CHUYÊN ĐỀ 9 LÝ THUYẾT AMIN - AMINO AXIT - PROTEIN

CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN I – KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI, DANH PHÁP VÀ ĐỒNG PHÂN Khái niệm Amin hợp chất hữu tạo nhiều nguyên tử hiđro phân tử amoniac nhiều gốc hiđrocacbon Ví dụ: Phân loại Amin phân loại theo hai cách thông dụng nhất: a) Theo đặc điểm cấu tạo gốc hiđrocacbon: amin thơm, amin béo, amin dị vịng Ví dụ: b) Theo bậc amin: Bậc amin: số nguyên tử H phân tử NH3 bị thay gốc hiđrocacbon Theo đó, amin phân loại thành: amin bậc 1, bậc 2, bậc Ví dụ: Danh pháp a) Cách gọi tên theo danh pháp gốc – chức : ank + yl + amin b) Cách gọi tên theo danh pháp thay : ankan + vị trí + amin c) Tên thông thường áp dụng với số amin Hợp chất CH3–NH2 CH3–CH(NH2)–CH3 CH3–NH–C2H5 Tên gốc – chức Tên thay metylamin metanamin isopropylamin propan-2-amin etylmetylamin N-metyletanamin CH3–CH(CH3)–CH2–NH2 isobutylamin 2-metylpropan-1-amin CH3–CH2–CH(NH2)–CH3 sec-butylamin butan-2-amin (CH3)3C–NH2 CH3–NH–CH2–CH2–CH3 tert-butylamin 2-metylpropan-2-amin metylpropylamin N-metylpropan-1-amin -1- Tên thường CH3–NH–CH(CH3)2 CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN isopropylmetylamin N-metylpropan-2-amin C2H5–NH–C2H5 đietylamin N-etyletanamin (CH3)2N–C2H5 etylđimetylamin N,N-đimetyletanamin C6H5–NH2 phenylamin benzenamin anilin Chú ý: - Tên nhóm ankyl đọc theo thứ tự chữ a, b, c… - Với amin bậc 3, chọn mạch dài chứa N làm mạch chính, N có số vị trí nhỏ Đặt nguyên tử N trước nhóm amin - Khi nhóm –NH2 đóng vai trị nhóm gọi nhóm amino Ví dụ: CH3CH(NH2)COOH (axit 2-aminopropanoic) Đồng phân Amin có loại đồng phân: - Đồng phân mạch cacbon: - Đồng phân vị trí nhóm chức - Đồng phân bậc amin II – TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Metyl–, đimetyl–, trimetyl– etylamin chất khí có mùi khai khó chịu, độc, dễ tan nước, amin đồng đẳng cao chất lỏng rắn - Anilin chất lỏng, nhiệt độ sôi 184oC, khơng màu, độc, tan nước, tan ancol benzen III – CẤU TẠO PHÂN TỬ VÀ SO SÁNH LỰC BAZƠ Cấu trúc phân tử amoniac amin Cấu tạo phân tử amoniac amin Trên nguyên tử nitơ có cặp electron tự nên amoniac amin dễ dàng nhận proton Vì amoniac amin có tính bazơ -2- CHUN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN Đặc điểm cấu tạo phân tử anilin - Do gốc phenyl (C6H5–) hút cặp electron tự nitơ phía mình, chuyển dịch electron theo hiệu ứng liên hợp p – p (chiều mũi tên cong) làm cho mật độ electron nguyên tử nitơ giảm đi, khả nhận proton giảm Kết làm cho tính bazơ anilin yếu (khơng làm xanh quỳ tím, khơng làm hồng phenolphtalein) - Nhóm amino (NH2) làm tăng khả Br vào gốc phenyl (do ảnh hưởng hiệu ứng +C) Phản ứng xảy vị trí ortho para nhóm NH2 đẩy electron vào làm mật độ electron vị trí tăng lên So sánh lực bazơ a) Các yếu tố ảnh hưởng đến lực bazơ amin: - Mật độ electron nguyên tử N: mật độ cao, lực bazơ mạnh ngược lại - Hiệu ứng không gian: gốc R cồng kềnh nhiều gốc R làm cho tính bazơ giảm đi, phụ thuộc vào gốc hiđrocacbon Ví dụ tính bazơ (CH3)2NH > CH3NH2 > (CH3)3N ; (C2H5)2NH > (C2H5)3N > C2H5NH2 b) Phương pháp Gốc đẩy electron làm tăng tính bazơ, gốc hút electron làm giảm tính bazơ Ví dụ: p-NO 2-C6H4NH2 < C6H5NH2 < NH3 < CH3NH2 < C2H5NH2 < C3H7NH2 IV – TÍNH CHẤT HĨA HỌC Tính chất chức amin a) Tính bazơ: tác dụng lên giấy quỳ tím ẩm phenolphtalein tác dụng với axit - Dung dịch metylamin nhiều đồng đẳng có khả làm xanh giấy quỳ tím làm hồng phenolphtalein kết hợp với proton mạnh amoniac - Anilin amin thơm tan nước Dung dịch chúng khơng làm đổi màu quỳ tím phenolphtalein b) Phản ứng với axit nitrơ: -3- CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN - Amin no bậc + HNO2 → ROH + N2 + H2O Ví dụ: C2H5NH2 + HONO → C2H5OH + N2 + H2O - Amin thơm bậc tác dụng với HNO2 nhiệt độ thấp tạo thành muối điazoni C6H5N2+ Cl- + 2H2O Ví dụ: C6H5NH2 + HONO + HCl benzenđiazoni clorua c) Phản ứng ankyl hóa: amin bậc bậc tác dụng với ankyl halogenua (CH3I, ….) Phản ứng dùng để điều chế amin bậc cao từ amin bậc thấp Ví dụ: C2H5NH2 + CH3I → C2H5NHCH3 + HI d) Phản ứng amin tan nước với dung dịch muối kim loại có hiđroxit kết tủa 3CH3NH2 + FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3CH3NH3Cl Phản ứng nhân thơm anilin V - ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ Ứng dụng (SGK hóa học nâng cao lớp 12 trang 60) Điều chế a) Thay nguyên tử H phân tử amoniac Ankylamin điều chế từ amoniac ankyl halogenua Ví dụ: b) Khử hợp chất nitro Anilin amin thơm thường điều chế cách khử nitrobenzen (hoặc dẫn xuất nitro tương ứng) hiđro sinh nhờ tác dụng kim loại (như Fe, Zn…) với axit HCl Ví dụ: -4- CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN Hoặc viết gọn là: Ngoài ra, amin điều chế nhiều cách khác AMINO AXIT I – ĐỊNH NGHĨA, CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP Định nghĩa - Amino axit loại hợp chất hữu tạp chức mà phân tử chứa đồng thời nhóm amino (NH 2) nhóm cacboxyl (COOH) - Công thức chung: (H2N)x – R – (COOH)y Cấu tạo phân tử - Trong phân tử amino axit, nhóm NH2 nhóm COOH tương tác với tạo ion lưỡng cực Vì amino axit kết tinh tồn dạng ion lưỡng cực - Trong dung dịch, dạng ion lưỡng cực chuyển phần nhỏ thành dạng phân tử Phân loại Dựa vào cấu tạo gốc R để phân 20 amino axit thành nhóm Một cách phân loại 20 amino axit phân thành nhóm sau: a) Nhóm 1: amino axit có gốc R khơng phân cực kị nước, thuộc nhóm có amino axit: Gly (G), Ala (A), Val (V), Leu (L), ILe (I), Pro (P) b) Nhóm 2: amino axit có gốc R nhân thơm, thuộc nhóm có amino axit: Phe (F), Tyr (Y), Trp (W) c) Nhóm 3: amino axit có gốc R bazơ, tích điện dương, thuộc nhóm có amino axit: Lys (K), Arg (R), His (H) d) Nhóm 4: amino axit có gốc R phân cực, khơng tích điện, thuộc nhóm có amino axit: Ser (S), Thr (T), Cys (C), Met (M), Asn (N), Gln (Q) -5- CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN e) Nhóm 5: amino axit có gốc R axit, tích điện âm, thuộc nhóm có amino axit: Asp (D), Glu (E) Danh pháp a) Tên thay thế: axit + vị trí + amino + tên axit cacboxylic tương ứng Ví dụ: H2N–CH2–COOH: axit aminoetanoic ; HOOC–[CH2]2–CH(NH2)–COOH: axit 2-aminopentanđioic b) Tên bán hệ thống: axit + vị trí chữ Hi Lạp (α, β, γ, δ, ε, ω) + amino + tên thơng thường axit cacboxylic tương ứng Ví dụ: CH3–CH(NH2)–COOH : axit α-aminopropionic H2N–[CH2]5–COOH : axit ε-aminocaproic H2N–[CH2]6–COOH: axit ω-aminoenantoic c) Tên thông thường: amino axit thiên nhiên (α-amino axit) có tên thường Ví dụ: H2N–CH2–COOH có tên thường glyxin (Gly) hay glicocol II – TÍNH CHẤT VẬT LÍ Các amino axit chất rắn không màu, vị ngọt, dễ tan nước chúng tồn dạng ion lưỡng cực (muối nội phân tử), nhiệt độ nóng chảy cao (vì hợp chất ion) III – TÍNH CHẤT HĨA HỌC Tính chất axit – bazơ dung dịch amino axit a) Tác dụng lên thuốc thử màu: (H2N)x – R – (COOH)y Khi: - x = y amino axit trung tính, quỳ tím khơng đổi màu - x > y amino axit có tính bazơ, quỳ tím hóa xanh - x < y amino axit có tính axit, quỳ tím hóa đỏ b) Tính chất lưỡng tính: - Tác dụng với dung dịch bazơ (do có nhóm COOH) H2N–CH2–COOH + NaOH → H2N–CH2–COONa + H2O hoặc: H3N+–CH2–COO– + NaOH → H2N–CH2–COONa + H2O - Tác dụng với dung dịch axit (do có nhóm NH2) H2N–CH2–COOH + HCl → ClH3N–CH2–COOH hoặc: H3N+–CH2–COO– + HCl → ClH3N–CH2–COOH Phản ứng este hóa nhóm COOH -6- CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN Phản ứng nhóm NH2 với HNO2 H2N–CH2–COOH + HNO2 → HO–CH2 –COOH + N2 + H2O axit hiđroxiaxetic Phản ứng trùng ngưng - Do có nhóm NH2 COOH nên amino axit tham gia phản ứng trùng ngưng tạo thành polime thuộc loại poliamit - Trong phản ứng này, OH nhóm COOH phân tử axit kết hợp với H nhóm NH phân tử axit tạo thành nước sinh polime - Ví dụ: V - ỨNG DỤNG - Amino axit thiên nhiên (hầu hết α-amino axit) sở để kiến tạo nên loại protein thể sống - Muối mononatri axit glutamic dùng làm mì (hay bột ngọt) - Axit ε-aminocaproic axit ω-aminoenantoic nguyên liệu sản xuất tơ tổng hợp (nilon – nilon – 7) - Axit glutamic thuốc hỗ trợ thần kinh, methionin (CH3–S–CH2–CH2–CH(NH2)–COOH) thuốc bổ gan PEPTIT VÀ PROTEIN A – PEPTIT I – KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI Khái niệm Liên kết nhóm CO với nhóm NH hai đơn vị α-amino axit loại liên kết peptit -7- CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN Peptit hợp chất chứa từ đến 50 gốc α-amino axit liên kết với liên kết petit Phân loại Các peptit phân thành hai loại: a) Oligopeptit: gồm peptit có từ đến 10 gốc α-amino axit gọi tương ứng đipeptit, tripeptit… b) Polipeptit: gồm peptit có từ 11 đến 50 gốc α-amino axit Polipeptit sở tạo nên protein II – CẤU TẠO, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP Cấu tạo đồng nhân - Phân tử peptit hợp thành từ gốc α-amino axit nối với liên kết peptit theo trật tự định: amino axit đầu N cịn nhóm NH2, amino axit đầu C cịn nhóm COOH - Nếu phân tử peptit chứa n gốc α-amino axit khác số đồng phân loại peptit n! - Nếu phân tử peptit có i cặp gốc α-amino axit giống số đồng phân Danh pháp -8- CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN Tên peptit hình thành cách ghép tên gốc axyl α-amino axit đầu N, kết thúc tên axit đầu C (được giữ nguyên) Ví dụ: III – TÍNH CHẤT Tính chất vật lí Các peptit thường thể rắn, có nhiệt độ nóng chảy cao dễ tan nước Tính chất hóa học a) Phản ứng màu biure: - Dựa vào phản ứng mẫu biure: H2N–CO–NH–CO–NH2 + Cu(OH)2 → phức chất màu tím đặc trưng - Amino axit đipeptit không cho phản ứng Các tripeptit trở lên tác dụng với Cu(OH) tạo phức chất màu tím b) Phản ứng thủy phân: - Điều kiện thủy phân: xúc tác axit kiềm đun nóng - Sản phẩm: α-amino axit B – PROTEIN I – KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI Protein polipeptit cao phân tử có phân tử khối từ vài chục nghìn đến vài triệu Protein phân thành loại: - Protein đơn giản: tạo thành từ α-amino axit - Protein phức tạp: tạo thành từ protein đơn giản kết hợp với phân tử protein (phi protein) axit nucleic, lipit, cacbohiđrat… II – TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN Tính chất vật lí a) Hình dạng: - Dạng sợi: keratin (trong tóc), miozin (trong cơ), fibroin (trong tơ tằm) - Dạng cầu: anbumin (trong lòng trắng trứng), hemoglobin (trong máu) -9- CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN b) Tính tan nước: Protein hình sợi khơng tan, protein hình cầu tan c) Sự đông tụ: Là đông lại protein tách khỏi dung dịch đun nóng thêm axit, bazơ, muối Tính chất hóa học a) Phản ứng thủy phân: - Điều kiện thủy phân: xúc tác axit kiềm đun nóng xúc tác enzim - Sản phẩm: α-amino axit b) Phản ứng màu: III – KHÁI NIỆM VỀ ENZIM VÀ AXIT NUCLEIC Enzim Hầu hết có chất protein, xúc tác cho q trình hóa học đặc biệt thể sinh vật Enzim gọi chất xúc tác sinh học có đặc điểm: - Tính chọn lọc (đặc hiệu) cao: enzim xúc tác cho phản ứng định - Hoạt tính cao: tốc độ phản ứng nhờ xúc tác enzim cao, gấp 109 – 1011 chất xúc tác hóa học Axit nucleic Axit nucleic polieste axit photphoric pentozơ + Nếu pentozơ ribozơ, axit nucleic kí hiệu ARN + Nếu pentozơ đeoxiribozơ, axit nucleic kí hiệu ADN + Phân tử khối ADN từ – triệu, thường tồn dạng xoắn kép + Phân tử khối ARN nhỏ ADN, thường tồn dạng xoắn đơn - 10 - CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN MỘT SỐ CHÚ Ý KHI GIẢI BÀI TẬP Một số dạng tập hay hỏi: a) So sánh lực bazơ amin b) Đếm đồng phân amin, amino axit, peptit… c) Xác định công thức phân tử amin, amino axit theo phản ứng cháy d) Xác định công thức phân tử amin theo phản ứng với dung dịch axit hay dung dịch muối e) Xác định công thức phân tử amino axit theo phản ứng axit – bazơ f) Xác định công thức cấu tạo hợp chất g) Phân biệt – tách chất Một số công thức hay dùng: a) Công thức phân tử amin: - Amin đơn chức: CxHyN (y ≤ 2x + 3) - Amin đơn chức no: CnH2n + 1NH2 hay CnH2n + 3N - Amin đa chức: CxHyNt (y ≤ 2x + + t) - Amin đa chức no: CnH2n + – z(NH2)z hay CnH2n + + zNz - Amin thơm (đồng đẳng anilin): CnH2n – 5N (n ≥ 6) b) Cơng thức phân tử CxHyO2N có đồng phân cấu tạo mạch hở thường gặp: - Amino axit H2N–R–COOH - Este amino axit H2N–R–COOR’ - 11 - CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN - Muối amoni axit ankanoic RCOONH4 RCOOH3NR’ - Hợp chất nitro R–NO2 c) Công thức hay dùng: - Cơng thức độ bất bão hịa (số liên kết π + v) C xHyNt: ∆ = - Cơng thức độ bất bão hịa (số liên kết π + v) C xHyOzNt: ∆ = Công thức giả thiết tất liên kết liên kết cộng hóa trị, hợp chất ion cơng thức khơng cịn Ví dụ CH3COONH4 có ∆ = phân tử CH3COONH4 ln liên kết π - Nếu phân tử peptit chứa n gốc α-amino axit khác số đồng phân loại peptit n! - Nếu phân tử peptit có i cặp gốc α-amino axit giống số đồng phân Một số phản ứng cần lưu ý 3CnH2n + 3N + FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3CnH2n + 4NCl (H2N)x– R–(COOH)y + xHCl → (ClH3N)x– R–(COOH)y (ClH3N)x– R–(COOH)y + (x + y)NaOH → (H2N)x– R–(COONa)y + xNaCl + (x + y)H2O (H2N)x– R–(COOH)y + yNaOH → (H2N)x– R–(COONa)y + yH2O (H2N)x– R–(COONa)y + (x + y)HCl → (ClH3N)x– R–(COOH)y + yNaCl 2(H2N)x– R–(COOH)y + xH2SO4 → [(H3N)x– R–(COOH)y]2(SO4)n 2(H2N)x– R–(COOH)y + yBa(OH)2 → [(H2N)x– R–(COO)y]2Bay + 2yH2O - 12 - ... mạch hở thường gặp: - Amino axit H2N–R–COOH - Este amino axit H2N–R–COOR’ - 11 - CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN - Muối amoni axit ankanoic RCOONH4 RCOOH3NR’ - Hợp chất nitro R–NO2... có amino axit: Ser (S), Thr (T), Cys (C), Met (M), Asn (N), Gln (Q) -5 - CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN e) Nhóm 5: amino axit có gốc R axit, tích điện âm, thuộc nhóm có amino axit: ... CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT AMIN – AMINOAXIT – PROTEIN isopropylmetylamin N-metylpropan-2 -amin C2H5–NH–C2H5 đietylamin N-etyletanamin (CH3)2N–C2H5 etylđimetylamin N,N-đimetyletanamin C6H5–NH2 phenylamin