 9.78. Đ/s: Tại pH = 1,54 : lg [HA] [H2A +] = pH - pK a1 = 1,54 - 2,35 = - 0,81 [H 2A+] = 6,46 % [H2A +] =86,59% [HA] = 13,41% [HA] Tại pH = 10,0 : lg [A][HA] = pH - pKa2 = 0,22 [A][HA] = 1022 % [A]- 62,41 % Bài 2: Gọi tên các gốc axit sau : 22 [HA] = 37,59% a. H2NCH2COO- d. –CO-[CH2]2-CH(NH2)-COOH b.( CH3)CHCH(NH2)COO- e. H2N-CO-[CH2]2-CH(NH2)-COO- c. HOOC-[CH2]2- CH(NH2)-COO- g. HO-CH2-CH(NH2)-COO- d. γ - glutamyl e. Glutaminyl. g. Seryl). (Đ/s: a. Glyxyl b. Valyl c. α - glutamyl Bài 3: a. Viết phương trình cân bằng phân li của axit glutamic. b. Tính điểm đẳng điện. Đ/s: a. COO- COOH OH- CHNH3+ H+ (CH2)2 COO- OH- CHNH3+ CHNH3+ H+ (CH2)2 CHNH2 H+ (CH2)2 (CH2)2 COO- COO- COOH COOH COO- OH- b. pHI = 3,22. Dạng 2. Bài tập viết chuỗi phản ứng : Bài 1: Từ axit acrylic hãy viết PTHH tổng hợp : a. Axit β - aminopropionic ; b. Axit γ - aminobutiric. Đs: a. CH2=CH- COOH OH - CH 2=CH- COO - H 2N CH2CH 2- COONa H+ NH3 O/OH - H 2N CH 2CH 2- COONa H2 H 2NCH 2CH 2COOH b. CH2=CH- COOH OH- - CH2=CH- COO 1. H2/Pd 2. H3O+ NaCN H2O/OH- N CH2CH2- COO- C H2NCH2 CH2CH2- COOH Bài 2: Hoàn thành dãy phản ứng sau: Kaliphtalimit Đ/s: BrCH(COOEt)2 A (CH2) 3Br 2 Kali axetat B NaOEt 23 C 1. NaOH,t0 2.H+, t 0 D HCl E Prolin O NK O O 2. H+, t0 Br(CH2)3Br NCH(COOEt) 2 O O KOAc COOEt C-CH N 2CH2CH2Br COOEt O 1. NaOH,t0 O BrCH(COOEt) 2 COOEt C-CH N 2CH2CH2OAc COOEt O HCl + NH3 HC-CH2CH2CH2OH COO- NH3+ HC-CH2CH2CH2Cl Prolin COO- Bài 3: Hoàn thành các sơ đồ chuyển hóa sau NH4Cl, KCN a . m,p-(HO) 2C6H3-CH2CHO b.n-propylamin A H 2O NaNO 2/HCl A H3O+ CuO, t 0 B B. 1.NH 3 H 3O+ C 2.HCN c . (CH3)2CHCH2COOC2H5 d . CH2= CH-CH3 HOCl Br2/P do A KCN Kaliphtalimit A HBr B B C H3O+ NH 3 D C + axit phtalic. H3O+ Đ/s. a. m,p-(HO) 2C6H3-CH2CHO b. CH3CH2CH2NH2 1.NH3 2.HCN NH4Cl, KCN H 2O H3O+ NaNO2/HCl . m,p-(HO) 2C6H3-CH2CH(NH2)CN A . m,p-(HO)2C6H3-CH2CH(NH2)COOH CH3CH2CH2OH CH3CH2CH(NH2)CN H 3O+ 24 D CuO, t 0 CH CH CHO 3 2 CH3CH2CH(NH2)COOH E c. (CH3) 2CHCH2COOC2H5 Br2/P do (CH3) 2CHCHCOOC2H5 A Br (CH3)2CHCHCOOH + C2H5OH + axit phtalic. 1. Kaliphtalimit 2. H3O+ NH2 d. CH2=CH-CH3 HOCl Cl CH2-CH-CH3 NH3 KCN CH2-CH-CH 3 CH2-CH-CH3 CN OH OH H3 O+ CH2-CH-CH3 CH3CH-CH2-COOH NH2 CN NH2 CN Br HBr Dạng 3. Bài tập điều chế : Bài 1: Tổng hợp các α - aminoaxit sau từ các axit cacboxylic tương ứng a. Alanin. b. Phenylalanin. c. Valin Bài 2: . Từ đietyl α - bromomalonat, kaliphtalimit và các hóa chất vô cơ cần thiết khác hãy tổng hợp các α - aminoaxit sau đây (phương pháp Gabriel): a. Leuxin. b. Phenylalanin c. Alanin. Bài 3: . Bằng cách khử hóa các axit α - oxocacboxylic RCOCOOH trong hỗn hợp NH3/NaBH4 người ta có thể tổng hợp được các α - aminoaxit (phương pháp amin khử). Sử dụng phương pháp trên, hãy tổng hợp glyxin và alanin từ các axit α - oxocacboxylic tương ứng. Dạng 4. Bài tập nhận biết : Bài 1: Dùng giấy quì và muối nitrit để nhận biết các chất trong các lọ sau: 1. CH3NHCH(CH3)COOH; 2. HOOCCH2CH(NH2)COOH. 3. H2NCH2CH2CH2CH(NH2)COOH; 4. H2NCH2CH2COOH. Hd giải: - Giấy quì chuyển màu đỏ nhận ra. HOOCCH2CH(NH2)COOH. - Giấy quì chuyển màu xanh nhận ra. H2NCH2CH2CH2CH(NH2)COOH; - Giấy quì không chuyển màu gồm: H2NCH2CH2COOH và CH3NHCH(CH3)COOH. Dùng NaNO2/HCl (có tạo khí N2 nhận aminoaxit bậc 1, không tạo khí nhận ra aminoaxit bậc 2). 25 Bài 2: Dùng các phản ứng đơn giản để phân biệt các chất sau : 1. H2NCH2COONH4 2. H2NCH2CONH2 3. CH3NHCH(CH3)COOCH3. 4. CH3CONHCH2COOCH3. 5. Bằng phản ứng hóa học, phân biệt các chất trong từng cặp sau : 1. Axit aspartic và axit suxinic. 2. Phenylalanin và tyrosin. 3. Serin và threonin. Dạng 5. Bài tập tách các chất ra khỏi hỗn hợp : Bài 1: a. Tìm giá trị pH để điện di aspartic, threonin và histidin. b. Có thể tách lysin (pHI = 9,6) và glixin (pHI = 5,97) trong dung dịch hỗn hợp bằng điện di như thế nào . Đ/s: a. Chọn pH = 5,6 threonin không di chuyển về cực nào cả. Axit aspactic (pHI=2,77) ở pH = 5,6 sẽ ở dạng anion chuyển về cực dương anion. Histidin ( pHI = 7,59) ) ở pH = 5,6 sẽ ở dạng cation chuyển về cực âm b. Đặt dung dịch ở một thế xác định lấy pH = 9,6 hoặc 5,97 đều được Dạng 6. Bài tập tìm CTPT và xác định công thức cấu trúc của hợp chất : Bài 1: Khi thủy phân hoàn toàn một mol peptit X (tripeptit) thu được 2 mol axit glutamic (HOOC - CH2 -CH2-CH-COOH) ; ; 1 mol alanin (CH3-CH-COOH) NH2 NH2 và 1 mol NH3. X không phản ứng với 2,4-đinitroflobenzen và X chỉ có 1 nhóm cacboxyl tự do. Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptiđaza thu được alanin và một đipeptit Y. Xác định công thức cấu tạo thu gọn của X, Y và tên gọi của chúng. Bài 2: NH2 (CH3CH2)2N-CH2CH2O – C Novocain là thuốc gây tê: O 1) Gọi tên theo danh pháp IUPAC. 2) Viết công thức cấu tạo của sản phẩm chính sinh ra khi cho novocain tác dụng với : a) 1 lượng tương đương HCl. b) Dung dịch HCl loãng dư, nóng. c) Dung dịch NaOH dư nóng. 3) Cho novocain tác dụng với C6H5SO2Cl tạo sản phẩm A tan trong dung dịch NaOH đặc nguội. Viết phương trình phản ứng và giải thích. 26 Bài 3: A là một axit điamino đicacboxylic nguồn gốc động vật và có công thức phân tử C6H12N2O4S2. Đó là 1 đime của hợp chất B có công thức phân tử C3H7NO2S. Trong phân tử B các nguyên tử S và N đính với các nguyên tử C khác nhau. Người ta có thể chuyển A thành B nhờ tác dụng của mecaptoetanol (HO-CH2CH2-SH). Nếu chế hóa 1 mol A với axit hepomic ( H– C – O – OH ) sẽ thu O được một axit mạnh X có CTPT C3H7NO5S. 1) Viết công thức cấu tạo của chất A, B và cho biết vai trò của axit meaptoetanol 2) Viết công thức cấu tạo của chất X ở giá trị pHI của nó và cho biết giá trị pHI đó nằm trong khoảng nào ( 7 ; > 7). Bài 4: 1) Ion glixin: +NH3 – CH2 – COOH có pKa = 2,35; 9,78. Hãy ghi rõ giá trị pKa vào các nhóm. 2) Viết công thức cấu tạo của các tiểu phân có mặt trong dung dịch chứa nước: NH2CH2COOH. 3) Cho biết pH của dung dịch nước chứa NH2CH2COOH và tính tỉ lệ: H 3 N + CH 2 COO − ở giá trị pH=4 H 3 N + CH 2 COOH Bài 5: Ala – Asp là 1 đipeptit sinh ra từ 1 protein động vật A, nó có giá trị pKa = 2,81; 9,45; 8,6. 1) Viết cấu trúc lập thể của Ala – Asp ở giá trị pHI , trên đó ghi các giá trị pKa ở vị trí thích hợp ? Giải thích. Biết rằng: Asp: axit amino butađioic (HOOC – CH – CH2 COOH) NH2 2)Cho Ala – Asp tác dụng với: 2,4- đinitroflobenzen rồi đun sản phẩm với HCl loãng. Hãy viết sơ đồ phản ứng. Nếu thay 2,4- đinitroflobenzen bằng clobenzen thì phản ứng có xảy ra hay không? Tại sao? Bài 6: Một peptit vòng (A) khi thủy phân hoàn toàn sinh ra: Tyr: p- HO-C6H4 – CH2 -CH-COOH Gly: H2NCH2COOH NH2 Lys: H2N (CH2)4 CH(NH2)COOH Phe: C6H5CH2 CH(NH2)COOH Glu: HOOC(CH2)2CH(NH2)COOH với số mol bằng nhau. Thủy phân không hoàn toàn A cho: Gly – Phe, Lys – Gly, Phe – Glu. Biết MA=624g/mol. Cho A tác dụng với 2,4- đinitroflobenzen rồi cho dẫn xuất đem thủy phân thì được dẫn xuất 2,4- đinitroflophenyl của 1 axit có Mdx = 347g/mol. 27 a) b) c) d) Xác định amino axit đầu N của A Viết công thức dạng thu gọn của A nếu A không chứa vòng. A có thể có mấy dạng vòng, mô tả các dạng đó. Viết sơ đồ tổng hợp: Gly – Phe xuất phát từ các amino axit ban đầu thích hợp. Bài 7: Hai chất A và B là đồng phân của nhau có cùng công thức phân tử: C6H13O2N và đều có tính lưỡng tính. Cho A, B tác dụng riêng rẽ với HNO2 sinh ra chất C và D tương ứng và đều có công thức phân tử C6H12O3. Đun nóng với H2SO4: C và D chuyển thành M và N tương ứng có cùng công thức C6H10O2. Khi bị oxi hóa: C cho axit oxalic và axit isobutilic còn D cho axit oxalic và etyl metylxeton. Viết công thức cấu tạo của A, B, C, D, M, N và phương trình phản ứng xảy ra. Bài 8: Thủy phân hoàn toàn 1 mol polipeptit X cho ta: 2 mol: CH3 -CH-COOH (Ala) NH2 1 mol: HOOC– (CH2)2 – CH(NH2) – COOH 1 mol 1 mol ( Glu) H2N – (CH2)4 -CH-COOH (Lys) NH2 CH2– CH-COOH N (His) NH2 N H Nếu cho X tác dụng với 2,4- đinitroflobenzen ( Ar – F ) rồi thủy phân thì được: Ala, glu, lys, và 1 hợp chất: N CH2– CH-COOH NH-Ar N H Mặt khác thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptiđaza thu được lys và 1 tetrapeptit. Ngoài ra thủy phân không hoàn toàn X cho ta cacđipeptit: Ala – Glu, Ala – Ala và His – Ala. 1) Xác định công thức cấu tạo và gọi tên của polipeptit X. 2) Sắp xếp các a.a ở trên theo thứ tự tăng dần pHI. Biết các giá trị pHI là: 3,22; 6,0; 7,59; 9,74. 3) Viết công thức cấu tạo chủ yếu của mỗi a.a ở trên tại pH = 1 và 13 28 4) Dưới tác dụng của enzim thích hợp các a.a có thể bị đecacboxyl hóa. Viết công thức cấu tạo của sản phẩm đecacboxyl hóa Ala và His. So sánh tính bazơ của 2 nguyên tử (N) trong 2 sản phẩm đó. Bài 9: Tơ tằm là loại polime thiên nhiên mà các monome của nó là 4 loại amino axit: Glyxin, alanin, serin và tyrosin. Glyxin và alanin chiếm 75% lượng monome và tỉ lệ số mol của amino axit này là 2:1. Tỉ lệ về số mol của serin và tyrosin là 2:3. 1) Tính tỉ lệ % số lượng của mỗi amino axit trong tơ tằm về mol. 2) Đoạn mạch ngắn nhất thể hiện đầy đủ tỉ lệ trên gồm bao nhiêu đơn vị amino axit 3) Có bao nhiêu tetrepeptit gồm cả 4 đơn vị amino axit trên. Bài 10: Polipeptit A gồm aa theo tỉ lệ Gly, Ala , Val2, Leu2, Ile, Cys4, Asp2, Glu4, Ser2, Tyr2. A chứa một cầu đisunfua tạo vòng đođeca. A tác dụng với phenylisothioxianat tạo thành dẫn xuất hiđantoin của Glyxin. Mặt khác thủy phân A dưới tác dụng của enzim cacboxypeptiđaza thu được axit Aspartic và một polipeptit. Thủy phân không hoàn toàn A thu được các oligopeptit sau : Cys- Asp Glu-Cys-Cys Tyr-Cys Glu-Glu-Cys Cys-Cys-Ala Glu-Leu-Glu Ser-Leu-Tyr Ser-Val-Cys Glu-Asp-Tyr Leu-Tyr-Glu. Gly-Ile-Val-Glu-Glu. Hãy cho biết trình tự các aa trong A. (Đ/s Gly-Ile-Val-Glu-Glu-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Glu-Leu-Glu-Asp-Tyr-cys-Asp ( I ) Gly-Ile-Val-Glu-Glu-Cys-Cys-Ala-Ser-Leu-Tyr-Glu-Leu-Glu-Asp-Tyr-Cys-Ser-Val-Sys-Asp Các phân tử Cystein có khả năng tạo cầu đisunfua- S-S- : H2N CH H 2N COOH CH COOH CH2 CH 2SH S CH 2SH H2N CH S COOH CH 2 H2 N A có cầu đisunfua tạo vòng đođeca nên A là (II) ) 29 CH COOH (II) D. KẾT LUẬN. Giải bài tập về amino axit và peptit là một chuyên đề khó và trọng tâm trong việc bồi dưỡng Học sinh giỏi THPT. Để giải quyết được những yêu cầu đặt ra của bài tập về amino axit và peptit cần phải nắm vững cấu tạo và tính chất hoá học của amino axit cũng như các phương pháp điều chế chúng, từ đó suy ra đặc điểm cấu tạo và tính chất của peptit. Trong giải bài toán hoá học hữu cơ nói chung và bài toán về amino axit nói riêng thì việc nắm vững qui luật “nhân-quả” giữa cấu tạo hoá học và tính chất là rất quan trọng. Từ việc hiểu được cấu tạo hóa học có thể suy ra được tính chất và ngược lại. Chuyên đề “AMINO AXIT VÀ PEPTIT” là một chuyên đề cơ bản và trọng tâm góp phần hỗ trợ trong việc giải quyết các bài tập tổng hợp, đặc biệt là các bài tập về tính PHI, cấu tạo và cấu trúc cũng như phương pháp điều chế amino axit và peptit một cách có cơ sở, đơn giản, chính xác và nhanh nhất. Qua quá trình dạy học, tôi nhận thấy học sinh đã học tập và vận dụng tốt góp phần đạt được kết quả cao trong các kỳ thi chọn HSG các cấp môn Hóa học của trường THPT CHUYÊN BẮC NINH. Các ví dụ trên đây chỉ là những ví dụ điển hình minh họa một phần nào cho chuyên đề này. Rất mong các đồng nghiệp góp ý, bổ xung để chuyên đề thực sự bổ ích trong công tác giảng dạy đối với học sinh chuyên cũng như công tác bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp. Tôi xin chân thành cảm ơn ! 30 [...]... về amino axit và peptit là một chuyên đề khó và trọng tâm trong việc bồi dưỡng Học sinh giỏi THPT Để giải quyết được những yêu cầu đặt ra của bài tập về amino axit và peptit cần phải nắm vững cấu tạo và tính chất hoá học của amino axit cũng như các phương pháp điều chế chúng, từ đó suy ra đặc điểm cấu tạo và tính chất của peptit Trong giải bài toán hoá học hữu cơ nói chung và bài toán về amino axit. .. tạo hoá học và tính chất là rất quan trọng Từ việc hiểu được cấu tạo hóa học có thể suy ra được tính chất và ngược lại Chuyên đề AMINO AXIT VÀ PEPTIT là một chuyên đề cơ bản và trọng tâm góp phần hỗ trợ trong việc giải quyết các bài tập tổng hợp, đặc biệt là các bài tập về tính PHI, cấu tạo và cấu trúc cũng như phương pháp điều chế amino axit và peptit một cách có cơ sở, đơn giản, chính xác và nhanh... 2: Cho peptit thủy phân nhờ enzim amino peptiđaza sẽ thu được amino axit đầu N và peptit có mạch ngắn hơn 1 đơn vị 3.2 Xác định amino axit đầu C Cho peptit thủy phân nhờ enzim cacboxipeptiđaza sẽ thu được amino axit đầu C và peptit có mạch ngắn hơn 1 đơn vị 3.3 Xác định số lượng và các amino axit trong phân tử peptit Thủy phân hoàn toàn peptit sẽ xác định được số đơn vị amino axit và các amino axit trong... phân tử peptit 3.4 Xác định amino axit trong mạch peptit - Thủy phân từng phần mạch peptit sẽ thu được các mạch peptit ngắn hơn để nhận biết - Tổ hợp các mạch peptit lại ta xác định được cấu trúc của peptit II.4.Tổng hợp peptit Khi tổng hợp peptit từ các phân tử amino axit thường tạo ra các peptit có trật tự khác nhau Do đó để tạo được peptit có trật tự xác định cần phải bảo vệ nhóm – COOH và –NH2... phân tử amino axit hoặc đipeptit (mạch hở) chỉ có một liên kết peptit không có phản ứng này II.3 Phân tích peptit: Phân tích peptit để xác định trình tự amino axit trong phân tử peptit H2N-CH CO [NH3.1 CHXácCO định ]n-2NH amino CHaxit COOH đầu +N(n-1)H2OH2N-CH()-COOH Cách 1: Cho peptit tác dụng với dẫn xuất 2,4-đinitroflobenzen sau đó đem sản n R1 phẩm thủy phân sẽ thuR được dẫn xuất của amino axit đầu... tại pH = 1 và 13 28 4) Dưới tác dụng của enzim thích hợp các a.a có thể bị đecacboxyl hóa Viết công thức cấu tạo của sản phẩm đecacboxyl hóa Ala và His So sánh tính bazơ của 2 nguyên tử (N) trong 2 sản phẩm đó Bài 9: Tơ tằm là loại polime thiên nhiên mà các monome của nó là 4 loại amino axit: Glyxin, alanin, serin và tyrosin Glyxin và alanin chiếm 75% lượng monome và tỉ lệ số mol của amino axit này là... dạy học, tôi nhận thấy học sinh đã học tập và vận dụng tốt góp phần đạt được kết quả cao trong các kỳ thi chọn HSG các cấp môn Hóa học của trường THPT CHUYÊN BẮC NINH Các ví dụ trên đây chỉ là những ví dụ điển hình minh họa một phần nào cho chuyên đề này Rất mong các đồng nghiệp góp ý, bổ xung để chuyên đề thực sự bổ ích trong công tác giảng dạy đối với học sinh chuyên cũng như công tác bồi dưỡng học. .. để phân biệt các chất sau : 1 H2NCH2COONH4 2 H2NCH2CONH2 3 CH3NHCH(CH3)COOCH3 4 CH3CONHCH2COOCH3 5 Bằng phản ứng hóa học, phân biệt các chất trong từng cặp sau : 1 Axit aspartic và axit suxinic 2 Phenylalanin và tyrosin 3 Serin và threonin Dạng 5 Bài tập tách các chất ra khỏi hỗn hợp : Bài 1: a Tìm giá trị pH để điện di aspartic, threonin và histidin b Có thể tách lysin (pHI = 9,6) và glixin (pHI =... riêng rẽ với HNO2 sinh ra chất C và D tương ứng và đều có công thức phân tử C6H12O3 Đun nóng với H2SO4: C và D chuyển thành M và N tương ứng có cùng công thức C6H10O2 Khi bị oxi hóa: C cho axit oxalic và axit isobutilic còn D cho axit oxalic và etyl metylxeton Viết công thức cấu tạo của A, B, C, D, M, N và phương trình phản ứng xảy ra Bài 8: Thủy phân hoàn toàn 1 mol polipeptit X cho ta: 2 mol: CH3 -CH-COOH... các amino axit, ghi các giá trị pKa vào bên cạnh nhóm chức thích hợp của mỗi amino axit Biết pKa: C2H5COOH là 4,9 2- Thiết lập biểu thức chung để tính pHI của các amino axit trên theo các giá trị pKa Sau đó áp dụng biểu thức chung để tính pHI cho từng amino axit + 3- Tính tỉ lệ: H 3 NCH (CH 3 )COO − + H 3 NCH (CH 3 )COOH ở giá trị pH=4 4- Nêu phương pháp phân biệt 3 amino axit 5- Viết sơ đồ tổng hợp ... đơn vị amino axit amino axit phân tử peptit 3.4 Xác định amino axit mạch peptit - Thủy phân phần mạch peptit thu mạch peptit ngắn để nhận biết - Tổ hợp mạch peptit lại ta xác định cấu trúc peptit. .. LUẬN Giải tập amino axit peptit chuyên đề khó trọng tâm việc bồi dưỡng Học sinh giỏi THPT Để giải yêu cầu đặt tập amino axit peptit cần phải nắm vững cấu tạo tính chất hoá học amino axit phương... chất ngược lại Chuyên đề AMINO AXIT VÀ PEPTIT chuyên đề trọng tâm góp phần hỗ trợ việc giải tập tổng hợp, đặc biệt tập tính PHI, cấu tạo cấu trúc phương pháp điều chế amino axit peptit cách có