Xây dựng hệ thống phương pháp giải bài tập peptit

Do nội dung bài viết rất dài nên trong số báo này tôi chỉ giới thiệu 2 phương pháp “Phương pháp giải thông thường” và “Sử dụng bảo toàn nguyên tố, nhóm nguyên tố thường là gốc  -aminoax

Thầy giáo : Nguyễn Văn Thương Địa chỉ : Trường THPT Hậu lộc 4 - Tỉnh Thanh Hoá

ĐT : 01667216306

XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PEPTIT

Có thể nói đây là phần bài tập gặp rất nhiều khó khăn cho học sinh, thập chí gây cản trở cho nhiều giáo viên trong quá trình giảng dạy vì tính phức tạp của nó Hiện nay phần bài tập về peptit đang là phần khó, rơi vào mức độ vận dụng cao của kiến thức trong đề thi THPT Quốc gia Chính vì vậy để giúp các học sinh chiếm lĩnh được kiến thức phần này, đồng thời giúp giáo viên có thêm tài liệu tham khảo, tôi

sẽ xây dựng đầy đủ hệ thống các phương pháp giải các dạng bài tập từ dễ đến khó về peptit Do nội

dung bài viết rất dài nên trong số báo này tôi chỉ giới thiệu 2 phương pháp “Phương pháp giải thông thường” và “Sử dụng bảo toàn nguyên tố, nhóm nguyên tố (thường là gốc  -aminoaxit), bảo toàn khối lượng, quan hệ số mol các chất trong phản ứng có quy luật chung”.Các phương phương pháp còn lại sẽ được giới thiệu trong các số báo tiếp theo Mong bạn đọc kiên trì chờ đợi

I Nắm vững bản chất phản ứng thủy phân của peptit

1 Phản ứng thủy phân hoàn toàn trong môi trường axit hoặc bazơ chỉ có H2O tham gia

+ Thủy phân hoàn toàn

H2N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO- -NH-CH-COOH

+ (n-1)H2O H , t+ 0

H2N-CH-COH + H2N-CH-COOH + H2N-CH-COOH + + H2N-CH-COOH

Hoặc: (X) +(n-1)H On 2 H hoÆc OH ,t+ - 0 nX ( X: RCH(NH )-COOH)2

+ Thủy phân không hoàn toàn

H 2 N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO- -NH-CH-COOH

+ kH2O  H , t+ 0

-amino axit

®ipeptit tripeptit













* Chú ý: 2 ≤ n ≤ 50

Hoặc: n 2 H hoÆc OH ,t+ - 0 2

3

X (X) (X) + kH O

(X)







 





2 Phản ứng thủy phân hoàn toàn bằng axit ( axit vừa là chất xúc tác vừa là tác nhân phản ứng) Thầy xin được viết ở dạng khái quát

Ví dụ : Peptit (X)n tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl

H

Ban đầu: (X) +(n-1)H OnX (1)

Sau đó : X+HCl muối clorua (2)

muối clorua

(X) + (n-1)H O + nHCl n RCH(NH Cl)-COOH



3 Phản ứng thủy phõn hoàn toàn bằng bazơ ( bazơ vừa là chất xỳc tỏc vừa là tỏc nhõn phản ứng)

OH

Ban đầu: (X) +(n-1)H OnX (1)

Sau đó : X + NaOH muối natri + H O (2)2

Lấy (1) + (2)ìn ta được:

muối natri

(X) + nNaOH n RCH(NH )-COONa + H O



II- Xõy dựng hệ thống phương phỏp giải bài tập peptit (xột cỏc peptit được tạo nờn từ cỏc aminoaxit no, mạch hở chứa 1 nhúm –COOH và 1 nhúm –NH2)

Phửụng phaựp 1: Phương phỏp giải thụng thường (mẫu mực)

a Phương phỏp giải

 Viết phương trỡnh phản ứng xảy ra, đặt số mol của cỏc chất theo phương trỡnh

 Lập phương trỡnh, hệ phương trỡnh toỏn học

 Giải hoặc biện luận phương trỡnh, hệ phương trỡnh để đưa ra kết quả

Chỳ ý: phương phỏp này thớch hợp với hỡnh thức tự luận, thi học sinh giỏi Nhưng bạn đọc khụng nờn

bỏ qua vỡ nú là cơ sở của phương phỏp giải nhanh

b Vớ dụ minh họa:

Vớ dụ 1: Thủy phõn hết m gam tetrapeptit Ala-Ala-Ala-Ala (mạch hở) thu được hỗn hợp gồm 28,48 gam Ala, 32 gam Ala-Ala và 27,72 gam Ala-Ala-Ala Giỏ trị của m là:

A 90,6 B 111,74 C 81,54 D 66,44

(Trớch đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2011)

Hướng dẫn

Ta cú: nAla 28,48 0,32 mol; nAla Ala 32 0,2 mol;



Ala Ala Ala

27,72

89.3 18.2



Phương trỡnh phản ứng:









2

0,32 0,08

2

2

Từ (1), (2), (3), ta cú:

Ala Ala Ala Ala

Ví dụ 2: Đipeptit mạch hở X và tripeptit mạch hở Y đều được tạo ra từ một loại amino axit no, mạch

hở có một nhóm NH2 và một nhóm COOH Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol Y thu được sản phẩm gồm

CO2, H2O, và N2 trong đó tổng khối lượng CO2 và H2O bằng 54,9 gam Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol X, sản phẩm thu được cho lội qua dung dịch nước vôi trong dư thì thu được m gam kết tủa Giá trị của m là:

A 45 B 120 C 30 D 60

(Trích đề thi tuyển sinh đại học khối B- Năm 2010)

Hướng dẫn

-Aminoaxit : CnH2n+1O2N

X:C H O N



 



2

2

+O

Y:C H O N 3nCO + (3n-0,5)H O + 1,5N

0,1 0,3n (0,3n-0,05) :mol



CO2 H O2

0,3n.44 + (0,3n-0,05).18 54,9 n=3

2

+O

0,2 1,2 :mol





3

CaCO

Ví dụ 3: Cho 0,7 mol hỗn hợp T gồm hai peptit mạch hở là X (x mol) và Y (y mol), đều tạo bởi glyxin

và alanin Đun nóng 0,7 mol T trong lượng dư dung dịch NaOH thì có 3,8 mol NaOH phản ứng và thu được dung dịch chứa m gam muối Mặt khác, nếu đốt cháy hoàn toàn x mol X hoặc y mol Y thì đều thu được cùng số mol CO2 Biết tổng số nguyên tử oxi trong hai phân tử X và Y là 13, trong X và Y đều có

số liên kết peptit không nhỏ hơn 4 Giá trị của m là

A 396,6 B 340,8 C 409,2 D 399,4

(Trích đề thi THPT Quốc gia năm 2015)

Hướng dẫn

Glyxin: C2H5O2N; Alanin: C3H7O2N

X:(gly) (ala) (x mol)

Y:(gly) (ala) (y mol)









+ Số liên kết peptit (X) = a + b – 1 ≥ 4 → a + b ≥ 5 (I)

+ Số liên kết peptit (X) = c + d – 1 ≥ 4 → c + d ≥ 5 (II)

+ Tổng số nguyên tử O trong (X, Y) = a + b +1 + c + d + 1 =13

→ a + b + c + d = 11 (III)

Từ (I), (II), (III) → a + b =5 và c + d = 6 (*)

2

+O

(gly) (ala) (2a+3b)CO

x x(2a+3b) :mol



 2

+O

(gly) (ala) (2c+3d)CO

y y(2c+3d) :mol





→ x(2a + 3b) = y (2c + 3d) (IV)

6

x x(a+b) ax bx :mol

3 6

(gly) (ala) +(c+d)NaOH cC H O NNa + dC H O NNa H O

y y(c+d) cy dy :mol

nNaOH= x(a+b)+y(c+d)=3,8 kết hợp với (*) → 5x +6y = 3,8

→ x = 0,4 ; y =0,3 cùng với (*) thay vào (IV) → 4a-3c = 6 (**)

+ Từ (III), (*), (**) và a, b, c, d là số tự nhiên → c=2; a =3; b =2; d = 4

2 4 2 3 6 2

(ax+cy).97 (bx+dy).111

     

Ví dụ 4: Hỗn hợp X gôm 3 peptit đều mạch hở có tỉ lệ mol tương ứng là 1:1:3 Thủy phân hoàn toàn m

gam X thu được hỗn hợp sản phẩm gồm 14,24 gam Alanin và 8,19 gam Valin Biết tổng số liên kết peptit của ba peptit trong X nhỏ hơn 13 giá trị của m là:

A 18,47 B 19,19 C 18,83 D 20

(Trích đề thi tuyển sinh Đại học khối B- Năm 2014)

Hướng dẫn

Gọi 3 peptit lần lượt có công thức: (Ala)x(Val)y, (Ala)z(Val)t, (Ala)u(Val)v với số mol tương ứng lần lượt là: a, a, 3a

Ala x Valy+(x+y-1)H O2 xAla + yVal

a xa ya :mol



Ala z Val +(z+t-1)H Ot 2 zAla + tVal

a za ta :mol



2

Ala Val +(u+v-1)H O uAla + vVal

3a ua va :mol



0, 23 48

a(x+z+3u)=0,16

0,23 a(y+t+3v)=0,07 (x+y+z+t+3u+3v)= < 16.3=48 a >

a x+y+z+t+u+v<16









m =a 71x+99y+18 +a 71z+99t+18 +3a 71u+99v+18 =

90.0,23

= 71a (x+z+3u) +99a (y+t+3v) +90a=18,29 + 90a >18,29+ =18,72125

48

+ Nếu m = 18,83 → a = (18,83-18,29)/90= 0,006→ (x+z+3u) = 80 Z (lo¹i)

+ Nếu m = 19,19 → a = (19,19-18,29)/90= 0,01→ (x+z+3u) = 16 ( chọn)

→ Chọn B

Ví dụ 5: Cho hỗn hợp A chứa hai peptit X và Y đều tạo bởi glyxin và alanin Biết rằng tổng số nguyên

tử O trong A là 13 Trong X hoặc Y đều có số liên kết peptit không nhỏ hơn 4 Đun nóng 0,7 mol A trong KOH thì thấy có 3,9 mol KOH phản ứng và thu được m gam muối Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 66,075 gam A rồi cho sản phẩm hấp thụ hoàn toàn vào bình chứa Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng 147,825 gam Giá trị của m gần nhất với:

A 560 B 470 C 520 D 490

Hướng dẫn

+ Số liên kết peptit (X) ≥ 4 → Số nguyên tử O ≥ 6 (I)

+ Số liên kết peptit (X) ≥ 4 → Số nguyên tử O ≥ 6 (II)

+ Tổng số nguyên tử O trong (X, Y) = 13 (III)

Từ (I), (II), (III): → 2 3 6 5











- Phản ứng thủy phân:

5

6





X Y

n

- Phản ứng đốt cháy (nX= 3a mol, nY = 4a mol):





 

→ Chọn B

Phương pháp 2: Sử dụng bảo toàn nguyên tố, nhóm nguyên tố (thường là gốc -aminoaxit), bảo toàn khối lượng, quan hệ số mol các chất trong phản ứng có quy luật chung

a Phương pháp giải

 Peptit là hợp chất có chứa C, H, O, N nên sử dụng bảo toàn nguyên tố C, H, O, N Ngoài ra còn sử dụng bảo toàn nguyên tố Na, Cl trong phản ứng trực tiếp của peptit với axit hoặc kiềm

 Sử dụng bảo toàn nhóm (gốc -aminoaxit) rất hiệu quả trong phản ứng thủy phân không hoàn toàn

H hoÆc OH ,t

(X) + kH OX+ (X) (X) 

Bảo toàn X:

 Sử dụng bảo toàn khối lượng trong mọi phản ứng nếu cần thiết Ví dụ:

+ Trong phản ứng thủy phân không hoàn toàn trên:

+ Trong phản ứng thủy phân hoàn toàn với NaOH

mpeptit + mNaOH = mmuối +

2

H O

m

+ Trong phản ứng thủy phân hoàn toàn với HCl

mpeptit + mHCl = mmuối +

2

H O

m

+ Trong phản ứng đốt cháy peptit:

mpeptit +

 Sử dụng mối quan hệ số mol các chất trong phản ứng có quy luật chung Ví dụ:

+ Trong phản ứng thủy phân hoàn toàn với NaOH

muèi natri

(X) + nNaOH n RCH(NH )-COONa + H O



nNaOH=nmuối= n.npeptit = n.nnước

+ Trong phản ứng thủy phân hoàn toàn với HCl

n 2 3

muèi clorua

(X) + (n-1)H O + nHCl n RCH(NH Cl)-COOH

nmuối = nHCl = n.npeptit=

2

H O

n n n-1

+ Trong phản ứng đốt cháy peptit

n -n =(k-1-0,5t)n hoÆc n +n -n =(k-1)n

( k là độ bất bão hòa, t là số nguyên tử N Nếu peptit được tạo nên từ -aminoaxit no, mạch hở chứa 1 nhóm –COOH, 1 nhóm –NH 2 thì k = t )

+ Trong phản ứng đốt cháy muối Na của aminoaxit no, mạch hở chứa 1 nhóm –COOH, 1 nhóm –NH2 tạo ra từ phản ứng của peptit với NaOH

2

+O

C H O NNa  0,5Na CO +(n-0,5)CO +nH O+0,5N

b Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Thủy phân hết m gam tetrapeptit Ala-Ala-Ala-Ala (mạch hở) thu được hỗn hợp gồm 28,48 gam Ala, 32 gam Ala-Ala và 27,72 gam Ala-Ala-Ala Giá trị của m là:

A 90,6 B 111,74 C 81,54 D 66,44

(Trích đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2011)

Hướng dẫn

Hướng tư duy 1: Sử dụng bảo toàn khối lượng

Ta có: nAla 28,48 0,32 mol; nAla Ala 32 0,2 mol;



Ala Ala Ala

27,72

89.3 18.2



Phương trình phản ứng:













2

0,32 0,24

2

0,2 0,1

2

0,12 0,03

Ala Ala-Ala Ala-Ala-Ala H O 2

BTKL:m= m + m + m - m 81,54gam → Chọn C

Hướng tư duy 2: Sử dụng bảo toàn nguyên tố N

 Ala-Ala-Ala-Ala

N(Ala-Ala-Ala-Ala) N(Ala) N(Ala-Ala) N(Ala-Ala-Ala) Ala-Ala-Ala-Ala

0,32

  

 mAla Ala Ala Ala (0,08 0,1 0,09).(89.4 18.3)     81,54 gam

Hướng tư duy 3: Sử dụng bảo toàn nguyên tố C



C(Ala-Ala-Ala-Ala) C(Ala) C(Ala-Ala) C(Ala-Ala-Ala) Ala-Ala-Ala-Ala

0,32.2

  

 mAla Ala Ala Ala (0,08 0,1 0,09).(89.4 18.3)     81,54 gam

Hướng tư duy 4: Sử dụng bảo toàn nhóm Ala

2

+H O

(Ala) Ala + (Ala) + (Ala)

PS: Hướng tư duy 4 là nhanh nhất, tối ưu nhất cho bài tập này Chúc mừng anh nông dân đã có thành quả đầu tiên

Ví dụ 2: Thủy phân một lượng tetrapeptit X (mạch hở ) chỉ thu được 14,6 gam Ala-Gly; 7,3 gam

Gly-Ala; 6,125 gam Gly-Ala-Val; 1,875 gam Gly; 8,775 gam Val; m gam hỗn hợp gồm Ala-Val và Ala Giá trị của m là:

A 29,006 gam B 38,675 gam C 34,375 gam D 29,925 gam

Hướng dẫn

+ Số mol các chất tính được như sau:

0, 05;

+ Từ tính chất của bài toán → X: Ala-Gly-Ala-Val

X: Ala-Gly-Ala-Val

Ala-Gly; Gly-Ala; Gly-Ala-Val; Gly; Val

Ala-Val; Ala





0,025

Ala-Val X Glyl-Ala-Val Val

Ala X Ala-Gly Gly-Ala Gly-Ala-Va

BT.Val: n = n - n - n 0,1

BT.Ala: n =2 n - n - n - n





 

0,1 0,025

0,125

l- nAla-Val 





0,125.89

0,1.188

Ala-Val Ala

m= m+ m 29,925gam→ Chọn D

Ví dụ 3: Cho X là hexapeptit, Ala-Gly-Ala-Val-Gly-Val và Y là tetrapeptit GlyAla-Gly-Glu Thủy

phân hoàn toàn 104 gam hỗn hợp gồm X và Y thu được 4 amino axit, trong đó có m gam glyxin và 35,6 gam alanin Giá trị của m là:

A 37,5 B 18,75 C 9,375 D 28,125

Hướng dẫn



2

xmol

y

+H O

0,4mol mol

X: Ala Gly Val (M =472)













Gly Gly



→ Chọn A

Ví dụ 4: Thủy phân m gam hỗn hợp X gồm tetrapeptit Y và pentapeptit Z bằng dung dịch NaOH vừa

đủ rồi cô cạn thu được (m + 23,7) gam hỗn hợp muối của Gly và Ala Đốt cháy toàn bộ lượng muối sinh ra bằng lượng oxi vừa đủ thu được Na2CO3 và hỗn hợp hơi T gồm CO2, H2O và N2 Dẫn toàn bộ lượng hơi T đi rất chậm qua bình đựng dung dịch NaOH đặc dư thấy khối lượng bình tăng 84,06 gam

và có 7,392 lít một khí trơ duy nhất (đktc) thoát ra khỏi bình Thành phần phần trăm khối lượng của Y trong hỗn hợp X có giá trị gần nhất với :

A 53% B 54% C 55% D 56%

Hướng dẫn

X

+ NaOH

Y





C H O NNaNa CO +CO +H O+N (2)

2

H O (1)





0,33

0,66.40

0, 66

2 2

H O(1)











2





(2)

84, 06

2





Ala

0,09a+0,06b=0,39

a=3, b=2

n =0,27





.100% 58, 77%

.100% 53, 06%

3 5

3

Y:(Gly)(Ala) 0,09.(75+89.3-3.18)

%Y=

Z:(Gly) 0,39.(75+22)+0,27(89+22)-23,7

Y:(Gly) (Ala) 0,09.(75.3+89-3.18)

%Y=

Z:(Gly) (Ala) 0,39.(75+22)+0,27(89+22)-23,7

















→Chọn A

Ví dụ 5: X là một peptit mạch hở Thủy phân không hoàn toàn m gam X chỉ thu được các tripeptit thì

tổng khối lượng của tripeptit là 56,7 gam Nếu thủy phân không hoàn toàn m gam X chỉ thu được các đipeptit thì tổng khối lượng của đipeptit là 59,4 gam Nếu thủy phân hoàn toàn m gam X thì chỉ thu được a gam một amino axit Y (chỉ có một nhóm –COOH và 1 nhóm –NH2) Giá trị của a là:

A 62,1 B 64,8 C 67,5 D 70,2

Hướng dẫn

Gọi k là số mắt xích của X Ta có các phản ứng

3Y +(k-3)H O kY (1)

2Y +(k-2)H O kY (2)

Y +(k-1)H O kY (3)







Hướng tư duy 1: Tính theo phương trình kết hợp với bảo toàn khối lượng

2

k

H O

Y

18(k-3)











2

k

H O

Y

18(k-2)











(56,7-m).3 (59,4-m).2

18(k-3) 18(k-2)

k

BTKL

Y

(56,7-m).3 170,1k-3km-170,1+3m

(*)

-2km+170,1k-170,1 -2 (51,3k+16,2) +170,1k-170,1

67,5gam



→Chọn C

Hướng tư duy 2: Kết hợp định luật bảo toàn khối lượng và sự liên hoàn các chất trong phản ứng

Tổ hợp (1), (2), (3) bằng cách lấy (2)3 -(1)2 và lấy (3)6-(2)3 ta được:

2A +H O(I)3A +3H O(II)6A

BTKL: a=59,4+0,45.18=67,5gam









→Chọn C

PS: Hướng tư duy 2 nhanh và tối ưu hơn hướng tư duy 1

Ví dụ 6: Thủy phân hoàn toàn 0,1 mol một peptit X (mạch hở, được tạo bởi các  -Aminoaxit có một nhóm –NH2 và một nhóm –COOH ) bằng dung dịch HCl vừ đủ, thu được dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y thu được chất rắn có khối lượng lớn hơn khối lượng của X là 52,7 gam Số liên kết peptit trong X là:

A 14 B 9 C 11 D 13

Hướng dẫn

2

peptit + (n-1)H O + nHCl ChÊt r¾n (c« c¹n)

0,1 0,1(n-1) 0,1n :mol



0,1n.36,5 0,1(n-1).18

→ Số gốc  -Aminoaxit bằng 10→ Số liên kết peptit bằng 9 → Chọn B

Ví dụ 7: Đun nóng m gam hỗn hợp gồm a mol tetrapeptit mạch hở X và 2a mol tripeptit mạch hở Y với

600 ml dung dich NaOH 1M vừa đủ Sau khi các phản ứng kết thúc, cô cạn dung dịch thu được 72,48 gam muối khan của các amino axit đều có một nhóm -COOH và một nhóm -NH2 trong phân tử Giá trị của m là:

A 51,72 B 54,30 C 66,00 D 44,48

(Trích đề thi tuyển sinh đại học khối B- Năm 2012)

Hướng dẫn

X

+ NaOH Muèi + H O

Y









  

2

2

0,6

0,6.40 72,48 3a.18

a=0,06 mol

m=51,72 gam













Chọn A

Ví dụ 8: Thủy phân hoàn toàn 15,1 gam Gly-Ala-Val-Gly trong dung dịch chứa 0,04 mol NaOH đun

nóng, thu được dung dịch X Cho X tác dụng với 200 ml dung dịch HCl 1M Sau khi kết thúc các phản ứng thu được dung dịch Y Cô cạn cẩn thận dung dịch Y thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là:

A 22,42 gam B 25,44 gam C 23,14 gam D 25,98 gam

Hướng dẫn

(1)

Gly AlaVal+3H O 4H N-R-COOH

0,05 0,15 0,2 :mol





2

2

H N-R-COOH (0,2mol)

NaOH (0,04mol)







(NaOH, HCl) hÕt

BTKL

Ví dụ 9: X là một tripeptit, Y là một pentapeptit, đều mạch hở Hỗn hợp Q gồm X;Y có tỷ lệ mol tương

ứng là 2:3 Thủy phân hoàn toàn 149,7 gam hỗn hợp Q bằng H2O (xúc tác axit) thu được 178,5 gam hỗn hợp các aminoaxit (đều chứa 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH) Cho 149,7 gam hỗn hợp Q vào dung dịch chứa 1 mol KOH; 1,5 mol NaOH, đun nóng hỗn hợp để phản ứng thủy phân xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch A Tổng khối lượng chất tan trong dung dịch A có giá trị là:

A.185,2gam B.199,8gam C 212,3gam D 256,7gam

Hướng dẫn

 

178,5 149,7

2

2

BTKL

2a 4a

3a 12a













3

X: tripeptit(0,2)

Y: pentapeptit(0,3)







   

1.56 1,5.40

2

2

n =0,2.3+0,3.5=2,1 < 2,5 (baz¬ d­) n =0,2+0,3=0,5mol











→Chọn D

Ví dụ 10: Tripeptit mạch hở X và tetrapeptit mạch hở Y đều được tạo ra từ một aminoaxit no, mạch hở

có 1 nhóm –COOH và một nhóm –NH2 Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X thu được sản phẩm gồm H2O,

CO2 và N2 trong đó tổng khối lượng CO2 và H2O bằng 36,3 gam Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol Y thì

số mol O2 cần phản ứng là: