›
›

Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi – Hóa hữu cơ

doc 33 trang phuongnguyen 40
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi – Hóa hữu cơ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docchuyen_de_boi_duong_hoc_sinh_gioi_hoa_huu_co.doc

Nội dung text: Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi – Hóa hữu cơ

  1. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ CHƯƠNG I: AMIN VÀ MUỐI ĐIAZONI Bài: AMIN I.KHÁI NIỆM 1.Định nghĩa Amin là dẫn xuất thế H của NH3, bằng các gốc hiđrocacbon béo hay thơm. Amin loại béo: gốc hiđrocacbon là gốc ankyl hay xicloankyl CH3-CH2CH2-NH2 Amin thơm, gốc hyđrocacbon là nhân thơm: NH2 2.Bậc amin: Amin bậc 1, có nhóm chức amin -NH2 đính với 1 gốc hiđrocacbon Amin bậc 2, có nhóm chức amin –NH đính với hai gốc hiđrocacbon Amin bậc 3, N đính với 3 gốc hiđrocacbon RNH2 (CH3)2CNH2 R2NH CH3CH2NHCH3 R3N (CH3)3N amin bậc nhất amin bậc hai amin bậc ba II.DANH PHÁP Amin thường được gọi theo tên thông thường hơn là IUPAC Tên gốc hiđrocacbon+amin X-amino + tên hiđrocacbon (viết liền 1 chữ) Tên thông thường Tên IUPAC CH3NH2 metylamin aminometan (CH3)2NH đimetylamin N-metylaminometan (CH2CH2CH2)3N tri-n-propylamin N,N-đipropylaminopropan CH3CH2CH-NH2 sec-butylamin Amino-2-butan CH3 CH3CH2CH - N - CH2CH3 metyletyl-sec-butylamin N, N-etylmetylamino-2-butan CH3 CH3 phenylamin,anilin aminobenzen(benzenamin) NH2 N(CH ) 3 2 đimetylphenylamin N, N-đimetylbenzenamin đimetylanilin N, N-đimetylanilin H C 3 NH2 p-toluiđin p-aminotoluen III.PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP 1. Ankyl hóa trực tiếp amoniac hay amin NH3 tác dụng với RX tạo thành muối: 1 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  2. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ + - NaOH CH3CH2-Br + NH3  CH3CH2NH3 Br  CH3CH2NH2 2.Phản ứng khử a, Khử hợp chất nitro Nhóm nitro bị khử thành amin bậc nhất. Phản ứng chủ yếu dùng để điều chế amin thơm. Tác nhân khử có thể là hiđro hóa xúc tác hay tác nhân khử hóa học trong dung dịch. CH3 CH3 NO NH 2 [H] 2 p, to CH(CH3)2 CH(CH3)2 CH3 CH3 NO NH 2 Fe 2 o C2H5OH, HCl, t NO2 NH2 b,Khử hợp chất nitrin Nitrin bị khử bằng hiđro trên xúc tác hoặc bằng LiAlH4 trong dung dịch để tạo thành amin bậc nhất: H2/Ni R-C≡N R-CH2-NH2 hay LiAlH4 IV.CẤU TRÚC Amin là sản phẩm thế của NH3, nên nói chung có cấu trúc giống cấu trúc của NH3: NH3 R-NH2 R-NH-R R-N-R | R V.TÍNH CHẤT HÓA HỌC 1. Tính bazơ Amin là bazơ Lewis do amin có cặp electron n không liên kết ở N tương tự như ancol, ete. Khi xét một amin có tính bazơ, cần so sánh tính ổn định của amin so với muối amoni. Nếu ion amoni ổn định hơn amin thì amin đó có tính bazơ. Khi so sánh tính bazơ của amin béo, cần chú ý hai nhân tố: nhân tố phân cực và nhân tố solvat hóa. Nếu xét theo nhân tố phân cực, khi tăng gốc R sẽ làm tăng mật độ electron ở N, vừa làm tăng khả năng kết hợp proton, vừa làm tăng tính ổn định của ion amoni. Do đó tính bazơ giảm theo thứ tự: R3N > R2NH > RNH2 Nếu xét theo nhân tố solvat hóa của ion amoni, số lượng proton ở ion amoni càng nhiều thì khả năng solvat hóa của ion đó càng lớn, do đó, tính bazơ thay đổi theo thứ tự: + + + RNH3 > R2NH 2 > R3NH Tổng hợp cả hai nhân tố trên, sự thay đổi tính bazơ của các amin có bậc khác nhau như sau: RNH2 R3N Tính bazơ của các amin thơm –béo cũng thay đổi theo thứ tự như trên: N H 2 NR2 2 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  3. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ 2. Sự tạo muối Do có tính bazơ, amin có khả năng tạo muối với axit: + - C6H5NH2 + HCl  C6H5NH3 Cl + - (CH3)2NH + HNO3  (CH3)2NH2 .NO3 + - C6H5N(CH3)2 + RCOOH  C6H5NH (CH3)2.RCOO Các ion amoni có khả năng tan tốt trong nước hơn là amin: + + - CH3(CH2)9NH2 + HCl  CH3(CH2)9NH3 NH3 Cl ( không tan) (tan tốt) 3.Phản ứng của hiđrô của N-H 3.1. Phản ứng ankyl hóa Hiđro đính với N có thể bị thế bởi gốc hiđrocacbon khi amin tương tác với halogenua ankyl bậc 1, 2, 3 hay thơm. Nếu ankyl hóa hoàn toàn thì thu được muối amoni bậc 4: R’X R’X R’X + - RNH2  RR’NH  RR’2N  [RR’3N] X Muối amoni bậc 4 là hợp chất inoic, có nhiệt độ nóng chảy cao và dễ tan trong nước Chú ý: Các dẫn xuát thơn chỉ tham gia phản ứng khi có nhóm hút electron ở vị trí ortho và pa ra, thí dụ như 2, 4-(NO2)C6H3F 3.2. Phản ứng axyl hóa Amin bậc nhất và amin bậc hai phản ứng với halogenua axit hay anhiđrit axit tạo thành amit: + - 2CH3NH2 + CH3COCl  CH3NH-CO-CH3 + CH3NH3 Cl CH3NH2 + (CH3CO)2O  CH2NH-COCH3 + CH3COOH cäüng taïch Tổng quát: R - NH2 + Cl - CO - R’  R - NH - COR’ + HCl cäüng taïch R - NH2 + R’COO - CO - R’  R - NH - COR’ + R’COOH Nếu dùng clorua axit thì cần 1 lượng tương đương để trung hòa axit clohiđric tạo thành. Ứng dụng: Để bảo vệ nhóm -NH2 trong tổng hợp hữu cơ Nhờ phản ứng axetyl hoá (dùng axetyl clorua hoặc anhiđrit axetic người ta bảo vệ nhóm amino trong tổng hợp hữu cơ ). Để bảo vệ nhóm amino của aminoaxit và peptit trong qua trình tổng hợp peptit, không dùng phản ứng axetyl hoá được, vì khi muốn giải phóng nhóm -NH 2 ra khỏi -NHCOCH 3 phải thuỷ phân, do đó làm đứt luôn cả liên kết peptit - CO - NH -. Tốt hơn hết nên dùng C 6H5CH2OCOCl (benzyl oxicacbonyl clorua) vì khi cần giải phóng nhóm - NH 2 có thể dùng phản ứng khử bằng H2/Pd (không ảnh hưởng tới liên kết peptit). Thí dụ tổng hợp đipeptit Ala-Gly theo sơ đồ: C H CH OCO HNCH(CH )-COOH C6H5CH2OCOCl + H2NCH(CH3)-COOH 6 5 2 3 H2NCH2COOCH2C6H5 C H CH OCO HNCH(CH )-CO HNCH COOCH C H DDC 6 5 2 3 2 2 6 5 H2/Pd/C CO H NCH(CH )-CO 2 C6H5CH3+ 2 + 2 3 HNCH2COOCH2C6H5 (DCC: đixiclohexylcacbođiimit). 3.3. Phản ứng với axit nitrơ: Axit nitrơ HONO gần như không tác dụng với amin bậc 3, trừ phản ứng nitroso hoá nhân thơm. Axit nitrơ tác dụng với amin bậc hai sinh ra nitrosoamin(N - nitrosoamin) có màu vàng, nhờ vậy có thể phân biệt amin bậc hai với amin các bậc khá. Thí dụ: H ( ) (C2H5)2NH + HONO  (C2H5)2N – N = O + H2O (Chất lỏng màu vàng) ( ) (-) Amin bậc một tác dụng HONO sinh ra muối điazoni RN  NX (từ RNH2) hoặc 3 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  4. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ ( ) (-) ArN  NX (từ ArNH2). Cơ chế phản ứng của amin bậc một tương tự trường hợp amin bậc hai ở chỗ lúc đầu cũng tạo ra hợp chất nitroso, sau đó phản ứng tiếp như sau: + + H + - H H + R- NH - N = O R- NH = NOH R - N = NOH R - N = NOH 2 R - N N ( ) Đáng chú ý là muối điazoni dãy béo RN N không bền nên chuyển hoá ngay thành ancol giải phong khí nitơ. Trong khi ấy, muối điazoni dãy thơm lại bền ở nhiệt độ thấp và chỉ phân huỷ thành phenol đồng thời giải phóng N2 khi đun nóng. Thí dụ: OH NaNO2 + - 2 C H - NH C H - N NCl N2 + C2H5OH + HCl 2 5 2 HCl, 00C 2 5 OH NaNO2 + - 2 C H - NH C H - N NCl N2 + C6H5OH + HCl 6 5 2 HCl, 00C 6 5 ®un (+) (-) Muối điazoni thơm ArN2 X được dùng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ. 3.4. Phản ứng thế ở nhân thơm: Các nhóm -NH2, -NHR và - NR2 (R = ankyl) đều hoạt hoá nhân thơm và định hướng ortho - para. a, Halogen hoá Nước brom dễ dàng phản ứng với anilin cho 2, 4, 6 - tribromoannilin (kết tủa trắng), với p - toluidin p - CH3C6H4NH2 cho 2,6 - đibrom - 4 - metylanilin. Brom lỏng tác dụng vào vị trí para của N - axetylanilin (hay axetanilit) C6H5NH - COCH3; thuỷ phân sản phẩm sinh ra sẽ được p - bromanilin. Iot trong hỗn hợp với NaHCO3 (để trung hoà HI sinh ra trong phản ứng) tác dụng với anilin cho ta p - Iotanilin. b, Nitro hoá Không thể trực tiếp nitro hoá anilin bằng HNO 3, vì khi ấy amin bị proton hoá trở thành muối ( ) amoni; nhóm - N H 3 sinh ra sẽ phản hoạt hoá rất mạnh và định hướng thế vào vị trí meta, muốn mononitro hoá anilin phải bảo vệ nhóm - NH2 rồi mới nitro hoá, sau đó giải phóng - NH2. NH2 NHCOCH NH NHCOCH3 3 2 (CH3CO)2O 1) HNO3, H2SO4 H3O+ 2) OH- NO NO 2 2 Nếu muốn đưa nhóm nitrơ vào vị trí ortho phải “khoá” vị trí para rồi mới nitro hoá: 4 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  5. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ N H 2 N H C O C H N H C O C H N H C O C H 3 3 3 (C H 3 C O)2 O H 2 S O 4 H N O 3, H 2 S O 4 H N O 3, H 2 S O 4 S O 3 H S O 3 H N H C O C H 3 N H C O C H 3 N O 2 H 2 S O 4 N O 2 O H 2 S O 3 H Bài: MUỐI ĐIAZONI I.CẤU TRÚC CỦA CATION ĐIAZONI Ion điazoni có nhóm N2 hay N≡N mang điện tích dương phân bố trên cả hai nitơ nhưng tập trung ở N đính với phân tử benzen nhiều hơn: + + + N N hay N N (Ar-N2) trong hệ liên hợp, một liên kết liên hợp được với hệ của nhân benzen còn một liên kết nằm thẳng gốc với mặt phẳng này II.TÍNH CHẤT HÓA HỌC (+) (-) Muối điazoni thơm ArN 2 X có thể đóng vai trò là chất phản ứng trong các phản ứng (+) thay thế nhóm - N2 , mặt khác có thể là tác nhân electrophin tham gia phản ứng thế electrophin ở nhân thơm, đó là phản ứng ghép. (+) 1. Phản ứng thế nhóm -N2 (+) 1.1. Thế -N2 bằng -OH và bằng -I - + -N2 Y Ar+ Ar - N N Ar - Y (+) (-) Khi đun nóng dung dịch ArN 2 , H2SO4 trong nước sẽ sinh ra ArOH theo cơ chế nêu trên (-) (H2SO4 có tính nucleophin kém H2O). Phản ứng này được dùng để tổng hợp phenol từ amin thơm. Thí dụ: NaNO , H SO , H O + - 2 2 4 2 OH2 m - NO C H NH m - NO C H N HSO m - NO C H OH + N2 2 6 4 2 2 6 4 2 4 t0 2 6 4 (-) (-) Khác với H2SO4 có tính nucleophin kém nước, anion I óc tính nucleophin cao hơn nước nhiều, nên dễ tác dụng với muối điazoni sinh ra ArI. Thí dụ: NaNO , HCl + - KI 2 C H I C6H5NH2 C6H5N2Cl 6 5 0 250C 0 - 5 C (+) 1.2.Thế -N2 bằng - Cl, -Br và -CN (phản ứng Sandmeyer) 5 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  6. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ (+) (-) Nhỏ từng giọt huyền phù của Cu 2X2 (X = Cl, Br hoặc CN) vào dung dịch ArN 2 X ở lạnh sẽ (+) xảy ra phản ứng thế -N2 bằng -X. Thí dụ: NaNO , HCl + - KI 2 C H I C6H5NH2 C6H5N2Cl 6 5 0 250C 0 - 5 C - NaNO , HBr + 2 Cu2Cl2 o-ClC6H4NH2 o-ClC6H4N2Br o-ClC6H4Br 0 0 - 5 C - + - Cu(CN) NaNO2, HCl 2 p-CH3C6H4CN p-CH C H NH p-CH3C6H4N2Cl 3 6 4 2 0 0 - 5 C (+) 1.3. Thế -N2 bằg -F và -NO2 (+) (-) Sau khi điều chế muói arenđiazoni tetrafluoroborat ArN 2 BF4 đem nhiệt phân sẽ được ArF hoặc cho tác dụng với NaNO2/Cu sẽ được ArNO2. Thí dụ: NaNO + - 2 p-NO C H N BF p-NO2C6H4NH2 2 6 4 2 4 HBF4 to p-NO2C6H4F -N2, -BF3 NaNO /Cu 2 p-(NO ) C H 2 2 6 4 (+) 1.4. Thế -N2 bằng -H. Phản ứng khử: (+) Dùng axit hipophotphorơ(H3PO2) hoặc etanol có thể khử được muối điazoni ArN2 thành ArH: + NaNO , H H PO 2 + 3 2 ArNH2 ArN ArH 0 2 0 - 5 C hoÆc C2H5OH Nhờ phản ứng này người ta có thể loại bỏ nhóm amino trong vòng thơm và do đó tổng hợp được những dẫn xuất thế không thể điều chế bằng phản ứng thế trực tiếp. Thí dụ từ toluen tổng hợp m - bromotoluen: CH 3 CH3 CH3 CH3 HNO 3 Sn, HCl (CH3CO)2O Br2 NO2 NH2 NHCOCH3 CH CH 3 3 CH3 CH3 OH 2 NaNO 2 H3PO2 xt HCl -H3PO3 Br Br Br Br NHCOCH NH 3 2 N2(+)Cl- 2. Phản ứng ghép: 6 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  7. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ (+) Ion arenddiazoni ArN2 là những tác nhân electrophin không mạnh, thường chỉ tác dụng với những chất thơm giàu mật độ electron như amin, phenol, theo cơ chế electronphinin: S 2 + E R - N N + H Y R-N=N Y Cấu tử điazo Cấu tử azo Hợp chất azo 2.1.Phenol và dẫn xuất Nếu cấu tử azo là phenol, phản ứng ghép xảy ra ở vị trí para và ở pH tối ưu là 9 - 10 để ( ) chuyển -OH thành -O(-) có hiệu ứng +C mạnh hơn. Ở pH cao hơn ArN N sẽ chuyển thành ArN = NOH và Ar - N = N-O(-) không còn tính electrophin. Thí dụ: S 2 + (-) E (-) C H - N N + 6 5 O C6H5-N=N O 2.2.Amin thơm Nếu cấu tử azo là amin thơm bậc 3 như C6H5 - NR2pH thuận lợi là 5-9, phản ứng cũng xảy ra ở vị trí para. Thí dụ: + C H -N N + C H -N=N 6 4 N(CH 3)2 6 5 N(CH 3)2 Phản ứng muối điazoni với amin thơm bậc một xảy ra ở nguyên tử nitơ. Thí dụ: + C H - N N + 6 5 H2N - C6H5 C6H5-N=N - NH - C6H5 Đối với amin thơm bậc hai như C 6H5NHCH3 phản ứng xảy ra cả ở nitơ lẫn vị trí para của vòng thơm. Thí dụ: C H - N=N NHCH + 6 5 3 C H - N N + 6 5 NHCH3 C6H5 - N=N - N(CH3)2 7 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  8. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ CHƯƠNG II: AMINOAXIT - PROTIT Bài: AMINOAXIT I. ĐỊNH NGHĨA-CẤU TRÚC - DANH PHÁP 1.Định nghĩa: Aminoaxit là các HCHC tạp chức, phân tử có chứa đồng thời nhóm chức -NH2 (amino) và -COOH (-cacboxyl) 2.Công thức tổng quát: CT chung: (NH2)x R (COOH)y x = y hoặc x > y hoặc y > x Khi x=1, y= 1, R: no, mạch hở thì CT là NH2 - CnH2n - COOH VD: C3H7O2N Đồng phân aa?(2 đ p) 3.Cấu trúc: Đa số các aa thiên nhiên là các , dãy L trạng thái rắn tồn tại ion lưỡng cực, trong dung dịch tồn tại ở dạng cân bằng Ví dụ 1: Cấu hình R/S và D/L của hầu hết các amino axit là gì ? (b) Viết cấu hình tuyệt đối của (i) L- cystein và (ii) L-serin. (a) S và L COO COO H3N H H3N H (b) (i) CH2SH (ii) CH2OH Ví dụ: (a) Viết tất cả các đồng phân lập thể của threonin (dạng công thức Fischer). (b) Xác định L-threonin và cho biết danh pháp R/S của nó. (a) COO- COO- COO- COO- + + + + H3N H H NH3 H3N H H NH3 H OH HO H HO H H OH CH3 CH3 CH3 CH3 racemat-1 (threo) racemat-2 (erythro) (b) Các cấu hình tương ứng với racemat-1 là L- và D-threonin, với racemat-2 là L- và D- allothreonin, L- được xác định theo cấu hình của C . Nếu có một C bất đối trong nhóm R, cấu hình của nó không liên quan đến kí hiệu D,L hay R,S của amino axit. L-threonin là (2S,3R). Đồng phân lập thể dia - (2S,3S)-threonin- được gọi là L-allothreonin 4.Danh pháp: a,Tên thường: Axit +Kí hiệu vị trí (-NH2) [ (,,, )]+ amino + tên thông thường của axit tương ứng b,Tên quốc tế: Axit+vị trí nhóm -NH2 +amino+tên quốc tế của axit HC. 5.Tính axit , bazơ của aa 8 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  9. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ Tên Kí hiệu Công thức Monoaminomonocacboxylic + - Glixin Gly H3N CH2COO + - Alanin Ala H3N CH(CH3)COO * + - Valin Val H3N CH(i-Pr)COO * + - Leuxin Leu H3N CH(i-Bu)COO * + - Isoleuxin ILeu H3N CH(s-Bu)COO + - Serin Ser H3N CH(CH2OH)COO * + - Threonin Thr H3N CH(CHOHCH3)COO Monoaminodicacboxylic và dẫn xuất amit + - Axit aspatic Asp HOOC-CH2-CH( NH3)COO + - Asparagin Asp(NH2) H2NOC-CH2-CH( NH3)COO + - Axit glutamic Glu HOOC-(CH2)2-CH( NH3)COO + - Glutamin Glu(NH2) H2NOC-(CH2)2-CH( NH3)COO Diaminomonocacboxylic * + - Lysin Lys H3N -(CH2)4-CH(NH2)COO + - Hydroxylizin Hylys H3N -CH2-CHOH-CH2-CH2-CH(NH2)COO * + - Arginin Arg H2N =C(NH2)-NH-(CH2)3-CH(NH2)COO Aminoaxit chứa lưu huỳnh + - Systein CySH H3N CH(CH2SH)COO - + + - Cystin CySSCy OOC-CH( NH3)CH2S-SCH2CH( NH3)COO * + - Methionin Met CH3SCH2CH2CH( NH3)COO Aminoaxit thơm * + - Phenylalanin Phe PhCH2CH( NH3)COO + - Tyrosin Tyr p-C6H4CH2CH( NH3)COO Aminoaxit dị vòng - CH2 CH COO * + Histidin His NH3 HN N H Prolin Pro - N COO H H H Hydroxyprolin Hypro HO H - N COO H H - CH 2 CH COO +NH 3 Tryptophan* Try N H 9 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  10. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ II. Tính chất vật lý: Chất rắn, không màu, đa số tan tốt, có nhiệt độ nước tương đối cao. III. Tính chất hoá học: 1. Tính chất axit-bazơ: Điểm đẳng điện Tính lưỡng tính tÝnh baz tÝnh axit   - + + - - + OH + H3N CHRCOOH H3N CHRCOO + H2NCHRCOO + H3O H2O cation A ion lưỡng tính B anion C (+1) (0) (-1) Giá trị pH mà tại đó phân tử aminoaxit tồn tại ở dạng ion lưỡng cực (I) cân bằng về điện tích và không di chuyển về một điện cực nào cả được gọi là điểm đẳng điện và kí hiệu là pH1. Giá trị về điểm đẳng điện của các aminoaxit thiên nhiên được giới thiệu ở bảng 17.1. Điểm đẳng điện của các axit monoaminomonocacboxylic tính được theo biểu thức: pK pK pH a1 a2 1 2 Giá trị pKa1 ứng với nhóm -COOH, pK a2 ứng với nhóm N H 3 . Ví dụ đối với glyxin, pK a1 = 9,6 tính được pH1 = (2,34 + 9,6) : 2 = 5,97. Các aminoaxit có giá trị pH 1 khác nhau nên ở một giá trị pH xác định các aminoaxit sẽ dịch chuyển về catot hoặc anot với những vận tốc khác nhau. Dựa vào đặc tính này người ta đã xây dựng phương pháp điện di để phân tách aminoaxit từ hỗn hợp của chúng. 2. Tính chất của nhóm cacboxyl: a, Phản ứng este hoá: Tương tự axit cacboxylic, aminoaxit phản ứng với ancol có axit vô cơ xúc tác cho este (ở dạnh muỗi). Ví dụ: + - bão hòa khí HCl + H N - CH(R) - COO C H OH OH 3 + 2 5 H3N - CH(R) - COOC2H5 Cl + 2 Rửa sản phẩm bằng dung dịch NH3 sẽ thu được este: H2N - CH(R) - COOC2H5. b, Phản ứng đecacbolxyl hoá: Phản ứng tách CO2 từ nhóm cacboxyl xảy ra trong cơ thể nhờ enzim đecacboxyllaza: decaboxylaza H2N - CH(R) - COOH  R - CH2 - NH2 + CO2 3. Tính chất của nhóm amino: a, Phản ứng với axit nitrơ HNO2 Tương tự các amin bậc một, aminoaxit phảnu ứng với axit nitrơ giải phóng ra N 2 và tạo thành hiđroxiaxxit: H 3 N CH (R) COO HONO HO CH (R) COOH N 2 H 2O Dựa vào thể tích N2 thoát ra có thể tính được lượng aminoaxit trong dung dịch. b, Phản ứng đeamino hoá (tách nhóm amino) Phản ứng xảy ra trong cơ thể nhờ enzim, aminoaxit chuyển thành xetoaxit và NH3. Ví dụ: O,enzim CH3 - CH(NH2) - COOH  CH3 - C - COOH + NH3 O Alamin Axit piruvic c, Phản ứng ankyl hoá hoặc aryl hoá 10 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  11. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ Nhóm amino của aminoaxit được ankyl hoá hoặc aryl hoá bằng dẫn xuất halogen tạo ra dẫn xuất N-ankyl hoặc N - aryl tương ứng. Ví dụ : H + - + - H N - CH - COO N CH3I + 3 2 H3C CH2-COO + HI H + - O N F O N NH-CH -COOH + HF 2 + H3N - CH2 - COO 2 2 NO NO2 2 N-(2,4-dinitrophenyl) glyxin d, Phản ứng axyl hoá: Nhóm amino của phân tử aminoaxit được axyl hoá để dàng bởi halogenua axit trong môi trương kiềm. Vídụ: + - - 1) OH /H2O C H - C - Cl + H N - CH(R) - COO C6H5 - C - NH(R) - COOH + HCl 6 5 3 + 2) H O O Cũng có thể axyl hóa bằng anhiđrit axetic: Cũng có thể axyl hóa bằng anhiđrit axetic: + - t0 CH - C - NH(R) - COOH + CH COOH (CH3- CO)2 O + H3N - CH(R) - COO 3 3 O O e, Phản ứng ngưng tụ với anđehit fomic (Phản ứng sorenxen) Aminoaxit phản ứng dễ dàng với anđehit fomic tạo thành dẫn xuất chứa nhóm metylenamino: H 3 N CH (R) COO HCH O CH 2 N CH (R) COOH H 2O Do nhóm amino đã bị khoá nên có thể chuẩn độ nhóm cacboxyl bằng kiềm. Đây là phản ứng quan trọng dùng để định lượng aminoaxit và để đánh giá mức độ thuỷ phân protein. 4. Tính chất của cả phân tử: a, Tác dụng của nhiệt Các -aminoaxit (hoặc este củachúng) khi đun nóng tạo thành điamitvòng 6 cạnh được gọi là đixetopiperazin, do hai phân tử aminoaxit bị tách hai phân tử nước (hoặc hai phân tử ancol). Ví dụ: O + O 0 t H2C NH H3N-CH2 + OH H C C + 2 2 - HN CH2 O + O- C = O NH3 Dixetpiperazin O 11 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  12. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ O O + R - C C O C H + 2 5 H 2 N-CH - R t0 R-CH NH + C 2 H 5 O H NH 2 HN CH-R C 2 H 5 O C = O O Diankyldixetopiperazin Tương tự các amit, các đi xetopiperazin bị phân huỷ trong môi trường axit hoặc bazơ, trước hết mở vòng tao thành hai phân tử aminoaxit: O + H2O, H + H2C NH H3N CH2- C - NH - CH2 - COOH HN CH2 O O (nhóm peptit) Dipeptit + H2O, H + - 2 H N - CH - COO 3 2 Khi đun nóng, đipeptit lại khép vòng tạo thành đixetopiperazin. Các  -aminoaxit bị tách NH3 bởi nhiệt tạo thành axit ,  -không no: + - t0 H N - CH - CH - COO CH =CH-COOH +NH 3 2 2 2 3 Các  , vaì  -aminoaxit dưới tác dụng cuat nhiệt bị tách nước tạo thành amit vòng, thường gọi là lactam: H 2 H 2 o C H 2 - C H 2 - C H 2 t C C O H + - C= O + 2 H 2 C N H 3 O C = O N H B utirolactam b, Phản ứng tạo hợp chất phức Các -aminoaxit phản ứng được với một số ion kim loại nặng cho hợp chất phức khó tan, thường có màu đặc trưng. Ví dụ hợp chất phức của glyxin với Cu2+: O 1 C O H2N - + Cu(OH) + 2 OH 2 CH2 - COO 2 Cu CH 2 H2C 2 1 + NH O C NH3 2 O KÕt tña mµu xanh 5. Phản ứng màu của aminoaxit: a, Phản ứng với ninhiđrin Các -aminoaxit phản ứng với ninhiđrin (còn gọi là trixeto hiđrinđen hiđrat) cho sản phẩm màu tím xanh tan trong nước (riêng prolin cho sản phẩm màu vàng): 12 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  13. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ O O O H H + R - C H - C O O H + N H 3 + C O 2 + R C H = O O H O H N H 2 O O + N in h id rin + N H 3 O O N tím x a n h O O Phản ứng rất nhạy, có thể phát hiện đến microgam -aminoaxit, vì vậy phản ứng này được dùng để phân tích định tính và đinh lượng các -aminoaxit. Để định lượng -aminoaxit có thể dùng phương pháp so màu đo cường độ màu dung dịch phản ứng, hoặc dùng phương pháp đo thể tích CO2. b, Phản ứng xangtoproteic Các aminoaxit có gốc hiđrocacbon thơm (Phe, Tyr, Trp ) phản ứng với HNO 3 đặc nóng cho sản phẩm màu vàng. c, Phản ứng với thuốc thử Milon Các aminoaxit có gốc phenol (Tyr ) phản ứng với thuốc thử Milon (hỗn hợp Hg(NO3)2 và HNO3 đặc) khi đun nóng cho sản phẩm màu đỏ. d, Phản ứng Pauli Phản ứng Pauli đặc trưng cho tryptophan. Tryptophan phản ứng với axit điazobenzensunfonic trong dung dịch kiềm cho sản phẩm có màu đỏ anh đào. e, Phản ứng Ađamkevic và Hopkin Phản ứng đặc trưng cho aminoaxit chứa vòng inđol như tryptophan. Tryptophan phản ứng với axit gloxilic (O=CH-COOH) có mặt H2SO4 đặc cho sản phẩm có màu tím. g, Phản ứng Sacaguchi Phản ứng đặc cho arginin. Arginin phản ứng với hỗn hợp natri -naphtolat và natri hipobromat cho sản phẩm màu đỏ. IV-ĐIỀU CHẾ AMINOAXIT 1. Thuỷ phân protein Thuỷ phân protein nhờ xúc tác axit, hoặc kiềm hay enzim thu được hỗn hợp các L-aminoaxit: H2O/H -CH CO - HN-CH CO - H2N-CH CO NH R R' R" COOH HN-CH COOH H2N-CH + H2N-CH CO + R R' R" Nhờ các phương pháp thích hợp (sắc, kí, điện li ) có thể tách riêng rẽ từng aminoaxit. 2. Amin hoá axit -halogencacboxylic (phưong pháp Peckin) Cho axit -halogencacbõylic tác dụng với dung dịch amoniac đặc ở nhiệt độ phòng thu được -aminoaxit. - H N-CH COOH + 2 NH H N-CH COO + NH4Br 2 3 2+ X NH3 3. Ankyl hoá các este của axit aminomalonic N-thế 13 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  14. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ Este của axit aminomolonic N-thế (III) được điều chế từ đietyl monobrommalonat (I) và kali phtalimiđat (II): O O - BrCH(COOC H ) + 2 5 2 + N K N CH(COOC2H5)2 -KBr (I) (III) (II) O O DietylN-phtalimitmalonat Đietyl N-phtalimit malonat (III) được ankyl hoá bởi ankyl halogenua hoặc hợp chất caconyl ,  -không no, sau đó đun nóng sản phẩm ankyl hoá trong môi trường axit xảy ra qua quá trình thuỷ phân este và đecacboxyl hoá thu được -aminoaxit: O O 1)Bazo CR(COOC H ) N CH(COOC2H5)2 N 2 5 2 2) RX (III) (III) O R-CH - COO- O H3O+ + + COOH -CO + C H OH 2 NH3 2 5 COOH Phương pháp này được dùng để điều chế nhiều a-aminoaxit, ví dụ methionin, axit glutanic : Me thionin - O 1) C2H5ONa H2O/H+ CH3SCH2CH2-CH - COO to 2) CH3SCH2CH2Cl + NH3 N CH(COOC2H5)2 - 1) C2H5ONa H2O/H+ (III) HOOCCH2CH2-CH - COO CH =CH-COOC H o O 2) 2 2 5 t NH3 + Axit glutamic 4. Tổng hợp Streckơ (Strecker) Các -aminoaxit cũng được tổng hợp bằng cách thuỷ phân các -aminnonitrin theo sơ đồ phản ứng: + RCH=O +NH + HCN + R-CH-N N H O/H 3 2 R-CH COO - NH2 + NH 3 5. Điều chế  và -aminoaxit Axit  - aminocaproic và axit  - aminoenantoic (đều không có trong thiên nhiên) là nguyên liệu quan trọng để sản xuất tơ capron và tơ enang. Axit  - aminocaproic được điều chế từ oxim của xiclohexanon. Khi đun nóng oxim này với H2SO4 đặc thu được caprolactam, sau đó thuỷ phân thành axit -aminocaproic: 14 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  15. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ H H2 2 C O H N-OH N-OH C 2 H2SO4 ®Æc C=O H2C OH2 NH C Oxim cña xiclohexanon C H2 H2 + H O/H 2 H N-(CH ) -COOH 2 2 5 Axit -aminoenantoicđược điều chế từ etilen và cacbon tetraclorua nhờ phản ứng telome hoá tạo thành 1, 1, 1, 7 - tetraclohepan, sau đó thuỷ phân và amin hoá: CCl H O/H SO 4 ClCH -(CH ) -CCl 2 2 4 3 CH2=CH2 2 2 5 3 NH ClCH -(CH ) -COOH 3 NH CH -(CH ) -COOH 2 2 5 2 2 2 5 Bài: PEPTIT I - Trạng thái thiên nhiên: Một số chất peptit có trong cơ thể người. Ví dụ như trong mô cơ có cacnozin và anserin (đều là đipeptit), ở gan và não có glutation (tripeptit). Glutation còn có trong mầm lúa mì và một số loại nấm. Một số peptit là hormon trong cơ thể sinh vật như insulin, oxytoxin II - Cấu trúc và danh pháp: 1. Cấu trúc Peptit thiên nhiên là hợp chất polime của các a min oaxit , gồm từ 2 đến khoảng 50 đơn vị a min oaxit kết hợp với nhau nhờ các liên kết peptit. Liên kết peptit - HN-CH CO NH -CH CO - R R1 Nhóm peptit Tuỳ thuộc vào số đơn vị (2, 3, 4, , n) aminoaxit trong phân tử người ta phân chia thành đipeptit, tripeptit, tetrapeptit polipeptit. Theo quy ước một peptit có phân tử khối trên 10000 được gọi là polipeptit; những peptit có phân tử khối thấp hơn được gọi là oligopeptit. + Trong phân tử peptit, đầu mạch chứa đơn vị aminoaxit còn nhóm -NH 2 ( NH3) được gọi là “đầu N”, còn đầu mạch kia chứa đơn vị aminoaxit còn nhóm -COOH (hay COO ) được gọi là “đuôi C”. Theo quy ước, đầu mạch có nhóm -NH 2 được viết ở phía bên trái, còn đầu có nhóm - COOH được viết ở phía bên phải: NH H2N-CH CO -CH CO NH - CH COOH R R R Aminoaxit ®Çu N Aminoaxit ®Çu C Nhóm peptit -CO -NH- có cấu trúc phẳng, nguyên tử H của nhóm -NH- nằm ở vị trí anti đối nguyên tử O của nhóm cacbonyl. Liên kết peptit C-N mang một phần đặc điểm của liên kết đôi C=N 15 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị Liªn kÕt peptit Nhãm peptit
  16. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ Do vậy liên kết peptit khó quay tự do xung quanh trục C-N, trong khi đó khả năng quay tự do của các liên kết đơn giữa C với nhóm peptit là rất lớn. Đó là nguyên nhân dẫn đến cấu trúc xoắn của mạch polipeptit (xem bài protein). Tương tự aminoxit, phân tử peptit cũng tồn tại ở dạng ion lưỡng cực, peptit là hợp chất lưỡng tính. *Tính axit và bazơ Ví dụ: Có một hỗn hợp protit gồm pepsin (pH I = 1,1), hemoglobin (pHI = 6,8) và prolamin (pHI = 12,0). Khi tiến hành điện di dung dịch protit nêu trên ở pH = 7,0 thi được ba vết chất (xem hình) XuÊt ph¸t Cùc (+) Cùc (-) A B C Cho biết mỗi vết chất đặc trưng cho protit nào ? Giải thích. Bài giải :Vết A là pepsin, vết B là hemoglobin và vết C là prolamin. Giải thích : Pepsin là protit có tính axit mạnh (pHI = 1,1) nên tồn tại ở dạng anion khi pH =7, dưới tác dụng của điện trường sẽ chuyển về cực dương (anot). Hemoglobin (pH I = 6,8) hầu như tồn tại ở lưỡng cực với điện tích bằng không khi pH = 7, do đó gần như không chuyển dịch. Prolamin là protit có tính bazơ mạnh (pH I = 12,0) nên tồn tại ở dạng cation khi pH =7, dưới tác dụng của điện trường sẽ chuyển về cực âm (catot). 2. Danh pháp Tên của các peptit được gọi theo quy tắc sau: - Ghép tên các aminoaxit tạo nên phântử peptit theo trật tự sắp xếp của chúng trong mạch. - Những aminoaxit có nhóm cacboxyl tham gia tạo liên kết peptit được gọi tên bằng cách đổi đuôi in thành đuôi yl (xem bài 17.1), aminoaxit đứng cuối mạch còn nhóm cacboxyl (đuôi C) được giữ nguyên tên. Ví dụ: H2N – CH2 – CO – NH – CH(CH3) – COOH Glyxylalanin (Gly – Ala) H2N – CH(CH3) – CO – NH – CH2 – COOH Alanyl glyxin (Ala – Gly) H2N – CH2 – CO – NH – CH – CO – NH – CH2 – COOH Glyxyl phenylalanylglyxin C6H5 – CH2 (Gly-Phe-Gly) III- Tính chất: 1. Tính chất vật lí: Những peptit có phân tử khối thấp là những chất kết tinh tan tốt trong nước. Các peptit có phân tử khối lớn là những chất vô định hình, tạo thành dung dịch keo với nước. 2. Tính chất hoá học: a, Phản ứng thuỷ phân: Các peptit bị thuỷ phân hoàn toàn trong dung dịch axit nóng hoặc dung dịch kiềm nóng cho sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp các aminoaxit. Thường thuỷ phân bằng dung dịch HCl 2N ở 110 0C trong khoảng 24 - 72 giờ. Ví dụ: H+, t0 -CH CO - HN-CH CO - + nH O H2N-CH CO NH 2 R R' R" H N-CH COOH H N-CH COOH 2 + 2 + H2N-CH COOH + R R' R" Các peptit có thể được thuỷ phân không hoàn toàn những đoạn peptit ngắn hơn nhờ các enzim đặc hiệu: 16 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  17. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ - Aminoaxit N -đầu mạch được tách ra khỏi mạch nhờ enzim aminopeptiđaza. Ví dụ: aminopeptiđaza -CH CO - HN-CH CO - + nH O H2N-CH CO NH 2 R R' R" COOH HN-CH COOH H2N-CH + H2N-CH CO + R" R R' - Aminoaxit C-đầu mạch được tách ra khỏi mạch nhờ enzim cacboxipeptiđaza. cacboxipeptiđaza - HN-CH CO NH -CH CO - HN-CH COOH + nH2O R R' R" - HN-CH CO HN-CH COOH + H2N-CH COOH + R R' R" - Để phân cách một số liên kết peptit xác định trong phân tử peptit (hoặc protein) có thể dùng các enzim proteaza như tripsin, chimotri-psin, pepsin . Trípin xúc tác cho sự phân cắt liên kết peptit ở sau gốc lysin hoặc arginin. Chimotripsin xúc tác cho sự phân cắt lien kết peptit ở sau các gốc phenylalanin, tryptophan, tyrosin, leuxin, axit aspactic hoặc axit glu tamic. Ví dụ: enzim - + + -NHCHCO NHCHCO- -NHCHCOO H3NCHCO- 1 1 R R R R Enzim Aminoaxit đầu N Tripsin Lys, Arg Chi motripsin Phe, Trp, Tyr Pepsin Phe, Trp, Tyr, Leu, Asp, Glu b, Phản ứng với 2,4 - đinitroflobenzen: Tương tự aminoaxit, nhóm -NH 2 của đơn vị aminoaxit N-đầu mạch phản ứng được với 2,4-đinitroflobenzen cho dẫn xuất 2,4-đinitro-phenyl (DNP) màu vàng : NO2 + H NCH-CONH-CH-CO- O N NHCHCONH-CHCO- +HF O2N F 2 2 R R R R NO2 Phản ứng này được dùng để xác định trật tự sắp xếp các đơn vị aminoixit trong phân tử peptit (Phương pháp Sanger). c, Phản ứng màu biure Phản ứng màu biure đặc trưng cho liên kết peptit, tất cả cá peptit có từ hai liên kết peptit trở lên đều phản ứng với dung dịch CuSO4 loãng trong môi trường kiềm cho dung dịch hợp chất phức có màu tím hoặc tím đỏ. 17 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  18. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ Phản ứng biure được dùng để phântích định tính (nhận biết) và phân tích định lượng peptit và prrotein. IV - Tổng hợp peptit: Khác với nhiều loại hợp chất hữu cơ khác, các phản ứng tổng hợp (điều chế) peptit rất phức tạp. Không thể tổng hợp được peptit mong muốn nhờ phản ứng trùng ngưng các phân tử aminoaxit khác nhau, vì sẽ tạo ra hỗn hợp các peptit. Ví dụ trường hợp đơn giản nhất là ngưng tụ hai phân tử aminoaxit khác nhau sẽ tạo ra 4 đipeptit: Gly-Gly Ala-Ala -H2O Glixin + Alanin Gly-Ala Ala-Gly Do vậy để tổng hợp một peptit có trật tự xác định các đơn vị aminoaxit trong phân tử cần phải “bảo vệ” nhóm amino hay nhóm cacboxyl nào đó khi không cần chngs tham gia phản ứng tạo ra liên kết peptit. Nhóm bảo vệ cần thoả mãn một số tiêu chuẩn sau: - Dễ gắn vào phân tử aminoaxit. - Bảo vệ được nhóm chức trong điều kiện hình thành các liên kết peptit. - Dễ loại ra mà không ảnh hưởng đến sự tồn tại của các liên kết peptit. 1. Bảo vệ nhóm amino: Nhóm amino thường được bảo vệ bởi nhóm benzyloxicacbonyl (C6H5 - CH2O - C -, còn gọi là O cacbobenzonxi và được kí hiệu là C bz) bằng cách cho aminoaxit phản ứng với benzyl clofomiat (C6H5-CH2-O-CO-Cl, cacbonbenzoxi clorua) trong dung dịch. Ví dụ: + - dd NaOH - C6H5CH2OCOCl+ H3NCH2COO C6H5CH2OCONHCH2COO 5oC - 30 phót + H3O C6H5CH2OCONHCH2COOH Benzyloxicacbonylglyxyl Sau khi tổng hợp được peptit nhóm bảo vệ sẽ được loại ra khỏi phân tử peptit nhờ phản ứng hiđro phân: H2/Pd C6H5CH2-OCONHCHCO NHCHCO- R R1 C H CH HOCONHCHCO NHCHCO- 6 5 3 + CO2 + H2NCHCO NHCHCO- R R1 R R1 2. Bảo vệ nhóm cacboxyl: Nhóm cacbonxyl thường được bảo về bằng cách chuyển thành metyl hay etyl hoặc benzyl este. Nhóm este dễ thuỷ phân hơn nhóm peptit nên được loại ra khỏi phân tử peptit bằng cách thuỷ phân bởi dung dịch kiềm: 18 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  19. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ C H CH HOCONHCHCO NHCHCO- 6 5 3 + CO2 + H2NCHCO NHCHCO- R - R1 R R1 OH/H O H O+ - C-NHCH(R)-COOCH 2 3 + CH OH 3 - C-NHCH(R1)-COOH 3 O O Riêng nhóm benzyloxi (C6H5CH2O-) còn được loại nhờ phản ứng hiđro phân: H2/Pd - C-NH(R)CH-COOH + C6H5CH3 - C-NHCH-CO(R)OCH2C6H5 O O 3. Ngưng tụ các aminoaxit đã được bảo vệ Thực hiện phản ứng ngưng tụ các aminoaxit có nhóm chức đã được bảo vệ sẽ thu được peptit mong muốn. Ví dụ tổng hợp đi peptitthreonylalanin: DDC H NCHCOOCH C H C6H5CH2OCONHCH-COOH + 2 2 6 5 -H2O CH3CHOH CH3 Alanin ®· b¶o vÖ -COOH Threonin ®· b¶o vÖ -NH2 DDC C6H5OCONHCH-CO HNCHCOOCH2C6H5 -H2O CH CHOH 3 CH3 Cbz-Thr-Ala CH2C6H5 H /Pd/C _ 2 + 2 C H CH + CO H3NCH-CO HNCHCOO + 6 5 3 2 CH3COOH CH CHOH CH 3 3 V – XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC Để xác định cấu trúc của peptit thường thực hiện các bước cơ bản sau: 1. Xác định thành phần các aminoaxit trong phân tử peptit: Thuỷ phân hoàn toàn peptit thành hỗn hợp các aminoaxit (thường thuỷ phân bằng dung dịch HCl 6N ở 1100C trong khoảng 24-72 giờ). Sau khi làm sạch dung dịch thuỷ phân, tách riêng từng aminoaxit nhờ phương pháp sắc kí. Để nhận biết từng aminoaxit cần tiến hành sắc kí thêm một dung dịch chuẩn chứa hỗn hợp các aminoaxit đã biết và có nồng đồ xác định. So sánh các sắc kí đồ của dung dịch chuẩn sẽ biết được thành phần và tỉ lệ từng aminoaxit trong phân tử peptit. 2. Xác định trình tự sắp xếp các đơn vị aminoaxit trong phân tử peptit: 2.1. Xác định aminoaxit “đầu N” - Phương pháp Sanger Cho peptit phản ứng với 2,4-đinitro-flobenzen thu được dẫn xuất 2,4-đinitrophenyl của peptit. Thuỷ phân dẫn xuất này trong môi trường axit thu được hỗn hợp các aminoaxit và 2,4- đinitrophenyl của aminoaxit “đầu N”, dẫn xuất DNP của aminoaxit có thể nhận biết được bằng các phương pháp sắc kí, từ đó suy ra đơn vị aminoaxit “đầu N”: 19 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  20. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ NO2 + H NCH-CONH-CH-CO- O N NHCHCONH-CHCO- O2N F 2 2 R R 2,4-dinitroflobenzen R R NO2 NO2 HCl, to + - + H N CH-COO O2N NHCHCOOH 3 R R N-(2,4-đinitrophenyl) aminoaxit - Phương pháp Edman Cho peptit tác dụng với phenylosothioxionat C6H5N=C=S, nhóm NH2 của đơn vị aminoaxit “đầu N” phản ứng tạo ra dẫn xuất penylisothicacbamonyl peptit (dẫn xuất phenyl thioure của peptit), sau đó cho dẫn xuất thu được tác dụng với HCl trong mitrometan sẽ xảy ra sự phân cắt liên kết peptit ở gốc aminoaxit “đầu N”, tạo thành peptit ngắn hơn và phenylthiohiđantoin: P h Ph N=C=S Ph p h e n y l i s o t h i o x y a n a t N C=S + O=C C=S NH2 NH HCl R CH NH R C H R C H H2O phenyl thiohydantoin C=O C=O + NH NH NH2 R' CH R' CH R' CH C=O C=O C=O NH NH NH R'' CH R'' CH R'' CH C=O C=O C=O peptit phenylthiocacbamoylpeptit peptit ngắn hơn Sản phẩm phenylthiohiđantoin được nhận biết nhờ phương pháp sắc kí, trên cơ sở so sánh với chất chuẩn đã biết có thể suy ra aminoaxit “đầu N”, peptit ngắn hơn được tinh chế và lại tiếp tục thực hiện phương pháp Edman để nhận ra đơn vị aminoaxit “đầu N” của nó 2.2. Xác định aminoaxit “đầu C” Thuỷ phân peptit nhờ enzim cacboxipeptiđaza - cacboxypeptidâz - -NH-CHR3-CO-NH-CHR2-CO-CHR1-COO  -NH-CHR3-CO-NH-CHR2-COO + - +-NH3 CHR1-COO Aminoaxit xuất hiện đầu tiên trong dung dịch chính là aminoaxit “đầu C”. Hạn chế của phương pháp này là enzim cacboxipeptidata không tách được các aminoaxit “đuôi C” là prolin hoặc hiđroxiprolin ra khỏi mạch peptit. 2.3. Thuỷ phân từng phần mạch peptit Thuỷ phân peptit nhờ các enzim proteaza (tripsin, chimotripsin, pepsin ) để thu được hỗn hợp các peptit có mạch ngắn hơn; các peptit này được tách riêng nhờ phương pháp sắc kí, tinh chế 20 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  21. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ sạch rồ xác định trình tự sắp xếp các đơn vị aminoaxit trong phân tử của chúng theo các phương pháp đã nêu trên. Để phân cắt peptit thành các peptit có mạch ngắn hơn còn dùng các tác nhân xian bromua BrCN. Tác nhân này chỉ phân cắt mạch peptit ở sau gốc methiomin: H O R H N CO R N C C H BrCN CH CH N C + CH3SCN O + CH CH H H2N CO 2 O H2C CH CH2SCH3 2 homoserin lacton Đối với một mạch peptit, nếu dùng các xúc tác phân cắt mạch khác nhau sẽ thu được những phân đoạn khác nhau. Chẳng hạn phân cắt đoạn mạch sau: Phân cắt bằng trypsin Ala – Leu – Gly – Met – Lys – Trp – Phe – Arg – Ala – Ala – Ser – Met – Ala – Phe – Lys Phân cắt bằng BrCN 21 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  22. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CỦA NITƠ Câu 1: (Đề thi HSG quốc gia năm 2000-2001) Xuất phát từ Brombenzen chứa 14C ở vị trí 1 và các hóa chất vô cơ cần thiết không chứa 14C, hãy điều chế các hợp chất thơm chứa 14C ở vị trí 3: a) anilin b) Iotbenzen c) Axit benzoic Câu 2: So sánh tính bazơ của các hợp chất sau đây: R3N, R2NH, RNH2 Giải thích vì sao có sự sắp xếp đó? Câu 3: (Chọn đội HSG Tỉnh 2006- 2007) Một pentapeptit (A) khi thuỷ phân hoàn toàn cho 2 mol Gly, 1 mol Ala, 1 mol Val và 1mol Phe. Trong sự thuỷ phân từng phần (A) thấy có Ala-Gly, Gly-Ala. A tác dụng với HNO2 không thấy giải phóng N2. Xác định công thức cấu tạo của A. + - Câu 4: Muối C6H5N2 Cl (phenylđiazoni clorua) được sinh ra khi cho C6H5-NH2 (anilin) tác o dụng với NaNO2 trong dung dịch HCl ở nhiệt độ thấp (0-5 C). Để điều chế được 14,05 gam + - C6H5N2 Cl (với hiệu suất 100%), lượng C6H5-NH2 và NaNO2 cần dùng vừa đủ là A. 0,1 mol và 0,4 mol. B.0,1 mol và 0,2 mol. C.0,1 mol và 0,1 mol. D.0,1 mol và 0,3 mol. Câu 5: Cho 8,9 gam một hợp chất hữu cơ X có công thức phân tử C3H7O2N phản ứng với 100 ml dung dịch NaOH 1,5M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, cô cạn dung dịch thu được 11,7 gam chất rắn. Công thức cấu tạo thu gọn của X là A. HCOOH3NCH=CH2. B. H2NCH2CH2COOH. C. CH2=CHCOONH4. D. H2NCH2COOCH3. (Đề thi ĐH 2008) Câu 6: Có các dung dịch riêng biệt sau đây: C6HH5NH3Cl(phenylamoniclorua, H2N-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, ClH3N-CH2-COOH, HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH, H2N-CH2-COONa. Số lượng các dung dịch có pH <7 là: A.2 B.5 C.4 D.3 (Đề thi ĐH 2008) Câu 7: Cho hỗn hợp X gồm hai chất hữu cơ có cùng công thức phân tử C 2H7NO2 tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH và đun nóng, thu được dung dịch Y và 4,48 lít hỗn hợp Z (ở đktc) gồm hai khí (đều làm xanh giấy quỳ ẩm). Tỉ khối hơi của Z đối với H 2 bằng 13,75. Cô cạn dung dịch Y thu được khối lượng muối khan là (cho H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, Na = 23) A. 16,5 gam. B. 14,3 gam. C. 8,9 gam. D. 15,7 gam. (Đề thi ĐH 2007) Câu 8: Biết axit glutamic[ HOOC-CH2-CH2- CH(NH2)-COOH ] có các giá trị pKa(4,3; 9,7; 2,2) 1. Viết phương trình điện ly của axit glutamic và tính điểm đẳng điện của nó. 2. Viết tên IUPAC và công thức Fisơ ở pH I và trên công thức đó hãy ghi ( trong ngoặc) giá trị pKa bên cạnh nhóm chức thích hợp và giải thích vì sao. 14 14 Câu 9: Tổng hợp các aminoaxit chứa đồng vị trong nghiên cứu sinh học có nguồn C từ Ba CO3 14 và Na CN và tác nhân đetri hoá là D2O, LiAlD4 hay D2. (Cho phép dùng một số chất khác như: SOCl2, N-phtalimidomalonic este, axetamidomalonic este, C2H5ONa ) + + NH3 NH3 14 - - 1. CH3- CH COO 2. CH2CDCOO + + NH3 NH3 - 14 - 3. (CD3)2CHCHCOO 4. HOO CCH2CHCOO Hãy viết sơ đồ điều chế các chất trên 22 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  23. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ Câu 10: (Đề thi HSG quốc gia - 1997) Khi thủy phân hoàn toàn 1 mol polipeptit X thu được 2 mol CH3CH(NH2)COOH (Alanin hay viết tắt là Ala), 1 mol HOOC(CH2)2CH(NH2)COOH (Axit glutamic hay Glu), 1 mol N CH2 CH COOH H2N(CH2)4CH(NH2)COOH (Lysin hay Lys) NH và 1 mol (Histidin hay N 2 His) H Nếu cho X phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen (kí hiệu ArF) rồi mới thủy phân thì thu được Ala, Glu, Lys và hợp chất : N CH2 CH COOH NH-Ar N H Mặt khác nếu thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thì thu được Lys và một tetrapeptit. Ngoài ra khi thủy phân không hoàn toàn X cho ta các dipeptit Ala-Glu, Ala-Ala và His-Ala. 1.Xác định công thức cấu tạo và tên của polipeptit X. 2.Sắp xếp các amino axit trên theo trật tự tăng dần pH I, biết các giá trị pH I là 3,22; 6,00; 7,59 và 9,74. 3.Viết công thức cấu tạo dạng chủ yếu của mỗi aminoaxit trên ở các pH bằng 1 và 13. 4.Dưới tác dụng của enzim thích hợp aminoaxit có thể bị decacboxyl hóa (tách nhóm cacboxyl). Viết công thức cấu tạo các sản phẩm decacboxyl hóa Ala và His. So sánh tính bazơ của các nguyên tử N trong phân tử giữa hai sản phẩm đó. Giải thích. Câu 11: (Đề thi HSG quốc gia - 2000) Đốt cháy 0,2 mol hợp chất A thuộc loại tạp chức thu được 26,2 gam khí CO 2; 12,6 gam hơi H2O và 2,24 lít khí N2 (đktc). Nếu đốt cháy 1 mol A cần 3,75 mol O2. 1.Xác định công thức phân tử của A . 2.Xác định công thức cấu tạo và tên A. Biết rằng A có tính chất lưỡng tính, phản ứng với axit nitrơ giải phóng nitơ; với ancol etylic có axit làm xúc tác tạo thành hợp chất có công thức C5H11O2N. Khi đun nóng A chuyển thành hợp chất vòng có công thức C 6H10N2O2 . Hãy viết đầy đủ các phương trình phản ứng xảy ra và ghi điều kiện (nếu có). A có đồng phân loại gì? Câu 12: (Đề thi HSG quốc gia - 2001) 1.Có một hỗn hợp protit gồm pepsin (pHI = 1,1), hemoglobin (pHI = 6,8) và prolamin (pHI = 12,0). Khi tiến hành điện di dung dịch protit nêu trên ở pH = 7,0 thi được ba vết chất (xem hình) XuÊt ph¸t Cùc (+) Cùc (-) A B C Cho biết mỗi vết chất đặc trưng cho protit nào ? Giải thích. 2.Khi thủy phân hoàn toàn 1 mol tripeptit X thu được 2 mol axit glutamic (HOOC(CH2)2CH(NH2)COOH), 1 mol alanin (CH3CH(NH2)COOH) và 1 mol NH3. 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 và một dipeptit Y. Viết công thức cấu tạo của X, Y và gọi tên chúng. Câu 13: (Đề thi HSG quốc gia - 2002) Thuỷ phân một protein (protit) thu được một số aminoaxit có công thức và pKa như sau: Ala : CH3CH(NH2)COOH (2,34; 9,69; Ser : HOCH2CH(NH2)COOH (2,21; 9,15) Asp : HOOCCH2CH(NH2)COOH (1,88; 3,65;9,60) Orn : H2NCH23CH(NH2)COOH (2,10; 8,90; 10,50) Arg : H2NC(=NH)NHCH23CH(NH2)COOH (2,17; 9,04; 12,48) 23 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  24. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ N COOH Pro H (1,99; 10,60) 1.Viết tên IUPAC và công thức Fisher ở pH I của Arg, Asp, Orn. Trên mỗi công thức đó hãy ghi (trong ngoặc) giá trị pKa bên cạnh nhóm chức thích hợp. Biết nhóm -NHC(=NH)NH 2 có tên là guanidino. 2.Ala và Asp có trong thành phần cấu tạo của aspactam (một chất có độ ngọt cao hơn saccarozơ tới 160 lần). Thuỷ phân hoàn toàn aspactam thu được Ala, Asp và CH3OH. Cho aspactam tác dụng với 2,4-dinitroflobenzen rồi thuỷ phân thì được dẫn xuất 2,4-dinitrophenyl của Asp và một sản phẩm có công thức C 4H9NO2. Viết công thức Fisher và tên đầy đủ của aspactam, biết rằng nhóm -COOH của Asp không còn tự do. 3.Arg, Pro và Ser có trong thành phần cấu tạo của nonapeptit bradikinin. Thuỷ phân bradikinin sinh ra Pro-Pro-Gly ; Ser-Pro-Phe ; Gly-Phe-Ser ; Pro-Phe-Arg ; Arg-Pro-Pro ; Pro- Gly-Phe ; Phe-Ser-Pro. (a) Dùng kí hiệu 3 chữ cái (Arg, Pro, Gly, ), cho biết trình tự các aminoaxit trong phân tử bradikinin. (b) Viết công thức Fisher và cho biết nonapeptit này có giá trị pHI trong khoảng nào ? ( 6; 6; >> 6). Câu 14: (Đề thi HSG quốc gia - 2003) 1.Hợp chất A (C 5H11O2N) là một chất lỏng quang hoạt. Khử A bằng H 2 có xúc tác Ni sẽ được B (C 5H13N) quang hoạt. Cho B tác dụng với axit HNO 2 thu được hỗn hợp gồm ancol C quang hoạt và ancol tert-amylic (2- metyl-2-butanol). Xác định công thức cấu tạo của A. Dùng công thức cấu tạo, viết phương trình các phản ứng tạo thành B, C và ancol tert-amylic từ A. 2.Hợp chất A (C5H9OBr) khi tác dụng với dung dịch iốt trong kiềm tạo kết tủa màu vàng. A tác dụng với dung dịch NaOH tạo ra 2 xeton B và C cùng có công thức phân tử C 5H8O. B, C đều không làm mất màu dung dịch kalipemanganat ở lạnh, chỉ có B tạo kết tủa màu vàng với dung dịch iốt trong kiềm. Cho B tác dụng với CH 3MgBr rồi với H2O thì được D (C6H12O). D tác dụng với HBr tạo ra hai đồng phân cấu tạo E và F có công thức phân tử C 6H11Br trong đó chỉ có E làm mất màu dung dịch kalipemanganat ở lạnh. Dùng công thức cấu tạo, viết sơ đồ phản ứng từ A tạo thành B, C, D, E, F. Viết tên A và D theo danh pháp IUPAC. Câu 15: (Đề thi HSG quốc gia - 2005) L-Prolin hay axit (S)-piroliđin-2-cacboxylic có pK1 = 1,99 và pK2 = 10,60. Piroliđin (C4H9N) là amin vòng no năm cạnh. 1. Viết công thức Fisơ và công thức phối cảnh của L-prolin. Tính pHI của hợp chất này. + 2. Tính gần đúng tỉ lệ dạng proton hoá H2A và dạng trung hoà HA của prolin ở pH = 2,50. 3. Tính gần đúng tỉ lệ dạng đeproton hoá A và dạng trung hoà HA của prolin ở pH = 9,70. 4. Từ metylamin và các hoá chất cần thiết khác (benzen, etyl acrilat, natri etylat và các chất vô cơ), hãy viết sơ đồ điều chế N-metyl-4-phenylpiperiđin. Bài 16: (Đề thi HSG quốc gia, Việt Nam - 2007) 1. Thủy phân hoàn toàn một hexapeptit M thu được Ala, Arg, Gly, Ile, Phe và Tyr. Các peptit E (chứa Phe, Arg) và G (chứa Arg, Ile, Phe) được tạo thành trong số các sản phẩm thủy phân không hoàn toàn M. Dùng 2,4-dinitroflobenzen xác định được amino axit Ala. Thủy phân M nhờ tripsin thu được tripeptit A (chứa Ala, Arg, Tyr) và một chất B. a. Xác định thứ tự liên kết của các amino axit trong M. b. Amino axit nào có pHI lớn nhất và amino axit nào có pHI nhỏ nhất? Biết cấu tạo chung của các amino axit là H2N-CHR-COOH AA’: Ala Arg Gly Ile Phe Tyr 24 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  25. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ R : CH3 (CH2)3NHC(=NH)NH2 H CH(CH3)C2H5 CH2C6H5 p-HOC6H4CH2 2. Isoleuxin được điều chế theo dãy các phản ứng sau (A, B, C, D là kí hiệu các chất cần tìm): t0 NH (C H OOC) CH 1. KOH Br2 3 2 5 2 2 A B   C   D Isoleuxin CH3CH2 CH CH3   C H ONa 2. HCl Br 2 5 Hãy cho biết công thức của các chất A, B, C, D và Isoleuxin. Câu 17: (Đề chon đội tuyển QT 2006) Ala, Val, Leu là chữ viết tắt tên các aminoaxit thiên nhiên, công thức lần lượt là CH3CH(NH2)COOH, (CH3)2CHCH(NH2)COOH, (CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH. 1. Viết các phương trình phản ứng tổng hợp tripeptit Leu-Ala-Val từ các chất: Ala, Val, Leu, photpho pentaclorua, BOC-Cl (tert-butyloxicacbonyl clorua), ancol benzylic, DCC (đixiclohexylcacbođiimit), axit trifloaxetic, axit axetic, hiđro, palađi và cacbon. 2. Có bao nhiêu tripeptit được tạo thành mà mỗi tripeptit có đủ 3 aminoaxit trên, nếu không sử dụng nhóm bảo vệ. 3. Biểu diễn công thức phối cảnh của tripeptit Leu-Ala-Val. 4. Ghi giá trị pK a vào nhóm tương ứng và tính pH I của tripeptit này, biết rằng pK a1 = = 3,42; pKa2 = 7,94. 25 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  26. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ MỘT SỐ BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI Ví dụ 1: Dưới tác dụng của điện trường, aminoaxit di chuyển về phía điện cực nào khi pH pI và pH = pI ? Giải thích. Bài giải: pH pI : anion C chiếm ưu thế nên di chuyển về phía anot và (c) khi pH = pI điện tích cân bằng nên amino axit không chuyển dịch. Ví dụ 2: Viết cân bằng điện ly của lysin (một bazơ) và tính điểm đẳng điện của nó. Xem giá tri pKa trong bảng Bài giải:  COO COO COO COOH CHNH3 OH CHNH2 OH CHNH2 CHNH 3 OH (CH2)3 H (CH2)3 H (CH2)3 (CH 2)3 H CH2NH3 CH2NH3 CH2NH2 C H 2 N(+2)H 3 (+1) (0) (-1) Điện tích tổng cộng của mỗi dạng được ghi trong ngoặc đơn ở trên, dạng có điện tích bằng không tồn tại giữa hai dạng có pKa tương ứng là 8,95 và 10,53. Như vậy pI = (8,95+10,53)/2 = 9,74. Ví dụ 3: Viết cân bằng điện ly của axit aspatic và tính điểm đẳng điện của nó. Bài giải:  COO COO COO COOH CHNH 3 OH CHNH3 OH CHNH2 CHNH3 OH CH2 H CH2 H CH2 CH2 H COOH COO COO COOH (+1) (0) (-1) (-2) Dạng có điện tích bằng không tồn tại giữa hai dạng có pKa tương ứng là 1,88 và 3,65. Như vậy pI = (1,88 + 3,65)/2 = 2,77. Ví dụ 4: Khi thủy phân hoàn toàn 1 mol tripeptit X thu được 2 mol axit glutamic [HOOC(CH2)2CH(NH2)COOH], 1 mol alanin [CH3CH(NH2)COOH] và 1 mol NH3. Chất 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 và một dipeptit Y. Viết công thức cấu tạo của X, Y và gọi tên chúng. Bài giải: Xác định cấu tạo X và Y : -Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu được alanin và một dipeptit Y aminoaxit C- đầu mạch là Ala và như vậy tripeptit X có cấu tạo theo trật tự : Glu-Glu-Ala. -X không phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen và X chỉ có một nhóm cacboxyl tự do nhóm - NH2 của aminoaxit N-đầu mạch đã tạo lactam với nhóm cacboxyl của Glu thứ nhất. 26 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  27. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ -Khi thủy phân hoàn toàn 1 mol tripeptit X thu được 1 mol NH 3 nhóm cacboxyl của Glu thứ hai tồn tại ở dạng amit -CONH2. Vậy X và Y là : NH CH CO NH CH CO NH CH COOH X : O C (CH2)2CONH2 CH3 CH2 CH2 Glutamolactam ylglutaminylalanin NH CH CO NH CH COOH Y : O C (CH2)2CONH2 CH2 CH2 Glutamolactam ylglutamin Ví dụ 5: Xác định công thức cấu tạo và tên của A(C3H7O2N). Biết rằng A có tính chất lưỡng tính, phản ứng với axit nitrơ giải phóng nitơ; với ancol etylic có axit làm xúc tác tạo thành hợp chất có công thức C5H11O2N. Khi đun nóng A chuyển thành hợp chất vòng có công thức C6H10N2O2. Hãy viết đầy đủ các phương trình phản ứng xảy ra và ghi điều kiện (nếu có). A có đồng phân loại gì ? Bài giải: a) Công thức cấu tạo của A : A phản ứng với axit nitrơ giải phóng nitơ A chứa nhóm -NH 2 A phản ứng với ancol etylic tạo C5H11O2N A chứa nhóm -COOH Đun nóng A tạo hợp chất vòng C6H10N2O2 A là -aminoaxit Công thức cấu tạo của A : CH3CH(NH2)COOH (alanin) b) Phương trình phản ứng : 15 7 1 C H O N O 3CO H O N 3 7 2 4 2 2 2 2 2 2 CH3 CH COOH + HONO CH3 CH COOH + N2 + H2O NH2 OH HCl CH3 CH COOH + C2H5OH CH3 CH COOC2H5 + H2O NH2 NH3Cl CH3 CH COOH + NH3 CH3 CH COOC2H5 + NH4Cl NH3Cl NH2 O CH3 to NH 2 CH CH COOH + H O 3 HN 2 CH NH2 3 O (c) A có đồng phân quang học do phân tử có nguyên tử cacbon bất đối : COOH COOH H C NH2 H2N C H CH3 CH3 27 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  28. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ Ví dụ 6: Xuất phát từ brombenzen chứa 14 C ở vị trí 1 và các hoá chất vô cơ cần thiết không chứa 14 C, hãy điều chế các hợp chất thơm chứa 14 C ở vị trí 3 : a) Anilin ; b) Iotbenzen ; c) Axit benzoic. Bài giải: a, Br MgBr 14C 14C ete khan + Mg (1) MgBr COOMgBr 14C + CO2 (2) COOMgBr COOH + (3) + H3O COOH COOH 14 14C C H2SO4 + HOH (4) + HNO3 NO 2 COOH COONa 14 C 14C + HOH + CO (5) 2 + Na2CO3 2 2 NO2 NO2 COONa 14 14C C CaO (6) + NaOH r¾n + Na2CO3 NO NO2 2 14C 14C + 3 Fe + 7 HCl + 3 FeCl3 + 2 HOH (7) NO2 NH3Cl 14 14C C + NaOH + NaCl + HOH (8) NH NH3Cl 2 28 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  29. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ b, 14 C 14C - + NaNO + 2 HCl + NaCl 2HOH 2 + Cl + (9) NH2 N N 14C 14C - N + Cl+ KI + 2 + KCl (10) N N I c, 14C 14C N + CuCl + - + CuCN 2 (11) N N Cl C N 14C 14C + + + 2HOH + H 2 + NH4 (12) COOH C N Ví dụ 7:(Đề thi HSG quốc gia – 1997) Thuỷ phân hoàn toàn 1mol polipeptit X cho ta: 2mol CH3 - CH(NH2) - COOH (Alanin hay viết tắt là Ala). 1mol (HOOC - CH2 - CH2 - CH(NH2) - COOH (axit gluconic hay Glu). 1mol H2N-(CH2)4-CH(NH2)-COOH (Lizin hay Lis) 1mol (Histidin hay His) N CH2 CH COOH NH N 2 H Nếu cho X tác dụng với 2,4 (NO2)2 C6H3F (ký hiệu ArF) rồi mới thủy phân thì tìm được Ala, Glu, Lys và hợp chất N CH2 CH COOH N NH Ar Mặt khác nếu thuỷ phân X nhờ enzim cacboxipetidazaH thì thu được Lys và một tetrapeptit. Ngoài ra khi thuỷ phân không hoàn toàn X cho ta các đipeptit Ala - Glu, Ala-Ala và His- Ala. 1. Xác định công thức cấu tạo và tên của poliptit X. 2. Sắp xếp các aminoaxit ở trên theo thứ tự tăng dần pH I(pHI được gọi là điểm đẳng điện, tại pH dó aminoaxit tồn tại ở dạng ion tương cực trung hoà về điện tích và không di chuyển về một diện cực nào đó cả). Biết giá trị pHI là 3,22 ; 6,0; 7,59; 9,74. 3. Viết công thức cấu tạo dạng chủ yếu của mỗi aminoaxit trên ở các pH bằng 1và 13. 29 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  30. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ 4. Dưới tác dụng của enzim thích hợp aminoaxit có thể bị decacboxyl hoá (tách nhóm cacboxyl). Viết công thức cấu tạo của các sản phẩm đecacboxyl hoá Ala và His. So sánh tính bazơ của các nguyên tử nitơ trong phân tử giữa hai sản phẩm đó. Giải thích. Bài giải: 1. Từ số mol và công thức cấu tạo của các aminoaxit suy ra X là một pentapeptit. Từ kết tủa thuỷ phân sản phẩm phản ứng giữa X và ArF suy ra đầu N (đầu chứa nhóm - NH2 tự do) của X là His. Từ sản phẩm thuỷ phân X nhờ enzim cacboxipeptitdaza suy ra đầu C (đầu chứa nhóm - COOH tự do) của X là Lys. Khi thuỷ phân không hoàn toàn X cho các đipeptit His-Ala, Ala-Ala, Ala-Glu. Trật tự sắp xếp các aminoaxit trong mạch: His - Ala - Ala - Glu – Lys. Công thức cấu tạo của X: H2N - CH - C - NH - CH - C - NH - CH - C - NH - CH - C - NH - CH - COOH CH O 3 O CH3 O O N CH2 (CH2)2 (CH2)2 N COOH NH2 (ThíH sinh có thể viết công thức trong đó nhóm - CO – NH - giữa Glu và Lys được tạo ra bởi nhóm –COOH ở vị trí γ của Glu với nhóm –NH2 ở vị trí δ của Lys. 1. Thứ tự tăng dần pHI: Glu < Ala < His < Lys pHI 3.22 6.00 7.59 9.74 Giải thích: tính axit của aminoaxit càng lớn thì giá trị pH I càng nhỏ, tính bazơ càng lớn thì pHI càng lớn. - Glu có pHI nhỏ nhất (3.22) vì số nhóm –COOH nhiều hơn số nhóm –NH 2. Muốn tồn tại ở + dạng HOOC - (CH2)2 – CH - COO phải thêm H (đưa về pH thấp) để nhóm -COOH thứ hai không phân li. │ NH2 - Lys có pHI lớn nhất (9.74) vì số nhóm -NH2 nhiều hơn số nhóm -COOH. - Ala có pHI = 6.00 vì có một nhóm -COOH và một nhóm -NH2. - His có pHI trung gian giữa Ala và Lys, vì tuy có số nhóm -COOH và - NH 2 bằng nhau nhưng dị vòng chứa N cũng là trung tâm bazơ (tuy yếu hơn -NH2). 3. pH = 1 pH = 13 Ala : CH3 - CH - COOH CH3 - CH - COO- +NH3 NH2 Glu : HOOC - (CH2)2 - CH - COOH -OOC - (CH2)2 - CH - COO- NH2 +NH3 His : + H N CH2-CH-COOH N CH2-CH-COO- NH N +NH3 N 2 H H Lys: + H N - (CH ) - CH - COO- H3N - (CH2)4 - CH - COOH 2 2 4 NH +NH3 2 30 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  31. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ 4. enzim CH3 - CH - COOH CH3 – CH2 – NH2 -CO2 (c) NH2 N CH2-CH-COOH enzim N CH2-CH2-NH2 -CO2 N NH2 N (d) H H - Tính bazơ giảm dần: N(a) > N(b) > N(c) > N(d). Giải thích: Tính bazơ ở nguyên tử N tăng khi mật độ electron trên nó tăng. Mật độ electron ở N(a) > N(b) v ì N(a) liên kết với gốc C2H5 đẩy e, trong khi đó N(b) ảnh hưởng bởi gốc dị vòng hút 2 e. Mật độ e ở N (c) < N(b) vì N(c) ở trạng thái lai hoá sp (có độ âm điện lớn hơn nguyên tử N (b) lai 3 2 2 hoá sp ). Và N(c) lại liên kết với những nguyên tử C lai hoá sp (khả năng hút e của C lai hoá sp 3 mạnh hơn C lai hoá sp ). N(d) không có tính bazơ vì không còn cặp electron tự do (do đã tham gia tạo hệ liên kết π trong vòng thơm). Ví dụ 8: (Đề thi HSG quốc gia – 2008) 1. a, HSCH2CH(NH2)COOH (xistein) có các pKa: 1,96; 8,18; 10,28. Các chất tương đồng với nó là HOCH2CH(NH2)COOH (serin), HseCH2CH(NH2)COOH (selenoxistein), C3H7NO5S (axit xisteic). Hãy xác định cấu hình R/S đối với serin và axit xisteic. B, Hãy qui kết các giá trị pKa cho từng nhóm chức trong phân tử xistein. Viết công thức của xistein khi ở Ph = 1,5 và 5,5. 2. Sắp xếp 4 amino axit trên theo thứ tự tăng dần giá trị PhI và giải thích sự sắp xếp đó. 3. Thủy phân hoàn toàn một nonapeptit X thu được Arg, Ala, Met, Ser, Lys, Phe 2, Val, và Ile. Sử dụng phản ứng của X với 2,4-đinitroflobenzen xác định được Ala. Thuỷ phân X với trypsin thu được pentapeptit (Lys, Met, Ser, Ala, Phe), đipeptit (Arg, Ile) và đipeptit (Val, Phe). Thuỷ phân X với BrCN dẫn đến sự tạo thành một tripeptit (Ser, Ala, Met) và một hexapeptit. Thuỷ phân với cacboxypeptiđaza cả X và hexapeptit đều cho Val. Xác định thứ tự các amino axit trong X. Bài giải: 1. a.Xác định cấu hình COO COOH H3N H H3N H CH2OH CH2SO3 L-Serin(cÊu h×nh S) Axit L-xisteic (cÊu h×nh R) b. Giá trị Ph và công thức của xistein pKa (xistein): 1,96 (COOH) ; 8,18 (SH) ; 10,28 (NH2) PhI (xistein) = (1,96 + 8,18) / 2 = 5,07 + Ở Ph = 1,5 : HS – CH2 – CH (NH3) – COOH + - Ph = 5,5 : HS – CH2 – CH (NH3) – COO 2.Trật tự PhI Trình tự tăng dần PhI : Axit xisteic < selenoxistein < xistein < serin 31 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  32. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ 3.Xác định công thức công thức của X Theo đề bài xác định được đầu N là Ala; đầu C là Val. Thủy phân với trypsin thu được: Ala-(Met, Ser, Phe)-Lys Ile-Arg và Phe-Val Dựa vào kết quả thủy phân với BrCN, suy ra: Ala-Ser-Met-Phe-Lys Vậy X là: Ala-Ser-Met-Phe-Lys-Ile-Arg-Phe-Val Ví dụ 9: Sắp xếp sự tăng dần tính bazơ (cớ giải thích) của các chất trong từng dãy sau: Sắp xếp sự tăng dần tính bazơ (có giải thích) của các chất trong từng dãy sau: 1. CH3-CH(NH2)-COOH , CH2=CH-CH2-NH2 , CH3-CH2-CH2-NH2 , CH C-CH2-NH2. 2. NH CH , CH NH , O N NH2 3 CH2 NH2 , 2 2 2 Bài giải: Tính bazơ tăng theo thứ tự: + - 1.CH3-CH(NH3) -COO CSP2 > CSP3 ion lưỡng cực 2. CH -NH NH < CH -NH < 2 2 < NH-CH3 O2N 2 2 2 Nhóm p-O2N-C6H4- Nhóm –C6H4-CH2- Nhóm C6H11-CH2- - Nhóm C6H11- hút e mạnh do có hút e yếu đẩy e, làm tăng và -CH3 đẩy e, nhóm -NO2 (-I -C) mật độ e trên - Amin bậc II làm giảm nhiều mật nhóm NH2 độ e trên nhóm -NH2 32 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị
  33. Chuyên đề bồi dưỡng HSG – Hóa hữu cơ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Cơ sở hóa học hữu cơ-Thái Doãn Tỉnh - NXB GD-Năm 2008 2.Bài tập hóa học hữu cơ-Thái Doãn Tỉnh - NXB GD-Năm 2008 3.Đề thi HSG Quốc gia các năm 4.Bái tập hóa học hữu cơ –Ngô Thị Thuận - NXB KHKT-Tập 2-Năm 2007 5.Bái tập hóa học hữu cơ –Ngô Thị Thuận - NXB KHKT-Tập 2-Năm 2007 6.Bái tập hóa học hữu cơ –Triệu Quý Hùng - NXB GD-Năm 2007 7.Hóa học hữu cơ –Đỗ Hữu Đĩnh, Đỗ Đình Rãng - NXB GD-Năm 2007 8.Cơ chế phản ứng hóa học hữu cơ-Trần Quốc Sơn –NXB GD-Năm 2002 9.Đề thi HSG tỉnh Quảng Trị. 10.Một số ván đề chọn lọc của hóa học – Tập 3 – NXBGD – Nguyễn Duy Ái, Trần Quốc Sơn, Nguyễn Tính Dung, Trần Thành Huế, Nguyễn Văn Tòng 33 Trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Quảng Trị