Một số kỹ thuật độc đáo giải bài tập peptit

Thời gian gần đây, trên các kênh học tập trực tuyến của học sinh cũng đã đề cập nhiều phương pháp giải bài tập về peptit, nhưng tôi thấy chưa hệ thống,khó hiểu và không thống nhất.. Với

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT NHƯ XUÂN II

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI

“MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỘC ĐÁO GIẢI BÀI TẬP PEPTIT”

Người thực hiện: Lê Thị Hồng Ngọc Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị: Trường THPT Như Xuân 2 SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Hoá học

THANH HOÁ NĂM 2018

MỤC LỤC

I MỞ ĐẦU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu 1

1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm 1

II NỘI DUNG 2

2.1 – Cơ sở lý luận 2

2 1.1 Cấu tạo của peptit 2

2.1 2 Tính chất vật lí 2

2.1 3 Tính chất hoá học 3

2.2 - Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3

2 3 - Giải pháp thực hiện 4

* MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỘC ĐÁO GIẢI BÀI TẬP PEPTIT KHÓ 4

KỸ THUẬT I: KỸ THUẬT TRÙNG NGƯNG HOÁ PEPTIT 4

1 Cơ sở lý thuyết 4

2 Phạm vi áp dụng 4

3 Phương pháp giải 4

4 Một số bài tập minh hoạ 5

5 Bài tập tự luyện 8

6 Đáp án bài tập tự luyện 8

KỸ THUẬT II: KỸ THUẬT ĐỒNG ĐẲNG HOÁ PEPTIT 9

1 Cơ sở lý thuyết 9

2 Phạm vi áp dụng 9

3 Phương pháp giải 9

4 Một số bài tập minh hoạ 10

5 Bài tập tự luyện 12

6 Đáp án bài tập tự luyện 13

KỸ THUẬT III: KỸ THUẬT QUY ĐỔI ĐIPEPTIT 13

1 Cơ sở lý thuyết 13

2 Phạm vi áp dụng 14

3 Phương pháp giải 14

4 Một số bài tập minh hoạ 15

5 Bài tập tự luyện 17

6 Đáp án bài tập tự luyện 17

III KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 18

3 1 KẾT LUẬN 18

3 2 KIẾN NGHỊ 18

I MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Trong kỳ thi THPT quốc gia của Bộ giáo dục - đào tạo thì bài tập hoá họcphần peptit thường là những bài tập khó Với mức độ khó ngày càng tăng, nămsau khó hơn nhiều so với năm trước Thế nhưng, trong sách giáo khoa và cácsách tham khảo lại không khai thác sâu đến mảng kiến thức này

Đã có nhiều đề tài của nhiều tác giả tâm huyết dành cho peptit, nhưng đócũng mới chỉ dừng lại ở các bài mà đã rất quen thuộc, chưa đáp ứng được yêucầu của kỳ thi trên

Thời gian gần đây, trên các kênh học tập trực tuyến của học sinh cũng đã

đề cập nhiều phương pháp giải bài tập về peptit, nhưng tôi thấy chưa hệ thống,khó hiểu và không thống nhất

Với mong muốn giúp học sinh giải quyết tốt các bài tập về peptit trongcác kỳ thi và một phần giúp đồng nghiệp có tài liệu tham khảo thêm, tôi mạnh

dạn giới thiệu chuyên đề “Một số kỹ thuật độc đáo giải bài tập peptit” mà tôi

đã áp dụng có hiệu quả trong thời gian vừa qua

1.2 Mục đích nghiên cứu

Để giúp học sinh hệ thống kiến thức và phát triển tư duy hoá học, tôi đề ramục tiêu, nhiệm vụ cụ thể việc thực hiện đề tài là:

- Củng cố kiến thức lý thuyết theo chiều sâu của từng vấn đề

- Giới thiệu phương pháp giải mỗi dạng bài tập một cách tổng quát

- Hướng dẫn giải một số bài tập điển hình

- Giới thiệu các bài tập tự rèn luyện kỹ năng

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Bài viết sáng kiến kinh nghiệm "Một số kỹ thuật độc đáo giải bài tập

peptit" có đối tượng nghiên cứu là các bài toán về peptit.

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành sáng kiến kinh nghiệm này tôi sử dụng nhiều phươngpháp, trong đó phương pháp chủ yếu là nghiên cứu tài liệu xây dựng cơ sở lýthuyết, tham khảo ý kiến của cấp trên và đồng nghiệp để thống kê, xử lý số liệu

1.5 Những điểm mới của SKKN

Là đề tài mới

II NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý luận

2.1.1 Cấu tạo của peptit

Oligopeptit: Là peptit trong phân tử có chứa từ 2 đến 10 gốc α-amino axit

Trong đó: Peptit có 2 gốc α-amino axit gọi là Đipeptit

Peptit có 3 gốc α-amino axit gọi là TripeptitPeptit có 4 gốc α-amino axit gọi là TetrapeptitPeptit có 5 gốc α-amino axit gọi là Pentapeptit

Polipeptit: Là peptit trong phân tử có chứa từ 11- 50 gốc α-amino axit

c Cấu tạo và đồng phân

- Phân tử peptit hợp thành từ các gốc α-amino axit nối với nhau bởi liênkết peptit theo một trật tự nghiêm ngặt: amino axit đầu N còn nhóm -NH2, aminoaxit đầu C còn nhóm -COOH, Việc thay đổi trật tự đó sẽ dẫn tới các peptit đồngphân

- Nếu phân tử peptit chứa n gốc α-amino axit khác nhau thì số đồng phânloại n peptit sẽ là n!

- Nếu có n α-amino axit cấu tạo thành peptit thì: số liên kết peptit tạothành là n-1

- Nếu có n α-amino axit mà phân tử chỉ chứa một nhóm -NH2 và mộtnhóm -COOH thì peptit có (n + 1) nguyên tử Oxi và có n nguyên tử Nitơ

d Danh pháp

Tên của peptit được hình thành bằng cách ghép tên gốc axyl của các amino axit bắt đầu từ đầu N, rồi kết thúc bằng tên của axit đầu C (được giữnguyên)

α-Ví dụ: H2N-CH2-CONH-CH(CH3)-CONH-CH2-COOH: GlyxylAlanylGlyxyl.Tên thu gọn: Gly-Ala-Gly

2.1.2 Tính chất vật lí

Các peptit thường ở thể rắn, có nhiệt độ nóng chảy cao và dễ tan trongnước

2.1.3 Tính chất hoá học

a Phản ứng thủy phân của peptit

- Thuỷ phân hoàn toàn:

Các peptit bị thủy phân hoàn toàn trong dung dịch axit nóng hoặc dung dịch kiềm nóng cho sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp các α-amino axit.

- Trong môi trường axit và bazơ nhưng không đưa môi trường vàophương trình phản ứng:

H 2 N-CH(R 1 )-CO-NH-CH(R 2 )-CO - -NH-CH(R n )-COOH + (n-1)H 2 O 0

(H hoÆc OH )

t

+ −

→ nNH 2 -R-COOH

- Khi đun nóng trong môi trường axit, như HCl:

H 2 N-CH(R 1 )-CO-NH-CH(R 2 )-CO - -NH-CH(R n )-COOH + (n-1)H 2 O + nHCl →t0 ClH 3 N-CH(R 1 )-COOH + ClH 3 N-CH(R 2 )-COOH + + ClH 3 N-CH(R n )-COOH

Nếu R1≡ R2≡ Rn thì viết gọn

H[NH-R-CO] n OH + (n-1)H 2 O + nHCl →t0 nClH 3 N-R-COOH

Hoặc: [NH 2 -R-COOH] n (1-n)H 2 O + (n-1)H 2 O + nHCl →t0 nNH 2 -R-COOH

- Khi đun nóng trong môi trường bazơ, như NaOH:

H 2 N-CH(R 1 )-CO-NH-CH(R 2 )-CO - -NH-CH(R n )-COOH + nNaOH  →t0

H 2 N-CH(R 1 )-COONa + H 2 N-CH(R 2 )-COONa + + H 2 N-CH(R n )-COONa + H 2 ONếu R1≡ R2≡ Rn thì viết gọn

H[NH-R-CO] n OH + nNaOH  →t0 nH 2 N-R-COONa + H 2 O

Hoặc: [NH 2 -R-COOH] n (1-n)H 2 O + nNaOH  →t0 nNH 2 -R-COONa + H 2 O

- Phương trình thủy phân không hoàn toàn:

b Phản ứng màu biure

Petit + Cu(OH)2/OH- tạo phức màu xanh tím đặc trưng

* các amino axit và đipeptit không tham gia phản ứng biure

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

* Đối với giáo viên

Với thời lượng 2 tiết lý thuyết và 1 tiết luyện tập thì rất khó khăn để hướngdẫn học sinh có kỹ năng và làm chủ được lý thuyết 2 nội dung với nhiều dạngtoán

* Đối với học sinh

Do phần cấu tạo phức tạp, bài tập dễ gây hiểu nhầm và khó xử lý số liệu

để đưa ra hướng giải nhanh nhất nên đa số các em học sinh có tư tưởng “bỏqua” phần này, cho rằng nó chiếm một lượng nhỏ trong các đề thi THPT quốcgia Các bài toán liên quan đến peptit - protein thường gây bất ngờ, được cho là

“nỗi ám ảnh” cho các thí sinh trong các kỳ thi

2.3 Giải pháp thực hiện

Khi dạy chuyên đề peptit Trước mỗi dạng bài tập, cần củng cố cho họcsinh các kiến thức lý thuyết liên quan đến dạng bài tập đó Cũng như các chuyên

đề khác, yêu cầu học sinh làm nhiều bài tập, chuẩn bị cho học sinh nhiều bài tập

tự luyện

Đối với bản thân tôi, cố gắng giới thiệu và rèn luyện cho học sinh cácphương pháp giải mà tôi cho là dễ hiểu và nhất quán Sau đây là một số ví dụ vềcác dạng bài tập peptit mà tôi đã áp dụng trong năm học vừa qua cho học sinhlớp 12

* MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỘC ĐÁO GIẢI BÀI TẬP PEPTIT

KỸ THUẬT I: KỸ THUẬT TRÙNG NGƯNG HOÁ PEPTIT

1 Cơ sở lý thuyết

Xem peptit như một amino axit có nhóm -NH2 và nhóm -COOH Aminoaxit có phản ứng trùng ngưng nên peptit cũng có phản ứng trùng ngưng

Ví dụ:

- Peptit X có cấu tạo: NH2-CH2-CO-NH-CH2-COOH (Gly-Gly)

- Peptit Y có cấu tạo: NH2-CH(CH3)-CO-NH-CH2-CO-NH-CH(CH3)-COOH(Ala-Gly-Ala)

Trùng ngưng X và Y theo tỉ lệ mol 1 : 1, ta có: X + Y → X-Y + H2O

Trùng ngưng X và Y theo tỉ lệ mol 2 : 3, ta có: 2X + 3Y → X-X-Y-Y-Y + 4H2OTrong một peptit: Số liên kết peptit = Số gốc amino axit - 1

Số liên kết peptit = Số nguyên tử Nitơ - 1

Số liên kết peptit = Số nguyên tử Oxi - 2

* Ưu điểm: khi sử dụng kỹ thuật trùng ngưng hoá peptit thì không cần

xác định cấu tạo của peptit mới sau khi trùng ngưng chỉ cần xác định được sốgốc amino axit hay số liên kết peptit được tạo thành; tiết kiệm thời gian tínhtoán

2 Phạm vi áp dụng

Áp dụng cho bài toán dạng: Hỗn hợp X gồm peptit A, B, C có tỉ lệ molx:y:z Thuỷ phân (hoàn toàn hoặc không hoàn toàn) X được các sản phẩm xácđịnh được số mol các amino axit (Gly, Ala, Val) Tổng số liên kết peptit trong Xgiá trị (t) xác định Yêu cầu tìm mX hoặc số mắt xích trong A, B, C

3 Phương pháp giải

(1) Tính số mol các amino axit: Gly (a mol), Ala (b mol), Val (c mol)

(2) Gọi k là số nguyên lần gốc amino axit trong A, B, C

⇒ Số gốc amino axit trong X là (a + b + c)k

ε Trong đó, ε thoả mãn đồng thời các điều kiện: a

nGly = 0,2 mol, nAla = 0,3 mol, nVal = 0,4 mol

⇒ Số gốc amino axit trong X là (0,2 + 0,3 + 0,4)k

(3) Số gốc amino axit trung bình trong X: (a + b + c) k

(x + y + z)

ε (4) Tìm k:

* Nếu đề bài cho số liên kết peptit trong X ≤t thì tìm k bằng hệ bất đẳng thức:

* Nếu đề bài cho số liên kết peptit trong X = t:

Giả sử số mắt xích trong A, B, C là α, β , λ (không cần xác định α, β , λ)

kmin khi β min = 2, λmin = 2, αmax = t’ - 4

kmax khi α min = 2, βmin = 2, λmax = t’ - 4

Lưu ý: Trong trường hợp εđạt nhiều giá trị thoả mãn biểu thức (a + b + c)

ε chokết quả là số tự nhiên nhưng không chọn được k nguyên Lúc đó cần chọn giá trị

Ở trên, số gốc Gly =0,20,1=2 gốc, số gốc Ala=0,30,1=32 gốc, số gốc Gly=0,40,1=4 gốc

4 Một số bài tập minh hoạ

Ví dụ 1: Hỗn hợp A gồm ba peptit mạch hở có tỉ lệ mol tương ứng là

1:1:2 Thủy phân hoàn toàn m gam A thu được hỗn hợp sản phẩm gồm 52,5 gamGly và 71,2 gam Ala Biết tổng số liên kết peptit trong ba phân tử X, Y, Z nhỏhơn 10 Giá trị của m là

Hướng dẫn giải:

nGly = 0,7 mol; nAla = 0,8 mol

Gọi k là số nguyên lần số mắt xích trong hỗn hợp T

Sau khi trùng ngưng, ta có peptit mới gồm:

Sè mol = 0,1 mol

0,7

Sè gèc Gly = = 7 gèc

0,1 0,8

0,1 -> 0,3

Bảo toàn khối lượng ⇒ mX = mM + m H O2 = (75*7 + 89*8 - 14*18)*0,1 + 0,3*18

= 103,9 gam ⇒ Đáp án D.

Ví dụ 2: Thủy phân m gam hỗn hợp X gồm 3 peptit A, B, C đều cấu tạo

từ các amino axit no, chứa một nhóm -COOH, một nhóm -NH2 có tỉ lệ số mol là3:2:4 (biết tổng số oxi của X nhỏ hơn 14) trong dung dịch HCl vừa đủ thu được17,84 gam muối của Gly, 10,04 gam muối của Ala và 12,28 gam muối của Val.Giá trị của m là

Hướng dẫn giải:

Số liên kết peptit = 14 -2*3 = 8 liên kết

nGly = nMuối Gly = 0,16 mol; nAla = nMuối Ala = 0,08 mol; nVal = nMuối Val = 0,08 molGọi k là số nguyên lần số mắt xích trong hỗn hợp X

0,02 0,8

= (75*8 + 89*4 + 117*4 - 15*18)*0,02 + 0,16*18 = 29,32 gam ⇒ Đáp án C.

- Nếu lấy tổng số mắt xích = 0,16 + 0,08 + 0,08k

thì số mắt xích trung bình = 32

9 k và 0,55625 ≤ k < 1,03 ⇒ k = 1

Số mol peptit mới = 0,01

Số gốc Gly = 0,160,01 = 16; số gốc Ala = 0,080,01 = 8; số gốc Val = 0,080,01 = 8

Như vậy kết quả bài toán không thay đổi

- Nếu lấy tổng số mắt xích = 0,16 + 0,08 + 0,08k

0,04 = 8k thì số mắt xích trung bình

= 8

9k và 2,25 ≤ k < 4,125 ⇒ k = 3 hoặc = 4

Và kết quả bài toán cũng không đổi

Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm bốn peptit đều mạch hở có tỉ lệ mol tương ứng

là 1: 2:3:4 Thủy phân không hoàn toàn m gam X trong điều kiện thích hợp, thuđược hỗn hợp sản phẩm Y gồm 2,92 gam Gly-Ala; 1,74 gam Gly-Val; 5,64 gamAla-Val; 2,64 gam Gly-Gly; 11,25 gam Gly; 2,67 gam Ala; 2,34 gam Val Biếttổng số liên kết peptit trong trong X không vượt quá 13 Giá trị của m gần nhấtvới

Hướng dẫn giải:

nGly-Ala = 0,02 mol; nGly-Val = 0,01 mol; nAla-Val = 0,03 mol; nGly-Gly = 0,02 mol;

nGly = 0,15 mol; nAla = 0,03 mol; nVal = 0,02 mol

Sè gèc Ala = *2 = 8 gèc

0,02 0,06

= (75*22 + 89*8 + 117*6 - 35*18)*0,01 + 0,09*18 = 25,96 gam.⇒ Đáp án B.

5 Bài tập tự luyện

Câu 1: Hỗn hợp A gồm ba peptit mạch hở X, Y, Z có tỉ lệ mol tương ứng

là 2 : 3 : 4 Thủy phân hoàn toàn m gam A thu được hỗn hợp sản phẩm gồm21,75 gam Gly và 16,02 gam Ala Biết tổng số liên kết peptit trong ba phân tử X,

Y, Z nhỏ hơn 17 Giá trị của m là

Câu 2: 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 14,24gam Ala và 8,19 gam Val Biết tổng số liên kết peptit trong phân tử của ba peptittrong X nhỏ hơn 13 Giá trị của m là

Câu 3: Hỗn hợp M gồm peptit X, peptit Y và peptit Z chúng có cấu tạo từ

cùng một loại amino axit và có tổng số mắt xích trong ba phân tử là 11 Với tỉ lệ

nX: nY:nZ = 4 : 6 : 9 Thuỷ phân hoàn toàn m gam M thu được 72 gam Gly; 56,96gam Ala; 252,72 gam Val Giá trị của m và loại peptit Z là

6 Đáp án bài tập tự luyện

1 Cơ sở lý thuyết

a Các amino axit thường gặp trong các bài tập:

Gly: NH2-CH2-COOH Ala: NH2-CH(CH3)-COOH

Về thành phần phân tử, có thể xem là NH2-CH2-COOH và CH2

Val: NH2-CH[CH(CH3)2]-COOH

Về thành phần phân tử, có thể xem là NH2-CH2-COOH và 3CH2

Hoặc NH2-CH(CH3)-COOH và 2CH2

⇒ Gly = Gly ; Ala = Gly + CH2 ; Val = Gly + 3CH2 Và Val = Ala + 2CH2

b Peptit sinh ra từ các amino axit thường gặp:

Ví dụ: peptit X: Ala-Gly-Val, có cấu tạo:

NH 2 -CH(CH 3 )-CO-NH-CH 2 -CO-NH-CH[CH(CH 3 ) 2 ]-COOH

Viết lại X: H[(NH-CH 2 -CO)-(CH 2 )-(NH-CH 2 -CO)-(NH-CH 2 -CO)-(CH 2 ) 3 -]OH

hoặc H[(NH-CH 2 -CO) 3 -(CH 2 ) 4 ]OH.

⇒ Từ peptit X chứa 1 gốc Gly, 1 gốc Ala, 1 gốc Val chuyển thành peptit X chứa

Có mắt xích Tyr thì bớt thành phần là H (8 nguyên tử H) và thêm O

• Khi chuyển peptit hoặc hỗn hợp peptit về 3 thành phần cơ bản:

C2H3NO ; x mol ; CH2 : y mol ; H2O : z mol

N

n = 0,5x

• Phản ứng thuỷ phân trong môi trường kiềm của peptit:

C H NO Na CH

- Lượng CO2 sinh ra khi đốt peptit = lượng CO2 sinh ra khi đốt amino axit

- Lượng H2O sinh ra khi đốt muối = lượng CO2 sinh ra khi đốt peptit

- Số mol NaOH phản ứng = Số mol gốc amino axit = 2n Na CO 2 3 = 2n N 2= x mol

Ưu điểm: khi sử dụng kỹ thuật đồng đẳng hoá peptit sẽ làm đơn giản hoá

cấu tạo của peptit, làm giảm thời gian tình toán tránh nhầm lẫn số liệu

4 Một số bài tập minh hoạ

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 9,92 gam hỗn hợp gồm peptit X và peptit Y

(đều được tạo từ các amino axit no chỉ chứa một nhóm -COOH và một nhóm-NH2) bằng lượng oxi vừa đủ thu được N2 và 0,38 mol CO2; 0,34 mol H2O Mặtkhác đun nóng hỗn hợp trên với dung dịch NaOH vừa đủ thì thu được m gammuối Giá trị của m là

Hướng dẫn giải:

Xem hỗn hợp X, Y gồm: C2H3NO : x mol ; CH2 : y mol ; H2O : z mol

Bảo toàn khối lượng ⇒ mhh = 57x + 14y + 18z = 9,92 (1)

Kết hợp (1), (2), (3) ta có hệ:

57x + 14y + 18z = 9,92  2x + y = 0,38

0,1 2

Ví dụ 2: Peptit X được tạo ra từ các α-amino axit no, mạch hở, chỉ chứa

một nhóm -NH2 và một nhóm -COOH Đốt cháy hoàn toàn 4,59 gam X đượcbằng lượng O2 vừa đủ thu được 11,07 gam hỗn hợp sản phẩm gồm CO2, H2O và

N2 Dẫn toàn bộ hỗn hợp sản phẩm này qua bình chứa axit sunfuric đặc dư thìthấy giảm 2,61 gam Nếu đem thủy phân hoàn toàn 1 mol X thì cần bao nhiêumol KOH

Xem peptit X gồm: C2H3NO : x mol ; CH2 : y mol ; H2O : z mol

Bảo toàn khối lượng ⇒ mhh = 57x + 14y + 18z = 4,59 (1)

57x + 14y + 18z = 4,59  44(2x + y) + 28*0,5x = 8,46 1,5x + y + z = 0,145

⇒ Trong 1 mol peptit X có 7 mol amino axit, cần 7 mol KOH để phản ứng.

⇒ Đáp án C.

Ví dụ 3: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp E gồm 3 peptit X, Y, Z thu

được 151,2 gam hỗn hợp các muối natri của Gly, Ala, Val Đốt cháy hoàn toàn151,2 gam muối cần 107,52 lít khí O2 (đktc) Mặt khác đốt cháy hoàn toàn mgam E thu được CO2, H2O và N2, trong đó tổng khối lượng của H2O và N2 là84,4 gam Giá trị của m gần nhất với

Hướng dẫn giải:

Bài này đề cập phản ứng cháy của hai hỗn hợp, nếu viết phản ứng cháy cảhai hỗn hợp sẽ dài dòng Như đã trình bày ở trên, số mol O2 cần đốt cháy E bằng

số mol O2 đốt cháy muối Do đó, ở đây chỉ cần viết phản ứng cháy của hỗn hợp

E liên quan tới số liệu 84,4 gam hỗn hợp H2O và N2