Một số kỹ thuật độc đáo giải bài tập peptit

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT NHƯ XUÂN II SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI “MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỘC ĐÁO GIẢI BÀI TẬP PEPTIT” Người thực hiện: Lê Thị Hồng Ngọc Chức vụ: Giáo viên Đơn vị: Trường THPT Như Xuân SKKN thuộc lĩnh mực (mơn): Hố học THANH HỐ NĂM 2018 MỤC LỤC I MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài .1 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu .1 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm II NỘI DUNG 2.1 – Cơ sở lý luận 2.1.1 Cấu tạo peptit 2.1.2 Tính chất vật lí .2 2.1.3 Tính chất hố học 2.2 - Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 - Giải pháp thực * MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỘC ĐÁO GIẢI BÀI TẬP PEPTIT KHÓ KỸ THUẬT I: KỸ THUẬT TRÙNG NGƯNG HOÁ PEPTIT Cơ sở lý thuyết Phạm vi áp dụng Phương pháp giải 4 Một số tập minh hoạ 5 Bài tập tự luyện Đáp án tập tự luyện KỸ THUẬT II: KỸ THUẬT ĐỒNG ĐẲNG HOÁ PEPTIT Cơ sở lý thuyết Phạm vi áp dụng Phương pháp giải Một số tập minh hoạ 10 Bài tập tự luyện 12 Đáp án tập tự luyện 13 KỸ THUẬT III: KỸ THUẬT QUY ĐỔI ĐIPEPTIT 13 Cơ sở lý thuyết 13 Phạm vi áp dụng 14 Phương pháp giải .14 Một số tập minh hoạ 15 Bài tập tự luyện 17 Đáp án tập tự luyện 17 III KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ .18 3.1 KẾT LUẬN 18 3.2 KIẾN NGHỊ 18 I MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong kỳ thi THPT quốc gia Bộ giáo dục - đào tạo tập hố học phần peptit thường tập khó Với mức độ khó ngày tăng, năm sau khó nhiều so với năm trước Thế nhưng, sách giáo khoa sách tham khảo lại không khai thác sâu đến mảng kiến thức Đã có nhiều đề tài nhiều tác giả tâm huyết dành cho peptit, dừng lại mà quen thuộc, chưa đáp ứng yêu cầu kỳ thi Thời gian gần đây, kênh học tập trực tuyến học sinh đề cập nhiều phương pháp giải tập peptit, thấy chưa hệ thống, khó hiểu khơng thống Với mong muốn giúp học sinh giải tốt tập peptit kỳ thi phần giúp đồng nghiệp có tài liệu tham khảo thêm, mạnh dạn giới thiệu chuyên đề “Một số kỹ thuật độc đáo giải tập peptit” mà áp dụng có hiệu thời gian vừa qua 1.2 Mục đích nghiên cứu Để giúp học sinh hệ thống kiến thức phát triển tư hoá học, đề mục tiêu, nhiệm vụ cụ thể việc thực đề tài là: - Củng cố kiến thức lý thuyết theo chiều sâu vấn đề - Giới thiệu phương pháp giải dạng tập cách tổng quát - Hướng dẫn giải số tập điển hình - Giới thiệu tập tự rèn luyện kỹ 1.3 Đối tượng nghiên cứu Bài viết sáng kiến kinh nghiệm "Một số kỹ thuật độc đáo giải tập peptit" có đối tượng nghiên cứu toán peptit 1.4 Phương pháp nghiên cứu Để hồn thành sáng kiến kinh nghiệm tơi sử dụng nhiều phương pháp, phương pháp chủ yếu nghiên cứu tài liệu xây dựng sở lý thuyết, tham khảo ý kiến cấp đồng nghiệp để thống kê, xử lý số liệu 1.5 Những điểm SKKN Là đề tài II NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý luận 2.1.1 Cấu tạo peptit a Khái niệm: - Peptit hợp chất chứa từ đến 50 gốc α-amino axit liên kết với liên kết peptit - Liên kết peptit liên kết -CO-NH- hai đơn vị α-amino axit Liên kết bền môi trường axit, mơi trường kiềm nhiệt độ - Nhóm -CO-NH- gọi nhóm peptit b Phân loại: Gồm hai loại: Oligopeptit: Là peptit phân tử có chứa từ đến 10 gốc α-amino axit Trong đó: Peptit có gốc α-amino axit gọi Đipeptit Peptit có gốc α-amino axit gọi Tripeptit Peptit có gốc α-amino axit gọi Tetrapeptit Peptit có gốc α-amino axit gọi Pentapeptit Polipeptit: Là peptit phân tử có chứa từ 11- 50 gốc α-amino axit c Cấu tạo đồng phân - Phân tử peptit hợp thành từ gốc α-amino axit nối với liên kết peptit theo trật tự nghiêm ngặt: amino axit đầu N nhóm -NH 2, amino axit đầu C nhóm -COOH, Việc thay đổi trật tự dẫn tới peptit đồng phân - Nếu phân tử peptit chứa n gốc α-amino axit khác số đồng phân loại n peptit n! - Nếu có n α-amino axit cấu tạo thành peptit thì: số liên kết peptit tạo thành n-1 - Nếu có n α-amino axit mà phân tử chứa nhóm -NH2 nhóm -COOH peptit có (n + 1) nguyên tử Oxi có n nguyên tử Nitơ d Danh pháp Tên peptit hình thành cách ghép tên gốc axyl αamino axit đầu N, kết thúc tên axit đầu C (được giữ nguyên) Ví dụ: H2N-CH2-CONH-CH(CH3)-CONH-CH2-COOH: GlyxylAlanylGlyxyl Tên thu gọn: Gly-Ala-Gly 2.1.2 Tính chất vật lí Các peptit thường thể rắn, có nhiệt độ nóng chảy cao dễ tan nước 2.1.3 Tính chất hố học a Phản ứng thủy phân peptit - Thuỷ phân hoàn toàn: Các peptit bị thủy phân hoàn tồn dung dịch axit nóng dung dịch kiềm nóng cho sản phẩm cuối hỗn hợp α-amino axit - Trong môi trường axit bazơ khơng đưa mơi trường vào phương trình phản ứng: + − (H h c OH ) → H2N-CH(R1)-CO-NH-CH(R2)-CO - -NH-CH(Rn)-COOH + (n-1)H2O  t H2N-CH(R1)-COOH + H2N-CH(R2)-COOH + + H2N-CH(Rn)-COOH Nếu R1 ≡ R2 ≡ Rn viết gọn + − (H h c OH ) → nNH2-R-COOH H[NH-R-CO]nOH + (n-1)H2O  t Hoặc: + − (H h c OH ) → nNH2-R-COOH [NH2-R-COOH]n(1-n)H2O + (n-1)H2O  t - Khi đun nóng mơi trường axit, HCl: H2N-CH(R1)-CO-NH-CH(R2)-CO - -NH-CH(Rn)-COOH + (n-1)H2O + nHCl  t→ ClH3N-CH(R1)-COOH + ClH3N-CH(R2)-COOH + + ClH3N-CH(Rn)-COOH Nếu R1 ≡ R2 ≡ Rn viết gọn H[NH-R-CO]nOH + (n-1)H2O + nHCl  t→ nClH3N-R-COOH Hoặc: [NH2-R-COOH]n(1-n)H2O + (n-1)H2O + nHCl  t→ nNH2-R-COOH - Khi đun nóng mơi trường bazơ, NaOH: H2N-CH(R1)-CO-NH-CH(R2)-CO - -NH-CH(Rn)-COOH + nNaOH  t→ H2N-CH(R1)-COONa + H2N-CH(R2)-COONa + + H2N-CH(Rn)-COONa + H2O Nếu R1 ≡ R2 ≡ Rn viết gọn H[NH-R-CO]nOH + nNaOH  t→ nH2N-R-COONa + H2O Hoặc: [NH2-R-COOH]n(1-n)H2O + nNaOH  t→ nNH2-R-COONa + H2O - Phương trình thủy phân khơng hồn tồn: Đặt X = NH2-R-COOH +H O, (H , OH h c enzim) [X]n(1-n)H2O → [X]a(1-a)H2O + [X]b(1-b)H2O + + [X] t Enzim đặc hiệu aminopeptiđaza cacboxipeptiđaza b Phản ứng màu biure Petit + Cu(OH)2/OH- tạo phức màu xanh tím đặc trưng * amino axit đipeptit không tham gia phản ứng biure 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm * Đối với giáo viên Với thời lượng tiết lý thuyết tiết luyện tập khó khăn để hướng dẫn học sinh có kỹ làm chủ lý thuyết nội dung với nhiều dạng toán * Đối với học sinh Do phần cấu tạo phức tạp, tập dễ gây hiểu nhầm khó xử lý số liệu để đưa hướng giải nhanh nên đa số em học sinh có tư tưởng “bỏ qua” phần này, cho chiếm lượng nhỏ đề thi THPT quốc gia Các toán liên quan đến peptit - protein thường gây bất ngờ, cho “nỗi ám ảnh” cho thí sinh kỳ thi 2.3 Giải pháp thực Khi dạy chuyên đề peptit Trước dạng tập, cần củng cố cho học sinh kiến thức lý thuyết liên quan đến dạng tập Cũng chuyên + - đề khác, yêu cầu học sinh làm nhiều tập, chuẩn bị cho học sinh nhiều tập tự luyện Đối với thân tôi, cố gắng giới thiệu rèn luyện cho học sinh phương pháp giải mà cho dễ hiểu quán Sau số ví dụ dạng tập peptit mà áp dụng năm học vừa qua cho học sinh lớp 12 * MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỘC ĐÁO GIẢI BÀI TẬP PEPTIT KỸ THUẬT I: KỸ THUẬT TRÙNG NGƯNG HOÁ PEPTIT Cơ sở lý thuyết Xem peptit amino axit có nhóm -NH2 nhóm -COOH Amino axit có phản ứng trùng ngưng nên peptit có phản ứng trùng ngưng Ví dụ: - Peptit X có cấu tạo: NH2-CH2-CO-NH-CH2-COOH (Gly-Gly) - Peptit Y có cấu tạo: NH2-CH(CH3)-CO-NH-CH2-CO-NH-CH(CH3)-COOH (Ala-Gly-Ala) Trùng ngưng X Y theo tỉ lệ mol : 1, ta có: X + Y → X-Y + H2O Trùng ngưng X Y theo tỉ lệ mol : 3, ta có: 2X + 3Y → X-X-Y-Y-Y + 4H2O Trong peptit: Số liên kết peptit = Số gốc amino axit - Số liên kết peptit = Số nguyên tử Nitơ - Số liên kết peptit = Số nguyên tử Oxi - * Ưu điểm: sử dụng kỹ thuật trùng ngưng hố peptit khơng cần xác định cấu tạo peptit sau trùng ngưng cần xác định số gốc amino axit hay số liên kết peptit tạo thành; tiết kiệm thời gian tính tốn Phạm vi áp dụng Áp dụng cho toán dạng: Hỗn hợp X gồm peptit A, B, C có tỉ lệ mol x:y:z Thuỷ phân (hồn tồn khơng hồn tồn) X sản phẩm xác định số mol amino axit (Gly, Ala, Val) Tổng số liên kết peptit X giá trị (t) xác định Yêu cầu tìm mX số mắt xích A, B, C Phương pháp giải (1) Tính số mol amino axit: Gly (a mol), Ala (b mol), Val (c mol) (2) Gọi k số nguyên lần gốc amino axit A, B, C ⇒ Số gốc amino axit X (a +b +c) k ε Trong đó, ε thoả mãn đồng thời điều kiện: a ; b ; c (a +b +c) đạt giá trị ε ε ε ε ε số tự nhiên Có thể có nhiều giá trị thoả mãn điều kiện Ví dụ: nGly = 0,2 mol, nAla = 0,3 mol, nVal = 0,4 mol (0,2 +0,3 +0,4) k = 9k 0,1 (a +b +c) (3) Số gốc amino axit trung bình X: ε (x +y +z) k ⇒ Số gốc amino axit X (4) Tìm k: * Nếu đề cho số liên kết peptit X ≤ t tìm k hệ bất đẳng thức: (a +b +c)  2 ≤ ε (x +y +z) k   { a +b +c k − 1}* sè peptit ≤ t   ε (x +y +z) * Nếu đề cho số liên kết peptit X = t: Giả sử số mắt xích A, B, C α , β , λ (không cần xác định α , β , λ ) α +β +λ =t +3 =t'  ⇒  (a + b + c) α x+ β y + λ z = k  ε  Dùng kỹ thuật đánh giá toán học để tìm giới hạn k sau: Giả sử x < y < z kmin β = 2, λ = 2, α max = t’ - kmax α = 2, β = 2, λ max = t’ - Lưu ý: Trong trường hợp ε đạt nhiều giá trị thoả mãn biểu thức (a +b +c) cho ε kết số tự nhiên khơng chọn k ngun Lúc cần chọn giá trị ε làm cho k nguyên (5) Tìm số gốc amino axit: Số gốc = Sè mol gèc *k ε (6) Tìm số mol peptit sau trùng ngưng: Số mol peptit = 0,2 0,3 ε k 0,4 Ở trên, số gốc Gly = 0,1 =2 gốc, số gốc Ala= 0,1 =32 gốc, số gốc Gly= 0,1 =4 gốc Một số tập minh hoạ Ví dụ 1: Hỗn hợp A gồm ba peptit mạch hở có tỉ lệ mol tương ứng 1:1:2 Thủy phân hoàn toàn m gam A thu hỗn hợp sản phẩm gồm 52,5 gam Gly 71,2 gam Ala Biết tổng số liên kết peptit ba phân tử X, Y, Z nhỏ 10 Giá trị m A 96,7 B 101,74 C 100,3 D 103,9 Hướng dẫn giải: nGly = 0,7 mol; nAla = 0,8 mol Gọi k số nguyên lần số mắt xích hỗn hợp T 0,7 +0,8 k = 15k 0,1 15k Số mắt xích trung bình A = 3,75k 1+ 1+ 3,75k ≥ ⇒ 0,53 ≤ k < 1,15 ⇒ k = Ta có hệ:  (3,75k - 1)* < 10 ⇒ Tổng số mắt xích =  Sè mol =0,1 mol  0,7  =7 gèc Sau trùng ngưng, ta có peptit gồm: Sè gèc Gly = 0,1   0,8 =8 gèc Sè gèc Ala = 0,1  Phản ứng trùng ngưng peptit X, Y, Z: X + Y + 2Z → Gly7Ala8 + 3H2O 0,1 > 0,3 Bảo toàn khối lượng ⇒ mX = mM + mH O = (75*7 + 89*8 - 14*18)*0,1 + 0,3*18 = 103,9 gam ⇒ Đáp án D Ví dụ 2: Thủy phân m gam hỗn hợp X gồm peptit A, B, C cấu tạo từ amino axit no, chứa nhóm -COOH, nhóm -NH có tỉ lệ số mol 3:2:4 (biết tổng số oxi X nhỏ 14) dung dịch HCl vừa đủ thu 17,84 gam muối Gly, 10,04 gam muối Ala 12,28 gam muối Val Giá trị m A 21 B 24 C 29 D 42 Hướng dẫn giải: Số liên kết peptit = 14 -2*3 = liên kết nGly = nMuối Gly = 0,16 mol; nAla = nMuối Ala = 0,08 mol; nVal = nMuối Val = 0,08 mol Gọi k số nguyên lần số mắt xích hỗn hợp X 0,16 +0,08 +0,08 = 16k k ⇒ Tổng số mắt xích = 0,02 Số mắt xích trung bình X 16  k ≥ Ta có hệ:  (16 k - 1)*3 <  16 16k = k +2 +4 ⇒ 0,53 ≤ k < 1,15 ⇒ k = ⇒ Sau trùng ngưng, ta có peptit gồm: Sè mol =0,02 mol  Sè gèc Gly = 0,16 =8 gèc 0,02   0,8  Sè gèc Ala = 0,02 =4 gèc  0,8  Sè gèc Val = 0,02 =4 gèc Phản ứng trùng ngưng peptit X, Y, Z 4 3X + 2Y + 4Z → Gly Ala Val + 8H O 0,02 > 0,16 Bảo toàn khối lượng ⇒ mX = mM + mH O = (75*8 + 89*4 + 117*4 - 15*18)*0,02 + 0,16*18 = 29,32 gam ⇒ Đáp án C - Nếu lấy tổng số mắt xích = số mắt xích trung bình = 0,16 +0,08 +0,08 k = 32k 0,01 32 k 0,55625 ≤ k < 1,03 ⇒ k = Số mol peptit = 0,01 0,16 0,08 Số gốc Gly = 0,01 = 16; số gốc Ala = 0,01 = 8; Như kết tốn khơng thay đổi 0,08 số gốc Val = 0,01 = - Nếu lấy tổng số mắt xích = 0,16 +0,08 +0,08 k = 8k số mắt xích trung bình 0,04 = k 2,25 ≤ k < 4,125 ⇒ k = = Và kết toán khơng đổi Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm bốn peptit mạch hở có tỉ lệ mol tương ứng 1: 2:3:4 Thủy phân khơng hồn tồn m gam X điều kiện thích hợp, thu hỗn hợp sản phẩm Y gồm 2,92 gam Gly-Ala; 1,74 gam Gly-Val; 5,64 gam Ala-Val; 2,64 gam Gly-Gly; 11,25 gam Gly; 2,67 gam Ala; 2,34 gam Val Biết tổng số liên kết peptit trong X không vượt 13 Giá trị m gần với A 25 B 26 C 27 D 28 Hướng dẫn giải: nGly-Ala = 0,02 mol; nGly-Val = 0,01 mol; nAla-Val = 0,03 mol; nGly-Gly = 0,02 mol; nGly = 0,15 mol; nAla = 0,03 mol; nVal = 0,02 mol ⇒ ∑ nGly = 0,02 + 0,01 + 0,02*2 + 0,15 = 0,22 mol ∑ nAla = 0,02 + 0,03 + 0,03 = 0,08 mol ∑ nVal = 0,01 + 0,03 + 0,02 = 0,06 mol Gọi k số nguyên lần số mắt xích hỗn hợp X 0,22 +0,08 +0,06 k = 18k 0,02 18 Số mắt xích trung bình X k = 1,8k 1+ + 3+ 1,8k ≥ ⇒ 1,11 ≤ k < 2,36 ⇒ k = Ta có hệ:  (1,8k - 1)* < 13 ⇒ Tổng số mắt xích = Sau trùng ngưng, ta có peptit gồm: 0,02  Sè mol = =0,01 mol  Sè gèc Gly = 0,22*2 =22 gèc  0,02  Sè gèc Ala = 0,08*2 =8 gèc  0,02  Sè gèc Val = 0,06*2 =6 gèc  0,02 Phản ứng trùng ngưng hỗn hợp X: 22 X + 2Y + 3Z + 4X → Gly Ala Val + 9H O 0,01 -> 0,09 Bảo toàn khối lượng ⇒ mX = mM + mH O = (75*22 + 89*8 + 117*6 - 35*18)*0,01 + 0,09*18 = 25,96 gam ⇒ Đáp án B Bài tập tự luyện Câu 1: Hỗn hợp A gồm ba peptit mạch hở X, Y, Z có tỉ lệ mol tương ứng : : Thủy phân hoàn toàn m gam A thu hỗn hợp sản phẩm gồm 21,75 gam Gly 16,02 gam Ala Biết tổng số liên kết peptit ba phân tử X, Y, Z nhỏ 17 Giá trị m A 30,93 B 30,57 C 30,21 D 31,29 Câu 2: 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 Ala 8,19 gam Val Biết tổng số liên kết peptit phân tử ba peptit X nhỏ 13 Giá trị m A 18,47 B 18,83 C 18,29 D 19,19 Câu 3: Hỗn hợp M gồm peptit X, peptit Y peptit Z chúng có cấu tạo từ loại amino axit có tổng số mắt xích ba phân tử 11 Với tỉ lệ nX: nY:nZ = : : Thuỷ phân hoàn toàn m gam M thu 72 gam Gly; 56,96 gam Ala; 252,72 gam Val Giá trị m loại peptit Z A 283,76 gam hexapeptit B 283,76 gam tetrapeptit C 327,68 gam tetrapeptit D 327,68 gam hexapeptit Đáp án tập tự luyện KỸ THUẬT II: KỸ THUẬT 1A 2D 3D ĐỒNG ĐẲNG HOÁ PEPTIT Cơ sở lý thuyết a Các amino axit thường gặp tập: Gly: NH2-CH2-COOH Ala: NH2-CH(CH3)-COOH Về thành phần phân tử, xem NH2-CH2-COOH CH2 Val: NH2-CH[CH(CH3)2]-COOH Về thành phần phân tử, xem NH2-CH2-COOH 3CH2 Hoặc NH2-CH(CH3)-COOH 2CH2 ⇒ Gly = Gly ; Ala = Gly + CH2 ; Val = Gly + 3CH2 Và Val = Ala + 2CH2 b Peptit sinh từ amino axit thường gặp: Ví dụ: peptit X: Ala-Gly-Val, có cấu tạo: NH2-CH(CH3)-CO-NH-CH2-CO-NH-CH[CH(CH3)2]-COOH Viết lại X: H[(NH-CH2-CO)-(CH2)-(NH-CH2-CO)-(NH-CH2-CO)-(CH2)3-]OH H[(NH-CH2-CO)3-(CH2)4]OH ⇒ Từ peptit X chứa gốc Gly, gốc Ala, gốc Val chuyển thành peptit X chứa gốc Gly, nhóm CH2 phân tử H2O Như vậy, xem peptit X hỗn hợp gồm: t xÝch cña Gly (NH-CH2 -CO hay C2H3NO) Các mắ Các nhóm CH2 Đ ầu N bù H đ ầu C bï OH (thµnh H2O)   Hỗn hợp Y Mở rộng: Mọi peptit xem hỗn hợp gồm thành phần Y thêm số thành phần khác kèm theo Ví dụ: Có mắt xích Glu thêm thành phần COO Có mắt xích Tys thêm thành phần NH Có mắt xích Phe bớt thành phần H (8 nguyên tử H để C 6H4 → 6CH2) Có mắt xích Tyr bớt thành phần H (8 nguyên tử H) thêm O Phạm vi áp dụng Áp dụng rộng rãi cho tập phức tạp phản ứng cháy thuỷ phân peptit hỗn hợp peptit với hợp chất hữu khác Phương pháp giải Xét toán peptit sinh từ amino axit no, phân tử chứa nhóm -NH2 nhóm -COOH • Khi chuyển peptit hỗn hợp peptit thành phần bản: C2H3NO ; x mol ; CH2 : y mol ; H2O : z mol nPeptit = nH2O =z mol ; nGèc amino axit = nC2H3NO = x mol Số gốc amino axit = nGèc amino axit nPeptit = x z • Phản ứng cháy peptit: t0 C H NO + 2,25O  → 2CO2 + 1,5H2O + 0,5N2  x 2,25x 2x 1,5x 0,5x  t0 → CO2 + H2O CH2 + 1,5O2  1,5y y y  y  H2O → H2O  z z Theo bảo toàn nguyên tố bảo toàn khối lượng, ta có: nCO =2x +y ; mPeptit = 57x +14y +18z ; nO =2,25x +1,5y ; 2 nH2O =1,5x +y +z ; nN2 =0,5x • Phản ứng thuỷ phân môi trường kiềm peptit: C2H3NO + NaOH → C2H4NO2Na x x x    CH → CH2  y y  H2O  z mMuèi =97x +14y ; nNaOH = x C2H4NO2Na  x ⇒ Muối gồm thành phần  CH  y • Phản ứng cháy muối: t 2C2H4NO2Na + 4,5O2  → 3CO2 + 4H2O + Na2CO3  x 2,25x 1,5x 2x 0,5x  t0 + 1,5O2  → CO2 + H2O CH2 1,5y y y  y nO2 =2,25x +1,5y ; nCO2 =1,5x +y ; nH2O =2x +y ; nNa2CO3 =0,5x • Đốt cháy amino axit sinh sau thuỷ phân peptit: t C2H5NO2 + 2,25O2  → 2CO2 + 2,5H2O  x 2,25x 2x 2,5x  t → CO2 + H2O CH2 + 1,5O2  y 1,5y y y  nO2 =2,25x +1,5y Nhận xét: - Lượng O2 dùng để đốt peptit = lượng O2 dùng đốt muối = lượng O2 dùng đốt amino axit - Lượng CO2 sinh đốt peptit = lượng CO2 sinh đốt amino axit - Lượng H2O sinh đốt muối = lượng CO2 sinh đốt peptit - Số mol NaOH phản ứng = Số mol gốc amino axit = nNa CO = nN = x mol Ưu điểm: sử dụng kỹ thuật đồng đẳng hoá peptit làm đơn giản hố cấu tạo peptit, làm giảm thời gian tình toán tránh nhầm lẫn số liệu Một số tập minh hoạ Ví dụ 1: Đốt cháy hồn tồn 9,92 gam hỗn hợp gồm peptit X peptit Y (đều tạo từ amino axit no chứa nhóm -COOH nhóm -NH2) lượng oxi vừa đủ thu N 0,38 mol CO2; 0,34 mol H2O Mặt khác đun nóng hỗn hợp với dung dịch NaOH vừa đủ thu m gam muối Giá trị m A 16,24 B 14,98 C 15,68 D 17,04 Hướng dẫn giải: Xem hỗn hợp X, Y gồm: C2H3NO : x mol ; CH2 : y mol ; H2O : z mol Bảo toàn khối lượng ⇒ mhh = 57x + 14y + 18z = 9,92 (1) t → 2CO2 + 1,5H2O + 0,5N Phản ứng cháy: C2Hx3NO + 2,25O2  2x 1,5x t CH2 + 1,5O2  → CO2 + H2O y ⇒ nCO2 = 2x + y = 0,38 y y (2) ; nH O = 1,5x + y + z = 0,34 (3) 10 57x +14y +18z =9,92  x =0,14    ⇔ y =0,1 Kết hợp (1), (2), (3) ta có hệ: 2x +y =0,38 1,5x +y +z =0,34 z =0,03    3NO C2H C2H4NO2Na 0,14  0,14   + NaOH → Muèi  Phản ứng thuỷ phân: CH2  0,1 CH2  0,1 H2O   0,03 ⇒ mMuối = 97*0,14 + 14*0,1 = 14,98 gam ⇒ Đáp án B Ví dụ 2: Peptit X tạo từ α-amino axit no, mạch hở, chứa nhóm -NH2 nhóm -COOH Đốt cháy hồn tồn 4,59 gam X lượng O2 vừa đủ thu 11,07 gam hỗn hợp sản phẩm gồm CO 2, H2O N2 Dẫn toàn hỗn hợp sản phẩm qua bình chứa axit sunfuric đặc dư thấy giảm 2,61 gam Nếu đem thủy phân hoàn toàn mol X cần mol KOH A B C D Hướng dẫn giải: nH2O = 2,61 = 0,145 ⇒ mCO2 + mN2 = 11,07 – 2,61 = 8,46 gam 18 Xem peptit X gồm: C2H3NO : x mol ; CH2 : y mol ; H2O : z mol Bảo toàn khối lượng ⇒ mhh = 57x + 14y + 18z = 4,59 (1) t → 2CO2 + 1,5H2O + 0,5N Phản ứng cháy: C2Hx3NO + 2,25O2  2x 1,5x 0,5x t CH2 + 1,5O2  → CO2 + H2O y ⇒ y 44(2x + y) + 28*0,5x = 8,46 y (2) ; 1,5x + y + z = 0,145 (3) 57x +14y +18z =4,59  x =0,07   Kết hợp (1), (2), (3) ta có hệ: 44(2x +y) +28*0,5x =8,46 ⇔ y =0,03 1,5x +y +z =0,145 z =0,01   Trong 0,01 mol peptit X có 0,07 mol amino axit, cần 0,07 mol KOH để phản ứng ⇒ Trong mol peptit X có mol amino axit, cần mol KOH để phản ứng ⇒ Đáp án C Ví dụ 3: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp E gồm peptit X, Y, Z thu 151,2 gam hỗn hợp muối natri Gly, Ala, Val Đốt cháy hồn tồn 151,2 gam muối cần 107,52 lít khí O2 (đktc) Mặt khác đốt cháy hồn tồn m gam E thu CO2, H2O N2, tổng khối lượng H2O N2 84,4 gam Giá trị m gần với A 127 B 115 C 90 D 102 Hướng dẫn giải: Bài đề cập phản ứng cháy hai hỗn hợp, viết phản ứng cháy hai hỗn hợp dài dòng Như trình bày trên, số mol O cần đốt cháy E số mol O2 đốt cháy muối Do đó, cần viết phản ứng cháy hỗn hợp E liên quan tới số liệu 84,4 gam hỗn hợp H2O N2 11 nO2 = 107,52 = 4,8 mol 22,4 Xem hỗn hợp E gồm: C2H3NO : x mol ; CH2 : y mol ; H2O : z mol ⇒ mMuối = 97x + 14y = 151,2 (1) t → 2CO2 + 1,5H2O + 0,5N 2  Phản ứng cháy hỗn hợp E: C2Hx3NO + 2,25O 2,25x 2x 1,5x 0,5x t CH2 + 1,5O2  → CO2 + H2O y ⇒ 1,5y 18(1,5x + y + z) + 28*0,5x = 84,4 2,25x + 1,5y = 4,8 y y (2) (3) 97x +14y =151,2    x =1,4   Kết hợp (1), (2), (3) ta có hệ: 18( 1,5x +y +z) +28*0,5x =84,4 ⇔ y =1,1 z =0,4   2,25x +1,5y =4,8 ⇒ mE = 57*1,4 + 14*1,1 + 18*0,4 = 102,4 gam ⇒ Đáp án D Bài tập tự luyện Câu 1: Thủy phân hoàn toàn hỗn hợp E chứa mol peptit X mol peptit Y thu mol Ala mol Gly Đốt cháy hoàn toàn 18,12 gam peptit X cần dùng 20,16 lít O2 (đktc) thu CO2, H2O, N2 khối lượng CO2 nhiều khối lượng nước 19,8 gam Y A tripeptit B pentapeptit C tetrapeptit D hexapeptit Câu 2: Hỗn hợp E gồm peptit X, Y mạch hở (X, Y cấu tạo từ Gly Ala nX : nY = : 2) biết tổng số liên kết peptit X, Y Thủy phân hoàn toàn E 200ml NaOH 1M vừa đủ thu dung dịch Z chứa muối Cô cạn dung dịch Z thu chất rắn T Đốt cháy T O vừa đủ thu CO2, H2O N2, tổng thể tích CO2 H2O 18,816 lít (đktc) Tỉ lệ số mol Gly Ala X A : B : C : D : Câu 3: Peptit X peptit Y có tổng số liên kết peptit Thủy phân hoàn toàn peptit X peptit Y thu Gly Val Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp E chứa X, Y có tỉ lệ mol tương ứng : cần dùng 44,352 lít O (đktc) Sản phẩm cháy gồm CO 2, H2O N2 Dẫn tồn sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng 92,96 gam, khí khỏi bình tích 4,928 lít (đktc) Thủy phân hoàn toàn Y thu a mol Val b mol Gly Tỉ lệ a : b A : B : C : D : Đáp án tập tự luyện 1B 2A 3A KỸ THUẬT III: KỸ THUẬT QUY ĐỔI ĐIPEPTIT Cơ sở lý thuyết a Quy đổi peptit bất kỳ: pXk + (k-p)H2O → kXp (1) → Chứng minh: pXk + p(k-1)H2O kpX → kXp + k(p-1)H2O kpX 12 Từ hai PT ta có: pXk + p(k-1)H2O → kXp + k(p-1)H2O ⇔ pXk + kpH2O - pH2O → kXp + kpH2O - kH2O ⇔ pXk - pH2O → kXp - kH2O ⇔ pXk + kH2O - pH2O → kXp ⇔ pXk + (k-p)H2O → kXp Ví dụ: 3Ala5 + 2H2O → 5Ala3 ; 7Gly4 - 3H2O → 4Gly7 b Quy đổi đipeptit: b1: Đipeptit sinh từ amino axit no, chứa nhóm -NH nhóm -COOH có CTPT: ( CnH2n+1NO2 )2(-H2O) ⇒ C2nH4nN2O3 Ví dụ: Ala- Ala có CTPT (C2H5NO2)2(-H2O) ⇒ C4H8N2O3 Gly-Ala có CTPT (C2H5NO2)(C3H7NO2)(-H2O) ⇒ C5H10N2O3 • Đốt cháy đipeptit (X2): C2nH4nN2O3 + x 6n-3 t0 O2  → 2nCO2 + 2nH2O + N2 x 2nx 2nx nX =nN2 ; n =n = H2O CO2 mCO2 +mH§ ipeptit 2O (*) 62 mX =(14n+76)x =14nx +76x = 14nCO2 +76nX = 14nCO2 +76nN2 • Thuỷ phân đipeptit mơi trường kiềm C2nH4nN2O3 + 2NaOH → 2CnH 2nNO2Na +H2O x 2x 2x • Đốt cháy muối 2CnH2nNO2Na + 2x ; nNaOH =2nX 6n-3 t0 O2  → (2n-1)CO2 + 2nH 2O + Na2CO3 + N 2 x x (2n-1)x 2nx Nhận xét: - Lượng H2O sinh đốt X2 = Lượng H2O sinh đốt muối - Công thức (*) viết: nH O =nCO = mCO2 +m§Hipeptit 2O 62 b2: Quy đổi đipeptit 2Xk + (k-2)H2O → kX2 = § èt muèi m(CO +44nNa2CO3 +H2O) 62 (2) nX k +nH2O =nX Bảo toàn khối lượng ⇒ mX +mH O =mX Trong trình quy đổi trên, lượng gốc amino axit X k Xp bảo toàn Như kết luận chứng minh Kỹ thuật đồng đẳng hoá: Lượng O2 dùng để đốt peptit = lượng O2 dùng đốt muối = lượng O2 dùng đốt amino axit Lượng CO2 sinh đốt peptit = lượng CO2 sinh đốt amino axit Lượng H2O sinh đốt muối = lượng CO2 sinh đốt peptit Số mol NaOH phản ứng = Số mol gốc amino axit = nNa CO = nN = x mol k 2 13 Do đó: Lượng O2 dùng đốt Xk = Lượng O2 dùng đốt X2 Lượng CO2 sinh đốt Xk = lượng CO2 sinh đốt X2 Và bảo toàn nguyên tử H ⇒ Lượng H2O sinh đốt Xk + lượng H2O thêm vào phản ứng (2) = lượng H2O sinh đốt X2 Tóm lại: * Ưu điểm: sử dụng kỹ thuật quy đổi peptit khai thác mối quan hệ đặc biệt thể sơ đồ áp dụng phương pháp tiết kiệm nhiều thời gian bị sai sót q trình tính toán Phạm vi áp dụng Áp dụng rộng rãi cho phức tạp peptit, đặc biệt phản ứng cháy Phương pháp giải Đối với dạng tập ta thường vẽ sơ đồ thể toán ghi vào giá trị x, y, z, a, b, c để dễ quan sát Một số tập minh hoạ Ví dụ 1: X α-amino axit no mạch hở chứa nhóm -COOH, nhóm -NH2 Từ 3m gam X điều chế m1 gam đipeptit Từ m gam X điều chế m2 gam tripeptit Đốt cháy m1 gam đipeptit thu 1,35 mol H 2O Đốt cháy m2 gam tripeptit thu 0,425 mol H2O Giá trị m A 22,50 gam B 13,35 gam C 26,79 gam D 11,25 gam Hướng dẫn giải: Để quy đổi tripeptit sang đipeptit, phải bảo toàn gốc amino axit tripeptit đipeptit Muốn vậy, phải chuyển 3m gam X điều chế m gam đipeptit sang m gam X điều chế m1 gam đipeptit chuyển 3m gam X điều chế m gam tripeptit sang 3m gam X điều chế 3m2 gam tripeptit Quy đổi tripeptit sang đipeptit theo cách thứ hai: Từ 3m gam X điều chế 3m2 gam tripeptit Đốt cháy 3m2 gam tripeptit thu 3*0,425 = 1,275 mol H2O Ta có sơ đồ quy đipeptit sau: 14 Xử lý sơ đồ theo thứ tự bước: Bước 1: Điền c = 1,275 mol; b = 1,35 mol (2 chỗ) Bước 2: y = 1,35 - 1,275 = 0,075 mol Bước 3: Bước 4: 0,075* = 0,225 mol m1 = mX = 14*1,35 + 76*0,225 = 36 gam z= Trï ng ng ng X + H2O Xét phản ứng điều chế đipeptit 2X → 0,225 0,225 Bảo toàn khối lượng ⇒ 3m = mX + mH O = 36 + 18*0,225 = 40,05 gam ⇒ m = 13,35 gam ⇒ Đáp án B Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 9,92 gam hỗn hợp gồm peptit X peptit Y (đều tạo từ amino axit no chứa nhóm -COOH nhóm -NH2) lượng oxi vừa đủ thu N 0,38 mol CO2; 0,34 mol H2O Mặt khác đun nóng hỗn hợp với dung dịch NaOH vừa đủ thu m gam muối Giá trị m A 16,24 B 14,98 C 15,68 D 17,04 Hướng dẫn giải: Ta có sơ đồ quy đipeptit sau: 2 Xử lý sơ đồ theo thứ tự bước: Bước 1: Điền b = 0,38 mol (2 chỗ); c = 0,34 mol Bước 2: y = 0,38 – 0,34 = 0,04 mol Bước 3: Bảo toàn khối lượng ⇒ mX = mX + mH O = 9,92+18*0,04=10,64 gam ⇒ z= k 10,64 - 14*0,38 = 0,07 mol 76 15 X + 2NaOH → Muèi + H2O Xét phản ứng với dung dịch NaOH 0,14 0,07 0,07 Bảo toàn khối lượng: mMuối = mX + mNaOH - mH O =10,64+40*0,14 - 18*0,07=14,98 gam ⇒ Đáp án B Ví dụ 3: Thuỷ phân hồn tồn m gam pentapeptit mạch hở M thu hỗn hợp gồm hai amino axit X1, X2 (đều no, mạch hở phân tử có nhóm -NH2 nhóm -COOH) Đốt cháy toàn lượng X1, X2 cần dùng vừa đủ 0,1275 mol O2, thu N2, H2O 0,11 mol CO2 Giá trị m A 3,17 B 3,89 C 4,31 D 3,59 Hướng dẫn giải: Ta có sơ đồ quy đipeptit sau: 2 Xử lý sơ đồ theo thứ tự bước: Bước 1: Điền a = 0,1275 mol (1 chỗ); b = 0,11 mol (3 chỗ) Bước 2: Bảo toàn nguyên tố O ⇒ z = Bước 3: y = 2* 0,11 +0,11 - 2*0,1275 = 0,025 mol 0,225*3 = 0,015 mol Bước 4: mX = 14*0,11 + 76*0,025 = 3,44 gam Bảo toàn khối lượng ⇒ mX = mX - mH O = 3,44 - 0,015*18 = 3,17 gam ⇒ Đáp án A Bài tập tự luyện Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn a gam oligopeptit X cần vừa đủ 2,55 mol O 2, thu sản phẩm khí hơi, có 2,0 mol CO Mặt khác, thuỷ phân hoàn toàn a gam X dung dịch NaOH dư, đun nóng thu dung dịch chứa b gam hỗn hợp muối amino axit no mạch hở phân tử có nhóm -NH2 nhóm -COOH Giá trị b A 47,2 B 71,2 C 69,4 D 80,2 Câu 2: X α-amino axit no, chứa nhóm -COOH nhóm -NH2 Từ m gam X điều chế m gam đipeptit Từ 2m gam X điều chế m2 gam tripeptit Đốt cháy m1 gam đipeptit thu 0,3 mol H 2O Đốt cháy m2 gam tripeptit thu 0,55 mol H2O Giá trị m A 11,25 gam B 13,35 gam C 22,50 gam D 26,70 gam Câu 3: X peptit mạch hở Nếu thuỷ phân khơng hồn tồn m gam X điều kiện thích hợp thu tripeptit có tổng khối lượng tripeptit 58,5 gam Cũng thuỷ phân khơng hồn tồn m gam X điều kiện 2 16 thích hợp khác thu đipeptit có tổng khối lượng đipeptit 62,1 gam Thuỷ phân hoàn toàn m gam X thu a gam hỗn hợp amino axit (chỉ chứa nhóm -NH2, nhóm -COOH) Giá trị a gần với A 65,0 B 73,0 C 67,0 D 71,0 Đáp án tập tự luyện 1C 2B 3A 17 III KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 3.1 KẾT LUẬN Nội dung đề tài không mới, cách tiếp cận phương pháp giải hướng phát triển tư cho học sinh hoàn tồn Tơi cố gắng xây dựng vận dụng tối đa mối quan hệ đại lượng chất tham gia phản ứng sản phẩm phản ứng, nhằm giảm mức độ trừu tượng mà học sinh thường gặp phải Qua đó, rèn luyện khả linh hoạt tư giải tập hoá cho người học Các tập đưa mức độ khơng q khó, khai thác chủ yếu kiến thức phần peptit, tương đương với đề thi THPT quốc gia, khơng giới thiệu tập q khó, phải huy động kiến thức nhiều phần khác nhau, làm cho vấn đề phức tạp, sở này, phát triển nhiều dạng tập mở rộng cho nhiều phần kiến thức khác Qua trải nghiệm thực tế, đồng nghiệp áp dụng đề tài hiệu quả, thể qua mặt: + Thái độ học tập: Học sinh hứng thú học tập, tập giao thực tích cực + Kết học tập: Khảo sát 79 học sinh kiểm tra mức độ thông hiểu, vận dụng vận dụng cao lớp 12B1(thực nghiệm – 39 học sinh) 12B2 (đối chứng – 40 học sinh) cho kết quả: Dưới Từ → Từ → Từ → Trên SL % SL % SL % SL % SL % ĐC 16 40 12 30 20 0 TN 10 25,6 20,5 10 25,6 17,9 10,4 Bài học kinh nghiệm: Khi xây dựng chuyên đề, trước hết nên xây dựng kiến thức cách hệ thống, theo chiều sâu Đưa tập vận dụng đa dạng, theo mức độ tăng dần Giao nhiệm vụ học tập cụ thể, có động viên khích lệ 3.2 KIẾN NGHỊ Đối với đồng nghiệp: đề tài theo tài liệu tốt, vận dụng, nên theo tơi trình bày Với tinh thần học hỏi lẫn nhau, mong muốn đồng nghiệp góp ý để mở rộng, phát triển đề tài lên tầm cao để tơi hồn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Một số phương pháp đặc biệt để giải tập peptit khó Vũ Khắc Ngọc, 2016 [Ngày truy cập: 12 tháng 10 năm 2017] Video [2] Kỹ thuật vết dầu loang chinh phục lý thuyết - Hóa Học Nguyễn Anh Phong, Nhà xuất Đại học sư phạm, 2015 [3] Tư sáng tạo giải nhanh hóa học 12 - Tập 1: Hữu Tòng Văn Sinh, Nhà xuất Tổng hợp TP HCM, 2016 [4] Ôn luyện thi trắc nghiệm THPT năm 2017 Khoa học Tự nhiên mơn Hóa học Lê Phạm Thành - Nguyễn Thành Sơn, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2017 [5] Tiếp cận peptit giới thiệu phương pháp đồng đẳng hoá Trần Hữu Nhật Trường, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, 2015 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 18 tháng 04 năm 2018 Tơi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác (Ký ghi rõ họ tên) Lê Thị Hồng Ngọc 19 ... Sau số ví dụ dạng tập peptit mà áp dụng năm học vừa qua cho học sinh lớp 12 * MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỘC ĐÁO GIẢI BÀI TẬP PEPTIT KỸ THUẬT I: KỸ THUẬT TRÙNG NGƯNG HOÁ PEPTIT Cơ sở lý thuyết Xem peptit. .. pháp giải dạng tập cách tổng quát - Hướng dẫn giải số tập điển hình - Giới thiệu tập tự rèn luyện kỹ 1.3 Đối tượng nghiên cứu Bài viết sáng kiến kinh nghiệm "Một số kỹ thuật độc đáo giải tập peptit" ... MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỘC ĐÁO GIẢI BÀI TẬP PEPTIT KHÓ KỸ THUẬT I: KỸ THUẬT TRÙNG NGƯNG HOÁ PEPTIT Cơ sở lý thuyết Phạm vi áp dụng Phương pháp giải 4 Một số tập minh