xác định cấu trúc của peptit

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Xác định N của amino axit đầu mạch. Thoái phân Edman Bước 1. Phản ứng của nhỏm amino tự do với phenyl isoxianat , sản phẩm là một phenyl thioure. Phương pháp Sanger Theo phương pháp này, người ta cho peptit phản ứng với thuốc thử Sanger (2,4-dinitroflobenzen), sau đó thủy phân bằng dung dịch HCl 6M được hỗn hợp các amino axit và amino axit đầu N liên kết với 2,4-dinitroflobenzen.

XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA PEPTIT Đặng Công Anh Tuấn Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn – Đà Nẵng I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Xác định N của amino axit đầu mạch. Thoái phân Edman Bước 1. Phản ứng của nhỏm amino tự do với phenyl isoxianat , sản phẩm là một phenyl thioure. Bước 2. Đóng vòng, thủy phân và tách amino axit đầu mạch. Phương pháp Sanger Theo phương pháp này, người ta cho peptit phản ứng với thuốc thử Sanger (2,4-dinitroflobenzen), sau đó thủy phân bằng dung dịch HCl 6M được hỗn hợp các amino axit và amino axit đầu N liên kết với 2,4-dinitroflobenzen. 150 2. Phương pháp xác định amino axit ở đầu C. Dùng men cacboxypeptidase. 3. Bẻ gãy mạch peptit bằng cách sử dụng men trysin và chymotrysin. Trypsin: Cắt mạch tại nhóm cacboxyl của lysine và arginine Chymotrypsin: Cắt machj tại nhóm cacboxyl của những amnino axit có vòng thơm, như: phenylalanine, tyrosine và trytophan. II. BÀI TẬP Bài 1.Các ekepphalin là cấu tử pentapeptit của các endorphin. Xác định trật tự các aminoaxit trong ekephalin từ các dữ liệu sau : Thủy phân hàon toàn ekephalin (A) thu được Gly, Phe, Leu và Tyr, còn thủy phân từng phần thu được Gly.Gly.Phe và Tyr.Gly. Cho A phản ứng với dansylclorua sau đó thủy phân và xác định bằng phương pháp sắc kí thì thấy có sản phẩm là dẫn xuất dansyl của tyrosin. Bài giải Cho A phản ứng với dansylclorua sau đó thủy phân và xác định bằng phương pháp sắc kí thì thấy có sản phẩm là dẫn xuất dansyl của tyrosin. Vậy amino axit đầu N là tyrosin. Thủy phân hàon toàn ekephalin (A) thu được Gly, Phe, Leu và Tyr, còn thủy phân từng phần thu được Gly.Gly.Phe và Tyr.Gly. Chứng tỏ trong ekepphalin có dạng Tyr.Gly.Gly.Phe. Hơn nữa ekepphalin là pentapeptit có chứa Leu, vậy Leu là amino axit ở đầu C. Vậy ekepphalin là Tyr.Gly.Gly.Phe.Leu. Bài 2.Khi thủy phân hoàn toàn 1 mol tripeptit B thu được 2 mol Glu, 1 mol Ala và 1 mol NH 3 . X không phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen và X chỉ có một nhóm cacboxyl tự do. Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu được alanin. Xác định công thức cấu tạo của B. Bài giải Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu được alanin, chứng tỏ B có Ala ở đầu C. Amino ở đầu N liên kết với vơi nhóm cacboxyl tạo thành lactam, khiến nó không phản ứng với thuốc thứ Sanger. Vì chỉ có một nhóm cacboxyl tự do nên nhóm cacboxyl cả Glu còn lại ở dạng amit. Cấu trúc của B là: 151 Bài 3.Thủy phân hoàn toàn hexapeptit (C) thu được Ala, Arg, Gly, Lys, Try, Val và NH 3 . Ủ hexapeptit C với chymotrypsin thu được một dipeptit là Arg.Try và một tetrapeptit (D) chứa Gly, Lys, Ala và Val. C hoặc D đều không phản ứng khi ủ với cacboxypeptitdaza. Khi thủy phân từng phần D thì thu được Ala.Val, Gly.Lys, Lys.Ala và NH 3 . E được tạo thành khi ch thoái phân Edman. Xác định cấu trúc của C. Bài giải Sự tạo thành chất E cho biết đầu N của D là Gly. Khi thủy phân từng phần D thì thu được Ala.Val, Gly.Lys, Lys.Ala và NH 3 nên D có cấu trúc: Gly.Lys.Ala.Val. Ủ hexapeptit C với chymotrypsin thu được một dipeptit là Arg.Try và một tetrapeptit (D). Nên Try liên kết với Gly. C và D đều không phản ứng với cacboxypeptitdaza nên nhóm cacboxyl của chúng tồn tại ở dạng amit. Cấu trúc của C là Arg.Try.Gly.Lys.Ala.Val-amit. Bài 4.Từ các thông tin sau hãy cho biết trật tự liên kết các aminoaxit trong heptapeptit (F). Thủy phân không hoàn toàn tạo ra Ser.Asp.Phe (G), Ala.His.Ser (H), và Phe.Ala (I), ủ một thời gian với cacboxypeptidaza giải phóng ra Ala. Bài giải ủ một thời gian với cacboxypeptidaza giải phóng ra Ala, chứng tỏ Ala nằm ở đầu C. (I) nằm ở cuối mạch, đứng trước là (G) và trước (G) là (H). Khi đó: Ala.His.Ser.Asp.Phe.Ala. Amino axit thứ 7 chỉ có thể là Phe. Vậy cấu trúc của F là: Ph.Ala.His.Ser.Asp.Phe.Ala. Bài 5.Nonapeptit vasodilator bradykinin chứa các aminoaxit sau : 2Arg, Gly, 2Phe, 3Pro và Ser. Thủy phân với cacboxypeptidaza thì thấy Arg được giải phóng đầu tiên. Thủy phân từng phần thì tạo các sản phẩm : Pro.Pro.Gly,Ser.Pro.Phe,Pro.Gly.Phe,Arg.Pro và Phe.Ser. Xác định trật tự liên kết của các aminoaxit trong bradykinin. Bài giải: Sự giải phóng Arg từ sự thủy phân bằng men cacboxypeptidaza, chứng tỏ Ala nằm ở đầu C. Xác định thứ tự các amino axit bằng cách: Agr.Pro Pro.Pro.Gly Pro.Gly.Phe Phe.Ser Ser.Pro.Phe Arg Vậy cấu trúc của Nonapeptit vasodilator bradykinin là Agr.Pro.Pro.Gly.Phe.Ser.Pro.Phe.Arg Bài 6.Pentapetit A có thành phần 2Glu, Ala, Phe và Val, không tạo N 2 khi tác dụng với HNO 2 . Thủy phân A tạo sản phẩm Ala.Gly và Gly.Ala. Viết công thức có thể có của A. Bài giải Vì không giải phóng N 2 nên không có nhóm amino tự do ở đều mạch và A phải là peptit vòng. Vì khi thủy phân tạo thành Gly.Ala.Gly. Hoán vị Phe và Val ta được hai cấu trúc của A. 152 III. PHỤ LỤC Tên Ký hiệu Công thức Gốc lycine Gly alanine Ala Alkyl valine Val Alkyl leucine Leu Alkyl isoleucine Ile Alkyl pheylalanine Phe Aromatic proline Pro rigid cyclic structure serine Ser Hydroxyl threonine Thr Hydroxyl tyrozine Tyr Phenol-OH asparagine Asn amide glutamine Gln amide 153 trytophan Try indole cysteine Cys thiol methionine Met sulfide aspartic acid Asp Carboxylic acid glutamic acid Glu Carboxylic acid lysine Lys Amino arginine Arg Guanidino histidine His Imidazole ring Tài liệu tham khảo 1- L.G. Wade, JR, Organic Chemistry, Prentice Hall, 1991. 2- Estelle K. Meislich, Ph. D, 3000 Solved problems in Organic Chemistry, McGRAW-HILL, 1993 3. Frabcis A. Carey, Orangnic Chemistry, , McGRAW-HILL, 1996. 154 CHUYÊN ĐỀ: TỔNG HỢP HỮU CƠ Trường THPT chuyên Hà Nội - Amsterđam A. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT: I. Các phương pháp làm tăng mạch Cacbon: 1. Các phương pháp ankyl hóa bằng hợp chất cơ magie (RMgX): + 'R X → R-R’ + 2 3 1) 2) CO H O + → RCOOH + 1) O RCH 2 CH 2 OH RMgX + 3 1) 2) HCHO H O + → RCH 2 OH + 3 1) ' 2) R CHO H O + → RCH(OH)R’ + 3 1) ' '' 2) R COR H O + → R(R’)C(OH)R’’ + 3 1) ' hoac ' '' 2) R COOH R COOR H O + → RCOR’ → (R) 2 C(OH)R’ * Học sinh cần lưu ý: + Hợp chất cơ magie RMgX rất dễ phản ứng với các hợp chất có hidro linh động (H 2 O, NH 3 , ancol, amin…) → bảo quản và tiến hành phản ứng trong ete khan. + Lập thể của phản ứng cộng RMgX vào hợp chất cacbonyl: quy tắc Crammer 2. Phương pháp anky hóa ion axetilua: R – C ≡ CH 2 3 / long NaNH NH → R – C ≡ C − Na + 'R X → R – C ≡ C – R’ 3. Các phương pháp ankyl và axyl hóa hợp chất thơm: a) Các phản ứng ankyl hóa: R + anken/ xt: HCl/AlCl 3 hoặc axit protonic (HF > H 2 SO 4 > H 3 PO 4 ) + ancol/ xt: axit protonic hoặc Al 2 O 3 . b) Các phản ứng axyl hóa: R ∆ Một số phản ứng formyl hóa (thường dùng để gắn nhóm – CHO vào phenol, ete thơm hoặc nhân thơm giàu electron) - CO + HCl AlCl 3 R R CHO (Phản ứng Gatterman – Koch) - HCN + HCl/ AlCl 3 H 2 O R R CHO (Phản ứng Gatterman) - HCO-N(R) 2 POCl 3 hoac COCl 2 R R CHO (Phản ứng Vilsmeier) 155 2) H 3 O + O R ’ L t b N R - O - R ’ L t b N R + dẫn xuất halogen/ xt: axit Lewis (AlCl 3 > FeCl 3 > BF 3 > ZnCl 2 ) + dẫn xuất của axit cacboxylic (RCOX > (RCO) 2 O > RCOOR’)/ xt: AlCl 3 - CHCl 3 NaOH OH OH OHC (Phản ứng Reimer – Tiemann) * Học sinh cần lưu ý: + Cơ chế của các phản ứng ankyl và axyl hóa nhân thơm là cơ chế S E 2(Ar); trong đó chú ý cơ chế tạo tác nhân electronfin. + Các phản ứng ankyl hóa thường tạo thành hỗn hợp mono và poliankyl → muốn thu được sản phẩm mono cần lấy dư chất phản ứng. + Hướng chính của phản ứng khi thế vào các dẫn xuất của benzen. 4. Các phương pháp ankyl và axyl hóa các hợp chất có nhóm metylen hoặc nhóm metyn linh động: a) Chất phản ứng có dạng X – C α H 2 – Y hoặc X – C α H(R) – Y ; với X, Y là –COR’, -COOR’, -CN, -NO 2 … Do X, Y là các nhóm hút electron mạnh → nguyên tử H α rất linh động → dùng bazơ để tách H + , tạo thành cacbanion. H 2 C Y X C 2 H 5 ONa - C 2 H 5 OH - CH Y X Na + RBr R HC Y X 1) C 2 H 5 ONa 2) RBr R 2 C Y X 1) C 2 H 5 ONa 2) R'Br R(R') C Y X RCOCl RCO HC Y X * Học sinh cần lưu ý: + Khi thế 2 nhóm ankyl R và R’ khác nhau, nhóm ankyl có kích thước nhỏ hơn hoặc có hiệu ứng +I nhỏ hơn sẽ được đưa vào trước + Sản phẩm của phản ứng axyl hóa cũng có nguyên tử H α linh động, có thể dễ dàng bị tách H + bởi chính cacbanion - CH Y X → có phản ứng cạnh tranh: - CH Y X RCO HC Y X + RCO - C Y X + H 2 C Y X Để ngăn phản ứng phụ nói trên, người ta dùng bazơ mạnh (mạnh hơn cacbanion) với lượng dư. b) Chất phản ứng có dạng R – CH 2 – X hoặc R 2 – CH – X; với X là – COR’, - COOR’, - CN, - NO 2 … Các phản ứng được tiến hành tương tự, nhưng phải sử dụng xúc tác là bazơ rất mạnh (NaNH 2 ; C 2 H 5 ONa…) do nguyên tử H α kém linh động hơn so với trường hợp có 2 nhóm X, Y hút electron. 5. Các phương pháp ngưng tụ: a) Phản ứng andol – croton hóa của anđehit và xeton: C C H H O C C H H O + C C C C H H OH H H O C C C C H H H O H + hoac OH - H + hoac OH - * Học sinh cần lưu ý: + Cơ chế của giai đoạn cộng andol: A N 156 + Giai đoạn croton hóa có thể xảy ra theo cơ chế E 1 hoặc E 1 cb (khi có H β linh động, xt bazơ mạnh) + Khi thực hiện phản ứng andol – croton hóa từ 2 cấu tử khác nhau có thể tạo ra hỗn hợp sản phẩm, trong đó sản phẩm chính là sản phẩm ngưng tụ giữa: - cấu tử cacbonyl có tính electrophin cao hơn - cấu tử metylen có H α linh động hơn. b) Phản ứng ngưng tụ của anđehit, xeton với các hợp chất có nhóm metylen hoặc metyn linh động: H 2 C Y X - CH Y X B - - BH C O C HC O - Y X BH - B - C HC OH Y X C C Y X - H 2 O * Học sinh cần lưu ý: + Xúc tác dùng trong các phản ứng này thường là các bazơ hữu cơ yếu, có thể ngăn chặn được phản ứng tự ngưng tụ với nhau của các anđehit, xeton. + Phản ứng ngưng tụ anđehit thơm với anhidrit axit tạo thành axit α,β – không no (phản ứng ngưng tụ Perkin) cũng có cơ chế tương tự như trên. C 6 H 5 – CH=O + (CH 3 CO) 2 O 3 3 OO OOH khan CH C Na CH C− → C 6 H 5 – CH= CH – COOH c) Phản ứng cộng Micheal - cộng các hợp chất có nhóm metylen hoặc metyn linh động vào hợp chất cacbonyl-α,β-không no: H 2 C Y X - CH Y X B - - BH H 2 C CH CH O H 2 C - CH CH O CH Y X BH - B - H 2 C CH 2 CH O CH Y X * Học sinh cần lưu ý: + Xúc tác bazơ có thể là C 2 H 5 ONa (nhiệt độ phòng); piperidin (nhiệt độ cao hơn). + Có thể thay thế hợp chất cacbonyl-α,β-không no bằng các hợp chất nitro (NO 2 ) hoặc nitril (CN)-α,β-không no. d) Phản ứng ngưng tụ Claisen – ngưng tụ este với các hợp chất có nhóm metylen linh động: + Phản ứng ngưng tụ giữa các este với nhau: CH 3 –COO–C 2 H 5 + CH 3 –COO–C 2 H 5 2 5 C H ONa → CH 3 –CO–CH 2 –COO–C 2 H 5 + C 2 H 5 OH Cơ chế phản ứng:                                                                  + Phản ứng ngưng tụ este với hợp chất nitril: CH 3 –COO–C 2 H 5 + R–CH 2 –CN 2 5 C H ONa → CH 3 –CO–CH 2 (R)–CN + C 2 H 5 OH + Phản ứng ngưng tụ este với anđehit hoặc xeton: CH 3 –COO–C 2 H 5 + CH 3 –CO–CH 3 2 5 C H ONa → CH 3 –CO–CH 2 –CO–CH 3 + C 2 H 5 OH II. Các phương pháp làm giảm mạch Cacbon: 1. Phản ứng đecacboxyl hóa bởi nhiệt: xảy ra khi nhóm COOH gắn với nhóm có khả năng hút electron mạnh 2. Phương pháp vôi tôi xút: RCOONa + NaOH o CaO t → RH + Na 2 CO 3 3. Phản ứng Hunzdicker: RCOOAg + Br 2 4 o CCl t → RBr + CO 2 + AgBr 157 4. Phản ứng halofom:RCOCH 3 + 3X 2 + 4NaOH → RCOONa + CHX 3 + 3NaX + 3H 2 O 5. Phản ứng thoái phân Hoffman: R – CO – NH 2 2 2 , , o Br NaOH t CO − → RNH 2 6. Các phản ứng oxi hóa làm gãy mạch Cacbon: a) Các phản ứng làm gãy liên kết liên kết đôi C=C: + 4 , o KMnO t → CH 3 –COOH + CH 3 –CO–CH 3 HC O O C O CH 3 CH 3 H 3 C b) Các phản ứng làm gãy liên kết C – C vic -điol: C C OH OH C O C O + HIO 4 hoac Pb(OOCCH 3 ) c) Phản ứng oxi hóa ankyl, ankenyl hoặc dẫn xuất của benzen: KMnO 4 hoac K 2 Cr 2 O 7 H + R COOH * Học sinh cần lưu ý: + Nếu vị trí α của mạch bên không còn H thì phản ứng oxi hóa hầu như không xảy ra. + Nếu dùng Na 2 Cr 2 O 7 (không có H + ) sẽ tạo thành xeton mà không bị cắt mạch CH 2 R C R O Na 2 Cr 2 O 7 250 o C, p + Nếu vị trí α của mạch bên chỉ còn 1 nguyên tử H thì phản ứng sẽ tạo ra ancol bậc 3 (không cắt mạch cacbon) CH R 2 C R 2 OH III. Các phương pháp tạo vòng: 1. Các phương pháp ankyl, axyl hóa và ngưng tụ nội phân tử: nguyên tắc tương tự như các phản ứng ankyl, axyl hóa và ngưng tụ đã nêu ở trên. 2. Phản ứng cộng Diels – Alder: + đien đienophin * Học sinh cần lưu ý: + Đien phải ở cấu dạng s-cis; dạng s-trans (Ví dụ: ) không phản ứng. + Các nhóm thế ở vị trí cis đầu mạch đien gây cản trở không gian → khó phản ứng. + Đien có nhóm thế đẩy electron (không gây cản trở không gian) → tăng khả năng phản ứng. + Đienophin có nhóm thế hút electron → tăng khả năng phản ứng. + Cấu hình của sản phẩm giống với cấu hình của đienophin. + Hướng của phản ứng: R + X X R 158 + 3 O → CH 3 –CH=O + CH 3 –CO–CH 3 CH 3 –COOH + CH 3 –CO–CH 3 CH 3 –CH= C(CH 3 ) 2 R + X R X R + X R X R + R X X IV. Các phản ứng oxi hóa và khử trong tổng hợp hữu cơ: 1. Các phản ứng oxi hóa: a) Các phản ứng oxi hóa anken b) Phản ứng oxi hóa nguyên tử H ở vị trí allyl: Tác nhân oxi hóa: Pb 4+ , SeO 2 … C C CH 2 C C CH OH c) Các phản ứng oxi hóa ankyl, ankenyl hoặc dẫn xuất của benzen d) Các phản ứng oxi hóa ancol: + Ancol bậc I [ ]O → anđehit + Ancol bậc II [ ]O → xeton (Quá trình oxi hóa ancol bậc I thành anđehit cần khống chế cẩn thận để không chuyển thành axit). + vic-điol 4 HIO → cacbonyl. e) Các phản ứng oxi hóa anđehit, xeton: + Anđêhit [ ]O → axit cacboxylic Tác nhân oxi hóa: O 2 /xt, [Ag(NH 3 ) 2 ] + , KMnO 4 /H + , K 2 Cr 2 O 7 /H + … + Xeton [ ]O → bị cắt mạch thành axit cacboxylic và xeton Tác nhân oxi hóa: KMnO 4 /H + , HNO 3 … 2. Các phản ứng khử: a) Phương pháp hidro hóa xúc tác: Tác nhân khử: + H 2 / Ni, Pt, Pd: C C C C C C RCOCl → RCH=O RCH=O → RCH 2 OH R-CO-R’ → R-CH(OH)-R’ R-COO-R’ → RCH 2 OH + R’OH RX → RH RNO 2 → RNH 2 R-C≡N → R-CH 2 NH 2 R-CO-NHR’ → RCH 2 NHR’ + H 2 / Pd/ BaSO 4 , BaCO 3 … (xúc tác Lindlar): khử lựa chọn liên kết ba về liên kết đôi C C C C + H 2 / [(C 6 H 5 ) 3 P] 3 RhCl: khử lựa chọn liên kết đôi C=C chỉ chứa 1 hoặc 2 nhóm thế. * Học sinh cần lưu ý: đặc thù lập thể của các phản ứng này đều là cộng syn b) Phương pháp khử bằng hidrua kim loại: Tác nhân khử: thường dùng LiAlH 4 , NaBH 4 159 Tác nhân oxi hóa: CuO, K 2 Cr 2 O 7 /H + , CrO 3 /H + …