Xây dựng công thức tổng quát của peptit và vận dụng để giải bài toán peptit

MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Việc giảng dạy học sinh trường trung học phổ thông, đặc biệt bồi dưỡng học sinh khá, giỏi, ôn thi đại học – cao đẳng đòi hỏi giáo viên phải thường xuyên sáng tạo, cập nhật, giải dạng toán tổng kết phương pháp chung, từ tìm phương pháp giảng dạy phù hợp cho học sinh dễ hiểu Trong thời gian từ năm học 2013-2014 đến năm học 2016-2017 qua thực tế giảng dạy, tìm phương pháp chung giải dạng tập mà trở ngại lớn với hầu hết học sinh thi Đại học –Cao đẳng thi học sinh giỏi dạng toán peptit Tôi nghiên cứu, giải toán peptit nhiều cách khác rút phương pháp chung cách giải áp dụng hiệu vào trình dạy học thân Trong hóa học hữu cơ, dạng toán peptit dạng toán phức tạp đòi hỏi nhiều kiến thức kỹ Hóa học học sinh chinh phục việc cách giải thống cho toán peptit làm cho giáo viên dạy học sinh học “nản” tìm đáp án toán không xây dựng toán trình dạy học Thực tế nhiều giáo viên dạy không đưa dạng toán vào giáo án cho đối tượng học sinh khả tiếp cận giải củng không đủ thời gian; với nhiều học sinh gặp toán peptit chọn giải pháp khoanh “bừa” theo kiểu ăn may thực tế cách giải có vài dòng chí bấm máy Do đó, để nâng cao kỹ giải tập peptit cách hệ thống, xác để có tài liệu giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi, ôn thi đại học – cao đẳng, nghiên cứu rút phương pháp chung để giải toán peptit Qua giúp học sinh tiếp cận, làm quen với phương pháp để đem lại hiệu học tập cao Đồng thời để có thêm hội trao đổi với bạn bè, đồng nghiệp gần xa, lựa chọn đề tài “Xây dựng công thức tổng quát peptit vận dụng để giải toán peptit” làm hướng nghiên cứu cho Bài toán peptit có nhiều dạng giới hạn đề tài, đề cập đến dạng quen thuộc peptit mạch hở tạo từ α − aminoaxit no, mạch hở phân tử có chứa nhóm –NH2 nhóm -COOH II- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cách lập công thức chung chất áp dụng vào thực tế giải toán - Nghiên cứu mối liên hệ khái niệm công thức peptit Xây dựng cách giải toán thông qua tính chất hóa học đặc trương peptit Việc vận dụng yếu tố bảo toàn vào toán III – NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu sở lý luận thực tiễn dạy học tình có vấn đề - Nghiên cứu phát triển nội dung kiến thức học phần thành vấn đề tổng quát áp dụng vào thực tế - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính hiệu phương pháp giải vào đối tượng học sinh khá, giỏi học sinh ôn thi THPT Quốc Gia năm gần IV – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Học sinh lớp 12 trường THPT Quảng Xương Phương pháp nghiên cứu - Phân tích, tìm tòi cách giải vấn đề toán khó từ khái niệm tính chất chất hóa học trường THPT - Thu thập, nghiên cứu tài liệu hệ thống hóa chúng thành dạng tổng quát - Thực nghiệm sư phạm xử lý kết thu NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI I.1 Cơ sở lý luận Ban đầu gặp tập dạng này, ta nghĩ đến việc gọi công thức, viết phương trình phản ứng, xác định số mol chất trước sau phản ứng để lập giải hệ Khi lúng túng việc xác định sản phẩm lập cách giải Trong thực tế trình thực phản ứng thủy phân (trong môi trường axit bazơ) đốt cháy peptit hoàn toàn Do đó, cần quan tâm đến công thức chung peptit tỷ lệ số mol phản ứng từ giải toán yêu cầu I Cơ sở thực tiễn Các tập dạng chưa có tài liệu hệ thống lại đầy đủ thành dạng chưa nêu phương pháp chung để giải Trong đó, năm gần toán peptit xuất đề thi đại học – cao đẳng với vai trò thường câu chốt định có số đề thi học sinh giỏi Mặt khác thời gian yêu cầu cho tập thi đại học – cao đẳng ngắn, cần thiết phải tìm phương pháp chung để làm sở giải nhanh tập dạng Ban đầu, học sinh lúng túng sau giáo viên hướng dẫn phương pháp chung, cho em làm vài ví dụ em thích thú giải dễ dàng Khó khăn lớn dạy cho học sinh tập dạng học sinh nhìn thấy công thức dài ngại biến đổi ngại viết phương trình hóa học việc lập giải hệ phương trình thời gian điều cản trở học sinh làm Ngoài cần phải kết hợp định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố,… để giải dạng tập Vì việc đưa công thức chung peptit vận dụng công thức vào giải toán thông qua ví dụ minh họa điển hình quan trọng cần thiết CHƯƠNG II: XÂY DỰNG CÔNG THỨC TỔNG QUÁT CỦA PEPTIT VÀ ÁP DỤNG VÀO GIẢI TOÁN II.1 Xây dựng công thức tổng quát peptit II.1.1 Khái niệm peptit Peptit loại hợp chất hữu chứa từ đến 50 gốc α-amino axit liên kết với liên kết peptit [1] -Liên kết nhóm CO với nhóm NH hai đơn vị α-amino axit gọi liên kết peptit [1] II.1.2 Xây dựng công thức tổng quát (CTTQ) peptit mạch hở tạo từ α − aminoaxit no mạch hở, phân tử chứa nhóm NH2 nhóm –COOH Công thức α − aminoaxit no, mạch hở, phân tử chứa nhóm -NH2 nhóm -COOH (H2N-CmH2m-COOH) hay (CmH2m+1NO2) công thức gốc α − aminoaxit (gốc axyl) CmH2m-1NO Theo định nghĩa ta dễ dàng suy peptit gồm k gốc α − aminoaxit (CmH2m-1NO) phân tử H2O kết hợp với Sơ đồ kCmH2m-1NO +H2O  → CmkH2mk+2-kOk+1Nk hay CnH2n+2-kOk+1Nk (1) Công thức (1) CTTQ peptit Với n =m số Cacbon trung bình k phân tử α − aminoaxit tạo nên peptit VD1:a đipeptit Ala-Gly có n=5; k=2 Công thức phân tử: C5H10O3N2 b Tripeptit Ala-Gly-Val có n=10; k=3 Công thức phân tử: C10H19O4N3 VD2: Công thức phân tử sau công thức tripeptit mạch hở tạo từ α − aminoaxit no mạch hở, phân tử chứa nhóm -NH2 nhóm -COOH? A C6H14N3O4 B C8H13N3O4 C C6H10N3O4 D C8H15N3O4 HD: Chỉ có cặp n=8 k=3 cho nghiệm thõa mãn với CTTQ Suy đáp án D Chú ý: Có thể quy đổi (1) yếu tố bảo toàn là: (C2 H NO ) k (C2 H NO ) a mol   ⇔  H 2O b mol CnH2n+2-kOk+1Nk ⇔  H 2O (CH ) (CH ) c mol n−2k   (2) Ta có m peptit=57a +18b+14c Hoặc ta xem peptit hỗn hợp x mol (CmH2m-1NO) y mol H2O (3) Có mpeptit=(14m+29).x+18.y - Các công thức (1), (2), (3) áp dụng linh hoạt cho toán xét II.1.3 Các phản ứng quan trọng peptit II.1.3.1 Thủy phân môi trường kiềm VD dd NaOH CnH2n+2-kOk+1Nk + kNaOH  → CnH2nO2kNkNak + HOH (C2 H NO ) a mol  Hay:  H 2O b mol (CH ) c mol  ⇒ mmuối=97a+14c ( 44 44 22 4 432 ) → 14 +NaOH  + H2 O C H NO Na + CH mmuôi II.1 3.2 Thủy phân môi trường axit VD dung dịch HCl CnH2n+2-kOk+1Nk + kHCl + (k-1)H2O  → CnH2n+2kO2kNkClk (C2 H NO ) a mol Cl + CH )  ( C2 H46 NO 22 4 32 → 14 Hay:  H 2O b mol +HCl +H2O  mmuôi (CH ) c mol  ⇒ mmuối=111,5a+18b +14c Tổng quát: Đối với toán thủy phân peptit mạch hở tạo n gốc α-aminoaxit thường có trường hợp sau: Trường hợp 1: Trong nước có xúc tác men: Peptit + (n – 1)H2O → n α-aminoaxit Trường hợp 2: Trong dung dịch NaOH: Peptit + nNaOH → Muối + 1H2O Trường hợp 3: Trong dung dịch HCl : Peptit + (n – 1)H2O + nHCl → Muối (không có sản phẩm khác!) II.1.3.3 Phản ứng đốt cháy peptit đốt cháy muối sinh a Đốt cháy peptit: CnH2n+2-kOk+1Nk + (3n/2-3k/4)O2  → nCO2 + (n+1-k/2)H2O + k/2N2 Có ngay: 3nH2O-3npeptit=2nO2(cháy) nCO2-nH2O=(k/2-1).npeptit Chú ý quan trọng: Tương tự toán đốt cháy ete tạo từ ancol đốt cháy peptit đốt cháy aminoaxit tạo cần số mol O2 CnH2n+2-kOk+1Nk +(k-1)H2O  → CnH2n+kO2kNk ⇔ CnH2n+kO2kNk +(3n/2-3k/4)O2  → nCO2 + (n+k/2)H2O + k/2N2 b Đốt cháy muối: 2CnH2nO2kNkNak+ (6n-3k)/2O2  → kNa2CO3 + (2n-k)CO2+2nH2O+kN2 Có nH2O-nCO2=nN2 nO2=3/2nCO2 II Một số toán điển hình vận dụng công thức Bài toán 1: X đipeptit, Y pentapeptit mạch hở tạo thành từ α - amino axit no, mạch hở có nhóm NH2 nhóm COOH Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol E chứa X Y thu CO2, H2O N2, số mol CO2 nhiều số mol H2O 0,045 Mặt khác, đun nóng 119,6 gam hỗn hợp E cần dùng vừa đủ 760 ml dung dịch NaOH 2M Cô cạn dung dịch m gam muối khan Giá trị m A 176,4 B 172,8 C 173,2 D 171,8 Lời giải: Đặt CTTQ X, Y CnH2n+2-kNkOk+1 ban đầu có 0,05 mol Theo phản ứng cháy ta có CnH2n+2-kOk+1Nk + (3n/2-3k/4)O2  → nCO2 + (n+1-k/2)H2O + k/2N2 (2) 0,05 0,05.n 0,05.(n+1-k/2) Theo ra: nCO2 - nH2O = 0,05.[n - (n + – k/2)] = 0,045 → k = 3,8 Gọi x số mol E phần tác dụng NaOH Ta có nNaOH = 0,76.2 = 1,52 mol CnH2n+2-kNkOk+1 + kNaOH → muối + 1H2O x 1,52 mol x mol Số mol x=H2O=1,52/3,8=0,4 mol Theo BTKL → mmuối = 119,6 + 0,76.2.40 - 0,4.18 = 173,2 gam Chọn C Nhận xét: Việc sử dụng CTTQ làm cho việc giải toán trở nên gọn gàng đơn giản Nhìn vào cách giải ta thấy đề cho nhiều peptit ta có cách giải tương tự Việc sử dụng CTTQ viết phản ứng HS làm cách thục sau số toán Khi việc lập giải hệ phương trình trở nên nhanh gọn không cần viết lại tất phản ứng toán Bài toán 2: BÀI TOÁN PEPTIT TRONG ĐỀ MINH HỌA CỦA BGD 2017 Cho m gam hỗn hợp M gồm đipeptit X, tripeptit Y, tetrapeptit Z pentapeptit T (đều mạch hở) tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ, thu hỗn hợp Q gồm muối Gly, Ala Val Đốt cháy hoàn toàn Q lượng oxi vừa đủ, thu lấy toàn khí đem hấp thụ vào bình đựng nước vôi dư, thấy khối lượng bình tăng 13,23 gam có 0,84 lít khí (đktc) thoát Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn m gam M, thu 4,095 gam H2O Giá trị m gần với giá trị sau đây? A 6,0 B 6,5 C 7,0 D 7,5 [2] Lời giải: Cách 1: Đặt CTTQ peptit là: CnH2n+2-kOk+1Nk số mol =x mol Ta có phản ứng: - Thủy phân peptit CnH2n+2-kOk+1Nk + kNaOH  → CnH2nO2kNkNak + HOH (1) x kx x x - Đốt cháy muối 2CnH2nO2kNkNak+ (6n-3k)/2O2  → kNa2CO3 + (2n-k)CO2+2nH2O+kN2 (2) x (6n-3k).x/2 (n-k/2).x nx kx/2 - Đốt cháy peptit CnH2n+2-kOk+1Nk + (3n/2-3k/4)O2  → nCO2 + (n+1-k/2)H2O + k/2N2 (3) x (n+1-k/2).x  kx  = 0, 0375  k  Từ phản ứng (1); (2); (3) có hệ: 44(n − ).x + 18nx = 13, 23 ⇒ x = 0, 025; n = 9, 6; k =  9kx  18nx + 18 x − = 4, 095  Vậy m= 0,025 239,4= 5,985 gam Chọn A Cách 2: vận dụng định luật bảo toàn Muối sinh NH2-R-COONa CnH2n+2-kOk+1Nk + NaOH  → NH2-R-COONa + HOH (1) Theo ta có mM + mNaOH =mNH2-R-COONa+ mH2O.(1) Ta có : NH2-R-COONa + O2  → CO2 + H2O + Na2CO3 + N2 Số mol: a b 0,0375 0,0375  44a + 18b = 13, 23 ⇒ a=0,2025; b − a = 0, 0375 Phản ứng cháy muối có: nH2O-nCO2=nN2 ta có hệ  b=0,24 BTNT tìm mQ=mc+mH+mO+mN+mNa=0,24.12+0,24.2+0,0375.2.16.2+0,0375.28+0,0375.2.23= 8,535 gam Theo pư (1) bảo toàn H có số H(trong M)= H(trong Q)+2nH2O Suy số mol H2O=0,025 Vậy m=8,535+0,025.18-0,075.40=5,985 gam Chọn A Nhận xét cách giải: Ở cách giải ta cần viết phản ứng theo CTTQ lập giải hệ phương trình cho đáp số, cách yêu cầu học sinh vận dụng công thức, viết phản ứng giáo viên hướng dẫn cho nhiều đối tượng học sinh vận dụng cho nhiều tập tương tự Ở cách giải thứ yêu cầu học sinh vận dụng tốt định luật bảo toàn sử dụng tư sâu theo sơ đồ nhiều Hơn việc vận dụng mối liên hệ nH2O-nCO2=nN2 cần có kiến thức cách Do giáo viên nên hướng dẫn cách cho đối tượng học sinh giỏi nhằm tăng thêm cách suy luận kỹ thuật bấm máy Bài toán 3: BÀI TOÁN PEPTIT TRONG ĐỀ MINH HỌA CỦA BGD 2015 Đun nóng 0,16 mol hỗn hợp E gồm hai peptit X (C xHyOzN6) Y (CnHmO6Nt) cần dùng 600 ml dung dịch NaOH 1,5M thu dung dịch chứa a mol muối glyxin b mol muối alanin Mặt khác đốt cháy 30,73 gam E O vừa đủ thu hỗn hợp CO2, H2O N2, tổng khối lượng CO nước 69,31 gam Giá trị a : b gần với A 0,730 B 0,810 C 0,756 D 0,962 [2] Lời giải Cách 1: Đặt CTTQ peptit là: CnH2n+2-kOk+1Nk số mol =0,16 mol CnH2n+2-kOk+1Nk + kNaOH  → CnH2nO2kNkNak + HOH (1) 0,16 0,16.k Có 0,16.k=0,9 ⇒ k=5,625 - Đốt cháy E giả sử có x mol CnH2n+2-kOk+1Nk + (3n/2-3k/4)O2  → nCO2 + (n+1-k/2)H2O + k/2N2 (2) x n.x (n+1-k/2).x  k = 5, 625   44n.x + 18(n + − k / 2).x = 69,31 Giải hệ n=14,5; k=5,625 x=0,08 mol (14n + − k + 16(k + 1) + 14k ).x = 30, 73  n =m số C trung bình phân tử α − aminoaxit tạo nên peptit suy k n n2 − a k = (*) tỷ lệ mol muối sinh phản ứng thủy phân Với a , b n b − n1 k 14,5 3− a 5, 625 số mol Gly(n1=2) Ala(n2=3) Vậy = 14,5 =0,73 Chọn A b −2 5, 625 Với Cách 2: Theo CTTQ ta suy X CnH2n-4O7N6 (x mol) Y CmH2m-3O6N5 (y mol) Từ phản ứng thủy phân phản ứng cháy X Y X + 6NaOH → Muối Gly (C2H4O2NNa) + H2O x 6x Y + 5NaOH → Muối Ala (C3H6O2NNa) + H2O y 5y Có x+y=0,16 6x+5y=0,9 ⇒ x=0,1 mol y=0,06 mol Phản ứng cháy: CnH2n-4O7N6 + O2  → nCO2 + (n-2)H2O + 3N2 c c.n c.(n-2) CmH2m-3O6N5 + O2  → mCO2 + (m-1,5)H2O + 2,5N2 d d.m d.(m-1,5) Ta có (14n+192).c+ d.(14m+163)=30,73 (1) 44(cn+dm)+18(c(n-2) + d(m-1,5))= 69,31 (2) Và c/d=0,1/0,06=5/3 (3) Gải hệ (1); (2) (3) ta được: c=0,05; d=0,03; n=16 m=12 a 0,06.3 + 0,1.2 Vậy X (Ala)4(Gly)2 Y (Ala)2(Gly)3 Suy b = 0, 06.2 + 0,1.4 = 0, 73 Chọn A Nhận xét cách giải: Ở hai cách giải ta sử CTTQ theo hướng khác sử dụng kiện theo phản ứng, nhiên giải cách cần ý cách sử dụng công thức (*) cho kết nhanh Công thức (*) củng công thức hiệu tìm kết toán peptit nên cần lưu ý Bài toán 4: Cho hỗn hợp A chứa hai peptit X Y tạo glyxin alanin Biết tổng số nguyên tử O A 13 Trong X Y có số liên kết peptit không nhỏ Đun nóng 0,7 mol A KOH thấy có 3,9 mol KOH phản ứng thu m gam muối Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 66,075 gam A cho sản phẩm hấp thụ hoàn toàn vào bình chứa Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng 147,825 gam Giá trị m A 560,1 B 520,2 C 470,1 D 490,6 [3] Lời giải: Cách 1: : Đặt CTTQ peptit là: CnH2n+2-kOk+1Nk số mol amol 66,075 gam Nhận thấy k=3,9/0,7 CnH2n+2-kOk+1Nk + (3n/2-3k/4)O2  → nCO2 + (n+1-k/2)H2O + k/2N2 (2) a a.n (n+1-k/2).a Ta có hệ phương trình  14na + 29ka = 66, 075  na = 2, 475   62na + 18a − 9ka = 147,825 ⇔  a = 0,175   ka = 0,975 3,9  k = 0,  ⇒ mA = 66, 075.4 = 264,3 gam (Vì 0,7=0,175.4) Bảo toàn khối lượng : mmuối = 264,3 + 3.9.56 - 0,7.18 = 470,1 (g) Chọn C Cách 2: Quy hỗn hợp cho thành gốc axyl CmH2m-1NO H2O Số gốc axyl trung bình = Cm H m −1 NO : 39a nNaOH 3,9 39 = = ⇒ nA 0, 7 1H42O44: 72a 4 43 66,075 gam Khi đốt cháy 66,075 gam hỗn hợp ta có hệ m + 29)a + 18.7a = 66, 075 39(14 44 43 { a = 0, 025 mH O  mgôc 33  ⇒  33 ⇒ m = ma a[39(m − 0, 5) + 7] = 147,825  ma = 13 14 + 18  44.39 4 4 43 520  mCO2 nH 2O  = (14.m + 85) nCm H mO2 NK = 470,1gam 14 43 Vậy khối lượng m cần tìm Chọn C 3,9 Cách 3: Vì k = 3,9:0,7=39/7, thay trực tiếp vào CTTQ ta peptit tương đương CnH2n-25/7N39/9O46/7 Theo cách ta có 1257 225 62n − = ⇒ n = 99 / 66, 075 147,825 1257 ) + 3, 9.56 − 0, 7.18 = 470,1 gam Chọn C Vậy m = 0, 7.(14n + 14n + Bài toán 5: 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 H2NCmH2mCOOH Đốt cháy hoàn toàn 4,63 gam X cần 4,2 lít O2 (đktc), hấp thụ hết sản phẩm cháy (CO 2, 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 31,5 D 30,0[3] Lời giải: Cách 1: Đặt chất là: CnH2n+2-kOk+1Nk → CnH2nO2kNkKk + HOH Ta có: CnH2n+2-kOk+1Nk + kKOH  x mol kx x BTKL: 4,63 + 56.kx = 8,19 + 18x (1) → nCO2 + (n+1-k/2)H2O + k/2N2 CnH2n+2-kOk+1Nk + (3n/2-3k/4)O2  x (3n/2-3k/4).x nx (n+1-k/2).x (3n/2-3k/4).x=0,1275 mol (2) → BaCO3 + H2O Và CO2 + Ba(OH)2  nx nx 197nx-(44.nx+18.(n+1-k/2).x)=21,87 (3) Giải hệ pt (1); (2); (3) ta được: x=0,02; n=8 k=3,5 m=0,02.8.197=31,52 gam Chọn C Cách 2: Quy hỗn hợp cho thành gốc axyl CmH2m-1NO H2O Gọi x số mol gốc axyl y số mol peptit= nH2O Có phương trình (14m + 29 )x+ 18y=4,63 (1) (14m + 85 ).x=8,19(2) x(3m/2 – 3/4 ) =4,2/22,4=0,1875 (3) Và (197m – 44m – (m -1/2 ).18) – 18y=21,87 (4) Giải hệ phương trình x=0,07 m=16/7 Vậy nCO2=m.x=0,16 m= 31,52 gam Chọn C Bài toán 6: BÀI TOÁN PEPTIT TRONG ĐỀ CHÍNH THỨC CỦA BGD 2014 Hỗn hợp X gồm ba peptit mạch hở có tỉ lệ mol tương ứng 1:1:3 Thủy phân hoàn toàn m gam X, thu hỗn hợp sản phẩm gồm 14,24 gam alanin 8,19 gam valin Biết tổng số liên kết peptit phân tử ba peptit X nhỏ 13 Giá trị m A 18,83 B 18,29 C 19,19 D 18,47[2] 10 Trước giải ta sử dụng suy luận sau - Công thức peptit tạo amino axit A, B theo định nghĩa viết dạng: (A)x(B)y(1-x-y)H2O (4);Với x, y gốc axyl trung bình peptit - Khi tỉ lệ mol amino axit thu sau thủy phân hoàn toàn đưa số nguyên không tối giản tỉ lệ n 16 A VD: nA = 0,16 mol ; nB = 0,06 → n = B nA (Giữ nguyên tỉ lệ16/6) 12 Hay nA = 0,12 mol ; nB = 0,04 → n = (Giữ nguyên tỉ lệ 12/4) B Lời giải Cách 1: Sử dụng suy luận ta có nAla = 0,16 mol; nVal = 0,07 mol → nAla:nVal = 16:7 Tỉ lệ 1:1:3 ⇒ Số gốc Ala Val trung bình 16/5=3,2 7/5 = 1,4 Công thức chung peptit: (Ala)3,2(Val)1,4(-3,6H2O) (Ala)3,2(Val)1,4(-3,6H2O) + 3,6H2O → 3,2Ala + 1,4Val 0,18 mol ¬   0,16 mol Khối lượng X: m = 14,24 + 8,19 – 0,18.18 = 19,19 gam Chọn C Cách 2: Dựa vào tỷ lệ mol ta chọn công thức nAla = 0,16 nVal = 0,07 Giả sử số mol peptit 0,01 mol tương ứng Ala-Ala-Val Peptit 0,01 mol tương ứng Ala-Ala Peptit 0,03 mol tương ứng Ala-Ala- Ala-Ala-Val-Val Sau thủy phân ta thu số mol chất tương ứng : : tổng liên kết peptit = < 13 m = 0,01.(89.2+117 - 2.18) + 0,01(89.2 - 18) + 0,03.(89.4 + 117.2 - 5.18) = 19,19 Nhận xét: Với toán cho tỷ lệ mol peptit hỗn hợp việc sử dụng công thức (4) hiệu giảm việc phải viết cân nhiều phản ứng tránh sai sót so với cách giải khác, cách chẳng hạn Bài toán 7: BÀI TOÁN PEPTIT TRONG ĐỀ CHÍNH THỨC CỦA BGD 2016 Hỗn hợp X gồm peptit Y,Z,T (đều mạch hở) với tỉ lệ mol tương ứng 2:3:4 Tổng số liên kết peptit phân tử Y,Z,T 12 Thủy phân hoàn toàn 39,05 gam X, thu 0,11 mol X1, 0,16 mol X2 0,2 mol X3 Biết X1, X2, X3 có dạng H2NCnH2nCOOH Mặt khác đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 32,816 lít O2 (đktc) Giá trị m gần với giá trị sau đây: A 31,0 B 28,0 C 26,0 D 30,0[2] 11 Lời giải Cách 1: suy luận theo tỷ lệ mol ta có: nX1 = 0,11 mol; nX2 = 0,16 mol; nX3=0,2 mol→ nX1:nX2:nX3=11:16:20 tỉ lệ 2:3:4 → Số gốc X1; X2 X3 trung bình 11/9; 16/9 20/9 CT chung peptit: (X1)11/9(X2)16/9(X3)20/9(-38/9H2O) (X1)11/9(X2)16/9(X3)20/9(-38/9H2O)+ 38/9H2O → 11/9X1 + 16/9X2+20/9X3 0,38 mol ¬   0,11 mol Khối lượng aminoaxit sau thủy phân X: m = 39,05+0,38.18 = 45,89 gam Đặt aminoaxit CnH2n+1O2N, suy 14n+47=45,89/0,47 Vậy n=3,617 Đốt aminoaxit đốt X ta có: CnH2n+1O2N +(3n-3/2)/2O2  → nCO2 + (n+1/2)H2O + 1/2N2 0,47  → 2,1975 Hay ta có mối tương quan tỷ lệ: 39,05  → 2,1975 m  → 1,465 Vậy m=26,033 Chọn C Cách 2: n hỗn hợp X = 2x + 3x + 4x = 9x; nH2O = 0,47 – 9x Số liên kết peptit trung bình: (0,47 – 9x)/9x = 12/3 => x ≈ 0,01 Theo baoor toàn khối lượng: mX + mH2O = mhỗn hợp aminoaxit Vậy khối lượng aminoaxit = 45,89gam 0,11X1 + 0,16X2 + 0,2X3 = 45,89 => X1 = 75; X2 = 89; X3 = 117 CnH2n+1O2N + (1,5n – 0,75)O2 → nCO2 + (n + 0,5)H2O + 1/2N2 mX = 39,05g → V(O2) = 49,224 lít mX = 781/30 = 26,0333… ¬ V(O2) = 32,816 lít Nhận xét: Ở toán ta thấy cách giải thứ thứ có thêm yếu tố quy aminoaxit ý mục II.1.3.3 Bài toán 8: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm peptit X peptit Y dung dịch NaOH thu 151,2 gam hỗn hợp gồm muối natri Gly, Ala Val Mặt khác, để đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X, Y cần 107,52 lít khí O2 (đktc) thu 64,8 gam H2O Giá trị m A 102,4 B 97,0 C 92,5 D 107,8 Lời giải: (C2 H NO) a mol  Dùng công thức (2) Quy X Y hỗn hợp  H 2O b mol (CH ) c mol  ta có mhh peptit=57a +18b+14c nNaOH= a mol: C2H3NO + NaOH  → C2H4NO2Na a a a Phản ứng cháy: C2H3NO +9/4O2  → 2CO2 + 3/2H2O 12 a 9/4a 3/2a CH2 + 3/2O2  → CO2 + H2O c 3/2c c H2O  → H2O b b Có phương trình: 9/4.a +3/2.c=4,8 (1); 97a+14c=151,2 (2) 3/2a+c+b=3,6(3) Giải phương trình ta được: a=1,4 mol; b=0,4 mol c=1,1 mol Vậy m=57.1,4+18.0,4+1,1.14=102,4 gam Chọn A Nhận xét: + Cách giải thuận lợi cho việc lập giải hệ không dùng công thức cồng kềnh có nhiều số liệu, nhiên phải suy luận tốt để không đánh ẩn phương trình lập (VD số mol H2O b mol) + Bài toán áp dụng CTTQ toán để giải cách khác II Một số toán tự luyện (Chỉ có đáp án) Bài 1: Peptit X peptit Y có tổng liên kết peptit Thủy phân hoàn toàn X Y thu Gly Val Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp E chứa X Y có tỉ lệ mol tương ứng 1:3 cần dùng 22,176 lit O (đktc) Sản phẩm cháy gồm CO 2, H2O N2 Dẫn toàn sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch Ca(OH) dư thấy khối lượng bình tăng 46,48 gam, khí thoát khỏi bình tích 2,464 lít (đktc) Phần trăm khối lượng peptit Y E gần với A 91,0% B 82,5% C 82,0% D 81,5%[3] Bài 2: BÀI TOÁN PEPTIT TRONG ĐỀ CHÍNH THỨC CỦA BGD 2015 Cho 0,7 mol hỗn hợp T gồm hai peptit mạch hở X (x mol) Y (y mol), tạo glyxin alanin Đun nóng 0,7 mol T lượng dư dung dịch NaOH có 3,8 mol NaOH phản ứng thu dung dịch chứa m gam muối Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn x mol X y mol Y thu số mol CO2 Biết tổng số nguyên tử oxi hai phân tử X Y 13, X Y có số liên kết peptit không nhỏ Giá trị m A 396,6 B 340,8 C 409,2 D 399,4[2] Bài 3: Tripeptit X tetrapeptit Y mạch hở (được tạo nên từ α -amino axit có công thức dạng H2N-CxHy-COOH) Tổng phần trăm khối lượng oxi nitơ X 45,88%; Y 55,28% Thủy phân hoàn toàn 32,3 gam hỗn hợp X Y cần vừa đủ 400 ml dung dịch KOH 1,25M, sau phản ứng thu dung dịch Z chứa ba muối Khối lượng muối α -aminoaxit có phân tử khối nhỏ Z gần với giá trị sau ? A 48,97 B 38,80 C 45,20 D 42,03[3] Bài 4: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp M gồm tetrapeptit X pentapeptit Y (đều mạch hở) dung dịch KOH vừa đủ, cô cạn cẩn thận thu (m + 11,42) gam hỗn hợp muối khan Val Ala Đốt cháy hoàn toàn muối sinh 13 lượng oxi vừa đủ thu K 2CO3; 2,464 lít N2 (đktc) 50,96 gam hỗn hợp gồm CO2 H2O Phần trăm khối lượng Y hỗn hợp M A 55,24% B 54,54% C 45,98% D 64,59% Bài 5: Hỗn hợp X gồm tripeptit Y, tetrapeptit Z pentapeptit T (đều mạch hở) tạo từ Gly, Ala Val Đốt cháy hoàn toàn m gam X (tương đương với số mol 0,02), cho toàn sản phẩm cháy (chỉ gồm CO 2, H2O N2) vào bình đựng 140ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau phản ứng xảy hoàn toàn thấy có 840 ml (đktc) khí thoát thu dung dịch có khối lượng tăng 11,865 gam so với khối lượng dung dịch Ba(OH)2 ban đầu Giá trị m A 7,216 B 6,175 C 8,250 D 7,25 Bài 6: Hỗn hợp E gồm tetrapeptit X pentapeptit Y (đều mạch hở) tạo từ Gly, Ala Val Đốt cháy hoàn toàn m gam E, cho toàn sản phẩm cháy (chỉ gồm CO2, H2O N2) vào bình đựng 140ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau phản ứng xảy hoàn toàn thấy có 840 ml (đktc) khí thoát thu dung dịch có khối lượng tăng 11,865 gam so với khối lượng dung dịch Ba(OH)2 ban đầu Giá trị m gần với giá trị sau đây? A 6,260 B 7,26 C 8,25 D 7,25[3] Bài 7: Hỗn hợp X gồm peptit có tỉ lệ số mol là: 1:2:3:4 Thủy phân không hoàn toàn m gam hỗn hợp X điều kiện thích hợp thu hỗn hợp sản phẩm Y gồm 0,02 mol Gly-Ala; 0,01 mol Gly-Val; 0,03 mol Ala-Val; 0,02 mol GlyGly; 0,15 mol Gly; 0.03 mol Ala; 0,02 mol Val Biết tổng số liên kết peptit peptit hỗn hợp X không vượt 13 Giá trị m A 27,31 B 27,13 C 26,95 D 25,96 Bài 8: Hỗn hợp X gồm tripeptit A tetrapeptit B cấu tạo Glyxin Alanin Thành phần % khối lượng Nito A B 19,36% 19,44% Thủy phân hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X dung dịch NaOH vừa đủ, thu dung dịch Y Cô cạn Y thu 36,34 gam hỗn hợp muối Tỉ lệ mol A B hỗn hợp X là: A 2:3 B 7:3 C 3:2 D 3:7 Bài Đun nóng 0,14 mol hỗn hợp A gồm peptit X(CxHyOzN4)và Y(CnHmO7Nt) với dung dịch NaOH vừa đủ thu dược dung dịch chứa 0,28 mol muối glyxin 0,4 mol muối alanin Mặt khác đốt cháy m gam A O2 vừa đủ thu hỗn hợp CO2, H2O N2 có tổng khối lượng nước CO2 63.312 gam Giá trị M gần A 26,0 B 28 C 29,5 D 26,5[3] Bài 10 : Hỗn hợp X gồm peptit A,B,C mạch hở có tổng khối lượng m có tỷ lệ số mol n A : n B : n C = : : 5.Thủy phân hoàn toàn X thu 60 gam 14 Glyxin ; 80,1gam Alanin 117 gam Valin Biết số liên kết peptit C,B,A theo thứ tự tạo nên cấp số cộng có tổng Giá trị m A 226,5 B 262,5 C 256,2 D 252,2[3] Bài Đáp án D A A Đáp án tập tự luyện C B A D C B 10 A CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Phương pháp giải dạng toán áp dụng cho dạng toán peptit, hỗn hợp aminoaxit peptit Là tài liệu quan trọng để giáo viên áp dụng dạy đối tượng học sinh khá, giỏi ôn thi Đại học - Giúp giáo viên có thêm kiến thức, kinh nghiệm việc giải tập peptit, có thêm tài liệu mang tính tổng quát để giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi, ôn thi đại học – cao đẳng - Rèn luyện cho học sinh kỹ vận dụng sáng tạo kiến thức aminoaxit, peptit protein định luật bảo toàn hóa học vào giải tập, giúp em nắm phương pháp tự tin gặp toán peptit 15 - Trong trình giảng dạy vận dụng cho học sinh giải tập peptit, em tiếp thu làm tốt hơn, nhanh so với học sinh không tiếp cận phương pháp Cụ thể sau: Để có đánh giá khách quan chọn lớp 12T3-Trường THPT Quảng Xương năm học 2016-2017 chia làm nhóm có học lực tương đương nhau, nhóm để làm đối chứng (ĐC) nhóm để thực nghiệm (TN) Nhóm tiến hành ôn tập bình thường theo phương pháp cũ, nhóm vận dụng cách lập công thức giải tập peptit theo công thức chung Sau thời gian buổi học cho nhóm kiểm tra thời gian tiết, hình thức kiểm tra trắc nghiệm khách quan với nội dung kiểm tra có đầy đủ dạng tập peptit từ dễ đến khó kết thu được: Thống kê kết kiểm tra điểm trung bình (TB) nhóm sau lần kiểm tra Điểm TB Lần Lớp Sĩ Nhóm 10 kiểm số Phân phối kết kiểm tra tra Lần 12T3 18 ĐC 0 2 3 6.5 Lần 12T3 18 18 TN ĐC 0 0 0 1 0 7.4 6.8 18 TN 0 0 7.8 Dựa kết thực nghiệm sư phạm cho thấy chất lượng học tập học sinh lớp thực nghiệm cao học sinh lớp đối chứng, điều thể điểm : + Tỷ lệ học sinh yếu lớp thực nghiệm so với lớp đối chứng + Tỷ lệ học sinh đạt trung bình đến khá, giỏi lớp thực nghiệm đa số trường hợp cao hẳn so với với lớp đối chứng Như khẳng định phương pháp giải có tác dụng rõ rệt tới việc nâng cao chất lượng học tập học sinh 12 16 KẾT LUẬN Kết luận Đề tài viết xuất phát từ yêu cầu thực tế việc đổi phương pháp dạy học – phương pháp giải tập hóa học kinh nghiệm chắt lọc từ trình dạy học thân Mặc dù phạm vi đề cập nhỏ hi vọng sau đề tài mở thêm cách xây dựng dạng tập liên quan tập thuộc dạng khác Đề tài áp dụng cho nhiều đối tượng học sinh có trình độ khác Khi áp dụng đề tài này, giáo viên phải linh hoạt sáng tạo việc đưa cho đối tượng học sinh Tuy nhiên thực tế cho thấy, chủ yếu sử dụng phương pháp bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn thi đại học – cao đẳng Với kinh nghiệm thực tế giảng dạy, lòng đam mê môn hóa học, tinh thần làm việc nghiêm túc, trung thực thân trăn trở, tìm tòi lựa chọn đê tài “Xây dựng công thức tổng quát peptit vận dụng để giải toán peptit” 17 Quá trình nghiên cứu đề tài chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, bổ sung hội đồng khoa học bạn bè đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện Kiến nghị đề xuất Để giải dạng toán peptit giáo viên cần giúp học sinh: - Hiểu rõ công thức peptit - Có kiến thức vững vàng tính chất hóa học peptit - Vận dụng sáng tạo, nhuần nhuyễn định luật bảo toàn hóa học giải tập Đặc biệt định luật bào toàn khối lượng bảo toàn nguyên tố - Biết phân tích, tìm mối liên hệ số mol chất phản ứng hóa học Tôi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG Thanh Hóa ngày 05/06/2017 ĐƠN VỊ Tôi cam đoan SKKN thân viết, không chép sử dụng lại người khác Đỗ Thế Minh PHỤ LỤC Một số toán tự luyện (Chỉ có đáp án) Bài 1: Peptit X peptit Y có tổng liên kết peptit Thủy phân hoàn toàn X Y thu Gly Val Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp E chứa X Y có tỉ lệ mol tương ứng 1:3 cần dùng 22,176 lit O (đktc) Sản phẩm cháy gồm CO 2, H2O N2 Dẫn toàn sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch Ca(OH) dư thấy khối lượng bình tăng 46,48 gam, khí thoát khỏi bình tích 2,464 lít (đktc) Phần trăm khối lượng peptit Y E gần với A 91,0% B 82,5% C 82,0% D 81,5%[3] Bài 2: BÀI TOÁN PEPTIT TRONG ĐỀ CHÍNH THỨC CỦA BGD 2015 18 Cho 0,7 mol hỗn hợp T gồm hai peptit mạch hở X (x mol) Y (y mol), tạo glyxin alanin Đun nóng 0,7 mol T lượng dư dung dịch NaOH có 3,8 mol NaOH phản ứng thu dung dịch chứa m gam muối Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn x mol X y mol Y thu số mol CO2 Biết tổng số nguyên tử oxi hai phân tử X Y 13, X Y có số liên kết peptit không nhỏ Giá trị m A 396,6 B 340,8 C 409,2 D 399,4[2] Bài 3: Tripeptit X tetrapeptit Y mạch hở (được tạo nên từ α -amino axit có công thức dạng H2N-CxHy-COOH) Tổng phần trăm khối lượng oxi nitơ X 45,88%; Y 55,28% Thủy phân hoàn toàn 32,3 gam hỗn hợp X Y cần vừa đủ 400 ml dung dịch KOH 1,25M, sau phản ứng thu dung dịch Z chứa ba muối Khối lượng muối α -aminoaxit có phân tử khối nhỏ Z gần với giá trị sau ? A 48,97 B 38,80 C 45,20 D 42,03[3] Bài 4: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp M gồm tetrapeptit X pentapeptit Y (đều mạch hở) dung dịch KOH vừa đủ, cô 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 K 2CO3; 2,464 lít N2 (đktc) 50,96 gam hỗn hợp gồm CO2 H2O Phần trăm khối lượng Y hỗn hợp M A 55,24% B 54,54% C 45,98% D 64,59% Bài 5: Hỗn hợp X gồm tripeptit Y, tetrapeptit Z pentapeptit T (đều mạch hở) tạo từ Gly, Ala Val Đốt cháy hoàn toàn m gam X (tương đương với số mol 0,02), cho toàn sản phẩm cháy (chỉ gồm CO 2, H2O N2) vào bình đựng 140ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau phản ứng xảy hoàn toàn thấy có 840 ml (đktc) khí thoát thu dung dịch có khối lượng tăng 11,865 gam so với khối lượng dung dịch Ba(OH)2 ban đầu Giá trị m A 7,216 B 6,175 C 8,250 D 7,25 Bài 6: Hỗn hợp E gồm tetrapeptit X pentapeptit Y (đều mạch hở) tạo từ Gly, Ala Val Đốt cháy hoàn toàn m gam E, cho toàn sản phẩm cháy (chỉ gồm CO2, H2O N2) vào bình đựng 140ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau phản ứng xảy hoàn toàn thấy có 840 ml (đktc) khí thoát 19 thu dung dịch có khối lượng tăng 11,865 gam so với khối lượng dung dịch Ba(OH)2 ban đầu Giá trị m gần với giá trị sau đây? A 6,260 B 7,26 C 8,25 D 7,25[3] Bài 7: Hỗn hợp X gồm peptit có tỉ lệ số mol là: 1:2:3:4 Thủy phân không hoàn toàn m gam hỗn hợp X điều kiện thích hợp thu hỗn hợp sản phẩm Y gồm 0,02 mol Gly-Ala; 0,01 mol Gly-Val; 0,03 mol Ala-Val; 0,02 mol GlyGly; 0,15 mol Gly; 0.03 mol Ala; 0,02 mol Val Biết tổng số liên kết peptit peptit hỗn hợp X không vượt 13 Giá trị m A 27,31 B 27,13 C 26,95 D 25,96 Bài 8: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp M gồm tetrapeptit X pentapeptit Y (đều mạch hở) dung dịch KOH vừa đủ, cô 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 là: A 64,59% B 45,98% C 54,54% D 54,24% Bài Đun nóng 0,14 mol hỗn hợp A gồm peptit X(CxHyOzN4)và Y(CnHmO7Nt) với dung dịch NaOH vừa đủ thu dược dung dịch chứa 0,28 mol muối glyxin 0,4 mol muối alanin Mặt khác đốt cháy m gam A O2 vừa đủ thu hỗn hợp CO2, H2O N2 có tổng khối lượng nước CO2 63.312 gam Giá trị M gần A 26,0 B 28 C 29,5 D 26,5[3] Bài 10 : Hỗn hợp X gồm peptit A,B,C mạch hở có tổng khối lượng m có tỷ lệ số mol n A : n B : n C = : : 5.Thủy phân hoàn toàn X thu 60 gam Glyxin ; 80,1gam Alanin 117 gam Valin Biết số liên kết peptit C,B,A theo thứ tự tạo nên cấp số cộng có tổng Giá trị m A 226,5 B 262,5 C 256,2 Đáp án tập tự luyện 20 D 252,2[3] Bài 10 Đáp án D A A C B A D B B A MỤC LỤC Trang Mở đầu I Lí chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu III Nhiệm vụ nghiên cứu IV Đối tượng phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu 2 Phương pháp nghiên cứu Nội dung Chương I Cơ sở lí luận thực tiễn đề tài 21 I.1 Cơ sở lí luận I.2 Cơ sở thực tiễn Chương II Xây dựng công thức tổng quát peptit áp dụng vào giải toán II.1 Xây dựng công thức tổng quát peptit II.1.1 Khái niệm peptit II.1.2 Xây dựng công thức tổng quát (CTTQ) peptit mạch hở tạo từ α − aminoaxit no mạch hở, phân tử chứa nhóm NH2 nhóm –COOH II Các phản ứng quan trọng peptit II.2 Một số toán điển hình vận dụng công thức II.3 Bài tập tự luyện 13 Chương III Thực nghiệm sư phạm 16 Kết luận 18 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sách giáo khoa Hóa học 12-Nâng cao -NXBGD 2016 [2] Đề thi Đại học – Cao đẳng BGD&ĐT năm học: 2013-2014; 2014-2015; 2015-2016 đề mẫu giới thiệu năm học 2016-2017 [3] Mạng internet http://Violet.vn 23 ... tiễn Chương II Xây dựng công thức tổng quát peptit áp dụng vào giải toán II.1 Xây dựng công thức tổng quát peptit II.1.1 Khái niệm peptit II.1.2 Xây dựng công thức tổng quát (CTTQ) peptit mạch hở... tố,… để giải dạng tập Vì việc đưa công thức chung peptit vận dụng công thức vào giải toán thông qua ví dụ minh họa điển hình quan trọng cần thiết CHƯƠNG II: XÂY DỰNG CÔNG THỨC TỔNG QUÁT CỦA PEPTIT. .. CỦA PEPTIT VÀ ÁP DỤNG VÀO GIẢI TOÁN II.1 Xây dựng công thức tổng quát peptit II.1.1 Khái niệm peptit Peptit loại hợp chất hữu chứa từ đến 50 gốc α-amino axit liên kết với liên kết peptit [1]