CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP ĐIỂN HÌNH VỀ PEPTIT

CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP ĐIỂN HÌNH VỀ PEPTIT

& KHÁI NIỆM

- Liên kết của nhóm CO với nhóm NH giữa hai đơn vị α-amino axit được gọi là liên kết peptit.

- Peptit là những hợp chất chứa từ 2 đến 50 gốc α-amino axit liên kết với nhau bằng các liên kết peptit.

& PHÂN LOẠI

- Oligopeptit gồm các peptit có từ 2 đến 10 gốc α-amino axit liên kết với nhau bằng các liên kết peptit.

- Polipeptit gồm các peptit có từ 11 đến 50 gốc α-amino axit. Polopeptit là cơ sở tạo nên protein.

& ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP

- Sự thay đổi vị trí các gốc α-amino axit tạo nên các peptit khác nhau. Phân tử có n gốc α-aminoaxit khác nhau sẽ có n! đồng phân.

- Amino axit đầu N là amino axit mà nhóm amin ở vị trí α chưa tạo liên kết peptit còn aminoaxit đầu C là amino axit mà nhóm –COOH chưa tạo liên kết peptit.

- Tên peptit = gốc axyl của các α-amino axit cuối cùng giữ nguyên tên gọi.

Ví dụ: Ala – Gly – Lys thì tên gọi là Alanyl Glyxyl Lysin.

& TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. PHẢN ỨNG MÀU BIURE

Peptit và protein tác dụng với Cu(OH)₂ tạo dung dịch có màu tính đặc trưng. Đipeptit không có phản ứng này.

2. PHẢN ỨNG THỦY PHÂN HOÀN TOÀN TẠO CÁC α-AMINO AXIT

Khi thủy phân hoàn toàn tùy theo môi trường mà sản phẩm của phản ứng khác nhau:

- Trong môi trường trung tính: n-peptit + (n - 1)H₂O à amino axit.

- Trong môi trường axit HCl: n-peptit + (n - 1)H₂O + (n + x)HCl à muối NH₄+ của amino axit.

Trong đó x là số mắt xích Lysin trong n – peptit.

- Trong môi trường bazơ NaOH: n-peptit + (n - 1)NaOH à muối Na⁺ của amino axit + (y + 1)H₂O.

Với y là số mắt xích Glutamic trong n-peptit.

Trường hợp thủy phân không hoàn toàn peptit thì chúng ta thu được hỗn hợp các amino axit và các oligopeptit. Khi gặp lại bài toán dạng này chúng ta có thể sử dụng bảo toàn số mắt xích của một loại amino axit nào đó kết hợp với bảo toàn khối lượng.

& CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN

R DẠNG 1. PHẢN ỨNG THỦY PHÂN CỦA PEPTIT:

Trong các loại amino axit thì chỉ có loại α-amino axit mới là đơn phân cấu tạo nen peptit và protein. Trong phân tử peptit hay protein thì liên kết peptit à mối liên kết yếu nhất, dễ bị đứt dẫn đến tính chất cơ bản nhất của peptit và protein là phản ứng thủy phân trong môi trường axit và bazơ. Để giải nhanh được các bài tập thủy phân peptit và protein cần thực hiện các bước sau:

Bước 1: Đặt công thức tổng quát cho peptit:

Giả sử đơn phân cấu tạo nên peptit chứa một nhóm NH₂ và nhóm COOH có công thức là: NH₂-R-COOH thì công thức tổng quát của peptit là [NH₂-R-COOH]_n(1-n)H₂O. Nếu α-amino axit là nó, mạch hở chứa một nhóm NH₂ và một nhóm COOH thì công thức tổng quát là: [C_aH_2a+1O₂N]_n(1-n)H₂O ( Với n là số gốc α-amino axit cấu tạo nên peptit).

Kí hiệu peptit tạo bởi n đơn vị amino axit là X_n. Ví dụ đipeptit là X₂, tripeptit là X₃…

Bước 2: Viết phương trình phản ứng thủy phân

Phương trình phản ứng thủy phân hoàn toàn:

Trong môi trường axit và bazơ nhưng không đưa tới môi trường vào phương trình phản ứng:

[NH₂-R-COOH]_n(1-n)H₂O + (n-1)H₂O$\xrightarrow{{{H}^{+}}/O{{H}^{-}}}$ nNH₂-R-COOH

Hay X_n + (n-1)H₂O $\xrightarrow{{{H}^{+}}/O{{H}^{-}}}$nX₁.

- Khi đun nóng trong môi trường axit như HCl:

[NH₂-R-COOH]_n(1-n)H₂O + (n-1)H₂O + nHCl à nNH₃Cl-R-COO

- Khi đun nóng trong môi trường bazơ như NaOH:

[NH₂-R-COOH]_n(1-n)H₂O + nNaOH à nNH₂-R-COONa + H₂O

Phương trình thủy phân không hoàn toàn: mX_n+ (n – m)H₂O à nX_m

Bước 3: Dựa vào phương trinh thủy phân, dữ kiện bài cho và các định luật xác định dữ kiện bài yêu cầu

1 Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng:

m_peptit+ m_H2O = m_{amino axit}

m_peptit+ m_H2O + m_HCl= m_muối

m_peptit+ m_H2O= m_muối + m_H2O

₂Dựa vào định luật bảo toàn mol gốc α-amino axit:

$n.{{n}_{{{X}_{n}}}}=m.{{n}_{Xm}}={{n}_{{{X}_{1}}}}$

eChú ý:

1 Dựa vào phương trình thủy phân để tìm mối quan hệ số mol của các chất trong một phương trình phản ứng để xác định số mol hoặc loại peptit.

_ Khối lượng mol của n-peptit = α-amino axit × n – 18.(n – 1)

- Đốt cháy peptit tạo ra từ α-amino axit no, mạch hở chứa một nhóm NH₂ và một nhóm COOH theo phương trình tổng quát sau:

[C_aH_2a+1O₂N]_n(1-n)H₂O + $\frac{3an-1,5n}{2}{{O}_{2}}$→ an CO₂ + $\frac{2an-n+2}{2}$H₂O + $\frac{n}{2}$ N₂

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

Ví dụ: Tripeptit H[NHCH₂CO]₃OH và Tetrapeptit H[NHCH₂CO]₄OH (có số mol bằng nhau) thì ta xem 2 Peptit đó là Heptapetit: H[NHCH₂CO]₂OH và M = 435g/mol

VÍ DỤ

Câu 1: X là một Tetrapeptit cấu tạo từ amino axit A, trong phân tử 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 axit thì thu được 28,35g tripeptit; 79,2g đipeptit và 101,25g A. Giá trị của m là ?

A. 184,5. B. 258,3. C. 405,9. D. 202,9
HD: Đáp án A

  Từ % khối lượng Oxi trong A ta xác định được A là Gly (H₂NCH₂COOH) với M = 75
Công thức của Tetrapeptit là H[NHCH₂CO]₄OH với M = 75.4 – 3.18 = 246g/mol
Tính số mol: Tripeptit là: $\frac{28,35}{189}$= 0,15 (mol)
Đipeptit là: $\frac{79,2}{132}$= 0,6 (mol)
Glyxin (A) là: $\frac{101,25}{75}$= 1,35 (mol)
Giải gọn như sau: Đặt mắt xích NHCH₂CO = X
Ta có sơ đồ phản ứng: (X)₄ → (X)₄ + (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
Từ sơ đồ trên ta tính được: Số mol X phản ứng: (0,15 + 0,3 + 0,3) = 0,75 mol
                                                      m = 0,75.246 = 184,5 gam

Câu 2: Thủy phân hoàn toàn 143,45 gam hỗn hợp A gồm hai tetrapeptit thu được 159,74 gam hỗn hợp X gồm các amino axit (chỉ chứa 1 nhóm –COOH và 1 nhóm –NH₂). Cho toàn 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, 8,145g và 203,78g                            B. 32,58g và 10,15
C, 16,2g và 203,78g                              D. 16,29g và 203,78g
HD: Đáp án D
Đặt công thức chung cho hỗn hợp A là H[NHRCO]₄OH

Ta có phản ứng: H[NHRCO]₄OH + 3H₂O à 4 H₂NRCOOH

Hay: X₄+ 3H₂O à 4X₁
Áp dụng ĐLBTKL ⇒ ${{n}_{{{H}_{2}}O}}=\frac{{{m}_{X}}-{{m}_{A}}}{18}=0,905(mol)\Rightarrow {{m}_{{{H}_{2}}O}}=16,29gam$

Từ phản ứng ⇒ ${{n}_{X}}=\frac{4}{3}{{n}_{{{H}_{2}}O}}=\frac{4}{3}.0,905$ mol
Phản ứng của X tác dụng với HCl: X + HCl à X.HCl

Áp dụng BTKL ⇒ m_muối = m_X +m_HCl= 159,74 + $\frac{4}{3}.0,905.36,5$= 203,78g

Câu 3: Tripeptit M và Tetrapeptit Q được tạo ra từ một amino axit X mạch hở, trong phân tử chỉ chứa 1 nhóm amino. Phần trăm khối lượng nitơ trong X bằng 18,67%. Thủy phân không hoàn toàn 8,389 gam hỗn hợp K gồm hai peptit M, Q trong dung dịch HCl thu được 0,945 gam tripeptit M; 4,62 gam đipeptit và 3,75 gam X. Tỉ lệ về số mol tripeptit M và tetrapeptit Q trong hỗn hợp K là:

A. 1:2 B. 3:2 C. 1:1 D. 2:1
HD: Đáp án C

M_X= 14/18,667% = 75 ⇒ Công thức của X là H₂NCH₂COOH (C₂H₅O₂N)

⇒ Công thức M: C₆H₁₁O₄N₃; Q: C₈H₁₂O₅N₄

Sau phản ứng thủy phân: n_M= $\frac{0,945}{189}=0,005$mol

n_đipeptit= $\frac{4,62}{132}=0,035$mol ; n_X= $\frac{3,75}{75}=0,05$mol

⇒ Nếu phản ứng thủy phân hoàn toàn thì $\sum $n_X= 3n_M + 2n_đipeptit + n_X= 0,135 mol

⇒ $\sum $n_X = 3n_M_{ban đầu}+ 4n_{Q ban đầu} = 0,135 mol mà m_K = 189n_{M ban đầu} + 246n_{Q ban đầu} = 8,389 gam

⇒ $\frac{{{n}_{M}}}{{{n}_{Q}}}=\frac{0,02}{0,02}=\frac{1}{1}$

R DẠNG 2. PHẢN ỨNG CHÁY CỦA PEPTIT:

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

Từ CTPT của amino axit no 3C_nH_{8n – 2}O₅N₄- 2H₂O thành C_3nH_6n-1O₄N₃(đây là công thức Tripeptit) và C_4nH_{8n – 2}O₅N₄ (đây là công thức Tetrapeptit)… Nếu đốt cháy liên quan đến lượng nước và cacbonic thì ta chỉ cần cân bằng C, H để tính toán cho nhanh.

C_3nH_6n_{– 1}O₄N₃ + pO_{2 ------>} 3nCO₂ + (3n – 0,5) H₂O + N₂

C_4nH_8n_{– 2}O₅N₄ + pO_{2 ------>} 4nCO₂ + (4n – 1) H₂O + N₂

Chú ý: Trong phản ứng đốt cháy một peptit hay hỗn hợp peptit, ta có thể quy đổi lượng sản phẩm tương đương với sản phẩm đốt chạy amino axit tạo peptit, trong đó lượng H₂O thu được tăng thêm trong trương hợp đốt amino axit chính bằng lượng H₂O cần để thủy phân peptit hoàn toàn thành các amino axit đó. Điều này được ứng dụng rất nhiều trong quá trình giải các bài toán đốt cháy peptit.

VÍ DỤ:

Câu 1: Cho hai chất hữu cơ X, Y lần lượt là tripepit và hexapeptit được tạo thành từ cùng một amino axit no, mạch hở, có 1 nhóm amino và 1 nhóm cacboxyl. Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X bằng O₂vừa đủ thu được sản phẩm cháy có tổng khối lượng 40,5g. Nếu cho 0,15 mol Y cho tác dụng hoàn toàn với NaOH (lấy dư 20% so với lượng cần thiết), sau phản ứng cô cạn dung dịch thì khối lượng chất rắn thu được là:

A. 87,3g B. 9,99g C. 107,1g D. 94,5g

HD: Đáp án D

Giả sử X và Y đều được cấu tạo bởi amino axit là C_nH_2n+1NO₂

X = 3 C_nH_2n+1NO₂ - 2H₂O = C_3nH_6n-1N₃O₄

Đốt cháy X: m_sp= ${{m}_{C{{O}_{2}}}}+{{m}_{{{H}_{2}}O}}+m{}_{{{N}_{2}}}$ = 44.3n.0,1 + 9.(6n – 1).0,1 +14.3.0.1 = 40,5g

⇒ n = 2 ⇒ amino axit là H₂NCH₂COOH

Y + NaOH à H₂NCH₂COONa

⇒ m_{chất rắn}= m_muối + m_NaOH_dư = 97.0,15.6 + 40.20%.6.0,15 = 94,5 gam

Câu 2: X, Y, Z là 3 peptit được tạo bởi từ các α-amino axit no chứa 1 nhóm NH₂ và 1 nhóm –COOH. Đun nóng 0,1 mol hỗn hợp E chứa X, Y, Z bằng dung dịch NaOH (vừa đủ). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam muối khan. Đốt cháy toàn bộ lượng muối này thu được 0,2 mol Na₂CO₃ và hỗn hợp gồm CO₂, H₂O, N₂ trong đó tổng khối lượng của CO₂và H₂O là 65,6 gam. Mặt khác đốt cháy 1,51m gam hỗn hợp E cần dùng a mol O₂, thu được CO₂, H₂O và N₂. Giá trị của a là:

A. 3,33 B. 2,98 C. 1,89 D. 2,76

HD: Đáp án A

0,1 mol E phản ứng vừa đủ với 2.0,2 = 0,4 mol NaOH ⇒ E có số đơn vị amino axit trung bình là 4

⇒ Đặt công thức chung cho các amino axit tạo E là C_nH_2n+1NO₂⇒ Công thức muối thu được là C_nH_2nNO₂Na, n_muối= 4n_E= 0,4 mol

CTTQ của E là C_4nH_{8n – 2}N₄O₅

Đốt cháy muối thu được ${{n}_{C{{O}_{2}}}}=0,4n-{{n}_{N{{a}_{2}}C{{O}_{3}}}}=0,4n-0,2mol,{{n}_{{{H}_{2}}O}}=0,4n$mol

⇒ 44.(0,4n – 0,2) + 18.0,4n = 65,6 gam ⇒ n = 3 ⇒ m = 111.0,4 = 44,4 gam

⇒ 1,51m gam E tương ứng với $\frac{44,4.1,51}{302}=0,222$ mol E

Đốt cháy 1,51m gam E thu được: ${{n}_{C{{O}_{2}}}}=0,222.12=2,664$mol

${{n}_{{{H}_{2}}O}}=0,222.11=2,442$mol

⇒ Số mol O₂ cần dùng =$\frac{2,664.2+2,442-0,222.5}{2}=3,33$mol

Câu 3: Tripeptit mạch hở X và Tetrapeptit mạch hở Y đều được tạo ra tư một amino axit 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 khối lượng CO₂ và H₂O bằng 36,3g. Nếu đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol Y thì số mol O₂cần phản ứng là ?

A. 2,8 mol B. 1.8 mol C. 1,875 mol D. 3,375 mol

HD: Đáp án B

Rõ ràng X, Y đều sinh ra do amino axit có CT C_nH_{2n + 1}O₂N.

Do vật ta có CT của X.Y tương ứng là: C_3nH_{6n – 1}O₄N₃(X), C_4nH_{8n – 2}O₅N₄(Y).

Phản ứng cháy X:

C_3nH_{6n – 1}O₄N₃+ pO₂ -----> 3nCO₂ + (3n – 0,5) H₂O + N₂

0,1 0,3n 0,3(3n – 0,5) mol
Ta có phương trình tổng hợp khối lượng H₂O và CO₂:

0,3[44n + 18(3n – 0,5)] = 36,3 ⇒ n = 2

Phản ứng cháy Y:

C_4nH_{8n – 2}O₅N₄+ pO₂ -----> 4nCO₂ + (4n – 1) H₂O + N₂

0,2 0,2.p 0,8n (0,8n – 0,2) mol

Áp dụng bảo toàn nguyên tố O:

0,2.5 + 0,2.2p = 0,8.2,2 + (0,8.2 – 0,2) ⇒ p = 9 ⇒ ${{n}_{{{O}_{2}}}}$= 9.0,2 = 1,8 (mol)

& CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN

Bài 1: Thủy phân hoàn toàn 60g hỗn hợp hai đipeptit thu được 63,6g hỗn hợp X gồm các amino axit no, mạch hở, (H₂NRCOOH). Nếu lấy 1/10 hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HCl dư thu được m(g) muối. Giá trị của m là ?

A. 7,82 B. 8,72 C. 7,09 D. 16,3

Bài 2: X là một Hexapeptit cấu tạo từ một amino axit H₂N-C_nH_2n-COOH (Y). Y có tổng % khối lượng Oxi và Nito là 61,33%. Thủy phân hết m(g) X trong môi trường axit thu được 30,3g pentapeptit, 19,8 đipeptit và 37,5g (Y). Giá trị của m là ?

A. 69g B. 120g C. 100g D. 78g

Bài 3: 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. 149g B. 161g C. 143,45g D.159g

Bài 4: 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

A. 68,1g B. 64, 86g C. 77,04g D. 65,13g

Bài 5: Đipeptit mạch hở X và Tripeptit mạch hở Y đều được tạo ra từ một amino axit 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 54,9g. 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(g) kết tủa. Giá trị của m là ?

A. 45 B. 120 C. 30 D. 60

Bài 6: X và Y lần lượt là tripeptit và hexapeptit đều mạch hở và đều được tạo thành từ cùng một amoni axit no mạch hở (chứa một nhóm –COOH và một nhóm –NH₂). Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X bằng O₂ vừa đủ thu được sản phẩm gồm CO₂, H₂O và N₂ có tổng khối lượng 40,5g. Nếu cho 0,15 mol Y tác dụng hoàn toàn với NaOH (lấy dư 20% so với lượng phản ứng), sau phản ứng cô cạn dung dịch thì thu được chất rắn khan có khối lượng là ?

A. 87,3 B. 9,99 C. 107,1 D. 94,5