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, tơi 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 tốn peptit Tơi 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 địi hỏi nhiều kiến thức kỹ Hóa học học sinh chinh phục việc khơng có cách giải thống cho toán peptit làm cho giáo viên dạy học sinh học “nản” tìm đáp án tốn khơng xây dựng tốn q trình dạy học Thực tế nhiều giáo viên dạy không đưa dạng tốn vào giáo án cho đối tượng học sinh khơng có khả tiếp cận giải củng khơng đủ thời gian; cịn với nhiều học sinh gặp toán peptit chọn giải pháp khoanh “bừa” theo kiểu ăn may thực tế cách giải có vài dịng 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 tốn 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 tốn peptit có nhiều dạng giới hạn đề tài, đề cập đến dạng quen thuộc peptit mạch hở tạo từ 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 tốn thơng qua tính chất hóa học đặc trương peptit Việc vận dụng yếu tố bảo tồn vào tốn 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 tịi cách giải vấn đề tốn 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 mơi trường axit bazơ) đốt cháy peptit hoàn tồn Do đó, cần quan tâm đến công thức chung peptit tỷ lệ số mol phản ứng từ giải tốn u 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 cơng 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 cơng thức vào giải tốn thơng 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 aminoaxit no mạch hở, phân tử chứa nhóm NH2 nhóm –COOH Cơng thức aminoaxit no, mạch hở, phân tử chứa nhóm -NH2 nhóm COOH (H2N-CmH2m-COOH) hay (CmH2m+1NO2) cơng thức gốc aminoaxit (gốc axyl) CmH2m-1NO Theo định nghĩa ta dễ dàng suy peptit gồm k gốc aminoaxit (CmH2m-1NO) phân tử H2O kết hợp với Sơ đồ kCmH2m-1NO +H2O CmkH2mk+2-kOk+1Nk hay CnH2n+2-kOk+1Nk (1) n Cơng thức (1) CTTQ peptit Với k =m số Cacbon trung bình phân tử 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 Cơng thức phân tử: C10H19O4N3 VD2: Công thức phân tử sau công thức tripeptit mạch hở tạo từ 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: (C2H3NO) CnH2n+2-kOk+1Nk k H2O (CH ) n (C H NO ) a mol (2) H O b mol 2k (CH ) c mol 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 cơng 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 (C Hay: H O b mol (CH ) c mol H NO ) a mol C2 H4 NO2 Na CH +NaOH+ H2O m mmuối=97a+14c II.1 3.2 Thủy phân môi trường axit muôi VD dung dịch HCl CnH2n+2-kOk+1Nk + kHCl + (k-1)H2O (C H NO ) a mol Hay: H O b mol +HCl +H2O (CH ) c mol mmuối=111,5a+18b +14c C2 H6 NO2 Cl CH2 Tổng quát: Đối với toán thủy phân peptit mạch hở tạo n gốc a-aminoaxit thường có trường hợp sau: Trường hợp 1: Trong nước có xúc tác men: Peptit + (n – 1)H2O ® n a-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 (khơng 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 ln cần số mol O 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 tốn điển hình vận dụng cơng thức Bài toán 1: X đipeptit, Y pentapeptit mạch hở tạo thành từ - 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 tồn khí đem hấp thụ vào bình đựng nước vơi dư, thấy khối lượng bình tăng 13,23 gam có 0,84 lít khí (đktc) Mặt khác, đốt cháy hồn tồn 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 + kNaOHCnH2nO2kNkNak + 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)O2nCO2 + (n+1-k/2)H2O + k/2N2 (3) kx x (n+1-k/2).x 0, 0375 k Từ phản ứng (1); (2); (3) có hệ: 44( n 18nx ) x 18 nx 13, 23 x 0, 025; n 9, 6; k 18 x Vậy m= 0,025 239,4= 5,985 gam Chọn A 9kx 4, 095 Cách 2: vận dụng định luật bảo toàn Muối sinh NH2-RCOONa 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 + O2CO2 + H2O + Na2CO3 + N2 Số mol: a b 0,0375 0,0375 44 a 18b 13, 23 Phản ứng cháy muối có: nH2O-nCO2=nN2 a=0,2025; ta có hệ b a 0, 0375 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 tồn 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 tốn 3: BÀI TỐN PEPTIT TRONG ĐỀ MINH HỌA CỦA BGD 2015 Đun nóng 0,16 mol hỗn hợp E gồm hai peptit X (CxHyOzN6) Y (CnHm O6Nt) 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 CO2 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 44 n x 18( n k / 2) x 69,31 Giải hệ n=14,5; k=5,625 x=0,08 mol (14 n k 16( k 1) 14 k ) x 30, 73 Với n =m số C trung bình phân tử a k n b n k aminoaxit tạo nên peptit suy n k (*) tỷ lệ mol muối sinh phản ứng thủy phân Với a , b n1 14,5 a số mol Gly(n1=2) Ala(n2=3) Vậy 5, 625 b 14,5 5, 625 =0,73 Chọn A 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 + O2nCO2 + (n-2)H2O + 3N2 c c.n c.(n-2) CmH2m-3O6N5 + O2mCO2 + (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 Vậy X (Ala)4(Gly)2 Y (Ala)2(Gly)3 Suy a 0, 06.3 0,1.2 0,73 b 0, 06.2 0,1.4 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 Cơng thức (*) củng công thức hiệu tìm kết tốn peptit nên cần lưu ý a Ta có hệ phương trình Bài tốn 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 hoàn toàn vào bình chứa Ca(OH) 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.n (n+1-k/2).a 14 na 29 ka 66, 075 62 na 18a ka 147,825 3,9 k 0, na 2, 475 a 0,175 m A 66, 075.4 264,3 gam ka 0, 975 (Vì 0,7=0,175.4) Bảo tồn 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 NaOH nA 0, 7 H2O : 7a 66,075gam Khi đốt cháy 66,075 gam hỗn hợp ta có hệ 39(14 m 29) a 18.7 a 66, 075 m m H 2O 44.39 ma 18a[39( m 0,5) 7] 147,825 m CO2 a 0, 025 m gôc ma n HO 33 520 Vậy khối lượng m cần tìm (14.m 85) nC H O NK 33 13 470,1gam Chọn C m 2m 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 14 n 1257 62n 225 7 n 99 / 66,075 147,825 Vậy m =0, 7.(14 n 1257) 3,9.56 0,7.18 470,1 gam Chọn C Bài tốn 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 H2 NCmH2mCOOH Đốt cháy hồn tồn 4,63 gam X cần 4,2 lít O2 (đktc), hấp thụ hết sản phẩm cháy (CO2, H 2O, 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 Ta có: CnH2n+2-kOk+1Nk + kKOH CnH2nO2kNkKk + HOH x mol kx x BTKL: 4,63 + 56.kx = 8,19 + 18x (1) CnH2n+2-kOk+1Nk + (3n/2-3k/4)O2 nCO2 + (n+1-k/2)H2O + k/2N2 x (3n/2-3k/4).x nx (n+1-k/2).x (3n/2-3k/4).x=0,1275 mol (2) Và CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O 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 tốn 6: BÀI TỐN 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 khơng tối giản tỉ lệ VD: nA = 0,16 mol ; nB = 0,06 → Hay nA = 0,12 mol ; nB = 0,04 → nA 16 nB nA 12 nB (Giữ nguyên tỉ lệ16/6) (Giữ nguyên tỉ lệ 12/4) 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(-3,6H 2O) (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 cơng 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 TỐN 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 X 0,2 mol X3 Biết X1, X2, X3 có dạng H2NCnH 2nCOOH Mặt khác đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 32,816 lít O (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 => X = 75; X2 = 89; X = 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 tốn ta thấy cách giải thứ thứ có thêm yếu tố quy aminoaxit ý mục II.1.3.3 Bài tốn 8: Thủy phân hồn tồn 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: (C H NO ) a mol Dùng công thức (2) Quy X Y hỗn hợp H O b mol (CH ) c mol ta có mhh peptit=57a +18b+14c nNaOH= a mol: C2H3NO + NaOH a a Phản ứng cháy: C2H3NO +9/4O2 C2H4NO2Na a 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 khơng dùng cơng 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 tốn 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 tồn hỗn hợp E chứa X Y có tỉ lệ mol tương ứng 1:3 cần dùng 22,176 lit O2 (đktc) Sản phẩm cháy gồm CO2, H2O N2 Dẫn tồn sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch Ca(OH) dư thấy khối lượng bình tăng 46,48 gam, khí 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 TỐN 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 -amino axit có cơng thức dạng H2N- CxHyCOOH) 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 -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, 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 K2CO3; 2,464 lít N (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 CO2, H2O N2) vào bình đựng 140ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau phản ứng xảy hồn tồn thấy có 840 ml (đktc) khí 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 hồn tồn thấy có 840 ml (đktc) khí 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? D 7,25[3] A 6,260 B 7,26 C 8,25 Bài 7: Hỗn hợp X gồm peptit có tỉ lệ số mol là: 1:2:3:4 Thủy phân khơng hồn tồn 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 Gly-Gly; 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 nong 0,14 mol hỗn hợp A gồm peptit X(CxHyOzN4)va Y(C nHmO 7Nt) với dung dich NaOH vưa đủ chi thu dược dung dich chưa 0,28 mol muôi glyxin va 0,4 mol muôi cua alanin Mặt khac đôt chay m gam A O2 vưa đu thu được hỗn hợp CO2, H2O va N2 đo co tông khôi lượng nước va CO2 la 63.312 gam Gia tri M gân nhât la D 26,5[3] A.26,0 B 28 C 29,5 Bài 10: Hỗn hợp X gồm peptit A,B,C mạch hở có tổng khối lượng m có tỷ lệ số mol nA : nB : nC : : 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 14 D 252,2[3] Đáp án tập tự luyện Bài Đáp án D A A 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 ơn 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 tồn hóa học vào giải tập, giúp em nắm phương pháp tự tin gặp tốn peptit - Trong q 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: 15 Để có đánh giá khách quan tơi 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 ơn tập bình thường theo phương pháp cũ, nhóm vận dụng cách lập cơng 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 Lần Lớp kiểm tra Lần 12T3 Lần 12T3 Sĩ Nhóm số 18 18 18 18 ĐC TN ĐC TN Điểm Phân phối kết kiểm tra 0 0 0 0 0 0 2 1 4 3 TB 10 4 0 6.5 7.4 6.8 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 khơng có 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, lịng đam mê mơn hóa học, tinh thần làm việc nghiêm túc, trung thực thân ln trăn trở, tìm tịi lựa chọn đê tài “Xây dựng công thức tổng quát peptit vận dụng để giải tốn peptit” Q trình nghiên cứu đề tài chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, bổ sung hội đồng khoa học bạn bè đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện 17 Kiến nghị đề xuất Để giải dạng tốn 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 tồn 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 Tơi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa ngày 05/06/2017 Tơi cam đoan SKKN thân viết, không chép sử dụng lại người khác Đỗ Thế Minh PHỤ LỤC Một số tốn 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 hồn tồn 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 CO2, H2O N2 Dẫn tồn sản phẩm cháy qua bình đựng dung dịch Ca(OH) dư thấy khối lượng bình tăng 46,48 gam, khí 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 TỐN 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 18 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 CO 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 -amino axit có cơng 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 -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 hồn tồn thấy có 840 ml (đktc) khí 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 hồn tồn thấy có 840 ml (đktc) khí 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] 19 Bài 7: Hỗn hợp X gồm peptit có tỉ lệ số mol là: 1:2:3:4 Thủy phân khơng hồn tồn 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 Gly-Gly; 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, 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 nong 0,14 mol hỗn hợp A gồm peptit X(CxHyOzN4)va Y(C nHmO 7Nt) với dung dich NaOH vưa đủ chi thu dược dung dich chưa 0,28 mol muôi glyxin va 0,4 mol muôi cua alanin Mặt khac đôt chay m gam A O2 vưa đu thu được hỗn hợp CO 2, H2O va N2 đo co tông khôi lượng nước va CO2 la 63.312 gam Gia tri M gân nhât la 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 nA : nB : nC : : 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 D 252,2[3] Đáp án tập tự luyện Bài 20 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 I.1 Cơ sở lí luận 21 I.2 Cơ sở thực tiễn Chương II Xây dựng công thức tổng quát peptit áp dụng vào giải tốn II.1 Xây dựng cơng thức tổng qt peptit II.1.1 Khái niệm peptit II.1.2 Xây dựng công thức tổng quát (CTTQ) peptit mạch hở tạo từ aminoaxit no mạch hở, phân tử chứa nhóm NH2 nhóm –COOH II Các phản ứng quan trọng peptit II.2 Một số tốn 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 tốn II.1 Xây dựng cơng thức tổng qt 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 cơng thức vào giải tốn thơng 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]