Do vậy để tổng hợp một peptit có trật tự xác định các đơn vị aminoaxit trong phân tử cần phải “bảo vệ” nhóm amino hay nhóm cacboxyl nào đó khi không cần chngs tham gia phản ứng tạo ra li[r]
(1)1 SangKienKinhNghiem.org
Tổng Hợp Hơn 1000 Sáng Kiến Kinh Nghiệm Chuẩn
Huongdanvn.com –Có 1000 sáng kiến kinh nghiệm hay CHƯƠNG I: AMIN VÀ MUỐI ĐIAZONI
Bài: AMIN I.KHÁI NIỆM
1.Định nghĩa
Amin dẫn xuất H NH3, gốc hiđrocacbon béo hay thơm Amin loại béo: gốc hiđrocacbon gốc ankyl hay xicloankyl
CH3-CH2CH2-NH2 Amin thơm, gốc hyđrocacbon nhân thơm:
NH2 2.Bậc amin:
Amin bậc 1, có nhóm chức amin -NH2 đính với gốc hiđrocacbon Amin bậc 2, có nhóm chức amin –NH đính với hai gốc hiđrocacbon Amin bậc 3, N đính với gốc hiđrocacbon
RNH2 (CH3)2CNH2 R2NH CH3CH2NHCH3 R3N (CH3)3N amin bậc amin bậc hai amin bậc ba II.DANH PHÁP
Amin thường gọi theo tên thông thường IUPAC Tên gốc hiđrocacbon+amin
(viết liền chữ)
X-amino + tên hiđrocacbon
Tên thông thường Tên IUPAC
CH3NH2 (CH3)2NH (CH2CH2CH2)3N
CH3CH2CH-NH2 CH3
CH3CH2CH - N - CH2CH3 CH3 CH3
NH2
N(CH3)2
NH2 C
H3
metylamin đimetylamin tri-n-propylamin sec-butylamin
metyletyl-sec-butylamin
phenylamin,anilin
đimetylphenylamin đimetylanilin p-toluiđin
aminometan
N-metylaminometan N,N-đipropylaminopropan Amino-2-butan
N, N-etylmetylamino-2-butan
aminobenzen(benzenamin)
N, N-đimetylbenzenamin N, N-đimetylanilin p-aminotoluen
III.PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP
(2)2 CH3CH2-Br + NH3 CH3CH2NH3+Br-
NaOH
CH3CH2NH2 2.Phản ứng khử
a, Khử hợp chất nitro CH3
NH2
CH(CH3)2
CH3
NO2
CH(CH3)2
Nhóm nitro bị khử thành amin bậc Phản ứng chủ yếu dùng để điều chế amin thơm Tác nhân khử hiđro hóa xúc tác hay tác nhân khử hóa học dung dịch
[H] p, to CH3
NH2
NH2
CH3
NO2
NO2
Fe
C2H5OH, HCl, to
b,Khử hợp chất nitrin
Nitrin bị khử hiđro xúc tác LiAlH4 dung dịch để tạo thành amin bậc nhất:
H2/Ni
R-C≡N R-CH2-NH2 hay LiAlH4
IV.CẤU TRÚC
Amin sản phẩm NH3, nên nói chung có cấu trúc giống cấu trúc NH3: NH3 R-NH2 R-NH-R R-N-R | R V.TÍNH CHẤT HĨA HỌC
Tính bazơ
Amin bazơ Lewis amin có cặp electron n không liên kết N tương tự ancol, ete Khi xét amin có tính bazơ, cần so sánh tính ổn định amin so với muối amoni Nếu ion amoni ổn định amin amin có tính bazơ Khi so sánh tính bazơ amin béo, cần ý hai nhân tố: nhân tố phân cực nhân tố solvat hóa.
Nếu xét theo nhân tố phân cực, tăng gốc R làm tăng mật độ electron N, vừa làm tăng khả kết hợp proton, vừa làm tăng tính ổn định ion amoni Do tính bazơ giảm theo thứ tự:
R3N > R2NH > RNH2
Nếu xét theo nhân tố solvat hóa ion amoni, số lượng proton ion amoni nhiều khả solvat hóa ion lớn, đó, tính bazơ thay đổi theo thứ tự:
RNH3+ > R2NH+2 > R3NH+
(3)3 RNH2 < R2NH > R3N
NH2 NHR NR2
Tính bazơ amin thơm –béo thay đổi theo thứ tự trên:
< >
Sự tạo muối
Do có tính bazơ, amin có khả tạo muối với axit: C6H5NH2 + HCl C6H5NH3+Cl -(CH3)2NH + HNO3 (CH3)2NH2+ .NO3
-C6H5N(CH3)2 + RCOOH C6H5NH+(CH3)2.RCOO- Các ion amoni có khả tan tốt nước amin:
CH3(CH2)9NH2 + HCl CH3(CH2)9NH3+NH3+Cl ( không tan) (tan tốt) 3.Phản ứng hiđrô N-H
3.1 Phản ứng ankyl hóa
Hiđro đính với N bị gốc hiđrocacbon amin tương tác với halogenua ankyl bậc 1, 2, hay thơm Nếu ankyl hóa hồn tồn thu muối amoni bậc 4:
R’X R’X R’X
RNH2 RR’NH RR’2N [RR’3N]+X
Muối amoni bậc hợp chất inoic, có nhiệt độ nóng chảy cao dễ tan nước…
Chú ý: Các dẫn xuát thơn tham gia phản ứng có nhóm hút electron vị trí ortho pa ra, thí dụ 2, 4-(NO2)C6H3F
3.2 Phản ứng axyl hóa
Amin bậc amin bậc hai phản ứng với halogenua axit hay anhiđrit axit tạo thành amit: 2CH3NH2 + CH3COCl CH3NH-CO-CH3 + CH3NH3+Cl
CH3NH2 + (CH3CO)2O CH2NH-COCH3 + CH3COOH Tổng quát: R - NH2 + Cl - CO - R’
taïch cäüng
R - NH - COR’ + HCl R - NH2 + R’COO - CO - R’
taïch cäüng
R - NH - COR’ + R’COOH Nếu dùng clorua axit cần lượng tương đương để trung hòa axit clohiđric tạo thành
Ứng dụng: Để bảo vệ nhóm -NH2 tổng hợp hữu
Nhờ phản ứng axetyl hoá (dùng axetyl clorua anhiđrit axetic người ta bảo vệ nhóm amino tổng hợp hữu )
Để bảo vệ nhóm amino aminoaxit peptit qua trình tổng hợp peptit, khơng dùng phản ứng axetyl hố được, muốn giải phóng nhóm -NH2 khỏi -NHCOCH3 phải thuỷ phân, làm đứt ln liên kết peptit - CO - NH - Tốt hết nên dùng C6H5CH2OCOCl (benzyl oxicacbonyl clorua) cần giải phóng nhóm - NH2 dùng phản ứng khử H2/Pd (khơng ảnh hưởng tới liên kết peptit) Thí dụ tổng hợp đipeptit Ala-Gly theo sơ đồ:
C6H5CH2OCOCl H2NCH(CH3)-COOH C6H5CH2OCO HNCH(CH3)-COOH H2NCH2COOCH2C6H5
DDC C6H5CH2OCO HNCH(CH3)-CO HNCH2COOCH2C6H5
H2/Pd/C
C6H5CH3 CO2 H2NCH(CH3)-CO HNCH2COOCH2C6H5
+
2 + +
(DCC: đixiclohexylcacbođiimit) 3.3 Phản ứng với axit nitrơ:
(4)) (
4 Axit nitrơ tác dụng với amin bậc hai sinh nitrosoamin(N - nitrosoamin) có màu vàng, nhờ phân biệt amin bậc hai với amin bậc Thí dụ:
(C2H5)2NH + HONO ) (
H
(C2H5)2N – N = O + H2O (Chất lỏng màu vàng)
Amin bậc tác dụng HONO sinh muối điazoni RN ) (
NX(-) (từ RNH 2) ArN
) (
NX(-) (từ ArNH
2) Cơ chế phản ứng amin bậc tương tự trường hợp amin bậc hai chỗ lúc đầu tạo hợp chất nitroso, sau phản ứng tiếp sau:
R- NH - N = O R - N = NOH2 N
H
R- NH = NOH
+ -H+
R - N = NOH H
+ +
R - N
Đáng ý muối điazoni dãy béo RN N không bền nên chuyển hố thành ancol giải phong khí nitơ Trong ấy, muối điazoni dãy thơm lại bền nhiệt độ thấp phân huỷ thành phenol đồng thời giải phóng N2 đun nóng Thí dụ:
C2H5 - NH2 NaNO2 C2H5 - N NCl
OH2
N2 C2H5OH HCl, 00C
+
-+ + HCl
C6H5 - NH2 NaNO2
OH2
N2 C6H5OH
C6H5 - N NCl
HCl, 00C
+
-+ + HCl
®un
Muối điazoni thơm ArN2(+)X(-) dùng rộng rãi tổng hợp hữu 3.4 Phản ứng nhân thơm:
Các nhóm -NH2, -NHR - NR2 (R = ankyl) hoạt hoá nhân thơm định hướng ortho -para
a, Halogen hoá
Nước brom dễ dàng phản ứng với anilin cho 2, 4, tribromoannilin (kết tủa trắng), với p -toluidin p - CH3C6H4NH2 cho 2,6 - đibrom - - metylanilin
Brom lỏng tác dụng vào vị trí para N - axetylanilin (hay axetanilit) C6H5NH -COCH3; thuỷ phân sản phẩm sinh p - bromanilin.
Iot hỗn hợp với NaHCO3 (để trung hoà HI sinh phản ứng) tác dụng với anilin cho ta p - Iotanilin
b, Nitro hố
Khơng thể trực tiếp nitro hố anilin HNO3, amin bị proton hố trở thành muối amoni; nhóm -
) (
H
N sinh phản hoạt hoá mạnh định hướng vào vị trí meta, muốn
mononitro hố anilin phải bảo vệ nhóm - NH2 nitro hố, sau giải phóng - NH2
NH2 NHCOCH
3 NHCOCH3
NO2
NH2
NO2
(CH3CO)2O HNO
3, H2SO4 H3O+
OH-1) 2)
(5)5
NH2 NHCOCH
3 NHCOCH3
SO3H
(CH3CO)2O H
2SO4 HNO3, H2SO4
NHCOCH3
SO3H
HNO3, H2SO4
NHCOCH3
SO3H
NO2 H2SO4 OH2
NHCOCH3
NO2
Bài: MUỐI ĐIAZONI
I.CẤU TRÚC CỦA CATION ĐIAZONI
Ion điazoni có nhóm N2 hay N≡N mang điện tích dương phân bố hai nitơ tập trung N đính với phân tử benzen nhiều hơn:
N N hay N N (Ar-N2)
+
+ +
trong hệ liên hợp, liên kết liên hợp với hệ nhân benzen liên kết nằm thẳng gốc với mặt phẳng
II.TÍNH CHẤT HĨA HỌC
Muối điazoni thơm ArN2(+)X(-) đóng vai trò chất phản ứng phản ứng thay nhóm - N2(+), mặt khác tác nhân electrophin tham gia phản ứng electrophin nhân thơm, phản ứng ghép
Phản ứng nhóm -N2(+)
1.1 Thế -N2(+) -OH -I
Ar - N N
-N2
Ar - Y +
Ar+
Khi đun nóng dung dịch ArN2(+), H2SO4(-) nước sinh ArOH theo chế nêu (H2SO4(-) có tính nucleophin H2O) Phản ứng dùng để tổng hợp phenol từ amin thơm Thí dụ:
m - NO2C6H4NH2
NaNO2, H2SO4, H2O
m - NO2C6H4N2HSO4 OH2 m - NO2C6H4OH N2
+
-t0 +
Khác với H2SO4(-) có tính nucleophin nước, anion I(-) óc tính nucleophin cao nước nhiều, nên dễ tác dụng với muối điazoni sinh ArI Thí dụ:
C6H5NH2 NaNO2, HCl C6H5N2Cl
KI
C6H5I
0 - 50C 250C
+
-1.2.Thế -N2(+) - Cl, -Br -CN (phản ứng Sandmeyer)
Nhỏ giọt huyền phù Cu2X2 (X = Cl, Br CN) vào dung dịch ArN2(+)X(-) lạnh xảy phản ứng -N2(+) -X Thí dụ:
C6H5NH2 NaNO2, HCl C6H5N2Cl
KI
C6H5I
0 - 50C 250C
(6)-6
o-ClC6H4NH2 NaNO2, HBr o-ClC6H4N2Br Cu2Cl2
o-ClC6H4Br - 50C
+
p-CH3C6H4NH2
NaNO2, HCl
p-CH3C6H4N2Cl
Cu(CN)2
p-CH3C6H4CN - 50C
+ -
-1.3 Thế -N2(+) bằg -F -NO2
Sau điều chế muói arenđiazoni tetrafluoroborat ArN2(+) BF4(-) đem nhiệt phân ArF cho tác dụng với NaNO2/Cu ArNO2 Thí dụ:
p-NO2C6H4NH2 NaNO2
HBF4 p-NO2C6H4N2BF4
-N2, -BF3
NaNO2/Cu
p-NO2C6H4F
p-(NO2)2C6H4
+
-to
1.4 Thế -N2(+) -H Phản ứng khử:
Dùng axit hipophotphorơ(H3PO2) etanol khử muối điazoni ArN2(+) thành ArH:
ArNH2 NaNO2, H ArN
2
H3PO2 C2H5OH
+
0 - 50C
+
hc ArH
Nhờ phản ứng người ta loại bỏ nhóm amino vịng thơm tổng hợp dẫn xuất khơng thể điều chế phản ứng trực tiếp Thí dụ từ toluen tổng hợp m - bromotoluen:
CH3
NHCOCH3 Br CH3
CH3
NH2 Br
CH3
N2 (+)Cl-Br
CH3
Br CH3
NO2
CH3
NH2
CH3
NHCOCH3
HNO3 Sn, HCl (CH3CO)2O Br2
H3PO2
-H3PO3
NaNO2 OH2
xt
HCl
2 Phản ứng ghép:
Ion arenddiazoni ArN2(+) tác nhân electrophin không mạnh, thường tác dụng với chất thơm giàu mật độ electron amin, phenol, theo chế electronphinin:
R - N N H Y R-N=N Y
S
+
+ E
2
(7)7 Nếu cấu tử azo phenol, phản ứng ghép xảy vị trí para pH tối ưu - 10 để chuyển -OH thành -O(-) có hiệu ứng +C mạnh Ở pH cao ArN
) (
N chuyển thành ArN = NOH Ar - N = N-O(-) khơng cịn tính electrophin Thí dụ:
C6H5 - N N O C6H5-N=N
S
O
+
+ E
2
(-) (-)
2.2.Amin thơm
Nếu cấu tử azo amin thơm bậc C6H5 - NR2pH thuận lợi 5-9, phản ứng xảy vị trí para Thí dụ:
C6H4-N N N(CH
3)2 C6H5-N=N N(CH3)2
+
+
Phản ứng muối điazoni với amin thơm bậc xảy nguyên tử nitơ Thí dụ:
C6H5 - N N+ + H2N - C6H5 C6H5-N=N - NH - C6H5
Đối với amin thơm bậc hai C6H5NHCH3 phản ứng xảy nitơ lẫn vị trí para vịng thơm Thí dụ:
C6H5 - N N NHCH3
C6H5 - N=N NHCH3
C6H5 - N=N - N(CH3)2
+
(8)8
CHƯƠNG II: AMINOAXIT - PROTIT
Bài: AMINOAXIT
I ĐỊNH NGHĨA-CẤU TRÚC - DANH PHÁP
1.Định nghĩa: Aminoaxit HCHC tạp chức, phân tử có chứa đồng thời nhóm chức -NH2 (amino) -COOH (-cacboxyl)
2.Công thức tổng quát:
CT chung: (NH2)x R (COOH)y
x = y x > y y > x Khi x=1, y= 1, R: no, mạch hở CT
NH2 - CnH2n - COOH VD: C3H7O2N Đồng phân aa?(2 đ p)
3.Cấu trúc: Đa số aa thiên nhiên , dãy L
trạng thái rắn tồn ion lưỡng cực, dung dịch tồn dạng cân
Ví dụ 1: Cấu hình R/S D/L hầu hết amino axit ? (b) Viết cấu hình tuyệt đối (i) L-cystein (ii) L-serin
(a) S L
(b) (i)
COO
CH2SH
H H3N
(ii)
COO
CH2OH
H H3N
Ví dụ: (a) Viết tất đồng phân lập thể threonin (dạng công thức Fischer) (b) Xác định L-threonin cho biết danh pháp R/S
(a)
COO
-CH3
H OH H3N+
H
COO
-CH3 +NH
3
H H
HO
COO
-CH3
H H H3N+
HO
COO
-CH3 +NH
3
OH H
H
racemat-1 (threo) racemat-2 (erythro)
(b) Các cấu hình tương ứng với racemat-1 L- threonin, với racemat-2 L- D-allothreonin, L- xác định theo cấu hình C Nếu có C bất đối nhóm R, cấu
hình khơng liên quan đến kí hiệu D,L hay R,S amino axit L-threonin (2S,3R) Đồng phân lập thể dia - (2S,3S)-threonin- gọi L-allothreonin
4.Danh pháp: a,Tên thường:
Axit +Kí hiệu vị trí (-NH2) [(,,, )]+ amino + tên thông thường axit tương ứng b,Tên quốc tế:
Axit+vị trí nhóm -NH2 +amino+tên quốc tế axit HC
5.Tính axit , bazơ aa
Tên Kí hiệu Cơng thức
(9)9
Glixin Gly H3N+CH2COO
-Alanin Ala H3N+CH(CH3)COO
-Valin* Val H
3N+CH(i-Pr)COO
-Leuxin* Leu H
3N+CH(i-Bu)COO
-Isoleuxin* ILeu H
3N+CH(s-Bu)COO
-Serin Ser H3N+CH(CH2OH)COO
-Threonin* Thr H
3N+CH(CHOHCH3)COO
-Monoaminodicacboxylic dẫn xuất amit
Axit aspatic Asp HOOC-CH2-CH(+NH3)COO
-Asparagin Asp(NH2) H2NOC-CH2-CH(+NH3)COO
-Axit glutamic Glu HOOC-(CH2)2-CH(+NH3)COO
-Glutamin Glu(NH2) H2NOC-(CH2)2-CH(+NH3)COO
-Diaminomonocacboxylic
Lysin* Lys H
3N+-(CH2)4-CH(NH2)COO
-Hydroxylizin Hylys H3N+-CH2-CHOH-CH2-CH2-CH(NH2)COO
-Arginin* Arg H
2N+=C(NH2)-NH-(CH2)3-CH(NH2)COO
-Aminoaxit chứa lưu huỳnh
Systein CySH H3N+CH(CH2SH)COO
-Cystin CySSCy -OOC-CH(+NH
3)CH2S-SCH2CH(+NH3)COO
-Methionin* Met CH
3SCH2CH2CH(+NH3)COO
-Aminoaxit thơm
Phenylalanin* Phe PhCH
2CH(+NH3)COO
-Tyrosin Tyr p-C6H4CH2CH(+NH3)COO
-Aminoaxit dị vòng
Histidin* His
N HN
CH2 CH
+NH
COO
-Prolin Pro
N
H H
H COO
-Hydroxyprolin Hypro
N
H H
H COO -H
HO
Tryptophan* Try
N H
CH2 CH
+NH3 COO
-II Tính chất vật lý:
Chất rắn, khơng màu, đa số tan tốt, có nhiệt độ nước tương đối cao III Tính chất hố học:
(10)1 Tính lưỡng tính
tÝnh baz tÝnhaxit
OH- + H
3N+CHRCOOH H3N+CHRCOO- +
H2O
H2NCHRCOO- + H3O+
cation A ion lưỡng tính B anion C
(+1) (0) (-1)
Giá trị pH mà phân tử aminoaxit tồn dạng ion lưỡng cực (I) cân điện tích khơng di chuyển điện cực gọi điểm đẳng điện kí hiệu pH1
Giá trị điểm đẳng điện aminoaxit thiên nhiên giới thiệu bảng 17.1 Điểm đẳng điện axit monoaminomonocacboxylic tính theo biểu thức:
2
1
a
a pK
pK pH
Giá trị pKa1 ứng với nhóm -COOH, pKa2 ứng với nhóm NH3
Ví dụ glyxin, pK
a1 = 9,6 tính pH1 = (2,34 + 9,6) : = 5,97
Các aminoaxit có giá trị pH1 khác nên giá trị pH xác định aminoaxit dịch chuyển catot anot với vận tốc khác Dựa vào đặc tính người ta xây dựng phương pháp điện di để phân tách aminoaxit từ hỗn hợp chúng
2 Tính chất nhóm cacboxyl: a, Phản ứng este hoá:
Tương tự axit cacboxylic, aminoaxit phản ứng với ancol có axit vơ xúc tác cho este (ở dạnh muỗi) Ví dụ:
H3N - CH(R) - COO +C2H5OH bão hịa khí HCl H3N - CH(R) - COOC2H5 Cl +OH2
+ - +
Rửa sản phẩm dung dịch NH3 thu este: H2N- CH(R) - COOC2H5
b, Phản ứng đecacbolxyl hoá:
Phản ứng tách CO2 từ nhóm cacboxyl xảy thể nhờ enzim đecacboxyllaza: H2N - CH(R) - COOH
za decaboxyla
R - CH2 - NH2 + CO2 3 Tính chất nhóm amino:
a, Phản ứng với axit nitrơ HNO2
Tương tự amin bậc một, aminoaxit phảnu ứng với axit nitrơ giải phóng N2 tạo thành hiđroxiaxxit:
H3NCH(R)COOHONOHOCH(R)COOH N2 H2O
Dựa vào thể tích N2 tính lượng aminoaxit dung dịch b, Phản ứng đeamino hoá (tách nhóm amino)
Phản ứng xảy thể nhờ enzim, aminoaxit chuyển thành xetoaxit NH3 Ví dụ: CH3 - CH(NH2) - COOH
O ,enzim
CH3 - C - COOH + NH3
O
Alamin Axitpiruvic c, Phản ứng ankyl hoá aryl hố
Nhóm amino aminoaxit ankyl hoá aryl hoá dẫn xuất halogen tạo dẫn xuất N-ankyl N - aryl tương ứng Ví dụ :
CH3I H3N - CH2 - COO N H
H C
H3 CH2-COO
(11)1
F O2N
NO2
H3N - CH2 - COO O2N
NO2
NH-CH2-COOH
-+
+ + HF
N-(2,4-dinitrophenyl) glyxin d, Phản ứng axyl hoá:
Nhóm amino phân tử aminoaxit axyl hố để dàng halogenua axit mơi trương kiềm Vídụ:
O
C6H5 - C - Cl H3N - CH(R) - COO OH /H2O H
O
C6H5 - C - NH(R) - COOH + HCl
-+
+ 1)
-2) + Cũng axyl hóa anhiđrit axetic:
Cũng axyl hóa anhiđrit axetic:
O
(CH3- CO)2 O H3N - CH(R) - COO
O
CH3 - C - NH(R) - COOH + CH3COOH
+
-+ t0
e, Phản ứng ngưng tụ với anđehit fomic (Phản ứng sorenxen)
Aminoaxit phản ứng dễ dàng với anđehit fomic tạo thành dẫn xuất chứa nhóm metylenamino: H3 NCH(R)COOHCH OCH2 N CH(R)COOHH2O
Do nhóm amino bị khố nên chuẩn độ nhóm cacboxyl kiềm Đây phản ứng quan trọng dùng để định lượng aminoaxit để đánh giá mức độ thuỷ phân protein
4 Tính chất phân tử: a, Tác dụng nhiệt
Các-aminoaxit (hoặc este củachúng) đun nóng tạo thành điamitvịng cạnh gọi đixetopiperazin, hai phân tử aminoaxit bị tách hai phân tử nước (hoặc hai phân tử ancol) Ví dụ:
O C H2
N H
NH CH2 O
OH2 NH3
C H2
O C
O
H3N-CH2 C = O O
Dixetpiperazin
+ t0
+
+
-
-+
NH2
R - C C OC2H5 O
H2N-CH - R C = O C2H5O
O R-CH
N H
NH CH-R O
C2H5OH
+ +
+ t0
(12)1 O C H2 N H NH CH2 O
H2O, H
O
H3N CH2- C - NH - CH2 - COOH
H2O, H
H3N - CH2 - COO
+ +
(nhóm peptit) Dipeptit
+ +
-2
Khi đun nóng, đipeptit lại khép vịng tạo thành đixetopiperazin
Các -aminoaxit bị tách NH3 nhiệt tạo thành axit, -không no: H3N - CH2 - CH2 - COO CH2=CH-COOH +NH3
-+ t0
Các , vaì -aminoaxit tác dụng cuat nhiệt bị tách nước tạo thành amit vòng, thường gọi lactam:
CH2 - CH2 - CH2 C = O O
NH3 C=O
C H2 C H2 C H2 NH OH2 -+ to + Butirolactam b, Phản ứng tạo hợp chất phức
Các -aminoaxit phản ứng với số ion kim loại nặng cho hợp chất phức khó tan, thường có màu đặc trưng Ví dụ hợp chất phức glyxin với Cu2+:
OH2 Cu O C C H2 NH2 O
O 1C
CH2 N
H2
O CH2 - COO
NH3
Cu(OH)2 +
-+
2 +
KÕt tđa mµu xanh
2
5 Phản ứng màu aminoaxit: a, Phản ứng với ninhiđrin
Các -aminoaxit phản ứng với ninhiđrin (còn gọi trixeto hiđrinđen hiđrat) cho sản phẩm màu tím xanh tan nước (riêng prolin cho sản phẩm màu vàng):
OH OH O
O
R - CH - COOH
NH2 OH
H O
O
NH3 CO2 RCH=O
O O N O O NH3 + + + + tím xanh + Ninhidrin +
Phản ứng nhạy, phát đến microgam -aminoaxit, phản ứng dùng để phân tích định tính đinh lượng -aminoaxit Để định lượng -aminoaxit dùng phương pháp so màu đo cường độ màu dung dịch phản ứng, dùng phương pháp đo thể tích CO2
(13)1 Các aminoaxit có gốc hiđrocacbon thơm (Phe, Tyr, Trp ) phản ứng với HNO3 đặc nóng cho sản phẩm màu vàng
c, Phản ứng với thuốc thử Milon
Các aminoaxit có gốc phenol (Tyr ) phản ứng với thuốc thử Milon (hỗn hợp Hg(NO3)2 HNO3 đặc) đun nóng cho sản phẩm màu đỏ
d, Phản ứng Pauli
Phản ứng Pauli đặc trưng cho tryptophan Tryptophan phản ứng với axit điazobenzensunfonic dung dịch kiềm cho sản phẩm có màu đỏ anh đào
e, Phản ứng Ađamkevic Hopkin
Phản ứng đặc trưng cho aminoaxit chứa vòng inđol tryptophan Tryptophan phản ứng với axit gloxilic (O=CH-COOH) có mặt H2SO4 đặc cho sản phẩm có màu tím
g, Phản ứng Sacaguchi
Phản ứng đặc cho arginin Arginin phản ứng với hỗn hợp natri -naphtolat natri hipobromat cho sản phẩm màu đỏ
IV-ĐIỀU CHẾ AMINOAXIT 1 Thuỷ phân protein
Thuỷ phân protein nhờ xúc tác axit, kiềm hay enzim thu hỗn hợp L-aminoaxit:
H2N-CH R
CO NH CH CO -R'
HN-CH R"
CO - H2O/H
H2N-CH R
COOH H2N-CH
R'
CO HN-CH
R"
COOH
+ +
Nhờ phương pháp thích hợp (sắc, kí, điện li ) tách riêng rẽ aminoaxit 2 Amin hoá axit -halogencacboxylic (phưong pháp Peckin)
Cho axit -halogencacbõylic tác dụng với dung dịch amoniac đặc nhiệt độ phòng thu -aminoaxit.
H2N-CH X
COOH NH3 H2N-CH
NH3
COO
-
NH4Br ++
+
3 Ankyl hoá este axit aminomalonic N-thế
Este axit aminomolonic N-thế (III) điều chế từ đietyl monobrommalonat (I) kali phtalimiđat (II):
O
O N
-BrCH(COOC2H5)2
O
O
N CH(COOC2H5)2
K
+
+
-KBr
DietylN-phtalimitmalonat (I)
(II) (III)
(14)1 O
O
N CH(COOC2H5)2
O
O
N CR(COOC2H5)2
H3O+ -CO2
R-CH - COO
NH3 COOH
COOH
C2H5OH (III) 1)Bazo RX 2) (III)
-+ + +Phương pháp dùng để điều chế nhiều a-aminoaxit, ví dụ methionin, axit glutanic :
O
O
N CH(COOC2H5)2
C2H5ONa
C2H5ONa
CH3SCH2CH2Cl
CH2=CH-COOC2H5
H2O/H+
H2O/H+
CH3SCH2CH2-CH - COO NH3
HOOCCH2CH2-CH - COO
NH3 (III) 1) 2) 2) 1) to to
-+ + -Me thionin Axit glutamic 4 Tổng hợp Streckơ (Strecker)Các -aminoaxit tổng hợp cách thuỷ phân -aminnonitrin theo sơ đồ phản ứng:
RCH=O +NH3 + HCN R-CH-N N NH2
H2O/H R-CH
NH3
COO
-+ +
+
5 Điều chế -aminoaxitAxit - aminocaproic axit - aminoenantoic (đều khơng có thiên nhiên) nguyên liệu quan trọng để sản xuất tơ capron tơ enang
Axit - aminocaproic điều chế từ oxim xiclohexanon Khi đun nóng oxim với H2SO4 đặc thu caprolactam, sau thuỷ phân thành axit -aminocaproic:
O H
2N-OH
OH2
N-OH H 2SO4
C H2 C H2 C=O C H2 NH C
H2 CH
H2O/H H
2N-(CH2)5-COOH Oxim cña xiclohexanon
đặc
+
Axit -aminoenantoicđược điều chế từ etilen cacbon tetraclorua nhờ phản ứng telome hoá tạo thành 1, 1, 1, - tetraclohepan, sau thuỷ phân amin hố:
CH2=CH2 CCl4 ClCH
2-(CH2)5-CCl3
H2O/H2SO4
ClCH2-(CH2)5-COOH NH3 NH
2CH2-(CH2)5-COOH
3
Bài: PEPTIT
(15)1 Một số chất peptit có thể người Ví dụ mơ có cacnozin anserin (đều đipeptit), gan não có glutation (tripeptit) Glutation cịn có mầm lúa mì số loại nấm Một số peptit hormon thể sinh vật insulin, oxytoxin
II - Cấu trúc danh pháp: Cấu trúc
Peptit thiên nhiên hợp chất polime a minoaxit, gồm từ đến khoảng 50 đơn vị
oaxit a min
kết hợp với nhờ liên kết peptit. Liên kết peptit
- H N - C H R
C O N H - C H R
C O -
Nhóm peptit
Tuỳ thuộc vào số đơn vị (2, 3, 4, , n) aminoaxit phân tử người ta phân chia thành đipeptit, tripeptit, tetrapeptit polipeptit Theo quy ước peptit có phân tử khối 10000 gọi polipeptit; peptit có phân tử khối thấp gọi oligopeptit
Trong phân tử peptit, đầu mạch chứa đơn vị aminoaxit cịn nhóm -NH2 ( +NH3) gọi “đầu N”, đầu mạch chứa đơn vị aminoaxit cịn nhóm -COOH (hay COO ) gọi “đi C” Theo quy ước, đầu mạch có nhóm -NH2 viết phía bên trái, cịn đầu có nhóm -COOH viết phía bên phải:
-CH R
CO NH
H2N-CH R
CO NH - CH
R
COOH
Aminoaxit đầu N Aminoaxit đầu C
Nhúm peptit -CO -NH- có cấu trúc phẳng, nguyên tử H nhóm -NH- nằm vị trí anti đối nguyên tử O nhóm cacbonyl Liên kết peptit C-N mang phần đặc điểm liên kết đôi C=N
Do liên kết peptit khó quay tự xung quanh trục C-N, khả quay tự liên kết đơn C với nhóm peptit lớn Đó nguyên nhân dẫn đến cấu trúc xoắn mạch polipeptit (xem protein)
Tương tự aminoxit, phân tử peptit tồn dạng ion lưỡng cực, peptit hợp chất lưỡng tính.
*Tính axit bazơ
Ví dụ: Có hỗn hợp protit gồm pepsin (pHI = 1,1), hemoglobin (pHI = 6,8) prolamin (pHI = 12,0) Khi tiến hành điện di dung dịch protit nêu pH = 7,0 thi ba vết chất (xem hình)
Xt ph¸t
Cùc (+) Cùc (-)
A B C
Cho biết vết chất đặc trưng cho protit ? Giải thích
Bài giải :Vết A pepsin, vết B hemoglobin vết C prolamin.
Giải thích : Pepsin protit có tính axit mạnh (pHI = 1,1) nên tồn dạng anion pH =7, tác dụng điện trường chuyển cực dương (anot) Hemoglobin (pHI = 6,8) tồn lưỡng cực với điện tích khơng pH = 7, gần khơng chuyển dịch Prolamin protit có tính bazơ mạnh (pHI = 12,0) nên tồn dạng cation pH =7, tác dụng điện trường chuyển cực âm (catot)
Danh pháp
Tên peptit gọi theo quy tắc sau:
(16)1 - Những aminoaxit có nhóm cacboxyl tham gia tạo liên kết peptit gọi tên cách đổi đuôi in thành đuôi yl (xem 17.1), aminoaxit đứng cuối mạch cịn nhóm cacboxyl (đi C) giữ ngun tên Ví dụ:
H2N – CH2 – CO – NH – CH(CH3) – COOH Glyxylalanin (Gly – Ala) H2N – CH(CH3) – CO – NH – CH2 – COOH Alanyl glyxin (Ala – Gly) H2N – CH2 – CO – NH – CH – CO – NH – CH2 – COOH Glyxyl phenylalanylglyxin C6H5 – CH2 (Gly-Phe-Gly)
III- Tính chất:
Tính chất vật lí:
Những peptit có phân tử khối thấp chất kết tinh tan tốt nước Các peptit có phân tử khối lớn chất vơ định hình, tạo thành dung dịch keo với nước
Tính chất hố học: a, Phản ứng thuỷ phân:
Các peptit bị thuỷ phân hoàn toàn dung dịch axit nóng dung dịch kiềm nóng cho sản phẩm cuối hỗn hợp aminoaxit Thường thuỷ phân dung dịch HCl 2N 1100C khoảng 24 - 72 Ví dụ: H+, t0
H2N-CH R
CO NH CH CO -R'
HN-CH R"
CO - nH2O
H2N-CH R
COOH H2N-CH
R'
COOH H2N-CH R"
COOH +
+ + +
Các peptit thuỷ phân khơng hồn tồn đoạn peptit ngắn nhờ enzim đặc hiệu:
- Aminoaxit N -đầu mạch tách khỏi mạch nhờ enzim aminopeptiđaza Ví dụ: aminopeptiđaza
H2N-CH R
CO NH CH CO
-R'
HN-CH R"
CO - nH2O
H2N-CH R
COOH H2N-CH
R'
CO HN-CH
R"
COOH +
+ +
- Aminoaxit C-đầu mạch tách khỏi mạch nhờ enzim cacboxipeptiđaza cacboxipeptiđaza
- HN-CH R
CO NH CH CO -R'
HN-CH R"
COOH nH2O
- HN-CH R
CO HN-CH R'
COOH H2N-CH R"
COOH +
+ +
- Để phân cách số liên kết peptit xác định phân tử peptit (hoặc protein) dùng enzim proteaza tripsin, chimotri-psin, pepsin Trípin xúc tác cho phân cắt liên kết peptit sau gốc lysin arginin Chimotripsin xúc tác cho phân cắt lien kết peptit sau gốc phenylalanin, tryptophan, tyrosin, leuxin, axit aspactic axit glu tamic Ví dụ:
NHCHCO- -NHCHCO
R
-NHCHCOO R
-H3NCHCO- R1
enzim
R1 +
+
(17)1
Enzim Aminoaxit đầu N
Tripsin Lys, Arg
Chi motripsin Phe, Trp, Tyr
Pepsin Phe, Trp, Tyr, Leu, Asp, Glu
b, Phản ứng với 2,4 - đinitroflobenzen:
Tương tự aminoaxit, nhóm -NH2 đơn vị aminoaxit N-đầu mạch phản ứng với 2,4-đinitroflobenzen cho dẫn xuất 2,4-đinitro-phenyl (DNP) màu vàng :
O2N F
NO2
H2NCH-CONH-CH-CO- O2N
NO2
NHCHCONH-CHCO-R R R R
+HF +
Phản ứng dùng để xác định trật tự xếp đơn vị aminoixit phân tử peptit (Phương pháp Sanger)
c, Phản ứng màu biure
Phản ứng màu biure đặc trưng cho liên kết peptit, tất cá peptit có từ hai liên kết peptit trở lên phản ứng với dung dịch CuSO4 lỗng mơi trường kiềm cho dung dịch hợp chất phức có màu tím tím đỏ
Phản ứng biure dùng để phântích định tính (nhận biết) phân tích định lượng peptit prrotein
IV - Tổng hợp peptit:
Khác với nhiều loại hợp chất hữu khác, phản ứng tổng hợp (điều chế) peptit phức tạp Không thể tổng hợp peptit mong muốn nhờ phản ứng trùng ngưng phân tử aminoaxit khác nhau, tạo hỗn hợp peptit Ví dụ trường hợp đơn giản ngưng tụ hai phân tử aminoaxit khác tạo đipeptit:
Glixin + Alanin -H2O
Gly-Gly Ala-Ala Gly-Ala Ala-Gly
Do để tổng hợp peptit có trật tự xác định đơn vị aminoaxit phân tử cần phải “bảo vệ” nhóm amino hay nhóm cacboxyl không cần chngs tham gia phản ứng tạo liên kết peptit Nhóm bảo vệ cần thoả mãn số tiêu chuẩn sau:
- Dễ gắn vào phân tử aminoaxit
- Bảo vệ nhóm chức điều kiện hình thành liên kết peptit - Dễ loại mà không ảnh hưởng đến tồn liên kết peptit
Bảo vệ nhóm amino:
Nhóm amino thường bảo vệ nhóm benzyloxicacbonyl (C6H5 - CH2O - C -, cịn gọi O
cacbobenzonxi kí hiệu Cbz) cách cho aminoaxit phản ứng với benzyl clofomiat (C6H5-CH2-O-CO-Cl, cacbonbenzoxi clorua) dung dịch Ví dụ:
C6H5CH2OCOCl H3NCH2COO
- C6H5CH2OCONHCH2COO
H3O
C6H5CH2OCONHCH2COOH +
+
-
dd NaOH5oC 30 phót
-+
(18)1 Sau tổng hợp peptit nhóm bảo vệ loại khỏi phân tử peptit nhờ phản ứng hiđro phân:
NHCHCO- C6H5CH2-OCONHCHCO
R
H2/Pd
C6H5CH3 HOCONHCHCO NHCHCO- R
CO2 H2NCHCO NHCHCO-
R R1
+
R1
+
R1
Bảo vệ nhóm cacboxyl:
Nhóm cacbonxyl thường bảo cách chuyển thành metyl hay etyl benzyl este. Nhóm este dễ thuỷ phân nhóm peptit nên loại khỏi phân tử peptit cách thuỷ phân dung dịch kiềm:
C6H5CH3 HOCONHCHCO NHCHCO- R
CO2 H2NCHCO NHCHCO-
R - C-NHCH(R)-COOCH3
O
OH/H2O H3O+
- C-NHCH(R1)-COOH O
CH3OH
+
R1
+
R1
-+
Riêng nhóm benzyloxi (C6H5CH2O-) cịn loại nhờ phản ứng hiđro phân:
- C-NHCH-CO(R)OCH2C6H5 O
H2/Pd
- C-NH(R)CH-COOH O
C6H5CH3 +
Ngưng tụ aminoaxit bảo vệ
Thực phản ứng ngưng tụ aminoaxit có nhóm chức bảo vệ thu peptit mong muốn Ví dụ tổng hợp peptitthreonylalanin:
C6H5CH2OCONHCH-COOH H2NCHCOOCH2C6H5
DDC -H2O CH3CHOH CH3
C6H5OCONHCH-CO CH3CHOH
HNCHCOOCH2C6H5 CH3
-NH2 DDC
-H2O
-CH2C6H5 H2/Pd/C
CH3COOH H3NCH-CO CH3CHOH
HNCHCOO CH3
C6H5CH3 CO2
+
Alanin bảo vệ -COOH
Cbz-Thr-Ala-+
_2
+ +
Threonin bảo vệ
V – XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC
Để xác định cấu trúc peptit thường thực bước sau: Xác định thành phần aminoaxit phân tử peptit:
Thuỷ phân hoàn toàn peptit thành hỗn hợp aminoaxit (thường thuỷ phân dung dịch HCl 6N 1100C khoảng 24-72 giờ) Sau làm dung dịch thuỷ phân, tách riêng từng aminoaxit nhờ phương pháp sắc kí Để nhận biết aminoaxit cần tiến hành sắc kí thêm dung dịch chuẩn chứa hỗn hợp aminoaxit biết có nồng đồ xác định So sánh sắc kí đồ dung dịch chuẩn biết thành phần tỉ lệ aminoaxit phân tử peptit
Xác định trình tự xếp đơn vị aminoaxit phân tử peptit: 2.1 Xác định aminoaxit “đầu N”
- Phương pháp Sanger
(19)1
O2N F
NO2
O2N
NO2
NHCHCONH-CHCO-O2N NHCHCOOH
NO2
H3N CH-COO H2
NCH-CONH-CH-CO-R R
R R
+
R R
+ 2,4-dinitroflobenzen
HCl, to
+
N-(2,4-đinitrophenyl) aminoaxit
- Phương pháp Edman
Cho peptit tác dụng với phenylosothioxionat C6H5N=C=S, nhóm NH2 đơn vị aminoaxit “đầu N” phản ứng tạo dẫn xuất penylisothicacbamonyl peptit (dẫn xuất phenyl thioure peptit), sau cho dẫn xuất thu tác dụng với HCl mitrometan xảy phân cắt liên kết peptit gốc aminoaxit “đầu N”, tạo thành peptit ngắn phenylthiohiđantoin:
Ph N=C=S
NH2 CH R
C=O NH CH R'
C=O NH CH R''
C=O
phenyl iso thioxyanat +
(20)2 CH
R'
C=O NH CH R''
C=O N O=C
CH
C=S
NH R
Ph
NH2
phenyl thiohydantoin +
Ph C=S NH CH R
C=O NH CH R'
C=O NH CH R''
C=O
HCl H2O
(21)2
peptit phenylthiocacbamoylpeptit peptit ngắn
Sản phẩm phenylthiohiđantoin nhận biết nhờ phương pháp sắc kí, sở so sánh với chất chuẩn biết suy aminoaxit “đầu N”, peptit ngắn tinh chế lại tiếp tục thực phương pháp Edman để nhận đơn vị aminoaxit “đầu N”
2.2 Xác định aminoaxit “đầu C”
Thuỷ phân peptit nhờ enzim cacboxipeptiđaza
-NH-CHR3-CO-NH-CHR2-CO-CHR1-COO-
tidâz cacboxypep
-NH-CHR3-CO-NH-CHR2-COO +-NH3+CHR1-COO-
Aminoaxit xuất dung dịch aminoaxit “đầu C” Hạn chế phương pháp enzim cacboxipeptidata không tách aminoaxit “đuôi C” prolin hiđroxiprolin khỏi mạch peptit
2.3 Thuỷ phân phần mạch peptit
Thuỷ phân peptit nhờ enzim proteaza (tripsin, chimotripsin, pepsin ) để thu hỗn hợp peptit có mạch ngắn hơn; peptit tách riêng nhờ phương pháp sắc kí, tinh chế rồ xác định trình tự xếp đơn vị aminoaxit phân tử chúng theo phương pháp nêu
Để phân cắt peptit thành peptit có mạch ngắn cịn dùng tác nhân xian bromua BrCN Tác nhân phân cắt mạch peptit sau gốc methiomin:
N CH CH2 CH2SCH3 H
N H
C CH
R O
O C
N H
C H2
CH2 O CO CH
CH R
CO N H2
CH3SCN
+ +
BrCN
homoserin lacton
Đối với mạch peptit, dùng xúc tác phân cắt mạch khác thu phân đoạn khác Chẳng hạn phân cắt đoạn mạch sau:
Phân cắt trypsin
(22)2
MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CỦA NITƠ
Câu 1: (Đề thi HSG quốc gia năm 2000-2001)
Xuất phát từ Brombenzen chứa 14C vị trí hóa chất vơ cần thiết không chứa 14C, điều chế hợp chất thơm chứa 14C vị trí 3:
a) anilin b) Iotbenzen c) Axit benzoic
Câu 2: So sánh tính bazơ hợp chất sau đây: R3N, R2NH, RNH2 Giải thích có xếp đó?
Câu 3: (Chọn đội HSG Tỉnh 2006- 2007)
Một pentapeptit (A) thuỷ phân hoàn toàn cho mol Gly, mol Ala, mol Val 1mol Phe Trong thuỷ phân phần (A) thấy có Ala-Gly, Gly-Ala A tác dụng với HNO2 khơng thấy giải phóng N2 Xác định cơng thức cấu tạo A
Câu 4: Muối C6H5N2+Cl- (phenylđiazoni clorua) sinh cho C6H5-NH2 (anilin) tác
dụng với NaNO2 dung dịch HCl nhiệt độ thấp (0-5oC) Để điều chế 14,05 gam
C6H5N2+Cl- (với hiệu suất 100%), lượng C6H5-NH2 NaNO2 cần dùng vừa đủ
A 0,1 mol 0,4 mol B.0,1 mol 0,2 mol C.0,1 mol 0,1 mol D.0,1 mol 0,3 mol. Câu 5: Cho 8,9 gam hợp chất hữu X có cơng thức phân tử C3H7O2N phản ứng với
100 ml dung dịch NaOH 1,5M Sau phản ứng xảy hồn tồn, cạn dung dịch thu 11,7 gam chất rắn Công thức cấu tạo thu gọn X
A HCOOH3NCH=CH2 B H2NCH2CH2COOH
C CH2=CHCOONH4 D H2NCH2COOCH3
(Đề thi ĐH 2008) Câu 6: Có dung dịch riêng biệt sau đây:
C6HH5NH3Cl(phenylamoniclorua, H2N-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, ClH3N-CH2-COOH, HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, H2N-CH2-COONa
Số lượng dung dịch có pH <7 là:
A.2 B.5 C.4 D.3
(Đề thi ĐH 2008)
Câu 7: Cho hỗn hợp X gồm hai chất hữu có cơng thức phân tử C2H7NO2 tác dụng vừa
đủ với dung dịch NaOH đun nóng, thu dung dịch Y 4,48 lít hỗn hợp Z (ở đktc) gồm hai khí (đều làm xanh giấy quỳ ẩm) Tỉ khối Z H2 13,75 Cô cạn dung dịch
Y thu khối lượng muối khan (cho H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, Na = 23)
A 16,5 gam. B 14,3 gam. C 8,9 gam. D 15,7 gam.
(Đề thi ĐH 2007)
Câu 8: Biết axit glutamic[ HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH ] có giá trị pKa(4,3; 9,7; 2,2) Viết phương trình điện ly axit glutamic tính điểm đẳng điện nó.
Viết tên IUPAC công thức Fisơ pHI cơng thức ghi ( ngoặc) giá trị pKa bên cạnh nhóm chức thích hợp giải thích
Câu 9: Tổng hợp aminoaxit chứa đồng vị nghiên cứu sinh học có nguồn 14C từ Ba14CO Na14CN tác nhân đetri hoá D
2O, LiAlD4 hay D2
(Cho phép dùng số chất khác như: SOCl2, N-phtalimidomalonic este, axetamidomalonic este, C2H5ONa )
+NH
3 +NH3 CH3-14CH COO- CH2CDCOO- +NH
3 +NH3
(23)2 Câu 10: (Đề thi HSG quốc gia - 1997)
N N H
CH2 CH COOH NH2
Khi thủy phân hoàn toàn mol polipeptit X thu mol CH3CH(NH2)COOH (Alanin hay viết tắt Ala), mol HOOC(CH2)2CH(NH2)COOH (Axit glutamic hay Glu), mol H2N(CH2)4CH(NH2)COOH (Lysin hay Lys) mol (Histidin hay His)
N N H
CH2 CH COOH NH-Ar
Nếu cho X phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen (kí hiệu ArF) thủy phân thu Ala, Glu, Lys hợp chất :
Mặt khác thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu Lys tetrapeptit Ngồi thủy phân khơng hồn tồn X cho ta dipeptit Ala-Glu, Ala-Ala His-Ala
1.Xác định công thức cấu tạo tên polipeptit X.
2.Sắp xếp amino axit theo trật tự tăng dần pHI, biết giá trị pHI 3,22; 6,00; 7,59 9,74
3.Viết công thức cấu tạo dạng chủ yếu aminoaxit pH 13. 4.Dưới tác dụng enzim thích hợp aminoaxit bị decacboxyl hóa (tách nhóm cacboxyl) Viết công thức cấu tạo sản phẩm decacboxyl hóa Ala His So sánh tính bazơ nguyên tử N phân tử hai sản phẩm Giải thích
Câu 11: (Đề thi HSG quốc gia - 2000)
Đốt cháy 0,2 mol hợp chất A thuộc loại tạp chức thu 26,2 gam khí CO2; 12,6 gam H2O 2,24 lít khí N2 (đktc) Nếu đốt cháy mol A cần 3,75 mol O2
1.Xác định công thức phân tử A
2.Xác định công thức cấu tạo tên A Biết A có tính chất lưỡng tính, phản ứng với axit nitrơ giải phóng nitơ; với ancol etylic có axit làm xúc tác tạo thành hợp chất có cơng thức C5H11O2N Khi đun nóng A chuyển thành hợp chất vịng có cơng thức C6H10N2O2 Hãy viết đầy đủ phương trình phản ứng xảy ghi điều kiện (nếu có) A có đồng phân loại gì?
Câu 12: (Đề thi HSG quốc gia - 2001)
1.Có hỗn hợp protit gồm pepsin (pHI = 1,1), hemoglobin (pHI = 6,8) prolamin (pHI = 12,0) Khi tiến hành điện di dung dịch protit nêu pH = 7,0 thi ba vết chất (xem hình)
Xt ph¸t
Cùc (+) Cùc (-)
A B C
Cho biết vết chất đặc trưng cho protit ? Giải thích
2.Khi thủy phân hoàn toàn mol tripeptit X thu mol axit glutamic (HOOC(CH2)2CH(NH2)COOH), mol alanin (CH3CH(NH2)COOH) mol NH3 X không phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen X có nhóm cacboxyl tự Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu alanin dipeptit Y Viết công thức cấu tạo X, Y gọi tên chúng
Câu 13: (Đề thi HSG quốc gia - 2002)
Thuỷ phân protein (protit) thu số aminoaxit có cơng thức pKa sau: Ala : CH3CH(NH2)COOH (2,34; 9,69; Ser : HOCH2CH(NH2)COOH (2,21; 9,15) Asp : HOOCCH2CH(NH2)COOH (1,88; 3,65;9,60)
Orn : H2NCH23CH(NH2)COOH (2,10; 8,90; 10,50)
(24)2 Pro NH COOH (1,99; 10,60)
1.Viết tên IUPAC công thức Fisher pHI Arg, Asp, Orn Trên cơng thức ghi (trong ngoặc) giá trị pKa bên cạnh nhóm chức thích hợp Biết nhóm -NHC(=NH)NH2 có tên guanidino
2.Ala Asp có thành phần cấu tạo aspactam (một chất có độ cao hơn saccarozơ tới 160 lần) Thuỷ phân hoàn toàn aspactam thu Ala, Asp CH3OH Cho aspactam tác dụng với 2,4-dinitroflobenzen thuỷ phân dẫn xuất 2,4-dinitrophenyl Asp sản phẩm có công thức C4H9NO2 Viết công thức Fisher tên đầy đủ aspactam, biết nhóm -COOH Asp khơng cịn tự
3.Arg, Pro Ser có thành phần cấu tạo nonapeptit bradikinin Thuỷ phân bradikinin sinh Gly ; Ser-Phe ; Gly-Phe-Ser ; Phe-Arg ; Arg-Pro ; Pro-Gly-Phe ; Phe-Ser-Pro (a) Dùng kí hiệu chữ (Arg, Pro, Gly, ), cho biết trình tự aminoaxit phân tử bradikinin (b) Viết công thức Fisher cho biết nonapeptit có giá trị pHI khoảng ? ( 6; <6; << 6; > 6; >> 6)
Câu 14: (Đề thi HSG quốc gia - 2003)
1.Hợp chất A (C5H11O2N) chất lỏng quang hoạt Khử A H2 có xúc tác Ni được B (C5H13N) quang hoạt Cho B tác dụng với axit HNO2 thu hỗn hợp gồm ancol C quang hoạt ancol tert-amylic (2- metyl-2-butanol)
Xác định công thức cấu tạo A Dùng công thức cấu tạo, viết phương trình phản ứng tạo thành B, C ancol tert-amylic từ A
2.Hợp chất A (C5H9OBr) tác dụng với dung dịch iốt kiềm tạo kết tủa màu vàng A tác dụng với dung dịch NaOH tạo xeton B C có cơng thức phân tử C5H8O B, C đều không làm màu dung dịch kalipemanganat lạnh, có B tạo kết tủa màu vàng với dung dịch iốt kiềm Cho B tác dụng với CH3MgBr với H2O D (C6H12O) D tác dụng với HBr tạo hai đồng phân cấu tạo E F có cơng thức phân tử C6H11Br có E làm màu dung dịch kalipemanganat lạnh
Dùng công thức cấu tạo, viết sơ đồ phản ứng từ A tạo thành B, C, D, E, F Viết tên A và D theo danh pháp IUPAC.
Câu 15: (Đề thi HSG quốc gia - 2005)
L-Prolin hay axit (S)-piroliđin-2-cacboxylic có pK1 = 1,99 pK2 = 10,60 Piroliđin (C4H9N) amin vịng no năm cạnh
Viết cơng thức Fisơ cơng thức phối cảnh L-prolin Tính pHI hợp chất Tính gần tỉ lệ dạng proton hố H2A+ dạng trung hồ HA prolin
pH = 2,50
3 Tính gần tỉ lệ dạng đeproton hố A dạng trung hoà HA prolin ở pH = 9,70
4 Từ metylamin hoá chất cần thiết khác (benzen, etyl acrilat, natri etylat các chất vô cơ), viết sơ đồ điều chế N-metyl-4-phenylpiperiđin
Bài 16: (Đề thi HSG quốc gia, Việt Nam - 2007)
1 Thủy phân hoàn toàn hexapeptit M thu Ala, Arg, Gly, Ile, Phe Tyr Các peptit E (chứa Phe, Arg) G (chứa Arg, Ile, Phe) tạo thành số sản phẩm thủy phân khơng hồn tồn M Dùng 2,4-dinitroflobenzen xác định amino axit Ala Thủy phân M nhờ tripsin thu tripeptit A (chứa Ala, Arg, Tyr) chất B
a Xác định thứ tự liên kết amino axit M
b Amino axit có pHI lớn amino axit có pHI nhỏ nhất? Biết cấu tạo chung amino axit H2N-CHR-COOH
AA’: Ala Arg Gly Ile Phe Tyr
R : CH3 (CH2)3NHC(=NH)NH2 H CH(CH3)C2H5 CH2C6H5 p-HOC6H4CH2
t0
(25)2
(C2H5OOC)2CH2 1 KOH Br2
A B C D NH3
Isoleuxin
C2H5ONa HCl Hãy cho biết công thức chất A, B, C, D Isoleuxin Câu 17: (Đề chon đội tuyển QT 2006)
Ala, Val, Leu chữ viết tắt tên aminoaxit thiên nhiên, công thức CH3CH(NH2)COOH, (CH3)2CHCH(NH2)COOH, (CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH
1 Viết phương trình phản ứng tổng hợp tripeptit Leu-Ala-Val từ chất:
Ala, Val, Leu, photpho pentaclorua, BOC-Cl (tert-butyloxicacbonyl clorua), ancol benzylic, DCC (đixiclohexylcacbođiimit), axit trifloaxetic, axit axetic, hiđro, palađi cacbon Có tripeptit tạo thành mà tripeptit có đủ aminoaxit trên, nếu khơng sử dụng nhóm bảo vệ
3 Biểu diễn công thức phối cảnh tripeptit Leu-Ala-Val
4 Ghi giá trị pKa vào nhóm tương ứng tính pHI tripeptit này, biết pKa1 = = 3,42; pKa2 = 7,94
(26)COO CHNH2 CH2 COO
COOH CHNH3 (CH2)3
CH2NH3
OH H
COO CHNH3
(CH2)3
CH2NH3
OH H
2
MỘT SỐ BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI
Ví dụ 1: Dưới tác dụng điện trường, aminoaxit di chuyển phía điện cực pH < pI, (b) pH > pI pH = pI ? Giải thích
Bài giải:
pH < pI: cation A chiếm ưu thế, nên di chuyển phía catot, (b) pH > pI : anion C chiếm ưu nên di chuyển phía anot (c) pH = pI điện tích cân nên amino axit khơng chuyển dịch
Ví dụ 2: Viết cân điện ly lysin (một bazơ) tính điểm đẳng điện Xem giá tri pKa bảng
Bài giải:
COO
CHNH2 (CH2)3
CH2NH3
OH H
COO CHNH2 (CH2)3
CH2NH2
(+2) (+1) (0) (-1)
Điện tích tổng cộng dạng ghi ngoặc đơn trên, dạng có điện tích khơng tồn hai dạng có pKa tương ứng 8,95 10,53 Như pI = (8,95+10,53)/2 = 9,74 Ví dụ 3: Viết cân điện ly axit aspatic tính điểm đẳng điện
Bài giải:
COOH CHNH3 CH2 COOH
OH H
COO CHNH3 CH2 COOH
OH H
COO CHNH3
CH2
COO
OH H
(+1) (0) (-1) (-2)
Dạng có điện tích khơng tồn hai dạng có pKa tương ứng 1,88 3,65 Như pI = (1,88 + 3,65)/2 = 2,77
Ví dụ 4: Khi thủy phân hoàn toàn mol tripeptit X thu mol axit glutamic [HOOC(CH2)2CH(NH2)COOH], mol alanin [CH3CH(NH2)COOH] mol NH3 Chất X không phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen X có nhóm cacboxyl tự Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu alanin dipeptit Y
Viết công thức cấu tạo X, Y gọi tên chúng Bài giải: Xác định cấu tạo X Y :
-Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu alanin dipeptit Y aminoaxit C-đầu mạch Ala tripeptit X có cấu tạo theo trật tự : Glu-Glu-Ala
-X không phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen X có nhóm cacboxyl tự nhóm -NH2 aminoaxit N-đầu mạch tạo lactam với nhóm cacboxyl Glu thứ
-Khi thủy phân hoàn toàn mol tripeptit X thu mol NH3 nhóm cacboxyl Glu thứ hai tồn dạng amit -CONH2
(27)2 O C
CH2 NH CH
CH2
CO NH CH CO (CH2)2CONH2
NH CH CH3
COOH X :
Glutamolactamylglutaminylalanin
Y :
Glutamolactamylglutamin O C
CH2 NH CH
CH2
CO NH CH COOH (CH2)2CONH2
Ví dụ 5: Xác định công thức cấu tạo tên A(C3H7O2N) Biết A có tính chất lưỡng tính, phản ứng với axit nitrơ giải phóng nitơ; với ancol etylic có axit làm xúc tác tạo thành hợp chất có cơng thức C5H11O2N Khi đun nóng A chuyển thành hợp chất vịng có cơng thức C6H10N2O2 Hãy viết đầy đủ phương trình phản ứng xảy ghi điều kiện (nếu có) A có đồng phân loại ?
Bài giải: a) Công thức cấu tạo A :
A phản ứng với axit nitrơ giải phóng nitơ A chứa nhóm -NH2 A phản ứng với ancol etylic tạo C5H11O2N A chứa nhóm -COOH Đun nóng A tạo hợp chất vòng C6H10N2O2 A -aminoaxit Công thức cấu tạo A : CH3CH(NH2)COOH (alanin)
b) Phương trình phản ứng :
2
2
2
3 N
2 O H CO O 15 N O H
C
CH3 CH NH2
COOH + HONO CH3 CH OH
COOH + N2 + H2O
CH3 CH NH2
COOH + C2H5OH CH3 CH
NH3Cl
COOC2H5 + H2O HCl
CH3 CH NH3Cl
COOH + NH3 CH3 CH NH2
COOC2H5 + NH4Cl
CH3 CH NH2
COOH to + H2O
2
HN
NH CH3
O
CH3 O
(c) A có đồng phân quang học phân tử có nguyên tử cacbon bất đối :
H C CH3
NH2 COOH
H2N C CH3
(28)2 Ví dụ 6: Xuất phát từ brombenzen chứa 14 C vị trí hố chất vô cần thiết không chứa 14 C, điều chế hợp chất thơm chứa 14 C vị trí :
a) Anilin ; b) Iotbenzen ; c) Axit benzoic Bài giải: a,
C 14
Br
Mg ete khan
C 14
MgBr
C 14
MgBr
CO2
COOMgBr
COOMgBr
H3O
COOH
C 14
COOH
HNO3
H2SO4 C
14
COOH
NO2
HOH
+ (1)
+ (2)
+ + (3)
+ + (4)
C 14
COOH
NO2
Na2CO3
C 14
NO2 COONa
HOH CO2
C 14
NO2 COONa
CaO C
14
NO2
Na2CO3
C 14
NO2
C 14
NH3Cl
FeCl3 HOH
C 14
NH3Cl
NaOH
C 14
NH2
NaCl HOH
+ + + (5)
+ NaOH r¾n + (6)
2
+ Fe + HCl + + (7)
(29)2 b, C
14
NH2
NaNO2
C
14
N N
C
14
I
N2 KCl
-C
14
N N
-+ + HCl + + NaCl +2HOH
+ KI + +
(9)
(10) Cl
+ Cl
c,
C 14
N N
C 14
C N
N2 CuCl
H+
C 14
COOH
NH4 C
14
C N
+ - + CuCN +
+ 2HOH + + +
Cl
(11)
(12)
Ví dụ 7:(Đề thi HSG quốc gia – 1997)
Thuỷ phân hoàn toàn 1mol polipeptit X cho ta:
2mol CH3 - CH(NH2) - COOH (Alanin hay viết tắt Ala)
1mol (HOOC - CH2 - CH2 - CH(NH2) - COOH (axit gluconic hay Glu) 1mol H2N-(CH2)4-CH(NH2)-COOH (Lizin hay Lis)
N H
N CH2 CH
NH2
COOH
1mol (Histidin hay His)
N H
N CH2 CH COOH
NH Ar
Nếu cho X tác dụng với 2,4 (NO2)2 C6H3F (ký hiệu ArF) thủy phân tìm Ala, Glu, Lys hợp chất
Mặt khác thuỷ phân X nhờ enzim cacboxipetidaza thu Lys tetrapeptit Ngồi thuỷ phân khơng hồn tồn X cho ta đipeptit Ala - Glu, Ala-Ala His- Ala
1 Xác định công thức cấu tạo tên poliptit X.
(30)3 3 Viết công thức cấu tạo dạng chủ yếu aminoaxit pH 1và 13. 4 Dưới tác dụng enzim thích hợp aminoaxit bị decacboxyl hố (tách nhóm cacboxyl) Viết cơng thức cấu tạo sản phẩm đecacboxyl hoá Ala His So sánh tính bazơ nguyên tử nitơ phân tử hai sản phẩm Giải thích
Bài giải:
1 Từ số mol công thức cấu tạo aminoaxit suy X pentapeptit.
Từ kết tủa thuỷ phân sản phẩm phản ứng X ArF suy đầu N (đầu chứa nhóm -NH2 tự do) X His
Từ sản phẩm thuỷ phân X nhờ enzim cacboxipeptitdaza suy đầu C (đầu chứa nhóm -COOH tự do) X Lys
Khi thuỷ phân khơng hồn tồn X cho đipeptit His-Ala, Ala-Ala, Ala-Glu Trật tự xếp aminoaxit mạch: His - Ala - Ala - Glu – Lys Công thức cấu tạo X:
H2N - CH - C - NH - CH - C - NH - CH - C - NH - CH - C - NH - CH - COOH
CH3 CH3
O O O O
N N
CH2 H
(CH2)2 COOH
(CH2)2 NH2
(Thí sinh viết cơng thức nhóm - CO – NH - Glu Lys tạo nhóm –COOH vị trí γ Glu với nhóm –NH2 vị trí δ Lys.
1 Thứ tự tăng dần pHI:
Glu < Ala < His < Lys pHI 3.22 6.00 7.59 9.74
Giải thích: tính axit aminoaxit lớn giá trị pHI nhỏ, tính bazơ lớn pHI lớn
- Glu có pHI nhỏ (3.22) số nhóm –COOH nhiều số nhóm –NH2 Muốn tồn dạng HOOC - (CH2)2 – CH - COO phải thêm H+ (đưa pH thấp) để nhóm -COOH thứ hai không phân li │
NH2
- Lys có pHI lớn (9.74) số nhóm -NH2 nhiều số nhóm -COOH - Ala có pHI = 6.00 có nhóm -COOH nhóm -NH2
- His có pHI trung gian Ala Lys, có số nhóm -COOH - NH2 dị vòng chứa N trung tâm bazơ (tuy yếu -NH2)
3 pH = pH = 13
CH3 - CH - COOH
+NH3
CH3 - CH -
COO-NH2
Ala :
HOOC - (CH2)2 - CH - COOH
+NH3
-OOC - (CH2)2 - CH -
COO-NH2
(31)3
N N
CH2-CH-COOH
H H
+NH3
+
N N
CH2
-CH-COO-H
NH2
His :
H3N - (CH2)4 - CH - COOH
+NH3
+
H2N - (CH2)4 - CH -
COO-NH2
Lys:
CH3 - CH - COOH
NH2
enzim
-CO2
4
CH3 – CH2 – NH2 (c)
N N
CH2-CH-COOH
H
NH2
N N
CH2-CH2-NH2 H
enzim
-CO2
(d)
- Tính bazơ giảm dần: N(a) > N(b) > N(c) > N(d)
Giải thích: Tính bazơ nguyên tử N tăng mật độ electron tăng Mật độ electron N(a) > N(b) v ì N(a) liên kết với gốc C2H5 đẩy e, N(b) ảnh hưởng gốc dị vòng hút e Mật độ e N(c) < N(b) N(c) ởtrạng thái lai hố sp2 (có độ âm điện lớn nguyên tử N(b) lai hoá sp3) Và N
(c) lại liên kết với nguyên tử C lai hoá sp2 (khả hút e C lai hoá sp2 mạnh C lai hố sp3) N
(d) khơng có tính bazơ khơng cịn cặp electron tự (do tham gia tạo hệ liên kết π vịng thơm)
Ví dụ 8: (Đề thi HSG quốc gia – 2008)
(32)3 B, Hãy qui kết giá trị pKa cho nhóm chức phân tử xistein Viết công thức xistein Ph = 1,5 5,5
2 Sắp xếp amino axit theo thứ tự tăng dần giá trị PhI giải thích xếp 3 Thủy phân hồn tồn nonapeptit X thu Arg, Ala, Met, Ser, Lys, Phe2, Val, Ile Sử dụng phản ứng X với 2,4-đinitroflobenzen xác định Ala Thuỷ phân X với trypsin thu pentapeptit (Lys, Met, Ser, Ala, Phe), đipeptit (Arg, Ile) đipeptit (Val, Phe) Thuỷ phân X với BrCN dẫn đến tạo thành tripeptit (Ser, Ala, Met) hexapeptit. Thuỷ phân với cacboxypeptiđaza X hexapeptit cho Val
Xác định thứ tự amino axit X.
Bài giải: 1 a.Xác định cấu hình
Axit L-xisteic (cÊu h×nh R) COOH
CH2SO3 H H3N
L-Serin(cÊu h×nh S) COO
CH2OH H H3N
b Giá trị Ph công thức xistein
pKa (xistein): 1,96 (COOH) ; 8,18 (SH) ; 10,28 (NH2) PhI (xistein) = (1,96 + 8,18) / = 5,07
Ở Ph = 1,5 : HS – CH2 – CH (NH3) – COOH Ph = 5,5 : HS – CH2 – CH (NH3) – COO
-2.Trật tự PhI
Trình tự tăng dần PhI : Axit xisteic < selenoxistein < xistein < serin 3.Xác định công thức công thức X
Theo đề xác định đầu N Ala; đầu C Val
Thủy phân với trypsin thu được: Ala-(Met, Ser, Phe)-Lys Ile-Arg Phe-Val
Dựa vào kết thủy phân với BrCN, suy ra: Ala-Ser-Met-Phe-Lys Vậy X là: Ala-Ser-Met-Phe-Lys-Ile-Arg-Phe-Val
Ví dụ 9: Sắp xếp tăng dần tính bazơ (cớ giải thích) chất dãy sau: Sắp xếp tăng dần tính bazơ (có giải thích) chất dãy sau: CH3-CH(NH2)-COOH , CH2=CH-CH2-NH2 , CH3-CH2-CH2-NH2 , CHC-CH2-NH2 2.
NH CH3 CH
2 NH2 CH2 NH2 O2N NH2
, , ,
Bài giải: Tính bazơ tăng theo thứ tự:
1.CH3-CH(NH3)+-COO- < CHC-CH2-NH2 < CH2=CH-CH2-NH2 < CH3-CH2-CH2-NH2
Tồn dạng Độ âm điện CSP > CSP2 > CSP3 ion lưỡng cực
(33)3 2.
NH2
O2N < CH2-NH2 < CH2-NH2 < NH-CH3
Nhóm p-O2N-C6H4- Nhóm –C6H4-CH2- Nhóm C6H11-CH2- - Nhóm C6H11- hút e mạnh có hút e yếu đẩy e, làm tăng -CH3 đẩy e, nhóm -NO2 (-I -C) mật độ e - Amin bậc II làm giảm nhiều mật nhóm NH2
(34)3
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Cơ sở hóa học hữu cơ-Thái Dỗn Tỉnh - NXB GD-Năm 2008 2.Bài tập hóa học hữu cơ-Thái Doãn Tỉnh - NXB GD-Năm 2008 3.Đề thi HSG Quốc gia năm
4.Bái tập hóa học hữu –Ngô Thị Thuận - NXB KHKT-Tập 2-Năm 2007 5.Bái tập hóa học hữu –Ngơ Thị Thuận - NXB KHKT-Tập 2-Năm 2007 6.Bái tập hóa học hữu –Triệu Quý Hùng - NXB GD-Năm 2007
7.Hóa học hữu –Đỗ Hữu Đĩnh, Đỗ Đình Rãng - NXB GD-Năm 2007 8.Cơ chế phản ứng hóa học hữu cơ-Trần Quốc Sơn –NXB GD-Năm 2002 9.Đề thi HSG tỉnh Quảng Trị.