PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN PEPTIT NHANH và HIÊU QUẢ

PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY PEPTIT: Tripeptit mạch hở X và Tetrapeptit mạch hở Y được tạo từ một Aminoacid no, hở trong phân tử có 1nhóm -NH2 và 1nhóm -COOH.. Thủy phân hoàn toàn nếu chỉ có H 2

Sử dụng một số phương pháp đặc biết trong luật giải toán peptit trung học phổ thông.(Chuyên đề dành riêng ôn vào Y-Dược năm học 2014-2015)

ThS Nguyễn Xuan Ngọc Huế, 9/2014

PHẦN 1: MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP PEPTIT

DẠNG 1 PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY PEPTIT:

Tripeptit mạch hở X và Tetrapeptit mạch hở Y được tạo từ một Aminoacid no, hở trong phân tử có 1nhóm (-NH2 ) và 1nhóm (-COOH) Đốt cháy X và Y Vậy làm thế nào để đặt CTPT cho X,Y? Ta làm như sau:

Bước 1: Xây dựng CTPT tổng quát từ CTPT của Aminoacid no: C n H 2n+1 O 2 N

3 CnH2n+1O2N – 2H2O thành CT C3nH6n – 1O4N3(đây là công thức Tripeptit)

4 CnH2n+1O2N – 3H2O thành CT C4nH8n – 2O5N4(đây là công thức Tetrapeptit)

Bước 2: Viết các bán phản ứng:

Nếu đốt cháy liên quan đến lượng nước và cacbonic thì ta chỉ cần cân bằng C, H để tình toán cho nhanh

C3nH6n – 1O4N3 + pO2 3nCO2 + (3n-0,5)H2O

C4nH8n – 2 O5N4 + pO2 4nCO2 + (4n-1)H2O

Tính p(O2) dùng BT nguyên tố Oxi ta có thể dùng 2 cách:

sử dụng phương pháp bảo toàn mol electron Peptit là chất nhường e còn O2 là chất nhận e

Sơ đồ phản ứng cháy:

to

C H O N CO  H O N  Suy ra: (4x + y - 2z).molpeptit = 4.molO2 (p/ứ)

Ví dụ minh họa:

Hướng dẫn giải:

Theo giả thiết: X,Y đều sinh ra do Aminoacid có CT C n H 2n+1 O 2 N

Do vậy ta có CT của X,Y tương ứng là: C 3n H 6n – 1 O 4 N 3 (X) , C 4n H 8n – 2 O 5 N 4 (Y)

Phản ứng cháy X: C 3n H 6n – 1 O 4 N 3 + pO 2 3nCO 2 + (3n-0,5)H 2 O + N 2

0,1 0,3n 0,3(3n-0,5)

Ta có phương trình tổng khối lượng H2O và CO2 : 0,3[44.n + 18 (3n-0,5)] = 36.3  n = 2

Phản ứng cháy Y: C 4n H 8n – 2 O 5 N 4 + pO 2 4nCO 2 + (4n-1)H 2 O + N 2

0,2 0,2.p 0,8n (0,8n -0,2)

Câu 1: Tripeptit mạch hở X và Tetrapeptit mạch hở Y đều được tạo ra từ một aminoacid

no,mạch hở có 1 nhóm –COOH và 1 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(g) Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol Y thì số mol O2 cần phản ứng là?

A 2,8(mol) B 1,8(mol) C 1,875(mol) D 3,375 (mol)

Cách 1: Sử dụng phương pháp bảo toàn mol nguyên tố Oxi:

Áp dụng BT nguyên tố Oxi :

0,2.5+ 0,2.2p = 0,8.2.2 +(0,8.2 -0,2)  p = 9  nO 2 = 9x0,2 = 1,8(mol)

Cách 2: Sử dụng phương pháp bảo toàn mol electron:

Công thức của Y có dạng: C8H14O5N4 : 0,2 (mol)

Theo định luật bảo toàn mol e: 0,2.(4.8 + 14 - 2.5) = 4.molO2

 Mol O2 = 1,8 (mol) đáp án B

DẠNG 2 PHẢN ỨNG THỦY PHÂN PEPTIT:

1 Thủy phân hoàn toàn nếu chỉ có H 2 O tham gia:

Cách 1: Viết phản ứng theo công thức ước lượng:

(A)n + (n-1) H2O nA

Cách 2: Viết phản ứng theo công thức phân tử tổng quát

NH2 NH2

(R)n(CONH)n-1 + (n-1)H2O nR

COOH COOH

Cách viết phản ứng này phù hợp cho các bài toán có phản ứng thủy phân hoàn toàn cần xác định khối lượng chất tham gia, lượng H2O hoặc sản phẩm các amino axit tạo thành theo phương pháp bảo toàn khối lượng

2 Thủy phân hoàn toàn nếu chỉ có H 2 O và axit (HCl) tham gia:

Cách 1: Viết phản ứng theo công thức ước lượng:

( A )n + (n-1) H2O + nHCl nA(HCl) (dạng muối clorua)

Cách 2: Viết phản ứng theo công thức phân tử tổng quát

NH2 NH3Cl

1(R)n(CONH)n-1 + (n-1)H2O +nHCl nR

COOH COOH

Các em chú ý tỉ lệ mol các chất được thầy bôi đỏ nhé, rất cần cho việc tính nhanh các dạng toán peptit

3 Thủy phân trong môi trường kiềm (dung dịch NaOH hoặc dung dịch KOH)

Cách 1: Viết phản ứng theo công thức ước lượng:

1(A)n + n NaOH nA(Na) (đây là dạng muối của natri)

Cách 2: Viết phản ứng theo công thức phân tử tổng quát

NH2 NH2

1(R)n(CONH)n-1 + nNaOH nR + 1H2O

COOH COONa (luôn luôn 1 H2O)

Khối lượng peptit phản ứng + Khối lượng nước = Tổng khối lượng các loại amino axit

Khối lượng peptit phản ứng + Khối lượng nước + khối lượng HCl = Tổng khối

lượng muối clorua

axit

Cách viết phản ứng này phù hợp cho các bài toán có phản ứng thủy phân hoàn toàn cần xác định khối lượng chất tham gia, lượng H2O hoặc sản phẩm các amino axit tạo thành theo phương pháp bảo tăng giảm khối lượng

Chú ý: Tính nhanh khối lượng Mol của Peptit:

* M peptit = Ma.a n – (n-1).18 (n: số mắt xích)

Ví dụ: (Gly)4: Ta có M= MGly 4 – 3.18 = 75.4 - 18.3 = 246 (đvC)

(Ala)3(Gly)4: Ta có M= MAla 3 + MGly 4 – 6.18

= 89.3 + 75.4 - 18.6 = 459 (đvC)

* Đối với 2 Peptit khi thủy phân có tỉ lệ số mol bằng nhau, thì ta xem 2 Peptit đó là một Peptit và ghi phản ứng ta nên ghi gộp Khối lượng mol của Petpti chính là tổng khối lượng mol của 2 Peptit đó

Ví dụ: Tripeptit (Gly)3 có M = 189 (đvC) và Tetrapeptit (Gly)4 có M = 246 (đvC) (có số mol bằng nhau) thì ta xem 2 Peptit đó là Heptapeptit và M= 189 + 246 = 435 (đvC)

* Nếu bài toán cho thủy phân hỗn hợp nhiều peptit khác nhau, với các tỉ lệ mol khác nhau ta có thể dùng phương pháp quy đổi phản ứng (dùng phản ứng trừng ngưng) để giản ước hỗn hợp về 1 peptit

Ví dụ: Thủy phân hỗn hợp A gồm 3 peptit X, Y, Z (với tỉ lệ mol tương ứng 1 : 2 : 3) lúc

đó ta có thể coi hỗn hợp A peptit M được thành lập từ X, Y, Z qua phản ứng trùng ngưng:

1X + 2Y + 3Z M + 5H2O

Ví dụ minh họa:

Hướng dẫn giải:

Từ % khối lượng Oxi trong A ta xác định được A là Gly ( H2NCH2COOH) với M=75

Công thức của Tetrapeptit là (Gli)4 với M= 75.4 – 3.18 = 246 (đvC)

Tính số mol: Tripeptit là : 28,35: 189 = 0,15(mol)

Đipeptit là : 79,2 : 132 = 0,6 (mol) Glyxin(A) : 101,25 : 75 = 1,35(mol)

Cách 1: Dùng các phản ứng ước lượng:

Ghi sơ đồ phản ứng :

(X)4 (X)3 + X 0,15 0,15 0,15 mol (X)4 2 (X)2

0,3 0,6 mol (X)4 4X

0,3 1,2 mol

Câu 1: X là một Tetrapeptit cấu tạo từ Aminoacid A, trong phân tử A có 1 nhóm(-NH2), 1 nhóm (-COOH) ,no, mạch hở Trong A Oxi chiếm 42,67% khối lượng Thủy phân m gam X trong môi trường acid thì thu được 28,35(g) tripeptit; 79,2(g) đipeptit và 101,25(g) A Giá trị của m là?

A 184,5 B 258,3 C 405,9 D 202,95

Khối lượng muối Na = khối lượng peptit + (40.n - 18).mol peptit (phản ứng)

Khối lượng chất rắn = m peptit + (40.n - 18).mol peptit (phản ứng) + 40.mol NaOH (dư)

Lưu ý: mol peptit = mol H2 O sinh ra

axit

Từ sơ đồ trên ta tính được: Số mol X phản ứng là: (0,15+0,3+0,3)=0,75mol

 m = 0,75.246 =184,5(g) đáp án A

Cách 2: Dùng bảo toàn (thầy gọi vui là mol chữ Ala)

(Gly)3 : 0,15 (mol) (Gly)4 (Gly)2 : 0,6 (mol) a(mol) Gly : 1,35 (mol) Bảo toàn mol "chữ" Gly ta có:

a.4 = 0,15.3 + 0,6.2 + 1.35

a = 0,75 (mol)

 m = 0,75.246 =184,5(g) đáp án A

Hướng dẫn giải:

100

667 , 18

 Tripeptit M là (Gli)3 có M = 189 (đvC)

Tetrapeptit Q là (Gli)4 có M = 246 (đvC)

Số mol sản phẩm:

Số mol (Gli)3 = 0,005 (mol)

Số mol (Gli)2 = 0,035 (mol)

Số mol Gli = 0,05 (mol)

Cách 1: Dùng phương pháp viết các phản ứng ước lượng

Quy hỗn hợp M và Q về: (Gli)7 có M = 189 + 246 = 435 (đvC)

Các phản ứng:

(Gli)7 2(Gli)3 + Gli 0,0025 0,005 0,0025 : mol (Gli)7 3 (Gli)2 + Gli

0, 035

3 0,035 0, 035

3 : mol (Gli)7 7(Gli)

0, 0358

 (Gli)7 = 0,0025 + 0, 035

3 +

0, 0358

7 = 0,01928 (mol)

 Khối lượng (Gli)7 = 0,01928.435 = 8,389 (gam)

Cách 2:

Do hai peptit có tỉ lệ số mol phản ứng 1:1 nên xem hỗn hợp M, Q là một Heptapeptit : (Gli)7 và có M = 435 (đvC)

Câu 2: Tripeptit M và Tetrapeptit Q được tạo ra từ một aminoacid X mạch hở ( phân tử chỉ

chứa 1 nhóm NH2 ) Phần trăm khối lượng Nito trong X bằng 18,667% Thủy phân không hoàn toàn m(g) hỗn hợp M, Q (có tỉ lệ số mol 1:1) trong môi trường Axit thu được 0,945(g) M; 4,62(g) đipeptit và 3,75 (g) X.Giá trị của m?

A 4,1945 (g) B 8,389 (g) C 12,58 (g) D 25,167 (g)

Theo giả thiếu, sản phẩm thủy phân gồm: mol (Gli)3 = 0,005 (mol); mol (Gli)2 = 0,035 (mol); mol Gli = 0,05 (mol)

 Tỉ lệ của 3 loại sản phẩm: (Gli)3 : (Gli)2 : Gli = 0,005 : 0,035 : 0,05 = 1 : 7 : 10

Sơ đồ phản ứng :

7

27 (Gli)7 + H2O (Gli)3 + 7 (Gli)2 + 10 (Gli)

7

27 0,005 0,005 0.035 0.05

 m(M,Q) =

7

27

0,005mol.435 = 8,389(g)

Cách 3: Dùng bảo toàn (thầy gọi vui là mol chữ Ala)

(Gli)3 : 0,005 (mol) (Gl)3

a (mol) (Gli)2 : 0,035 (mol) (Gli)4

a (mol) Gli : 0,05 (mol)

Theo bảo toàn mol "chữ" Gly:

a.4 + a.3 = 0,005.3 + 0,035.2 + 0,05

a = 0,01928 (mol)

 Khối lượng hỗn hợp = 0,01929.189+0,01929.246 = 8,389(g)

 đáp án B

PS: Qua các áp dụng trên việc sử dụng phương pháp "bảo toàn mol chữ" trở nên ưu việt dùng để giải nhanh các bài toán khó của dạng thủy phân không hoàn toàn mà chỉ có

H 2 O tham gia thay cho việc viết các phản ứng phức tạp

Hướng dẫn giải:

Theo giả thiết của bài toán cho X là hexapeptit, Ala-Gly-Ala-Val-Gly-Val và Y là

tetrapeptit Gly-Ala-Gly-Glu thủy phân hoàn toàn

Đặt số mol X: Ala-Gly-Ala-Val-Gly-Val : x (mol) Ala: 0,32

và Y: Gly-Ala-Gly-Glu : y (mol) Gly: 0,4

Các phản ứng:

Ala-Gly-Ala-Val-Gly-Val + H2O 2Ala + 2 Gly + 2 Val

x 2x 2x Gly-Ala-Gly-Glu + H2O 2Gly + Ala + Glu

y 2y y

Câu 3: Cho X là hexapeptit, Ala-Gly-Ala-Val-Gly-Val và Y là tetrapeptit Gly-Ala-Gly-Glu

Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm X và Y thu được 4 amino axit, trong đó có 30 gam glyxin và 28,48 gam alanin Giá trị của m là

(Trích đề thi đại học khối A - 2013)

Ta có hệ:



m = 0,12.(75.2 + 89.2 + 117.2 - 18.5) + 0,08.(75.2 + 89 + 147 – 3.18) = 83,2

Đáp án: B

Hướng dẫn giải:

Cách 1: Sử dụng phương pháp bảo toàn biện luận:

Gọi X1, X2, X3 lần lượt là các peptit trong X; n1, n2, n3 lần lượt là số amino axit (Ala và Val) có trong X1, X2, X3

Theo giả thiết ta có:

3a : a : a 3 : 1 : 1 n : n : n mol;

0,07 117

8,19 n

mol;

0,16 89

14,24 n

3 2

1 X X X

val

Bảo toàn "chữ" Ala và Val có trong hỗn hợp X1, X2, X3:

a

0,23 3n

n n 0,23 0,07 0,16 n

n 3a.n a.n

a.n1 2 3  ala  val     1 2 3 

Theo đề bài tổng số liên kết peptit nhỏ hơn 13  n1 1  n2 1  n3 1  13  n1 n2 n3 16

Vì n1, n2, n3 nguyên do đó a phải là ước của 0,23  a  0,01  n1 n2 3n3 23



















6 n

3 n

2 n

3

2

1

hoặc

















5 n

5 n

3 n

3 2

1

hoặc

















5 n

4 n

4 n

3 2

1

hoặc

















5 n

3 n

5 n

3 2

1

hoặc

















5 n

2 n

6 n

3 2

1

…

Ta chỉ cần xét 1 trường hợp

















6 n

3 n

2 n

3 2

1

các trường hợp còn lại đều cho kết quả như nhau

Ta có:

mol 0,18 0,03.5 0,01.2

0,01.1 1)

3a.(n 1)

a.(n 1) a.(n

Bảo toàn khối lượng:













m m 14,24 8,19 0,18.18 19,19g

Cách 2: Sử dụng phương pháp quy đổi hỗn hợp các peptit về peptit mới bằng phản ứng trùng ngưng:

Tiến hành trùng ngưng X1, X2 và X3 theo tỉ lệ mol 1 : 1 : 3 tá có:

1X1 + 1 X2 + 3X3 Y + 4H2O

Khối lượng hỗn hợp X = Khối lượng của Y + khối lượng H2O

Y: có dạng: (Ala) (Val)

Câu 4: Hỗn hợp X gồm ba 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 trong phân tử của ba peptit trong X nhỏ hơn 13 Giá trị của m là

(Trích đề thi đại học khối B - 2014)

 Ala = n = 0,16 16 =

Val m 0,07 7  n = 16, m = 7 (Vì theo giả thiết số liên kết peptit của X1,

X2, X3 < 13)

Vậy Y: có dạng: (Ala)16(Val)7 và mol Y = 0,01

1X1 + 1 X2 + 3X3 (Ala)16(Val)7 + 4H2O

0,01 0,04

 Khối lượng hỗn hợp X = 0,01.(89.16 + 117.7 - 18.22) + 0,04.18 = 19,19

PS: Như vậy câu hữu cơ "khó nhất" trong đề thi khối B năm 2014 đã được Thầy

giải theo phương pháp quy đổi hỗn hợp peptit bằng phản ứng trùng ngưng kết hợp bảo toàn khối lượng Khi sử dụng phản ứng trùng ngưng cần lưu ý tỉ lệ mol của các chất được chon làm số phân tử trong phản ứng Tỉ lệ các sản phẩn phản ứng được bảo toàn.

Hướng dẫn giải:

Đặt Công thức chung cho hỗn hợp A là (X)4

Hay: (X)4 + 3H2O 4X

Áp dụng ĐLBTKL  nH2O = 0 , 905 ( )

mA

mX   mH2O = 16,29 gam

Từ phản ứng  nX= n

3

4

H2O = 0 , 905 ( )

3

4

mol

Phản ứng của X tác dụng với HCl : X + HCl X.(HCl) (dạng muối clorua)

Áp dụng BTKL  m(Muối) = mX + mHCl = 159,74 + 0 , 905 ( )

3

4

mol .36,5 = 203,78(g)

PHẦN II: BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 1: Thủy phân hoàn toàn 60(g) hỗn hợp hai Đipeptit thu được 63,6(g) hỗn hợp X gồm các

Aminoacid no mạch hở (H2NRCOOOH) Nếu lấy 1/10 hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HCl

dư thu được m(g) muối Giá trị của m là?

Câu 2: Thủy phân hết m(g) Tetrapeptit Ala-Ala-Ala-Ala thu được hỗn hợp gồm 28,48(g) Ala ;

32(g) Ala-Ala và 27,72(g) Ala-Ala-Ala Giá trị của m?

Câu 3: X là một Hexapeptit cấu tạo từ một Aminoacid H2N-CnH2n-COOH(Y) Y có tổng % khối lượng Oxi và Nito là 61,33% Thủy phân hết m(g) X trong môi trường acid thu được 30,3(g) pentapeptit, 19,8(g) đieptit và 37,5(g) Y Giá trị của m là?

A 69 gam B 84 gam C 100 gam D 78 gam.

Câu 5: Thủy phân hoàn toàn 143,45 gam hỗn hợp A gồm hai tetrapeptit thu được 159,74

gam hỗn hợp X gồm các aminoacid (Các Aminoacid chỉ chứa 1nhóm COOH và 1 nhóm

-NH2 ) Cho tòan bộ X tác dụng với dung dịch HCl dư, sau đó cô cạn dung dịch thì nhận được m (gam) muối khan Tính khối lượng nước phản ứng và giá trị của m lần lượt bằng?

A 8,145(g) và 203,78(g) B 32,58(g) và 10,15(g)

C 16,2(g) và 203,78(g) D 16,29(g) và 203,78(g)

Câu 4: X là một tetrapeptit cấu tạo từ một amino axit (A) no, mạch hở có 1 nhóm –COOH ;

1 nhóm –NH2 Trong A %N = 15,73% (về khối lượng) Thủy phân m gam X trong môi trường axit thu được 41,58 gam tripeptit ; 25,6 gam đipeptit và 92,56 gam A Giá trị của m là :

A 149 gam B 161 gam C 143,45 gam D 159 gam

Câu 5: X là tetrapeptit Ala-Gly-Val-Ala, Y là tripeptit Val-Gly-Val Đun nóng m gam hỗn

hợp X và Y có tỉ lệ số mol nX : nY = 1 : 3 với 780 ml dung dịch NaOH 1M (vừa đủ), sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch Z Cô cạn dung dịch thu được 94,98 gam muối m có giá trị là

Câu 6: Đipeptit mạch hở X và Tripeptit mạch hở Y đều được tạo ra từ một Aminoacid

no,mạch hở có 1 nhóm –COOH và 1 nhóm –NH2 Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol Y thu được sản phẩm gồm H2O,CO2 và N2 trong đó tổng khối lượng CO2 và H2O bằng 54,9(g) Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol X,sản phẩm thu được cho lội qua dung dịch nước vôi trong dư thì được m(g) kết tủa Giá trị của m là?

Câu 7: X và Y lần lượt là các tripeptit và tetrapeptit được tạo thành từ cùng một amino axit

no mạch hở, có một nhóm –COOH và một nhóm –NH2 Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol Y thu được sản phẩm gồm CO2, H2O, N2, trong đó tổng khối lượng của CO2 và H2O là 47,8 gam Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol X cần bao nhiêu mol O2 ?

A 2,8 mol B 2,025 mol C 3,375 mol D 1,875 mol

Câu 8: Thuỷ phân không hoàn toàn tetrapeptit (X), ngoài các a-amino axit còn thu

được các đipetit: Gly-Ala ; Phe-Val ; Ala-Phe Cấu tạo nào sau đây là đúng của X ?

A Val-Phe-Gly-Ala B Ala-Val-Phe-Gly

C Gly-Ala-Val-Phe D Gly-Ala-Phe-Val

Câu 9: Thủy phân hoàn toàn 1 mol pentapeptit X, thu được 2 mol glyxin (Gly), 1 mol

alanin (Ala), 1 mol valin (Val) và 1 mol phenylalanin (Phe) Thủy phân không hoàn toàn X thu được đipeptit Val-Phe và tripeptit Gly-Ala-Val nhưng không thu được đipeptit Gly-Gly hất X có công thức là

A Gly-Phe-Gly-Ala-Val B Gly-Ala-Val-Val-Phe

Câu 10: Công thức nào sau đây của pentapeptit (A) thỏa điều kiện sau ?

hủy phân hoàn toàn 1 mol A thì thu được các α - amino axit là : 3 mol glyxin, 1 mol alanin, 1 mol valin Thủy phân không hoàn toàn A, ngoài thu được các amino axit thì còn thu được 2 đipeptit : Ala-Gly ; Gly-Ala và 1 tripeptit Gly-Gly-Val

A Ala-Gly-Gly-Gly-Val B Gly- Gly-Ala-Gly-Val

Tài liệu tham khảo:

1 Đề thi đại học khối A môn Hóa năm 2013

2 Đề thi đại học khối B môn Hóa năm 2014

3 Trần Quốc Sơn, Tài liệu chuyên hóa 11 - 12, phần Hữu cơ NXB giáo dục

4 Nguyễn Minh Tuấn và cs, 22 phương pháp giải nhanh hóa học, tâp 2, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội

Hết

PS: Các bạn và các em đón đọc bài viết tiếp theo: "Sử dụng các phương pháp bảo toàn để giải bài tập thủy phân peptit trong môi trường kiềm khó và lạ"