Chuyên đề aminoaxit hóa học

Cấu tạo phân tử - Trong phân tử amino axit, nhóm NH2 và nhóm COOH tương tác với nhau tạo ion lưỡng cực.. Vì vậy amino axit kết tinh tồn tại ở dạng ion lưỡng cực - Trong dung dịch, dạng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC

TRƯỜNG THPT ĐỒNG ĐẬU

CHUYÊN ĐỀ

aminoaxit

Môn: Hóa học

Tổ : Lý - Hóa - CN

Người thực hiên: Đỗ Văn Vương - GV trường THPT Đồng Đậu

Vĩnh Phúc, tháng 3 năm 2014

A Đối tượng học sinh bồi dưỡng

- Lớp 12

- Dự kiến số tiết bồi dưỡng: 6 tiết

B Mục tiêu chuyên đề

1 Kiến thức

- Cung cấp hệ thống toàn bộ kiến thức lý thuyết về aminoaxit cho học sinh

- Giúp học sinh làm quen và giải các dạng bài tập liên quan đến aminoaxit trong các đề thi đại học cao đẳng

2 Kỹ năng

- Tiếp tục củng cố các kỹ năng viết các phương trình phản ứng trong hóa hữu cơ

Dự đoán công thức cấu tạo dựa trên những dữ kiện thực nghiệm,

- Rèn luyện kỹ năng vậng dụng các định luật bảo toàn để giải nhanh một số dạng bài tập

- Các kỹ năng tính toán đặc trưng trong bộ môn hóa học

C Phương tiện dạy học

- Sách giáo khoa, sách tham khảo viết về aminoaxit

- Đề thi đại học các năm môn hóa học

- Các đề khảo sát của một số trường

D Hệ thống kiến thức sử dụng trong chuyên đề

I KHÁI NIỆM, CẤU TẠO, DANH PHÁP

1 Định nghĩa

- Amino axit là loại hợp chất hữu cơ tạp chức mà phân tử chứa đồng thời nhóm amino (NH2) và nhóm cacboxyl (COOH) - Công thức chung: (H2N)x – R –

(COOH)y

2 Cấu tạo phân tử

- Trong phân tử amino axit, nhóm NH2 và nhóm COOH tương tác với nhau tạo ion lưỡng cực Vì vậy amino axit kết tinh tồn tại ở dạng ion lưỡng cực

- Trong dung dịch, dạng ion lưỡng cực chuyển một phần nhỏ thành dạng phân tử

3 Danh pháp

a Tên thay thế: axit + vị trí + amino + tên axit cacboxylic tương ứng

Ví dụ: H2N–CH2–COOH axit aminoetanoic

HOOC–[CH2]–CH2(NH2)–COOH axit 2-aminopentanđioic

b Tên bán hệ thống: axit + vị trí chữ cái Hi Lạp (α, β, γ, δ, ε, ω) + amino + tên

thông thường của axit cacboxylic tương ứng

Ví dụ: CH3–CH(NH2)–COOH axit α-minopropionic

H2N–[CH2]5–COOH axit ε-aminocaproic H2N–[CH2]6–COOH axit ω-aminoenantoic

c Tên thông thường: các amino axit thiên nhiên (α-amino axit) đều có tên thường

được đặt theo nguồn gốc tìm ra chúng

Bảng tổng hợp tên gọi của một số α- aminoaxit

thống

Tên thường

Ký hiệu

H 2 N–CH 2 –COOH Axit aminoetanoic Axit aminoaxetic Glyxin Gly

CH 3 –CH–COOH

NH 2

Axit 2-aminopropanoic

Axit α-aminopropionic Alanin Ala

CH 3 –CH–CH–COOH

CH 3 NH 2

Axit

2-amino-3 metylbutanoic

Axit α- aminoisovaleric

Valin Val

HO–C 6 H 4 –CH 2 –CH–COOH

NH 2

Axit 2-amino-3(4 hiđroxiphenyl) propanoic

Axit α-amino-β (ρ-iđroxiphenyl) propionic

Tyrosin Tyr

HOOC–(CH 2 ) 2 –CH–COOH

NH 2

Axit 2-aminopentanđioic

Axit α-aminoglutric

Axit glutamic

Glu

H 2 N–(CH 2 ) 4 –CH–COOH

NH 2

Axit 2,6-điaminohexanoic

Axit α,ε điaminocaproic

Lysin Lys

Để học sinh có thể nhớ được cả bảng trên là một điều khó khăn, nên có thể thu gọn lại theo bảng sau:

Bảng một số giá trị của α -aminoaxit

* Lưu ý: Tyrosin có 2 H linh động, 1 ở nhóm -COOH, 1 ở nhóm -OH gắn vào vòng benzen

II – TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Các amino axit là các chất rắn không màu, vị hơi ngọt, dễ tan trong nước vì chúng tồn tại ở dạng ion lưỡng cực (muối nội phân tử), nhiệt độ nóng chảy cao vì là hợp chất ion

III – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Tính chất axit – bazơ của dung dịch amino axit

a Tác dụng lên thuốc thử màu: (H2N)x – R – (COOH)y Khi:

- x = y thì amino axit trung tính, quỳ tím không đổi màu

- x > y thì amino axit có tính bazơ, quỳ tím hóa xanh

- x < y thì 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

2 Phản ứng este hóa nhóm COOH

H2N–CH2–COOH + C2H5OH ClH3N–CH2–COOC2H5 + H2O

3 Phản ứng của nhóm NH 2 với HNO 2

H2N–CH2–COOH + HNO2 → HO–CH2 –COOH (axit hiđroxiaxetic) + N2 + H2O

4 Phản ứng trùng ngưng

- Do có nhóm NH2 và COOH nên amino axit tham gia phản ứng trùng ngưng tạo thành polime thuộc loại poliamit

nH2N–(CH2)5–COOH→ (–NH–(CH2)5–CO–)n + nH2O

axit ε-aminocaproic nilon-6 (tơ capron)

- Trong phản ứng này, OH của nhóm COOH ở phân tử axit này kết hợp với H của nhóm NH2 ở phân tử axit kia tạo thành nước và sinh ra polime

III ỨNG DỤNG

- Amino axit thiên nhiên (hầu hết là α-amino axit) là cơ sở để kiến tạo nên các loại protein của cơ thể sống

- Muối mononatri của axit glutamic được dùng làm mì chính (hay bột ngọt)

- Axit ε-aminocaproic và axit ω-aminoenantoic là nguyên liệu sản xuất tơ tổng hợp (nilon– 6 và nilon – 7)

- Axit glutamic là thuốc hỗ trợ thần kinh, methionin

(CH3–S–CH2–CH2–CH(NH2)–COOH) là thuốc bổ gan

E CÁC DẠNG BÀI TẬP

I Bài tập có lời giải

Dạng 1: Các bài tập lý thuyết về aminoaxit

Các bài tập dạng này thường khá đơn giản, chỉ yêu cầu nhớ các cách gọi tên, tính chất lý hóa của các aminoaxit Ví dụ:

Câu 1(B-2013): Amino axit X có phân tử khối bằng 75 Tên của X là

A alanin.

B glyxin.

C lysin.

D valin.

Lời giải: Xem lại bảng trên ta có đáp án là B.

thay thế của X và là

A axit aminoetanoic

B axit 2-aminopropionic

C axit 2-aminopropanoic

D axit aminoaxetic.

Lời giải: Xem lại phần cách đọc tên ta có đáp án là C

Câu 3(A-2011): Dung dịch nào sau đây làm quỳ tím đổi thành màu xanh?

A Dung dịch glyxin

B Dung dịch alanin

C Dung dịch lysin

D Dung dịch valin.

Lời giải: Trong các chất trên thì lysin có 2 nhóm NH2, 1 nhóm COOH nên dung dịch có pH > 7 Ta chọn đáp án C

Câu 4(B-2012): Dung dịch chất nào sau đây làm quỳ tím chuyển thành màu hồng?

A Axit aminoaxetic.

B Axit α-aminopropionic.

C Axit α-aminoglutaric.

D Axit α,ε-điaminocaproic.

Lời giải: tương tự bài trên ta chọn đáp án là C vì axit α-aminoglutaric có 2 nhóm

COOH nhưng chỉ có 1 nhóm NH2

Câu 5: Cho các chất sau: (X1) C6H5NH2; (X2) CH3NH2 ; (X3) H2NCH2COOH; (X4) HOOCCH2CH2CH(NH2)COOH; (X5) H2NCH2CH2CH2CH2CH(NH2)COOH Dung dịch nào làm quỳ tím hóa xanh?

A X1, X2, X5

B X2, X3,X4

C X2, X5

D X1, X5, X4

Đáp án là C

Dạng 2: Tìm công thức cấu tạo của aminoaxit dựa vào phản ứng tạo muối

Phải viết được 2 phương trình có dạng:

+ Với axít HCl:

H2N– R – COOH + HCl → ClH3N– R – COOH

+ Với bazơ NaOH:

H2N– R – COOH+ NaOH → H2N– R – COONa+ H2O

Dựa vào phản ứng tạo muối của aminoaxit, thường áp dụng thêm định luật bảo toàn khối lượng để tính ra MR, từ đó suy ra công thức cấu tạo aminoaxit

Ví dụ:

Câu 1(CĐ-2008): Trong phân tử aminoaxit X có một nhóm amino và một nhóm

cacboxyl Cho 15,0 gam X tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 19,4 gam muối khan Công thức của X là

A H2NC3H6COOH

B H2NCH2COOH.

C H2NC2H4COOH

D H2NC4H8COOH.

Lời giải: Đặt CT của aminoaxit có dạng:NH2-R-COOH Phương trình phản ứng: NH2-R-COOH + NaOH → NH2-R-COONa + H2O

MR + 61 MR + 83 tăng 22 gam

Theo đầu bài khối lượng muối tăng thêm 4,4 gam

=> số mol aminoaxit là 0,2 mol

=>M NH2-R-COOH = 75

=> MR = 14

Vậy đáp án là B

Câu 2(B-2009): Cho 0,02 mol amino axit X tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch

HCl 0,1M thu được 3,67 gam muối khan Mặt khác 0,02 mol X tác dụng vừa đủ với

40 gam dung dịch NaOH 4% Công thức của X là

A H2NC2H3(COOH)2

B H2NC3H5(COOH)2

C (H2N)2C3H5COOH

D H2NC3H6COOH

Lời giải: từ đầu bài có thể thấy aminoaxit cần tìm có 2 nhóm COOH và 1 nhóm

NH2

Đặt CTCT của X là NH2-R-(COOH)2

Phương trình phản ứng:

NH2-R-(COOH)2 + HCl → NH3Cl-R-(COOH)2

=>Maminoaxit=(3,67:0,02)-36,5 =147

=>MR =41 R là C3H5

Đáp án là B

Câu 3(A-2009): Cho 1 mol amino axit X phản ứng với dung dịch HCl (dư), thu

được m1 gam muối Y Cũng 1 mol amino axit X phản ứng với dung dịch NaOH (dư), thu được m2 gam muối Z Biết m2 - m1 = 7,5 Công thức phân tử của X là

A C5H9O4N

B C4H10O2N2

C C5H11O2N

D C4H8O4N2.

Lời giải: Nếu aminoaxit chỉ có 1 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH thì không thể cho m2>m1 được, vậy chỉ có trường hợp aminoaxit có 1 nhóm NH2 và 2 nhóm COOH là phù hợp Xem các đáp án thì A là phù hợp

Dạng 3: Tính khối lượng aminoaxit hoặc muối dựa vào phản ứng của nó với

axit hoặc bazơ.

Yêu cầu nhớ chính xác các thông tin của các aminoaxit ở dạng bảng thu gọn bên trên Từ đó vận dụng linh hoạt để viết phương trình phản ứng ở dạng tổng quát

Ví dụ:

Câu 1(A-2012): Cho 21 gam hỗn hợp gồm glyxin và axit axetic tác dụng vừa đủ

với dung dịch KOH, thu được dung dịch X chứa 32,4 gam muối Cho X tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được dung dịch chứa m gam muối Giá trị của m là

A 44,65.

B 50,65.

C 22,35.

D 33,50.

Lời giải: Phương trình phản ứng khi cho hỗn hợp phản ứng với KOH:

NH2-CH2-COOH + KOH →NH2-CH2-COOK + H2O

CH3COOH + KOH → CH3COOK + H2O

y mol y mol

Lập hệ phương trình:

75 x + 60y = 21

113 x + 98 y = 32,4

Giải hệ trên ta được x = 0,2 mol, y = 0,1 mol

Cho X tác dụng với HCl dư:

NH2-CH2-COOK + HCl → NH3Cl-CH2-COOH + KCl

CH3COOK + HCl → CH3COOH + KCl

m = m KCl + m NH3Cl-CH2-COOH = 44,65 gam Ta chọn A

Câu 2(B-2010): Hỗn hợp X gồm alanin và axit glutamic Cho m gam X tác dụng

hoàn toàn với dung dịch NaOH (dư), thu được dung dịch Y chứa (m+30,8) gam muối Mặt khác, nếu cho m gam X tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl, thu được dung dịch Z chứa (m+36,5) gam muối Giá trị của m là

A 112,2

B 165,6

C 123,8

D 171,0.

Lời giải: Gọi nAla = x mol, nGlu=y mol Lưu ý số nhóm NH2 và COOH của Alanin lần lượt là 1 và 1, trong khi của axit glutamic là 1 và 2

Khi phản ứng với NaOH khối lượng muối tăng so với axit ban đầu là:

22x + 44y = 30,8 (1)

Khi phản ứng với HCl khối lượng muối tăng so với axit ban đầu là:

36,5 x + 36,5y = 36,5 (2)

Từ (1) và (2) suy ra : x = 0,6 ; y = 0,4

Vậy m= 0,6 89+ 0,4 147= 112,2 gam

=> Ta chọn đáp án A.

Dạng 4: Bài tập về phản ứng trùng ngưng

Dạng này yêu cầu nhớ phản ứng trùng ngưng, vận dụng tốt định luật bảo toàn khối lượng Ví dụ:

Câu 1: Khi trùng ngưng 30g glyxin , thu đựoc m(g) polime va 2,88g H2O tính m=?

A 12 gam

B 32,88 gam

C 9,21 gam

D 9,12 gam.

Lời giải:

Phương trình phản ứng:

nH2N–CH2–COOH→ (–NH–CH2–CO–)n + nH2O

số mol glyxin dùng là = 30/75 = 0,4 mol

số mol H2O thu được = 2,88/18 = 0,16 mol

=> n glyxin phản ứng là 0,16 mol

Vậy m polime=0,16.75 – 2,88 = 9,12 gam

Đáp án là D

Câu 2: Đun nóng m gam axit 7-aminoheptanoic với xúc tác thì thu được 3,6 gam

nước Biết hiệu suất phản ứng trùng ngưng đạt 80% Giá trị của m là:

A 29,00

B 92,00

C 36,25

D 35,26

Lời giải: Phương trình phản ứng:

nH2N–(CH2)6–COOH→ (–NH–(CH2)6–CO–)n + nH2O

naminoaxit = n nước = 3,6 : 18 = 0,2 mol

maminoaxit (theo lý thuyết)= 0,2.145 = 29 gam

maminoaxit (theo thực tế)= (29.100):80=36,25 gam

=> Chọn đáp án C

Dạng 5: Bài tập về muối và este của aminoaxit

Các bài tập dạng này thường xoay quanh việc viết các công thức cấu tạo của các hợp chất liên quan đến aminoaxit như muối hoặc este tạo bởi các aminoaxit

Ví dụ:

Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn một lượng chất hữu cơ X thu được 3,36 lít khí CO2, 0,56 lít khí N2 (các khí đo ở đktc) và 3,15 gam H2O Khi X tác dụng với dung dịch NaOH thu được sản phẩm có muối H2N-CH2-COONa Công thức cấu tạo thu gọn của X là

A H2N-CH2-COO-C3H7

B H2N-CH2-COO-CH3.

C H2N-CH2-CH2-COOH

D H2N-CH2-COO-C2H5.

Lời giải:

Có thể nhanh chóng lập được tỉ lệ:

nC : nH : nN = 3:7:1

mặt khác X có thể tác dụng được với NaOH tạo ra muối H2N-CH2-COONa nên công thức hợp lý là este H2N-CH2-COO-CH3

H2N-CH2-COO-CH3 + NaOH → H2N-CH2-COONa + CH3-OH

Đáp án là B

Câu 2: Hai hợp chất hữu cơ X và Y có cùng công thức phân tử là C3H7NO2, đều là chất rắn ở điều kiện thường Chất X phản ứng với dung dịch NaOH, giải phóng khí Chất Y có phản ứng trùng ngưng Các chất X và Y lần lượt là

A vinylamoni fomat và amoni acrylat

B amoni acrylat và axit 2-aminopropionic

C axit 2-aminopropionic và amoni acrylat

D axit 2-aminopropionic và axit 3-aminopropionic.

Lời giải: Y có phản ứng trùng ngưng nên Y phải là aminoaxit (Đáp án B hoặc D).

X có tương tác với NaOH giải phóng khí nên X là amoni acrylat

Đáp án là B

B

Câu 3 (A-09): Hợp chất X mạch hở có công thức phân tử là C4H9NO2 Cho 10,3 gam X phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH sinh ra một chất khí Y và dung dịch

Z Khí Y nặng hơn không khí, làm giấy quỳ tím ẩm chuyển màu xanh Dung dịch Z

có khả năng làm mất màu nước brom Cô cạn dung dịch Z thu được m gam muối khan Giá trị của m là

A.10,8

B 9,4

C 8,2

D 9,6.

Lời giải: Có thể thấy công thức cấu tạo của X có dạng muối của aminoaxit:

CH2=CH-COO-NH3-CH3

Phương trình phản ứng:

CH2=CH-COO-NH3-CH3 + NaOH → CH2=CH-COONa + CH3-NH2 + H2O

(X) (chất trong Z) (khí Y)

0,1 mol 0,1 mol

Vậy giá trị của m là: 9,4 gam

Đáp án là B

Câu 4(A-2010): Cho 0,15 mol H2NC3H5(COOH)2 (axit glutamic) vào 175 ml dung dịch HCl 2M, thu được dung dịch X Cho NaOH dư vào dung dịch X Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, số mol NaOH đã phản ứng là

A.0,70

B 0,50

C 0,65

D 0,55

Lời giải: Các phương trình phản ứng:

H2N-C3H5(COOH)2 + HCl → ClH3N-C3H5(COOH)2

0,15 mol 0,35 mol 0,15 mol

nHCl dư = 0,2 mol

HCl + NaOH → NaCl + H2O

0,2 mol 0,2 mol

ClH3N-C3H5(COOH)2 + 3NaOH → H2N-C3H5(COONa)2 + NaCl + 3H2O

0,15 mol 0,45 mol

Vậy tổng số mol NaOH đã dùng là 0,65 mol

II Bài tập áp dụng

Câu 1: Đun nóng 100ml dung dịch một aminoaxit 0,2 M tác dụng vừa đủ với 80ml

dung dịch NaOH 0,25M Sau phản ứng người ta cô cạn dung dịch thu được 2,5 g muối khan Mặt khác, lấy 100g dung dịch aminoaxit trên có nồng độ 20,6 % phản ứng vừa đủ với 400ml dung dịch HCl 0,5 M Công thức phân tử của aminoaxit là:

A H2NCH2COOH B.CH3CH(NH2)COOH

C CH3CH2CH(NH2)COOH D CH3COONH4

Câu 2: Cho hỗn hợp X gồm hai chất hữu cơ có cùng công thức phân tử C2H7NO2 tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH, đun nóng được dung dịch Y và 4,48 lít

(đktc) hỗn hợp Z gồm 2 khí ( đều làm xanh giấy quỳ tím ẩm) Tỉ khối hơi của Z đối với H2 bằng 13,75 Cô cạn dung dịch Y thu được khối lượng muối khan là :

A 16,5g B 14,3g C 8,9g D 15,7g

Câu 3: Hợp chất X chứa 2 loại nhóm chức amino và cacboxyl Cho 100ml dd X

0,3M phản ứng vừa đủ với 48ml dd NaOH 1,25M Sau đó đem cô cạn dd thì thu được 5,31g muối khan Biết X có mạch cacbon không phân nhánh và có một nhóm amino ở vị trí α Công thức cấu tạo của X là:

A CH3-CH(NH2)-COOH B CH3-CH(NH2)-(COOH

C HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH D H2N-CH2-COOH

Câu 4: Trong các chất : Cu, HCl, C2H5OH, HNO2, KOH, Na2CO3, CH3OH/khí HCl Glyxin tác dụng với những chất nào ?

A.HCl, HNO2, KOH, Na2CO3, CH3OH/HCl

B C2H5OH, HNO2, KOH, Na2CO3, CH3OH/khí HCl , Cu

C Cu, KOH, Na2CO3,HCl, HNO2, CH3OH/khí HCl

D Tất cả các chất

Câu 5: Cho 0,02 mol chất X (X là một α-aminoaxit) phản ứng vừa hết với 160ml

dd HCl 0,152M thì tạo ra 3,67g muối Mặt khác, 4,41g X khi tác dụng với một lượng NaOH vừa đủ thì tạo ra 5,73g muối khan Biết X có mạch cacbon không phân nhánh Vậy công thức cấu tạo của X là :

A. HOOC-CH(NH2)-CH(NH2)-COOH

B. B.HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH

C CH3-CH2-CH(NH2)-COOH

D CH3-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH

Câu 6: Cho 7,12g một aminoaxit X là đồng đẳng của axit aminoaxetic vào 300ml

dung dịch HCl 0,4M để tác dụng hoàn toàn với các chất có trong dung dịch sau phản ứng, phải dùng 0,2mol KOH Công thức cấu tạo thu gọn của X là :

A.C2H5-CH(NH2)-COOH B CH3-CH(NH2)-COOH

C H2N-CH2-COOH D H2N-CH2-CH2-CH2-COOH

Câu 7: Đốt cháy hoàn toàn 5,15g một chất X thì cần vừa đủ 5,88 lít oxi thu được

4,05g H2O và 5,04 lít hỗn hợp gồm CO2 và N2 Biết X là một aminoaxit có một nhóm–NH2 trong phân tử.Công thức phân tử của X là (khí đo ở đktc)

A C3H7O2N B C4H9O2N C C2H5O2N D C5H9O2N