Phương pháp Hoán Đổi Lượng Chất – Công cụ chuyên giải bài tập peptit, este

Phạm Quang Lâm Phương pháp: Hoán đổi lượng chất Tác giả: Phạm Quang Lâm Phương pháp hoán đổi lượng chất phương pháp mà tình cờ anh phát lúc làm Dĩ nhiên, phương pháp áp dụng cho tất Nhưng số trường hợp gặp hỗn hợp gồm nhiều chất phương pháp lựa chọn tối ưu Và đặc biệt tập este, peptit Đặc biệt peptit dùng tới 80-90% cách Vậy xem phương pháp hốn đổi lượng chất gì? Đặt số mol: a a Lâ m Cơ sở phương pháp - Phương pháp hoán đổi lượng chất thực chất quy đổi Vậy ta quy đổi chất gì? +VD1: Vào trường hợp este: Giả sử ta có hỗn hợp gồm: a mol RCOOR’, b mol RCOOH, c mol R’OH Chúng ta cần để ý chút phương trình sau: RCOOR '  RCOOH  R 'OH  H 2O a a mol ua ng Vậy thấy rằng: + a mol RCOOR ' tương đương với hỗn hợp gồm: (a+b) mol RCOOH ; (a+c) mol R 'OH a mol H 2O Với: mRCOOR'  mRCOOH  mR 'OH  mH 2O nH 2O  neste Q *Chú ý: _Các tính chất hóa học hỗn hợp tính chất hóa học thành phần tạo nên hỗn hợp Có nghĩa hỗn hợp tác dụng với NaOH có axit, este tác dụng Nhưng hốn đổi lượng chất chất có gốc RCOO- tác dụng Vậy nên tất lượng NaOH phản ứng vào RCOOH Với trường hợp khác quy chất quen thuộc dùng tính chất hóa học chất mà ta hoán đổi Ph ạm _ Khi đốt lượng chất gồm axit, ancol, este hốn đổi ta coi ancol, axit cháy, H2O khơng phản ứng Anh gọi H2O ta hoán đổi H2O este để phân biệt với H2O phương tình phản ứng tạo _Ví dụ ta viết phương trình đốt cháy sau: RCOOH + R’OH – H2O (este) + O2 CO2 + H2O _ Khi số phản ứng tạo thêm H2O đằng sau phương trình phải ý đến việc giải phương trình có thêm H2O este trước mà ta hoán đổi - Phương pháp đặc biệt hữu dụng cho thể loại mà cho hỗn hợp ancol, hỗn hợp axit, HỖN HỢP ESTE tạo từ hỗn hợp ancol hỗn hợp axit bên ( Thể loại khốn nạn -_- ) +VD2: Bài tốn peptit Ví dụ đầu cho rằng: Cho hỗn hợp tetrapeptit hexanpeptit mà thủy phân hoàn toàn thu Glyxin Alanin, vv…v… bla blu blo Vậy loại ta dùng hoán đổi lượng chất để biến tetrapeptit hexanpeptit trở thành hỗn hợp gồm: Glyxin, Alanin H2O theo sơ đồ phản ứng: Gly  Ala  Gly   Gly  Ala  Gly  Ala  (n  1) H 2O - Nói trừu tượng nên anh làm ví dụ: Đăng tải bloghoahoc.com Ví dụ phần este: *Cách 1: ( Của thầy Lê Đăng Khương ) Lâ _Đầu tiên em tự làm theo cách riêng Sau anh trình bày cách để em nhìn rõ ưu thế: Bài giải: m *Bài tập 1: ( Lê Đăng Khương – Thần tốc hóa ) Hỗn hợp X gồm axit cacboxylic đơn chức Y, ancol đơn chức Z, este tạo từ Y Z Khi đốt cháy hồn tồn 6,2 gam X thu 13,64 gam CO 6,272 lít H2O (đktc) Còn cho 6,2 gam X phản ứng với 50ml dung dịch NaOH 1M đun nóng, thu 0,04 mol Z Xác định % số mol Y hỗn hợp X: A 36,72% B.42,86% C.57,14% D.32,15%  nO2  0,39 mol ua ng Xác định lại số liệu cho: Đốt cháy 6,2 gam X 0,31 mol CO2 0,28 mol H2O Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: + mX  mO2  mCO2  mH 2O  mO2  44.0,31  18.0, 28  6,  12, 48 Áp dụng bảo toàn nguyên tố O ta có: nO / X  2.0,31  0, 28  2.0,39  0,12 mol  nO /Y  nO / Z + nO/este = 0,12 mol Q Hay:  2.nY  nO / Z + 2.neste = 0,12 (1) 0,04 mol ancol Z Ph ạm + 6,2 gam X phản ứng vừa đủ với 0,05 mol NaOH Ta có điều sau: _ nNaOH  naxit Y + n este = 0,05mol _ nancol Z + neste = 0,04 mol Suy ra: naxit Y – nancol Z = 0,01 mol (2) + Thay (2) vào (1) ta có: naxit Y +0,05+0,04=0,12 Suy ra: naxit Y = 0,03 mol Suy tiếp: nancol Z = 0,03-0,01 = 0,02 mol; neste = 0,04-0,02=0,02 mol 0, 03 Vậy % naxit Y =  42,86% 0, 03  0, 02  0, 02 Vậy chọn đáp án B *Cách 2: Sử dụng Hoán đổi lượng chất Gọi CT chung axit Y RCOOH, ancol Z R’OH nên CT este RCOOR’ Vậy ta coi hỗn hợp X gồm chất sau: x mol RCOOH, y mol R’OH z mol H2O _Khi tác dụng với NaOH hốn đổi có RCOOH tác dụng Vậy: nRCOOH  nNaOH  0, 05 mol Hay x = 0,05 mol _Đầu lại cho y = 0,04 mol Đăng tải bloghoahoc.com _ Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: + mX  mO2  mCO2  mH 2O  mO2  44.0,31  18.0, 28  6,  12, 48  nO2  0,39 mol Áp dụng bảo tồn ngun tố O ta có: nO / X  2.0,31  0, 28  2.0,39  0,12 mol  nO /Y  nO / Z + nO/este = 0,12 mol Hay ta có: 2.nRCOOH  nR 'OH  nH 2O  0,12 mol suy nH 2O  0, 02 mol m Vậy hỗn hợp hốn đổi có: 0,05 mol RCOOH, 0,04 mol R’OH, 0,02 mol H2O nên hỗn hợp X có: 0,03 mol RCOOH; 0,02 mol R’OH 0,02 mol RCOOR’ 0, 03 Vậy % naxit Y =  42,86% Chọn B 0, 03  0, 02  0, 02 ua ng Lâ *Bài tập 2: Hỗn hợp X gồm axit cacboxylic hai chức no, mạch hở, hai ancol đơn chức dãy đồng đẳng đieste tạo axit hai chức hai ancol Đốt cháy hồn tồn 4,84 gam hỗn hợp X thu 7,26 gam CO2 2,7 gam H2O Mặt khác đung nóng 4,84 gam X với 80 ml NaOH 1M, sau phản ứng xảy hoàn toàn thêm vừa đủ 10ml dung dịch HCl 1M để trung hòa lượng NaOH dư thu dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y thu m gam muối khan, đồng thời thu 896ml hỗn hợp ancol (đktc) có tỉ khối so với H2 19,5 Giá trị m là: A 4,595 gam B 5,765 gam C 5,180 gam D 4,995 gam Ph ạm Q Bài giải: _ Có thể ví dụ em chưa thể có nhìn ưu việt hồn tồn cách hốn đổi lượng chất Nhưng ví dụ em hồn tồn thấy ưu việt dễ hiểu cách làm _ Nếu từ kiện làm bình thường ta phải xem axit, ancol, este, phản ứng hóa học xảy dư hết sao? Như dễ làm em bị cuống dẫn đến sai hướng làm Vậy ta thử hoán đổi lượng chất Như bên trên, em cố gắng tự làm sức mình, sau xem cách làm bên * Hoán đổi lượng chất: Quy đổi hỗn hợp gồm axit, ancol, H2O Xử lí ancol trước: Có 0,896 lit hỗn hợp ancol mà d x / H2  19,5 suy M ancol  39 Mà ancol no đơn chức suy ancol là: CH 3OH C2 H 5OH Giải hệ ta thu số mol sau: CH 3OH : 0,02 mol; C2 H 5OH : 0,02 mol Giờ ta hoán đổi hỗn hợp X gồm: C x H y (COOH) ; CH 3OH ; C2 H 5OH H 2O Lượng NaOH phản ứng là: 0,08 – 0,01 = 0,07 mol Do X tác dung với NaOH: 0,07 mol nên:: 2.nCx H y (COOH)2  0,07  nCx H y (COOH)2  0,035 mol Bảo toàn khối lượng: mX  mO2  mCO2  mH 2O  nO2  0,16 Bảo toàn nguyên tố O: nO /axit  nO / ancol  nO / H 2O  nO / O2  nO / CO2  nO / H 2O  nO / H 2O  0, 02  n Đăng tải bloghoahoc.com H 2O  0, 02 Vậy hỗn hợp X có: C x H y (COOH) : 0,035 mol ; CH 3OH :0,02 mol ; C2 H 5OH :0,02 mol ; H 2O :0,02 Vậy ta bảo toàn C: 0, 035.(x  2)  0, 02  0, 02.2  0,165  x  Bảo toàn H: 0, 035.(y 2)  0, 02.4  0, 02.6  0,15.2  y  Vậy axit : CH (COOH)2 Vậy hỗn hợp muối có: 0,035 CH (COONa)2 0,01 NaCl  m  5, 765 g Chọn B Lâ m *Bài tập 3: ( Phạm Cơng Tuấn Tú ) ua ng _Phân tích: Ancol Z ancol chức (do este tạo axit X,Y với ancol T este chức) mà Z lại khơng có phản ứng với Cu(OH)2 nên chương trình cấp có ancol đa chức C3H8O2 thỏa mãn (vì theo anh nhớ học ancol đa chức học với nc  ) Bài giải: Hốn đổi lượng chất E có: a mol Cn H n1COOH ; b mol C3H8O2 ; c mol H2O (với este chức nên neste = 2.(- nH 2O )) Q + Phản ứng: E + O2  CO2 + H2O Bảo toàn khối lượng: mE  mo2  mCO2  mH 2O  mCO2  17,16  nCO2  0.39 mol Ph ạm Từ ta có phương trình: _Bảo toàn O: 2a + 2b + c = 0,44 _Bảo toàn pi: a 1 1  b 1  0  c 1    nH2O  nCO2  0,  0,39  0,01 mol +Khi phản ứng với NaOH có Cn H n1COOH phản ứng nên: a = 0,19 mol Từ điều giải ta có: a = 0,19 ; b = 0,05 ; c = -0,04 (Do H2O đơn vị giả sử nên số mol âm không sao) Từ suy hỗn hợp E ban đầu có: 0,15 mol Cn H n1COOH ; 0,03 mol C3H8O2 0,02 mol este (Cn H n 1COO)2 C3 H 0,39  1,95 Số cacbon trung bình là: nC  0,15  0, 03  0, 02 Suy axit HCOOH: x mol CH3COOH: y mol Có phương trình số mol: x+y=0,15 phương trình tạo CO2: x+2y+0,03.3+0,02.6=0,39 Suy x=0,12, y=0,03 0,12  60% chọn A Suy %nX  0,15  0, 02  0, 03 Đăng tải bloghoahoc.com m *Bài tập 4: ua ng Lâ Bài giải: Ph ạm Q * Cách 1: ( Phạm Công Tuấn Tú ) Đăng tải bloghoahoc.com m ua ng Lâ *Cách 2: Dùng hoán đổi lượng chất Hoán đổi E thành: a mol ancol Cn H nO ( n  đồng đẳng ancol alynlic); b mol axit Cm H m (COOH)2 ; c mol H2O Bảo toàn khối lượng: mE  mo2  mCO2  mH 2O  mCO2  25, 08  nCO2  0.57 +Từ có phương trình sau: _Bảo tồn O: a + 4b + c = 0,59 _Bảo toàn pi: a(1-1) + b(1-2) + c(1-0) = 0,42 - 0,57 Ph ạm Q + Cho E tác dụng với Br2 có Cn H nO phản ứng nên a = 0,09 mol Vậy giải hệ ta có: 0,09 mol Cn H nO ; 0,13 mol Cm H m (COOH)2 -0,02 mol H2O Lại có khối lượng E 17,12 gam nên: 0, 09.(14n  16)  0,13.(14m  90)  ( 0, 02).18  17,12  n  13m  31 31 Mà n  nên: m=0 ; n   ancol là: C31 H 62 O 9 Khi cho tác dụng với KOH có axit phản ứng, sau phản ứng thu 0,09 mol C31 H 62 O nên khối lượng tăng lên là: m  mC31 H 62 O  mH   5, 69 9 9 Vậy chọn D Ví dụ phần peptit: *Bài tập 1: Khi thủy phân hoàn toàn hỗn hợp M thu muối glyxin muối alanin ta có peptit A M CHỈ cấu tạo từ glyxin alanin Vậy ta hốn đổi lượng chất peptit A glyxin; alanin H2O A pentapeptit: Gly   Ala  Gly  Ala  4.H 2O Đăng tải bloghoahoc.com Bài giải: Đặt số mol CxHyN5O6 n mol, C4H9NO2 m mol _ Có 0,06 mol M: n + m = 0,06 _ Tác dụng vừa đủ với KOH: 5n + m = 0,14 Giải hệ ta thu được: n=0,02 mol m=0,04 mol Sau phản ứng thủy phân thu ancol etylic nên công thức cấu tạo C4H9NO2 phải là: H2NCH2COOC2H5 Hoán đổi lượng chất Ở TRONG 0,06 MOL hỗn hợp M gồm: x mol glyxin, y mol alanin, z mol H2O 0,04 mol C4H9NO2 _Bảo toàn nguyên tố peptit: x+y=0,02.5=0,1 (1) _Đây pentapeptit nên nH 2O  (5  1).nA  0, 08 mol Hay z = - 0,08 ua ng Lâ m + Đốt cháy M + O2  CO2 + H2O + N2 Đây phần khác nên số mol tỉ lệ nhau: kx mol glyxin, ky mol alanin, -0,08.k mol H2O 0,04.k mol C4H9NO2 _ Khối lượng M: 75.kx + 89 ky - 18.k.0,08 + 103.k.0,04 = 26,85 _ Khối lượng bình tăng = m(CO2  H 2O )  44.k(2 x  y  4.0, 04)  18.k ( x  y  0, 04  0, 08)  61,55 2 75 x  89 y +2,68 26,85 537 Lấy tỉ lệ ta có: (2)   133x  195 y  8,84 61,55 1231 Từ (1) (2) ta suy x = 0,06 y = 0,04 Vậy 0,06 mol M có: 0,06 mol glyxin, 0,04 mol alanin 0,04 mol C4H9NO2 *Chú ý: H2NCH2COOC2H5 + H2O  H2NCH2COOH ( thêm glyxin sinh ra) + C2H5OH Vậy lúc a mol glyxin là: a = 0,06 + 0,04 = 0,1 mol b mol alanin là: 0,04 mol Vậy a : b= 0,1 : 0,04 = : chọn C Ph ạm Q *Đây trọng tâm phương pháp – phương pháp giải peptit Như em thấy, tốn peptit tốn hóa học rộng vơ vàn, gần giống bất đẳng thức tốn, ko có cách giải định hình, khơng thể phân dạng, khơng có cố định Peptit biến thiên nhiều hóa học Và biến thiên cách làm phải biến thiên Một số bạn ban đầu vào làm peptit cụt hướng, khơng có hướng giải Phải! Anh Nhưng em nhìn cách làm bên Mọi thứ tự nhiên, dễ hiểu Hầu nghĩ nảy tất bạn học peptit cố tìm cơng thức cấu tạo peptit từ làm tiếp việc khác Cách khơng sai, tốn thời gian vơ khó khăn Nhưng em phải nghĩ, tìm CTCT để làm gì? Chúng ta giả sử thành phần peptit làm tiếp tục làm chuyện khác tốn giải cách nhẹ nhàng Hãy xem ví dụ 2! *Bài tốn 2: Đăng tải bloghoahoc.com Hãy cố tự làm theo cách riêng em, xem cách làm hoán đổi lượng chất  Mà: nNaOH  x  y ; nH 2O  x  y nên: 142 x  182 y  15,8 Lâ m Bài giải: Khi đốt khí dẫn qua dung dịch NaOH có chất khí ra, N2 nN2  0, 22 mol Đặt số mol A x mol, số mol B y mol _ X phản ứng với NaOH: mX  mNaOH  mmuoi  mH 2O  m  mNaOH  m  15,8  mH 2O  mNaOH  mH 2O  15,8 Ph ạm Q ua ng _ A  B  N : Bảo toàn nguyên tố N: x  y  0, 22.2 =0,44 Từ điều ta có x=0,06 y=0,04 Do X tạo nên từ Gly Ala nên hoán đổi lượng chất thành: a mol Gly, b mol Ala, c mol H2O + Khi X tác dụng với NaOH có Gly Ala phản ứng Nên muối thu là: x mol C2 H NO2 Na y mol C3 H NO2 Na +Đốt muối: C2 H NO2 Na, C3 H NO2 Na  O2  CO2  H 2O  N2  Na2CO3 _Bảo toàn nguyên tố N: a + b = 0,44 _Khối lượng bình tăng: m  44.( a  b)  18.(2a  3b)  56, 04 2 Từ phương trình ta có: a=0,26 b=0,18 Vậy ta giả sử công thức A là: (Gly)n ( Ala)4n B là: (Gly)m ( Ala)5m Bảo toàn nguyên tố Gly: 0,06.n+0,04.m = a = 0,26 mol  6n  4m  26 Mà m, n phải nguyên nên có (m, n) = (2, 3) thỏa mãn Vậy CTPT A là: (Gly)3 ( Ala)1 có số mol 0,06 B (Gly)2 ( Ala)3 : 0,04 mol 15,  53, 06% chọn D Vậy: %mA  15,  13,8 Một toán hay lời giải hoán đổi lượng chất hay khơng  Đây ứng dụng phương pháp – giải peptit *Bài toán 3: Hỗn hợp X gồm Gly Ala Người ta lấy m gam X cho tác dụng với lượng vừa đủ KOH thu 13,13 gam hỗn hợp muối Mặt khác, từ lượng X điều kiện thích hợp người ta điều chế hỗn hợp Y gồm hỗn hợp peptit có tổng khối lượng m’ gam nước Đốt cháy hoàn toàn m’ gam hỗn hợp peptit cần 7,224 lít khí O2 (đktc) Giá trị m gần với : A B C D 10 Đăng tải bloghoahoc.com Giải: Lâ m Một toán hay Hoán Đổi Lượng Chất  Khơng biết Y gì, khơng biết CTPT làm  Cùng xem……….nào!! Đặt số mol Gly Ala x, y mol +Khi X tác dụng với KOH, sau phản ứng thu hỗn hợp muối là: C2H4NO2K: x mol C3H6NO2K: y mol _Khối lượng muối: 113x + 127y = 13,13 (1) Hoán đổi lượng chất Y thành hỗn hợp gồm: Gly: x mol, Ala: y mol H2O (số mol bảo toàn) +Đốt cháy hỗn hợp Y: C2 H NO2  O2  2CO2  H 2O  N 2 15 C3 H NO2  O2  3CO2  H 2O  N 2 15 _Số mol O2 cần để đốt cháy: x  y  0,3225 (2) 4 Từ (1) (2) giải hệ ta thu được: x= 0,06 mol, y=0,05 mol Vậy mX=75.0,06 + 89.0,05 = 8,95 gam  Chọn C ua ng *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 khơng 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 hồn tồn 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 Ph ạm Q Nhận xét: Bài ta dùng hốn đổi lượng chất cách ngon lành! Nhưng câu hỏi đặt hoán đổi lượng chất cho có lợi cho nhất? Nếu bình thường ta hốn đổi Gly Ala theo sơ đồ sau: H NCH 2CO  HNCH (CH3 ) CO HNCH COOH  Gly+Ala-2H 2O sau làm bình thường Nhưng để ý ta có cách biến đổi sau: H NCH 2CO  HNCH (CH3 ) CO HNCH2 COOH  C2 H NO  C3 H NO  H 2O cách khác biệt điều gì? Cách phải tính số mol Gly Ala tính số mol H2O Vậy ẩn Còn cách 2? Ta thấy nH 2O  nA  0, Nên giải phương trình ẩn Do ta hốn đổi có lợi lúc làm Giải: Hoán đổi lượng chất thành: C2 H3 NO; C3 H NO; H 2O với số mol a, b, 0,7 _Khi cho 0,7 mol A tác dụng với KOH: a + b = 3,9 (1) + Xét với 66,075 gam A: Số mol C2 H3 NO; C3 H NO; H 2O ka, kb, 0,7k _Khối lượng A: k.(57a + 71b + 18.0,7) = 66,075 _Khi đốt, sau cho sản phẩm vào Ca(OH)2:  mbình tăng  mCO2  mH 2O  44.k (2 a  3b)  18.k ( a  b  0, 7)  147,825 2  k (115a  177b  12, 6)  147,825 57a  71b  12, 66, 075 881    11032a  15996b  13734 (2) Chia: 115a  177b  12, 147,825 1971 Từ (1); (2) ta giải hệ thu a = 1,8 b = 2,1 Đăng tải bloghoahoc.com Ph ạm Q ua ng Lâ m Vậy A tác dụng với KOH thu muối là: 1,8 mol C2H4NO2K, 2,1 mol C3H6NO2K Vậy khối lượng muối là: mmuối = 1,8.113 + 2,1.127 = 470,1 gam Như em thấy sức mạnh hoán đổi lượng chất toán peptit  Đăng tải bloghoahoc.com ... nhiều hóa học Và biến thiên cách làm ph i biến thiên Một số bạn ban đầu vào làm peptit cụt hướng, khơng có hướng gi i Ph i! Anh Nhưng em nhìn cách làm bên M i thứ tự nhiên, dễ hiểu Hầu nghĩ nảy... phương pháp gi i peptit Như em thấy, toán peptit tốn hóa học rộng vơ vàn, gần giống bất đẳng thức tốn, ko có cách gi i định hình, khơng thể phân dạng, khơng có cố định Peptit biến thiên nhiều hóa... A M CHỈ cấu tạo từ glyxin alanin Vậy ta hốn đ i lượng chất peptit A glyxin; alanin H2O A pentapeptit: Gly   Ala  Gly  Ala  4.H 2O Đăng t i bloghoahoc.com B i gi i: Đặt số mol CxHyN5O6 n