Bài Tập Amino Acid - Peptide [PDF]

Zitiervorschau

MÔN HOÁ HỌC – MÃ CHẤM: H08a CHUYÊN ĐỀ:

Xây dựng hệ thống lí thuyết và bài tập vềaminoaxit, peptit và protein

PHẦNI. MỞ ĐẦU I. Lí do chọn đề tài Hệ thống các trường THPT chuyên đã đóng góp quan trọng trong việc phát hiện, bồi dưỡng học sinh năng khiếu, tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho đất nước, đào tạo đội ngũ học sinh có kiến thức, có năng lực tự học, tự nghiên cứu, đạt nhiều thành tích cao góp phần nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông. Tuy nhiên một trong những khó khăn của hệ thống các trường THPT chuyên trong toàn quốc đang gặp phải đó là chương trình, tài liệu cho môn chuyên còn thiếu, không đồng bộ. Bộ Giáo Dục và Đào tạo chưa xây dựng được chương trình chính thức cho học sinh chuyên nên để dạy cho học sinh, mỗi năm giáo viên phải tự lập kế hoạch giảng dạy, tự soạn giáo trình phù hợp. Hóa học là một bộ môn khoa học lí thuyết và thực nghiệm, rất quan trọng, nhiều mảng kiến thức rộng lớn như Hóa hữu cơ, hóa vô cơ, nhiệt động học, động hóa học, hóa dung dịch,... Đặc biệt là những kiến thức giành cho học sinh chuyên hóa, học sinh giỏi cấp khu vực, cấp Quốc Gia, Quốc tế. Hóa hữu cơ là một trong các nội dung rất quan trọng, có trong các đề thi học sinh giỏi khu vực; Olympic 30/4; đề thi học sinh giỏi Quốc Gia, Quốc Tế. Aminoaxit, peptit và protein là các hợp chất hữu cơ có vai trò quan trọng với cơ thể sống của người và động vật. Hiện nay, các nghiên cứu của các nhà khoa học về loại hợp chất này phát triển rất nhanh. Do đó, yêu cầu tiếp cận kiến thức về loại hợp chất này đối với học sinh phổ thông là hết sức cần thiết, đặc biệt với đối tượng học sinh tham dự kỳ thi chọn học sinh giỏi Quốc gia môn Hoá học. Do vậy tôi đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống lí thuyết và bài tập vềaminoaxit, peptit và protein”. Hi vọng rằng chuyên đề này sẽ là một nguồn tài liệu có giá trị và phù hợp để giáo viên giảng dạy - bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và cũng để cho học sinh có được tài liệu học tập, tham khảo. II. Mục đích nghiên cứu Tổng quan lí thuyết; sưu tầm, lựa chọn, phân loại và xây dựng hệ thống bài tập mở rộng và nâng cao về aminoaxit, peptit và protein để làm tài liệu phục vụ cho giáo viên trường chuyên giảng dạy, ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và làm tài liệu học tập cho học sinh đặc biệt cho học sinh chuyên. Ngoài ra còn là tài liệu tham khảo mở rộng và nâng cao cho giáo viên môn hóa học và học sinh yêu thích môn hóa học nói chung. III. Nhiệm vụ và nội dung của đề tài 1- Nghiên cứu lí thuyết aminoaxit, peptit và proteintrong chương trình hóa học hữu cơ của đại học và đưa vào có chọn lọc nội dung giảng dạy phần aminoaxit, peptit và protein ở trường chuyên.

2- Thống kê, phân loại các bài tập trong tài liệu giáo khoa, sách bài tập cho học sinh, trong các tài liệu tham khảo có nội dung liên quan đến gluxit, từ đó phân tích việc vận dụng nội dung lí thuyết cấu trúc, liên kết, tính chất của aminoaxit, peptit và protein trong giảng dạy hoá học ở các trường chuyên. 3- Đưa ra các bài aminoaxit, peptit và protein trong các đề thi Olympic Quốc gia các nước và Olympic Quốc tế để thấy được mức độ yêu cầu vận dụng cơ sở lí thuyết ngày càng cao của các đề thi, từ đó đặt ra nhiệm vụ cho các giáo viên phải có khả năng tự bồi dưỡng nâng cao trình độ để không những trang bị được kiến thức cơ bản, nâng cao cần thiết cho các em mà còn phải biết dạy cách học, dạy bản chất vấn đề để giúp học sinh học có hiệu quả nhất. IV. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực tiễn dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở trường THPT chuyên - Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp dạy học hóa học, các tài liệu về bồi dưỡng học sinh giỏi, các đề thi học sinh giỏi, . . . - Thu thập tài liệu và truy cập thông tin trên internet có liên quan đến đề tài. - Đọc, nghiên cứu và xử lý các tài liệu. V. Điểm mới của đề tài Đề tài xây dựng hệ thống bài tập mở rộng và nâng cao đầy đủ, có phân loại rõ ràng các dạng câu hỏi lí thuyết, các dạng bài tập về aminoaxit, peptit và protein để làm tài liệu phục vụ cho giáo viên trường chuyên giảng dạy, ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và làm tài liệu học tập cho học sinh đặc biệt cho học sinh chuyên về aminoaxit, peptit và protein. Ngoài ra còn là tài liệu tham khảo mở rộng và nâng cao cho giáo viên môn hóa học và học sinh yêu thích môn hóa học nói chung. PHẦN II: NỘI DUNG A. LÝ THUYẾT VỀ AMINOAXIT, PEPTITVÀ PROTEIN I. Amino axit 1. Cấu trúc phân tử - -amino axit làđơn vị cơ bản cấu thành tất cả các protein. - Công thức chung:  RCH(N H 3 )COO 

2. Phân loại - Mười amino axit được xếp vào loại thiết yếu cần có trong thức ăn do cơ thể không thể tổng hợp các amino axit này. Nếu thiếu, thậm chí chỉ một amino axit ày có thể làm cho protein tổng hợp ít hơn protein phân giải, kết quả dẫn đến cân bằng nitơ âm. - Các amino axit không thiết yếu có thể tổng hợp trong tế bào của cơ thể từ các chất khác có trong thức ăn. - Bảng 22-1 gồm các amino axit tiêu chuẩn, các amino axit thiết yếuđược đánh dấu hoa thị. Amino axit được phân loại thành amino axit axit, bazơ hay trung tính tùy thuộc vào bản chất của nhóm R. Axit asplartic và glutamic đều có nhóm -COOH thứ hai trên mạch nhánh thuộc loại axit; lysin, arginin và histadin đều có vị trí bazơ trên mạch nhánh của chúng thuộc loại bazơ. Tất cả các amino axit còn lại đều là amino axit trung tính. Cũng có thể phân loại amino axit thành phân cực vàkhông phân cực tùy thuộc vào nhóm thế

trên mạch nhánh của chúng là phân cực (như asparagin với một nhóm amido H 2NCO) hay bản chất chỉ là một nhóm hidrocacbon (như alanin : R là Me hay valin : R lài-Pr). Bảng 22-1. Các aminoaxit tự nhiên.

Tên

Kí hiệu

Glixin Alanin Valin* Leuxin* Isoleuxin* Serin Threonin*

Gly Ala Val Leu ILeu Ser Thr

Axit aspatic Asparagin Axit glutamic Glutamin

Asp Asp(NH2) Glu Glu(NH2)

Lysin* Hydroxylizin

Lys Hylys

Arginin*

Arg

Systein Cystin

CySH CySSCy

Methionin*

Met

Phenylalanin* Tyrosin

Phe Tyr

Công thức Monoaminomonocacboxylic H3N+CH2COOH3N+CH(CH3)COOH3N+CH(i-Pr)COOH3N+CH(i-Bu)COOH3N+CH(s-Bu)COOH3N+CH(CH2OH)COOH3N+CH(CHOHCH3)COOMonoaminodicacboxylic vµ dÉn xuÊt amit HOOC-CH2-CH(+NH3)COOH2NOC-CH2-CH(+NH3)COOHOOC-(CH2)2-CH(+NH3)COOH2NOC-(CH2)2-CH(+NH3)COODiaminomonocacboxylic H3N+-(CH2)4-CH(NH2)COOH3N+-CH2-CHOH-CH2-CH2CH(NH2)COOH2N+=C(NH2)-NH-(CH2)3-CH(NH2)COOAminoaxit chøa lu huúnh H3N+CH(CH2SH)COOOOC-CH(+NH3)CH2SSCH2CH(+NH3)COOCH3SCH2CH2CH(+NH3)COOAminoaxit th¬m PhCH2CH(+NH3)COOp-C6H4CH2CH(+NH3)COOAminoaxit dÞ vßng

His Histidin*

HN

CH2 CH COO + NH3

N

Prolin

Pro

Hydroxyprolin Hypro

H

N

H COO

H H

HO H

N

H COOH

CH2 CH COO +NH3

Try Tryptophan

*

-

N H

3. Tính chất vật lý - -amino axit tồn tại ở dạng ion lưỡng cực,

 RCH(N H 3 )COO  ,

tạo cấu trúc tinh thể ion

(các phân tử liên kết với nhau bởi tác tương tác tĩnh điện liên phân tử mạnh mẽ) và khác với các phân tử trung hòa có cùng khối lượng phân tử hầu hết các amino axit bị nhiệt phân mà không nóng chảy. - Do cấu trúc ion lưỡng cực mà hầu hết các amino axit tan đáng kể trong nước (tạo liên kết H và liên kết ion - lưỡng cực) và không tan trong các dung môi không phân cực.

4. Tính chất hóa học a. Tính lưỡng tính Tính bazo     

OH- +

H3N+CHRCOOH cation A

tÝnh axit   

H3N+CHRCOO+ H2O ion lưỡng tính B

H2NCHRCOO+-

H3O+

anion C

- Điểm đẳng điện (pI) là giá trị pH thu đựơc khi amino axit tồn tại ở dạng ion lưỡng cực với điện tích bằng không. pI = (pKa1 + pKa2)/2. Dưới tác dụng của điện trường, aminoaxit di chuyển về cácđiện cực + Khi pH < pI : cation A chiếm ưu thế, nên di chuyển về phía catot, + Khi pH > pI : anion C chiếm ưu thế nên di chuyển về phía anot + Khi pH = pI điện tích cân bằng nên amino axit không chuyển dịch. Bảng 22-2 . Tính axit-bazơ của amino axit. Amino axit Mạch nhánh trung hòa pK*a 1 pK*a 2 pI Glycin 2,34 9,60 5,79 Alanin 2,34 9,69 6,00 Valin 2,32 9,62 5,96 Leucin 2,36 9,60 5,98 Isoleucin 2,36 9,60 5,98 Methionin 2,28 9,21 5,74 Prolin 1,99 10,60 6,30 Phenylalanin 1,83 9,13 5,48 Tryptophan 2,83 9,39 5,89 Asparagin 2,02 8,80 5,41

Glutamin Serin Threonin Amino axit

2,17 9,13 5,65 2,21 9,15 5,68 2,09 9,10 5,60 Mạch nhánh ion pK**a 1 pKa 2 pKa 3 pI Axit aspatic 1,88 3,65 9,60 2,77 Axit glutamic 2,19 4,25 9,67 3,22 Tyrosin 2,20 9,11 10,07 5,66 Cystein 1,96 8,18 10,28 5,07 Lysin 2,18 8,95 10,53 9,74 Arginin 2,17 9,04 12,48 10,76 Histidin 1,82 6,00 9,17 7,59 * Trong tất cả các amino axit pK a1ứng với sựđiện ly của nhóm cacboxyl và pK a2ứng với sựđiện ly của nhóm amoni. ** Trong tất cả các amino axit pK a1ứng với sựđiện ly của nhóm cacboxyl trong RCH(+NH3)COOH. Dựa trên cơ sở của sự điện di người ta có thể tách và nhận biết amino axit bằng cáchđặt một băng giấy lọc tẩm ướt bởi dung dịch hỗn hợp amino axit giữa hai điện cực thì các phân tử mang điện sẽ chuyển dịch về phía điện cực này hoặc điện cực kia với một vận tốc nào đó phụ thuộc vào điện tích của chúng vàđiện thếđược áp dụng. Điện tích của phân tử lại phụ thuộc pH. Băng giấy lọc sẽđổi màu do phản ứng của thuốc thử với amino axit, so sánh vị trí của màu hình thành trên băng giấy và mẫu chuẩn sẽ xác định được amino axit. b. Phản ứng nhiệt phân aminoaxit +  - aminoaxit tạo điamit vòng (đixetopiperazin) HN  O

O

t0

2 CH2(NH2)- COOH + 2H2O + β- aminoaxit tạo axit cacboxylic α,β không no R – CH(NH2) – CH2 – COOH  RCH=CHCOOH + γ, δ – aminoaxit tạo lactam NH

t0

O C H N

+ NH3

O H nhiÖt H- H2O

C N

H

c. Phản ứng của nhóm cacboxyl và nhóm amin CH3 – CH(NH2)- COOH + NaOH  CH3 – CH(NH2)- COONa + H2O CH3 – CH(NH2)- COOH + HCl  CH3 – CH(NH3+Cl-)- COOH CH3 – CH(NH2)- COOH + C2H5OH HCl CH3 – CH(NH2)- COOC2H5 + H2O  CH3 – CH(NHCH3)- COOH CH3 – CH(NH2)- COOH + CH3I CH3 – CH(NH2)- COOH + CH3COCl  CH3 – CH(NHCOCH3)- COOH + HCl CH3 – CH(NH2)- COOH + HNO2  CH3 – CH(OH)- COOH + N2 + H2O Chú ý: α- aminoaxit tác dungk trực tiếp với anhiđrit axetic hay axetylclorua tạo thành azlacton OH 

CH3-CH- CO O

NH

CH3-CH- COOH CH ( CO ) 2 O 3  

CH3

C

NH2

OH

d. Phản ứng màu với ninhiđrin thành phức xanh tím O

O

C

C

OH C

C

OH

RCHO + NH3 + CO2

CH-OH

R- CH(NH2)-COOH

C O

O

O

ONH4

C

C

CH=N-C C

C

O

O

Phức xanh tím 5. ĐIỀUCHẾ a.Thuỷ phân protein Thuỷ phân protein nhờ xúc tác axit, hoặc kiềm hay enzim thu được hỗn hợp các L-aminoaxit: H2N-CH

CO

NH -CH CO - HN-CH R'

R H2N-CH

COOH

R

H2O/H

CO - ...

R" + H2N-CH

CO

HN-CH

COOH

+ ....

R"

R'

Nhờ các phương pháp thích hợp (sắc, kí, điện li...) có thể tách riêng rẽ từng aminoaxit. b.Amin hoá axit -halogencacboxylic (phưong pháp Peckin) Cho axit  -halogencacbõylic tác dụng với dung dịch amoniac đặc ở nhiệt độ phòng thu được  -aminoaxit. H2N-CH COOH + 2 X

NH3

H2N-CH COO

+ NH

+

NH4Br

3

c.Ankyl hoá các este của axit aminomalonic N-thế Este của axit aminomolonic N-thế (III) được điều chế từ đietyl monobrommalonat (I) và kali phtalimiđat (II):

O BrCH(COOC2H5)2

O - + N K

+

(I)

N

-KBr

CH(COOC2H5)2

(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

(III) O

1)Bazo

CH(COOC2H5)2

N

H3O+ -CO2

(III)

R-CH - COO +

O +

NH3

CR(COOC2H5)2

N

2) RX

COOH

C2H5OH

+

COOH

Phương pháp này được dùng để điều chế nhiều a-aminoaxit, ví dụ methionin, axit glutanic...: Me thionin 1) C2H5ONa H2O/H+ O N

2)

CH(COOC2H5)2

CH3SCH2CH2Cl

CH3SCH2CH2-CH - COO

to

+

NH3

H2O/H+HOOCCH CH -CH - COO 2 2 2) CH2=CH-COOC2H5 to NH3 + Axit glutamic 1) C2H5ONa

(III) O

d.Tổng hợp Streckơ (Strecker) Các  -aminoaxit cũng được tổng hợp bằng cách thuỷ phân các  -aminnonitrin theo sơ đồ phản ứng: RCH=O +NH3 + HCN + R-CH-N NH2

N

H2O/H

+

R-CH COO -

+ NH

3

e. 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:

O

N-OH

H2N-OH

H2SO4

OH2 Oxim cña xiclohexanon H2O/H

+

®Æc

H2 H2 C C

C=O H2C NH C C H2 H 2

H2N-(CH2)5-COOH

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: 3

CH2=CH2

CCl4

ClCH2-(CH2)5-CCl3 NH3 ClCH2-(CH2)5-COOH

H2O/H2SO4 NH2CH2-(CH2)5-COOH

II. PEPTITVÀPROTEIN II.1. Peptit 1. Khái niệm peptit - Peptit là những hợp chất hữu cơ chứa từ 2 đến 50 gốc α-aminoaxit liên kết với nhau bằng liên kết peptit. O H C N Liên kết peptit (amit) : 2. Phân loại: + Từ hai amino axit (giống hoặc khác nhau) tạo ra một dipeptit, ba amino axit tạo một trpeptit... + Nếu có từ 4 đến 10 mắt xích amino axit, peptit được gọi là oligopeptit. Polipepetit là một mạch gồm nhiều amino axit. Trong thực tế sử dụng thường không phân biệt rõ ràng hai thuật ngữ peptit và polipeptit. Protein cấu thành từ một hay nhiều mạch peptit mà mỗi mạch như vậy chứa tới vài trăm amino axit. Tổng số mắt xích có thể dao động từ 50 đến trên 1000. 3. Danh pháp: Theo qui định, amino axit chứa nhóm amin tự do (N-đầu mạch) được viết bên trái và amino axit chứa nhóm cacboxyl tự do (C-cuối mạch) được viết bên phải. Tiếp vị ngữ "in" được thay thế bằng "yl" cho tất cả các amino axit trong mạch từ trái sang phải, trừ amino axit có nhóm cacboxyl tự do (C-cuối mạch) làđược giữ nguyên. Chú ý: Tyrosylthreonyltryptophan (Chúý rằng tryptophan là amino axit duy nhất có tên gọi không kết thúc bằng "in"). Ví dụ 1: (a) Gọi tên các dipeptit khác nhau được hình thành từ alanin và glyxin. (b) Sử dụng alanin, glyxin và tyrosin có thể tạo được bao nhiêu tripeptit ? (c) Trong số các peptit của câu (b) có bao nhiêu phân tửđồng thời chứa cả 3 loại amino axit ? (d) Có bao nhiêu tetrapeptit được hình từ 3 amino axit của câu (b) ?  (a) Bốn dipeptit : Ala.Ala; Ala.Gly; Gly.Ala; Gly.Gly. (b) 333 = 33 = 27 tripeptit. (c) 321 = 3! = 6 tripeptit. (d) 34 = 81 tetrapeptit. 4. 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 Glixin + Alanin

Ala-Ala

-H2O

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. a. Bảo vệ nhóm amino: Nhóm amino thường được bảo vệ bởi nhóm benzyloxicacbonyl (C 6H5 - CH2O - C -, còn gọi là O cacbobenzonxi và được kí hiệu là Cbz)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

5oC - 30 phót

+

H3O

C6H5CH2OCONHCH2COO

C6H5CH2OCONHCH2COOH Benzyloxicacbonylglyxyl

Sau khi tổng hợp được peptit nhóm bảo vệ sẽ được loại ra khỏi phân tử peptit nhờ phản ứng hiđro phân: C6H5CH2-OCONHCHCO R

NHCHCO-... R1

+ HOCONHCHCO

NHCHCO-... R1

C6H5CH3

R

H2/Pd

CO2 +

H2NCHCO R

NHCHCO-... R1

b. 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: C6H5CH3 + HOCONHCHCO NHCHCO-... CO2 + H2NCHCO NHCHCO-... R

...- C-NHCH(R)-COOCH3 O

-

OH/H2O

R1 H3O+

R ...- C-NHCH(R1)-COOH O

R1 + CH3OH

Riêng nhóm benzyloxi (C6H5CH2O-) còn được loại nhờ phản ứng hiđro phân:

...- C-NHCH-CO(R)OCH2C6H5 O

H2/Pd

...- C-NH(R)CH-COOH + C6H5CH3 O

c. 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: C6H5CH2OCONHCH-COOH + H2NCHCOOCH2C6H5 CH3CHOH Threonin ®· b¶o vÖ-NH2 DDC -H2O

CH3 Alanin ®· b¶o vÖ-COOH

C6H5OCONHCH-CO

H2/Pd/C CH3COOH

DDC -H2O

HNCHCOOCH2C6H5

CH3CHOH CH3 Cbz-Thr-Ala--CH2C6H5 _ + H3NCH-CO HNCHCOO + 2 C6H5CH3 + CO2 CH3CHOH

CH3

5.XÁC

ĐỊNH CẤU TRÚC Để xác định cấu trúc của peptit thường thực hiện các bước cơ bản sau: a. 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. b. Xác định trình tự sắp xếp các đơn vị aminoaxit trong phân tử peptit: + Xác định aminoaxit “đầu N” - Phương pháp Sanger Cho peptit phản ứng với 2,4-đinitro-flobenzen thu được dẫn xuất 2,4đinitrophenyl 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”: NO2 F + H2NCH-CONH-CH-COR R 2,4-dinitroflobenzen NO2

O2N

O2N

HCl, to

O2N

NHCHCONH-CHCONO2

NHCHCOOH R

N-(2,4-đinitrophenyl) aminoaxit - Phương pháp Edman

+

R

H3N+ CH-COO R

R

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: Ph N=C=S phenyl iso thioxyanat + NH2 R

NH R' CH C=O NH R'' CH C=O

Ph

C=S

N

NH

CH C=O

Ph

R

CH C=O NH

R' CH C=O NH R'' CH C=O

HCl H2O

O=C R

CH

C=S NH

phenyl thiohydantoin + NH2 R' CH C=O NH R'' CH 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... + Xác định aminoaxit “đầu C” Thuỷ phân peptit nhờ enzim cacboxipeptiđaza -NH-CHR3-CO-NH-CHR2-CO-CHR1-COO- cacboxypep   tidâz  -NH-CHR3-CO-NHCHR2-COO +-NH3+CHR1-COOAminoaxit 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. + 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 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

N

C

CH

CH

N

CH2

H

CH2SCH3

H

C O

BrCN

CO

N

R

CH O H2C

+

CH H2N CO

+

CH3SCN

CH2

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 II.2.PROTEIN 1. Khái niệm và phân loại Protein cấu thành từ một hay nhiều mạch peptit mà mỗi mạch như vậy chứa tới vài trăm amino axit. Tổng số mắt xích có thể dao động từ 50 đến trên 1000. Protein chia làm 2 loại: - Protein đơn giản là những protein khi thủy phân hoàn toàn chỉ thu được các αaminoaxit Ví dụ: anbumin trong lòng trắng trứng, sữa,...; globulin có trong lòng đỏ trứng, ..., keratin có trong tóc và móng,... - Protein phức tạp còn gọi là proteit những protein khi thủy phân ngoài các aminoaxit còn có các thành phần “phiprotein”. Ví dụ: nucleoprotein, cromoprotein,... Ngoài ra còn có thể phân chia thành hai loại là protein hình sợi và protein hình cầu... 2. Tính chất a. Tính tan: - Protein hình cầu tan trong nước. VD: anbumin, hemoglobin,... - Protein hình sợi không tan trong nước. VD: keratin, mizoin,... b. Sự kết tủa protein: Một số protein tan được trong nước tạo thành dung dịch keo là nhờ có các nhóm phân cực như NH2; COOH,.. ở trên bề mặt đã hấp phụ các phân tử nước tạo lớp vỏ hiđrat. Những yếu tố làm mất lớp vỏ trung hòa điện của phân tử protein sẽ làm cho các phân tử protein kết tụ lại với nhau và tách ra khỏi dung dịch. Đó là sự kết tủa protein. Kết tủa thuận nghịch: Khi loại bỏ các yếu tố gây kết tủa thì protein lại thành dung dịch keo. Kết tủa không thuận nghịch: Khi loại bỏ các yếu tố gây kết tủa thì protein mất khả năng tạo dung dịch keo ban đầu ( sự biến tính protein).

Để kết tủa không thuận nghịch protein có thể dùng dung dịch axit có nồng độ cao hoặc đun sôi dung dịch protein. B. HỆ THỐNG MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ AMINOAXIT, PEPTIT VÀ PROTEIN Dạng 1:Tách các aminoaxit, peptit bằng phương pháp điện di Câu 1: a. Chọn pH để tách một hỗn hợp gồm axit aspatic, threonin và histidin bằng phương pháp điện di. Giải thích sự lựa chọn đó. HD: Sử dụng pH = 5,60. Đây chính là pI của threonin (xem bảng 22-2), do vậy amino axit này không dịch chuyển. Axit aspatic (pI = 2,77) nhường proton tạo thành anion nên dịch chuyển về phía anot. Histidin (pI = 7,59) nhận proton tọa thành cation, di chuyển về phía catot. b.Làm thế nào để tách lysin (pI = 9,6) ra khỏi glycin (pI = 5,97) bằng phương pháp điện di ? HD: Áp điện vào một bản giấy lọc tẩm dung dịch hỗn hợp hai amino axit trên. Điều chỉnh pH đến 5,97 hoặc 9,6. Tại pH = 5,97, glycin sẽ không chuyển động, còn lysin chuyển đến catot. Tại pH = 9,60, lysin sẽ không chuyển động còn glycin chuyển về phía anot. Câu 2: (Đề thi HSG quốc gia, Việt Nam - 2001) 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. HD: Vết A là pepsin, vết B là hemoglobin và vết C là prolamin. Giải thích : Pepsin là protit có tính axit mạnh (pH I = 1,1) nên tồn tại ở dạng anion khi pH =7, dưới tác dụng của điện trường sẽ chuyển về cực dương (anot). Hemoglobin (pHI = 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 (pHI = 12,0) nên tồn tại ở dạng cation khi pH =7, dưới tác dụng của điện trường sẽ chuyển về cực âm (catot). Câu 3: (Bài tập chuẩn bị IChO, Nga-1996) Phương pháp điện di (electrophoresis) được sử dụng rộng rãi trong sinh hóa dể tách các chất lưỡng tính hữu cơ (đó là những hợp chất chứa đồng thời cả nhóm axit và bazơ và do đó có thể tạo ra các ion mang điện tích dương cũng như âm tùy thuộc vào pH của dung dịch). Nếu đặt điện cực vào những dung dịch như thế, các ion sẽ di chuyển về các điện cực tương ứng. Dĩ nhiên, loại ion chủ yếu sẽ quyết định hướng di chuyển của vết chất lưỡng tính. Với giá trị pH xác định nào đóđược gọi là điểm đẳng điện, các ion tạo ra bởi chất lưỡng tính di chuyển theo hai hướng với vận tốc như nhau, kết quả là vết bất động. Biết rằng, các -aminoaxit tại điểm đẳng điện thì dạng ion lưỡng cực C là nhiều nhất, mặc dù cả 3 ion dưới đây đều có ở bất kì pH nào: H3N+CH(R)COOH  H3N+CH(R)COO-  H2NCH(R)COO(A) (C) (B)

1. Tỉ số nồng độ của A và B như thế nào ở điểm đẳng điện ? 2. Vết alanin chuyển về cực nào khi pH < 5 và pH > 8 ? 3. Xác định hàm lượng tương đối của ion lưỡng cực C của alanin ở điểm đẳng điện, biết hằng số axit pK1 = 2,35 đối với cân bằng A  C + H+; pK2 = 9,69 đối với cân bằng C  B + H+. 4. Xác định giá trị pH ở đó nồng độ ion lưỡng cực lớn nhất. 5. Có thể tách 2 aminoaxit X và Y hay không nếu hằng số axit của chúng bằng : (a) pKY1  pKX1  1 và pKY2  pKX 2  1 ; (b) pKY1  pK X1  1 và pKY2  pKX 2  1 . HD: 1. Vì vết của aminoaxit ở diểm đẳng điện không dịch chuyển về phía catot cũng như anot nên nồng độ các ion trái dấu phải bằng nhau : [A] = [B], tỉ số bằng đơn vị (1). 2. Các hằng số axit là :

K1 

[C].[H  ] [ A]

(2)

K2 

[ B].[H  ] [C]

(3)

Từ (1)-(3) ta có : [H+]2 = K1.K2

hay

pH 

pK1  pK2 2,35  9,69   6,02 2 2

Vì điểm đẳng điện của alanin là 6,02 nên vết di chuyển về phía cực âm khi pH < 6,02 và chuyển theo hướng cực dương khi pH > 6,02. [C] K1 K1 K1 10 2,35      4680 [ A] [H  ] (K1.K 2 )1 / 2 K2 10  9,69 [C] [C] 1    0,99957  1,00 [ A] [ A]  [B]  [C] 2[ A]  [C] 2 1 [C]

3. Từ (2) : Như vậy :

4. Sau khi lấy đạo hàm của [C] theo [H+], trong đó [C] là hàm sau : [C] 

Co K1[H  ]

[H  ]2  K1[ H  ]  K1.K 2

Với Co = [A] + [B] + [C]. Từ phương trình (2)-(4) chúng ta chỉ tìm được một cực trị đối với [H+] = (K1.K2)1/2, đó chính là điều kiện trước đây rút ra với điểm đẳng điện… 5. (a) pH I(Y ) 

pK Y1  pK Y2



pK X1  pK X 2  2

 pH I( X ) 2 2 pK  pK Y2 pK X1  pK X 2   pH I ( X ) (b) pH I(Y )  Y1 2 2

Sử dụng phương pháp điện di chỉ cho phép tách các aminoaxit có điểm đẳng điện khác nhau và như vậy chỉ có điều kiện 1 cho phép tách, còn điều kiện 2 không thể. Bài 4: (Vòng 2 - 2008) Người ta phân lập được một tetrapeptit (peptit A) từ prothrombin người. Cấu tạo của peptit A được tiến hành xác định như sau: a. Bằng phương pháp Edman thì nhận được trình tự aminoaxit của peptit A là Leu-Glu-Glu-Val.

b. Để tiếp tục xác định cấu tạo, người ta tiến hành điện di trên giấy ở pH 6,5 peptit A và một peptit tổng hợp B (cũng có trình tự aminoaxit là Leu-Glu-Glu-Val) thì lại nhận được quãng đường di chuyển không giống nhau, cụ thể như hình dưới đây: 2,5 Peptit A Peptit B 1,7

01

2 3 đơn vị độ dài c. Khi thuỷ phân hai peptit A và B bằng HCl 6N ở 110oC, thì cả A và B đều cho Leu(1), Glu(2), Val(1); nhưng khi thuỷ phân bằng kiềm thì peptit B choLeu(1), Glu(2), Val(1) còn peptit A cho Leu(1), X(2), Val(1). Hãy giải thích các kết quả thực nghiệm để xác định cấu tạo của X và gọi tên X theo danh pháp IUPAC. Hướng dẫn chấm : 1.Xác định cấu trúc của X - Phương pháp Edman thực hiện ở pH thấp,biết được trình tự là Leu-Glu-Glu-Val. - Điện di ở pH 6,5 cho thấy peptit A dịch chuyển nhanh hơn về phía cực dương(+), chứng tỏ A có điện tích âm lớn hơn B,tính axit của A lớn hơn B. - Khi thuỷ phân trong môi trường HCl 6N ở 110oC thì cả A và B đều thu được Leu(1), Glu(2) và Val(1). Kết hợp với phương pháp Edman ở trên cho thấy các quá trình này thực hiện ở môi trường axit mạnh,pH thấp.Ở pH thấp phân tử X bị đecacboxyl hoá,loại CO2 mất đi 1 nhóm –COOH. - Khi thuỷ phân bằng kiềm peptit A tạo ra Leu(1),X(2) và Val(1),trong môi trường kiềm không có quá trình decacboxyl hoá nên nhận được X(2). - Kêt hợp các kết quả trhí nghiệm cho thấy X có thêm 1 nhóm –COOH so với Glu tức là khi loại 1 nhóm –COO thì X chuyển thành Glu. X VËy X :

Gọi tên:

HOOC CH2 CH2 CH COOH NH2 HOOC CH CH2 CH COOH NH2 COOH

CO2

Axit 3-aminopropan-1,1,3-tricacboxylic

Dạng 2: Xác định số đồng phân và trật tự các aminoaxit. Bài 1.Baphântửα-aminoaxitcóthểngưngtụlạivới nhauđểtạothànhtripeptit,vídụnhưbaphântửglyxinsẽ choGly-Gly-Gly.Tuynhiên với cácaminoaxitchứanhiềunhómthếthìsẽxuấthiệnđồngphânquanghọc.Nhưvậyvới3ami noaxitlàglyxin,L-alaninvàDalanintasẽthuđượcbaonhiêutripeptit,vàbaonhiêutrongsốtripeptitđósẽcókhảnănghoạt độngquanghọc? Hướngdẫn: Tạothành33=27aminoaxit,trongđóchỉ có26aminoaxitquanghoạt,aminoaxitduynhấtkhôngcótínhquanghoạtlàH2NGly3-OH. Bài2.Sựphâncắthoàntoànmộtpeptitchotahỗnhợpgồm5aminoaxitGly,Ala,Arg,Leu,T yr.GlyxinsẽbịtáchkhỏimạchpeptitbằngcáchchotácdụngvớiPhNCS.Cònkhitasửdụng

cacboxipeptidazađểkhảosátpeptitthìthuđượcAlanin.Cắtmạchbằngtrypsinsẽthuđược 1tripeptitcòncắtbằngchymotripsinsẽthuvềđipeptit.Chobiếtthứtựsắpxếpcácaminoaxi ttrongpeptitnày. Hướngdẫn:Gly-Arg-Tyr-Leu-Ala Bài 3.PeptitXcóthànhphầngồmAlaVal3Gly2Phe2Arg2.Xkhôngphảnứngvới2,4DNFvàcũngkhôngbịthủyphânbởienzymcarboxipeptidase.ThủyphânXbằngchymotr ypsinthuđượcpeptitAvàB.Thủy phân XbằngtrypsinthuđượcpeptitCvàD.A,B,C,Dlần lượtcócấutạonhưsau: A:Arg-Val-GlyVal-Phe B:Gly-Arg-ValAla-Phe C:Val-Ala-PheArg D:Val-Gly-Val-Phe-Gly-ArgXácđịnh cấutạocủapeptitX. Hướngdẫn:(Cấu trúcvòng)Val-Ala-Phe-Arg-Val-Gly-Val-Phe-Gly-Arg-(Val) Bài4.Xửlýmộtpentapeptitvới2,4DNPrồisauđóthủyphânbằngHClloãngsẽthuđượcsảnphẩmgồmVal,Gly,Leu,AlavàP heDNP.Khithủyphânpeptitnàytrongaxitloãngthuđược3phânđoạn.Xửlýtiếptừngphânđ oạn trongHCl loãngsẽchokếtquảnhưsau: Phân đoạn1:Val vàGly Phân đoạn2:Phe,Leu vàAla Phân đoạn3:GlyvàLeu Xácđịnh trìnhtự sắpxếpcủacácaminoaxittrongpentapeptitnày. Hướngdẫn:Phe-Ala-Leu-Gly-Val Bài5.TừcácproteinthựcvậtngườitatáchrađượcmộtchấtYcócôngthứcC5H10O3N2.Kếtq uảnghiêncứuchứngtỏrằngYcómộtnhómamino.ĐunnóngvớikiềmYgiảiphóngNH3đ ồngthờitạothànhC3H5(NH2) (COOH)2.TiếnhànhthoáiphânHofmanndẫnxuấtaxetylcủaYsẽtạothànhaxit-α,γdiaminobutyric.XácđịnhCTCTY. Hướngdẫn:HOOC –CH(NH2) –CH2CH2–CONH2 Bài6.Cấu trúchoàn chỉnh củaGramicidin S làmộtpolypeptitcótính chấtdiệtkhuẩn đãđượcxácđịnh dựatrêncácthôngtin sau: - ThủyphânsảnphẩmGramicidinSchocácaminoaxitlàLeu,Orn(Viếttắtcủamộtl oạiaminoaxithiếmgặplàornitin cócông thức+H3NCH2CH2CH2CH(NH2)COO-),Phe,Pro,Val.Gramicidin S -

cókhốilượngphântửkhoảng1300đv.C. GramicidinSchokếtquảâmtínhvớitấtcảcácphươngphápxácđịnhaminoaxitđầ uC.Còn khisử dụng2,4-DNPthuđượcOrn. ThủyphântừngphầngramicidinSthuđượccácphânđoạndivàtripeptitsau:LeuPhe;Phe-Pro;Phe-Pro-Val;Val-Orn-Leu;Orn-Leu;Val-Orn;Pro-Val-Orn.

Từtấtcảcácdữkiện đãnêuhãyxácđịnh cấutrúccủaGramicidinS. Hướngdẫn:Đecapeptitcócấu trúcvòng.

Bài 7( HSGQG 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 R : CH3 (CH2)3NHC(=NH)NH2 H CH(CH3)C2H5 CH2C6H5pHOC6H4CH2 Hướng dẫn a. Hexapeptit M có đầu N là Ala. Thuỷ phân M nhờ tripsin xác định được tripeptit là: Ala – Tyr – Arg. Dipeptit E có cấu tạo Arg-Phe. Tripeptit G có cấu tạo: Arg-Phe-Ile. Do vậy amino axit đầu C là: Gly. Ala-Tyr – Arg Arg-Phe Arg- Phe-Ile Gly Vậy cấu tạo của M: Ala – Tyr – Arg – Phe – Ile – Gly. b. pHI lớn nhất: Arg, vì có nhóm guanidin (có 3 nguyên tử N) pHI nhỏ nhất: Phe, vì có nhóm phenyl Bài 8:HãyxácđịnhtrìnhtựcúamộtPolypeptit(A)dựavàocáckếtquảsau: - ThuýphânhoàntoànAcho:Ala,Arg,Gly,2Lys,Met,Phe,Pro,2Ser,Tyr,Val - DùngphươngphápEdmanvóiAthuđược PTH-Val - CacboxypeptidazaAchoAlaXử líAvóiBrCNthuđược2 peptit: 1. Ala,2Lys,Phe,Pro,Ser,Tyr 2. Arg,Gly,Met,Ser,Val XửlíAvói Chymotripsintạora3peptit: 1. 2Lys,Phe,Pro 2. Arg,Gly,Met,Ser,Tyr,Val 3. Ala,Ser XửlíAvóitrypsintạora3peptit: 1. Gly,Lys,Met,Tyr

2. Ala,Lys,Phe,Pro,Ser 3. Arg,Ser,Val

Biết

chymotripsincắt liênkếtsau:Trp,Tyr,Phetrypsi ncắtliênkếtsau:

Lys,Arg Hướng dẫn:Acódang:Val---------------------Ala XửlíA vói BrCN thudưoc2 peptit : 1. Ala,2Lys,Phe,Pro,Ser,Tyr 2. Arg,Gly,Met,Ser suyraAcótrìnhtự:Val-(Gly,Ser,Arg)-Met-(2Lys,Phe,Pro,Ser,Tyr)AlaXúlíAvóiChymotripsintạora3peptit: 1. 2Lys,Phe,Pro 2. Arg,Gly,Met,Ser,Tyr,Val 3. Ala,Ser SuyraAcódạng:Val-(Gly,Ser,Arg)-Met-Tyr-(2Lys,Pro)-PheSer-Ala XửlíAvói trypsintao ra 3 peptit: 1. Gly,Lys,Met,Tyr 2. Ala,Lys,Phe,Pro,Ser 3. Arg,Ser, Val SuyraAcódạn g: Val-Ser-Arg-Gly-Met-Tyr-Lys-Lys-Pro-PheSer-Alahoặc Val-Ser-Arg-Gly-Met-Tyr-Lys-Pro-Lys-Phe-Ser-Ala Nhưngđể TrypsincắtliênkếtsauLys thìProkhôngliênkếttrựctiếpvớiLys.DodótrìnhtựcácliênkếtpeptittrongAlà: Val-Ser-Arg-Gly-Met-Tyr-Lys-Lys-Pro-Phe-Ser-Ala Bài 9: Xác định công thức cấu tạo và tên của A(C 3H7O2N). 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 C 5H11O2N. 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 ? Hướng dẫn: a) Công thức cấu tạo của A : A phản ứng với axit nitrơ giải phóng nitơ  A chứa nhóm -NH2 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 O2  3CO2  H 2O  N 2 4 2 2 CH COOH + HONO CH3 CH COOH + N2 + H2O

C3 H 7 O 2 N 

CH3

NH2

OH HCl

CH3 CH COOH + C2H5OH CH3

NH2 CH COOH + NH3

NH3Cl CH COOC2H5 + NH4Cl

CH3

NH3Cl

NH2

O

2 CH3 CH COOH

CH3

to

NH

HN

NH2

(c)

CH3 CH COOC2H5 + H2O

O

+ H 2O

CH3

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

Bài 10: 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. Hướng dẫn: 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. -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

X:

O

CH CO NH

C

CH CO NH CH COOH

(CH2)2CONH 2 CH2 CH2

Glutamolactamylglutaminylalanin NH

Y:

O

C CH2

CH CO NH CH COOH (CH2)2CONH 2 CH2

Glutamolactamylglutamin

CH3

Bài 11:Thủy phân hoàn toàn một lượng peptit X thu được 0,15 gam Gly, 0,18 gam Ala, 0,33 gam Phe 

H3O 2,4-DNFB X   sp   dx 2,4-DNFB của Ala H O Cacboxipeptidaza

3 X   Phe

a/ Xác định công thức cấu tạo, gọi tên X. Cho MX = 293 đvC b/ Cho X tác dụng với C6H5N=C=S sau đó thủy phân trong môi trường axit thu được một hợp chất mạch vòng. Mô tả quá trình này bằng một sơ đồ phản ứng.

Hướng dẫn:

Dạng 3: Điều chế aminoaxit, peptit Bài 1 (HSGQG 2007) Isoleuxin được điều chế theo dãy các phản ứng sau (A, B, C, D là kí hiệu các chất  cần tìm): Br 1. KOH CH   Isoleuxin A2 CH CH3 (CHOOC) C D NH   B  CH3CH C2H5ONa 2. HCl Br t0

2

5

2

2

3

2

Hãy cho biết công thức của các chất A, B, C, D và Isoleuxin. Hướng dẫn: Sơ đồ điều chế Isoleuxin: Br 1. KOH CH CH3CH A2 CH CH3 (CHOOC) C   B  C2H5ONa 2. HCl Br 2

5

2

2

2

t0

NH   Isoleuxin D 3

Mỗi công thức A, B, C và D Br C2H5CHCH(CO2H)2 B CH

C2H5CHCH(CO2C2H5)2 A CH3

Br

C2H5CHC(CO2H)2 C CH3

3

C2H5CHCHCO2H D CH3

Bài 2: 1. Từđietylmalonatvàcáchóachấtcầnthiếtkhác,hãytrìnhbàymộtphươngphápthíchhợ pđểđiềuchế: a. Methionin(CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH) (Met) và axit Aspactic HOOCCH2-CH(NH2)COOH (Asp); d. Leuxin H2NCH (i-Bu)COOH(Leu)và Tyrosin p-C6H4CH2CH(NH2)COOH (Tyr) 2. Từglyxinvàalanin,hãyđềxuấtmộtsơđồtổnghợpcóđịnhhướngđipeptitGlyAlavớihiệusuấtcao,giảthiếtcóđủcáchóachấtvàđiềukiệnphảnứngcầnthiết. 3. Từ PhCH2CHO hãy điều chế phenylalanin COOC2H5 COOC2H5 HD:1. Br 2 HBr Br-CH CH2 a. COOC H COOC2H5

2 5

O C N- K+ C O

O C

COOC2H5

1. EtO

COOC2H5

2. MeSCH2CH2Cl

CH

N C O

Điều chế Asp:

O N

COOC2CH5

C N

CH

O

COOC2H5

C O

COOC2H5

C

O

C COOC H

2 5 BrCH2COOEt

COOH

H3O

Met

-H2O; -CO2

+ COOH

CH2CH2SCH3

EtO

O COOC2H5

C N C O

b. Điều chế Leu và Tyr

C COOC2H5 CH2COOC2H5

H3O t0

COOH

AsP COOH

COOC2H5

COOC2H5

HNO3

CH2

H2O

O=N-CH COOC2H5

COOC2H5

COOC2H5

HO-N=C COOC2H5

1. H2/Pt 2. (CH3CO)2O COOC2H5

CH3-CO-NH-CH COOC2H5

Đietyl axetamiđomalonat C2H5O BrCH2CH(CH3)2 COOC2H5

1. NaOH

CH3-CO-NH-C

Leu

2.H3O,t0

COOC2H5 CH2CH(CH3)

COOC2H5

COOC2H5

C2H5O

CH3-CO-NH-CH

CH3-CO-NH-C

p-AcOC6H4CH2Cl

COOC2H5

COOC2H5 CH2C6H4OAc-p

1. NaOH 2. H3O,t0 Tyr

2. - Bảo vệ nhóm –NH2 của Gly. Dùng nhóm benzyloxicacbonyl (kí hiệu Z) CH2-OH

+ COCl2 Photgen

N(C2H5)3 -HCl

+

CH2-CO-Cl

-

(Z- Cl) + 2OH-  Z- NH-CH2-COO-+ Cl- +

C6H5- CH2-O-CO-Cl + H3N-CH2-COO 2H2O Z-NH-CH2-COO- + H+  Z–NH-CH2-COOH - Bảo vệ nhóm –COOH của Ala: H2H-CH(CH3)-COOH + HO-CH2-C6H5 HO  H2N-CH(CH3)-COOCH2-C6H5 - Hoạt hóa nhóm – COOH của Gly 2

N ( C H ) ; HCl   Z-NH-CH2-COO-COOC2H5 Z-NH-CH2-COOH + Cl-CO-OC2H5  - Tạo liên kết peptit  CO ;  C H OH  Z-NH-CH2-COO-COOC2H5 + H2N-CH(CH3)-COOCH2-C6H5     Z-NH-CH2-CONH-CH(CH3)-COOCH2-C6H5 - Gỡ bỏ nhóm bảo vệ: H / Pt   H2N-CH2-CONH-CH(CH3)Z-NH-CH2-CONH-CH(CH3)-COOCH2-C6H5 COOH + CO 2 + C6H5CH3 3. 2

5 2

2

2

5

2

CH2-CHO

HCN

CN CH2-CH OH

CN CH2-CH NH2

CH2-CH(NH2)-COOH

NH3 -H2O

Bài 3: a/ Từ benzen tổng hợp axit 4-aminometylxiclohexancacboxylic (A) Ph-CH2-CH(NH2)-COOH (Phe), p-HO-Ph-CH2-CH(NH2)-COOH(Tyr) b/ Có thể phân tách hỗn hợp 3 chất trên bằng phương pháp điện di được không? Vì sao? Cho biết pKa của các axit Phe(1,9; 9,1); Tyr(2,3; 9,13; 10,1) Hướng dẫn:

Vì pHI của Tyr và Phe gần bằng nhau nên không tách được hai aminoaxit này chỉ tách được A.

Dạng4: Dạng tổng hợp Bài 1: Hợp chất X chứa 5 loại nguyên tố có công thức phân tử trùng với công thức đơn giản nhất; trong đó C chiếm 23,166%; H chiếm 1,4257% và X có chứa O. Nung nóng 1,544 gam chất X với Na để chuyển các nguyên tố trong X thành các hợp chất vô cơ đơn giản. Sau đó hòa tan vào nước được dung dịch A. Lấy một ít dung dịch A. Lấy một ít dung dịch A cho phản ứng với dung dịch Br 2 thi được dung dịch làm xanh hồ tinh bột. Lấy một ít dung dịch A cho phản ứng với dung dịch muối Fe3+ thu được kết tủa màu xanh không bị mất đi trong môi trường axit. Lấy dung dịch A cho phản ứng với một lượng Br2 vừa đủ thì sản phẩm tạo ra phản ứng vừa hết với 80ml dung dịch Na2S2O3 0,1M. Khi lấy 1,554 gam chất X phản ứng với NaNO 2 trong sự có mặt của HCl thì thu được 22,4 ml (đktc) một khí không màu, không mùi , không cháy. 1. Xác định công thức phân tử của X. 2. Giả sử X có vai trò quan trọng trong cơ thẻ sống thì X có cấu tạo như thế nào? Hướng dẫn: 1. 1,554 gam X có mC = 0,36 gam  nC = 0,03 mol; nH = 0,022 mol A phản ứng với dd Br2 tạo dung dịch làm xanh hồ tinh bột (I 2) nên A có I- , vì thế X có I.  2Br- + I2 2I- + Br2   Na2S4O6 + 2NaI I2 + 2Na2S2O3  nI- = nNa2S2O3 = 0,008  nI (X) = 0,008 (mol) X phản ứng với NaNO2/HCl cho khí không màu, không mùi, không cháy là N 2 nên X có nhóm NH2 Z: R(NH2)n + nNaNO2 + nHCl  R(OH)n + nN2 + nH2O + nNaCl nN(X) = 2nN2 = 0,002 (mol)  nO = 0,0008 mol nC: nH : nO : nN: nI = 15: 11: 4 : 1: 4 X có công thức phân tử trùng với công thức đơn giản nhất nên X có công thức là C15H11O4NI4 2. X có vai trò quan trọng trong cơ thể sống nên X là: I

I

HO

O

CH2-CHNH2-COOH

I

I

Thyroxin (Thy)

Bài 2:Cho một peptit P(C22H36N4O7S2). Để xác định cấu trúc của P người ta tiến hành các bước như sau: CH 2OH MeI / K 2CO3 1,3điazol / H 2O P(M đvC) HSCH  2   P1(M + 2)     P2(M + 2 + 28)      P3 P3

Decacboxypeptidaza H2O -Val

P4

BrCN -Br-MeSCN

P5

H2 O

P6 + Q

H2 O

Thr + Val-Cys-S-Me § ipeptitaminopeptiaza(*) 0 1,3-diazol/H2O 1. O3 Q(C5H8O3) Q1 H2SO4, t Q2(C5H8O3) (COOH)2 + HO-CH2CH2COOH 2. H2O2/H+ P6

(*) cho phép thủy phân cắt ra một đipeptit từ phía đầu N của peptit ban đầu. Hãy xác định công thức cấu tạo của các chất trong sơ đồ và cấu trúc có thể có của P? Hướng dẫn: O

O

HO

HO

O

OH

H2O

H2SO4

N OH N H

(Q)

COOH HO

P6:

2. H2O2

H2O

Val - Cys - Thr

?imetyl amino peptidaza

SMe

P4: H

O

COOH

N HN

N

OH

O O

SCH3

1.O3

SCH3

H

OH

HOOC - COOH + HO- CH2CH2-COOH

Thr + Val- Cys - S- Me

Bài 3: (HSGQG 2015) L-Carnitine (vitamin BT) là một amino axit có trong cơ thể người, đóng vai trò then chốt trong việc vận chuyển các axit béo vào ti thể (nơi sản xuất năng lượng cho tế bào), cung cấp năng lượng đến nhiều cơ quan trong cơ thể như tim, gan, cơ và các tế bào miễn dịch. Carnitine được tổng hợp theo sơ đồ sau: H

EtONa

(C4H8O2)

Carnitine (C7H15NO3)

BrCH2CN EtONa (C6H10O3)

I

1. H2O, Hg(OAc)2 2. NaBH4

K

T

EtONa/EtOH

L

-H MeI Ag2O/H2O

B2H6

AcCl

M (C6H13NO2)

S (C4H7NO2)

o

KOH/EtOH, t

Q

Py Br2/PBr3

N 1. dd NaOH (l), to 2. HCl (l)

P (C6H11NO3)

Biết H mạch hở, phản ứng được với dung dịch NaOH; carnitine tồn tại dưới dạng ion lưỡng cực. a) Xác định công thức cấu tạo của các chất H, I, K, L, M, N, P, Q, S, T và carnitine. b) Trình bày cơ chế của phản ứng tạo ra I. c) Trình bày sơ đồ tổng hợp carnitine từ epiclohiđrin và các chất hữu cơ không quá 3 nguyên tử cacbon (các tác nhân vô cơ có sẵn). O

Cl

epiclohiđrin

Hướng dẫn giải a) Do H mạch hở, phản ứng được với dung dịch NaOH nên H là axit hoặc este. H có độ bất bão hòa bằng 1, khi phản ứng có mặt của EtONa tạo I (C6H10O3) có độ bất bão hòa bằng 2 do vậy phản ứng từ H sang I không phải là phản ứng thế, H không phải axit và EtONa không phải tác nhân phản ứng mà là xúc tác. Như vậy 2 phân tử H phản ứng với nhau mất đi hai nguyên tử cacbon do vậy H là AcOEt và phản ứng này là phản ứng ngưng tụ Claisen.

O H

OEt

K

OH

NH2

O

OH NH2

P

Q

N

O

AcNH Br

OEt

M

O

O AcNH

OEt

AcNH OEt

L

CN

O

O

O OEt NC

OEt

I

O

O

O

O

OH

N

OH O

-

N

T

S

O

OCarnitine

b) Cơ chế của phản ứng tạo ra I (cơ chế ngưng tụ Claisen): OEt

H

EtO

-EtOH

O

O-

OEt

-

-EtO

OEt

-

OEt

O

O

O

OEt

I

CH2COOEt O

c) Sơ đồ tổng hợp carnitine từ epiclohiđrin: O

Cl

Me3N.HCl

OH N Cl-

Cl

OH

OH

+KCN

N Cl-

+

CN

1. H3O

2. dd NH3 (l)

N

O

OCarnitine

Bài 4.(HSGQG 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 pH I và giải thích sự sắp xếp đó. 3. Thủy phân hoàn toàn một nonapeptit X thu đượcArg, 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. Hưóng dẫn : 1. a . COO H3N

H CH2OH

L-Serin (cÊu h×nh S)

COOH H3N

H CH2SO3

Axit L-xisteic (cÊu h×nh R)

b. pKa (xistein): 1,96 (COOH) ; 8,18 (SH) ; 10,28 (NH+3) pHI (xistein) = (1,96 + 8,18) / 2 = 5,07 Ở pH = 1,5 : HS - CH2 - CH (NH3+) - COOH pH = 5,5 : HS - CH2 - CH (NH2) - COO-

2 .Trình tự tăng dần pHI : Axit xisteic < selenoxistein < xistein < serin 3. 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 Bài 5: (Đề thi HSG quốc gia, Việt Nam - 2002) Thuû ph©n mét protein (protit) thu ®îc mét sè aminoaxit cã c«ng thøc vµ pKa nh 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) N

COOH

H Pro (1,99; 10,60) 1. ViÕt tªn IUPAC vµ c«ng thøc Fisher ë pHI cña Arg, Asp, Orn. Trªn mçi c«ng thøc ®ã h·y ghi (trong ngoÆc) gi¸ trÞ pK a bªn c¹nh nhãm chøc thÝch hîp. BiÕt nhãm -NHC(=NH)NH2 cã tªn lµ guanidino. 2. Ala vµ Asp cã trong thµnh phÇn cÊu t¹o cña aspactam (mét chÊt cã ®é ngät cao h¬n saccaroz¬ tíi 160 lÇn). Thuû ph©n hoµn toµn aspactam thu ®îc Ala, Asp vµ CH3OH. Cho aspactam t¸c dông víi 2,4-dinitroflobenzen råi thuû ph©n th× ®îc dÉn xuÊt 2,4-dinitrophenyl cña Asp vµ mét s¶n phÈm cã c«ng thøc C4H9NO2. ViÕt c«ng thøc Fisher vµ tªn ®Çy ®ñ cña aspactam, biÕt r»ng nhãm -COOH cña Asp kh«ng cßn tù do. 3. Arg, Pro vµ Ser cã trong thµnh phÇn cÊu t¹o cña nonapeptit bradikinin. Thuû ph©n 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) Dïng kÝ hiÖu 3 ch÷ c¸i (Arg, Pro, Gly,...), cho biÕt tr×nh tù c¸c aminoaxit trong ph©n tö bradikinin. (b) ViÕt c«ng thøc Fisher vµ cho biÕt nonapeptit nµy cã gi¸ trÞ pH I trong kho¶ng nµo ? ( 6; > 6). HD 1. Aminoaxit sinh ra tõ protein ®Òu cã cÊu h×nh L :

COO- (1,88)

COO- (2,17)

H3+N C H (9,60) CH2 COOH (3,65)

H2 N C H (9,04) (CH2)3 NH C NH2 (12,84) NH2 axit-(S)-2-amino-5-guanidinopentanoic COO- (2,10)

axit-(S)-2-amino-5-butandioic

H2 N C H (8,90) (CH2)3 N+H3 (10,50) axit-(S)-2,5-diaminopentanoic

2. Aspactam :

COOCH 3

CH3 CH CO NH CH COOCH 3 NH3Cl

CH3

CO NH C H H2 N C H

CH3

CH2COOH

Metyl N-(L--aspactyl)-L-alaninat

3. (a) Bradikinin : Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg, (b) pH I >> 6 v× ph©n tö chøa 2 nhãm guanidino, ngoµi ra cßn cã 3 vßng piroliddin. COOH

CO HN C H CO HN C H (CH2)3NHC(=CH)NH2 CO N H CH 2C6H5 CO HN C H CO N CO N H

CO NH CH2 CO HN C H CH2OH H CH2C6H5

H2 N C H (CH2)3NHC(=CH)NH2

Bài 6: Cáchợp chất dạng liên hợp giữa monosaccarit và oligopeptit có nhiều ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực hóa sinh. Mô ̣t hợp chất dạng này có công thức phân tử C34H45N5O11 (kí hiê ̣u là AmAd) được tổng hợp từ D-glucozơ và pentaclophenyl este của mô ̣t pentapeptit (kí hiệu là P) theo sơ đồ dưới đây: HO

Cl O

OH OH

OH

OH + Boc-A1-A2-A3-A4-A5 (P)

Cl

O O 1

1) piridin, Cl

Cl 2

N N H

Q 2) CF3COOH, H2O (este)

CH3COOH piridin

AmAd (C34H45N5O11)

Cl 3

Trong sơ đồ chuyển hóa trên, A -A -A -A4-A5 là một pentapeptit được tạo thành từ 5 amino axit A1, A2, A3, A4 và A5, với nhóm –NH2 đầu N được bảo vệ bởi nhóm Boc (tert-butyloxicacbonyl), còn nhóm –COOH đầu C được hoạt hóa bởi nhóm pentaclophenyl. D-Glucozơ và hợp chất P phản ứng với nhau theo tỉ lệ 1:1, có mặt xúc tác imiđazol, tạo thành một monoeste. Xử lý este này với CF 3COOH trong CH2Cl2 để loại bỏ nhóm Boc, thu được monoeste Q; Q vẫn còn hiện tượng quay hỗ biến. Trong hỗn hợp dung môi CH3COOH/piriđin (1:1, v/v), Q chuyển hóa thành AmAd.

AmAd có khả năng quay hỗ biến. AmAd không chịu tác đô ̣ng của các enzym aminopeptiđaza và cacboxipeptiđaza. Khi thủy phân AmAd có mă ̣t enzyme chimotripsin thì thu được tripeptit A có khối lượng mol 279 g/mol và hợp chất B. Phân tích peptit A bằng phương pháp Edman (phương pháp xác định amino axit đầu N bằng phenyl isothioxianat C6H5N=C=S) thì thu được mô ̣t phenylthiohinđantoin có khối lượng mol 192 g/mol. Thủy phân hợp chất B trong môi trường axit loãng thu được L-leuxin và hợp chất C.Cả B và C đều có khả năng quay hỗ biến. Cho C tác dụng với CH3OH có mă ̣t HCl khí làm xúc tác ở nhiê ̣t đô ̣ thích hợp thì thu được hợp chất D, C17H25NO8, không có khả năng quay hỗ biến. Mô ̣t mol C tác dụng vừa đủ với bốn mol axit periođic (H5IO6); phân tích hỗn hợp sau phản ứng chỉ thấy có HCHO, HCOOH và hợp chất E; trong cùng điều kiê ̣n đó, B không tạo ra HCHO. Người ta điều chế E khi đun nóng nhẹ hỗn hợp gồm axit monocloaxetic ClCH 2COOH và amino axit F trong dung dịch đê ̣m ở pH 7.0. Biết rằng: Trong điều kiê ̣n phản ứng, axit periođic chỉ phân cắt liên kết C-C của 1,2-điol, αhiđroxixeton và 1,2-đixeton. Enzym chimotripsin xúc tác cho phản ứng thủy phân các liên kết peptit ở phía đầu C của các amino axit Phe, Tyr, Trp. Tất cả các amino axit trong pentapeptit ở trên đều là các α-amino axit tự nhiên thuô ̣c dãy L và nằm trong số các amino axit cho dưới đây:

Tên viết tắt Gly Ala Leu Trp

Công thức cấu tạo

Tên viết tắt Lys

H2NCH2COOH (C2H5NO2, M= 75) CH3CH(NH2)COOH Tyr (C3H7NO2, M= 89) (CH3)2CHCH2CH(NH2)COOH ILe (C6H13NO2, M= 131) CH2 CH(NH2 )COOH His N H

Công thức cấu tạo H2N(CH2)4CH(NH2)COOH (C6H14N2O2, M= 146) p-HOC6H4CH2CH(NH2)COOH (C9H11NO3, M= 181) CH3CH2CH(CH3)CH(NH2)COOH (C6H13NO2, M= 131) N

CH2 CH(NH2 )COOH

N H

(C11H12N2O2, M= 204) (C6H9N3O2, M= 155) Phe C6H5CH2CH(NH2)COOH Arg H2NC(=NH)NH(CH2)3CH(NH2)COOH (C9H11NO2, M= 165) (C6H14N4O2, M= 174) Hãy xác định cấu tạo của các hợp chất từ A đến E, monoeste Q và biểu diễn AmAd dưới dạng công thức cấu trúc. Giải thích sự hình thành AmAd từ Q trong môi trường CH3COOH/piriđin. HD: - Từ khối lượng mol của phenylthiohinđantoin suy ra khối lượng mol của amino axit đầu N của tripeptit A là: 192 + 18 – 135 = 75. Do đó, amino axit đầu N của peptit A là glyxin.

Ph

O N

S

N H

C9H8N2OS M= 192

- Tính toán cho thấy A là mô ̣t tripeptit tạo thành từ hai mắt xích glyxin và mô ̣t mắt xích là phenylalanin. Vì A được tạo thành do cắt mạch của AmAd bằng enzyme trimotripsin nên A phải có trình tự: Gly-Gly-Phe. NH

HN A, C13H17N3O4 M= 279

O

O

O

OH H2N

- Peptit A có CTPT là C13H17N3O4, suy ra hợp chất B có công thức phân tử C21H32N2O9. Thủy phân B trong dung dịch axit loãng thu được L-leuxin, C6H13NO2 và hợp chất C, suy ra C có CTPT C 15H21NO8. B tạo thành bằng liên kết este giữa nhóm –COOH của L-Leuxin với nhóm -OH bâ ̣c I của C (kết hợp với thông tin về phản ứng của C với H5IO6). - Phân cắt 1 mol C cần vừa đủ 4 mol axit periođic, chỉ tạo ra HCHO (1 mol) và HCOOH (3 mol) cùng hợp chất E (1 mol). Tính toán cho thấy E có CTPT là C11H13NO5. E được điều chế bằng cách đun nóng nhẹ ClCH 2COOH với amino axit F, suy ra F có CTPT C9H11NO3, vâ ̣y F là tyrosin. Sơ đồ chuyển hóa ClCH2COOH và tyrosin thành D được trình bày dưới đây. OH

H2N

O

O +

HO

OH

Cl

, pH 7.0

COOH

HOOC

F, tyrosin

NH

E, C11H13NO5 M= 239

OH

- Hợp phần đường của hợp chất D là D-glucozơ, kết hợp các thông tin suy ra cấu trúc của B, C và D lần lượt như sau (nếu thí sinh viết B và C ở dạng mạch hở thì cũng vẫn cho điểm tối đa): H2N

O

HO

OH OH

O NH

HO

OH OH NH

OH

OH OCH3 O NH OH

OH

OH B, C21H32N2O9 M= 456

O

O

O O

OCH3

OH

OH

O

C, C15H21NO8 M= 343

OH

D, C17H25NO8 M= 371

OH

- Cấu trúc AmAd ở dạng liên hợp của hợp phần đường và pentapeptit. AmAd bị phân cắt tại hai liên kết peptit ở đầu C của tyrosin và phenylalanine.

Gly Phe HN O HN

AmAd, C34H45N5O M= 699

O

O

Gly NH

O

Leu

H N

O

O O OH

OH OH C H2

Tyr NH OH

- Chuyển hóa D-glucozơ và pentaclophenyl este của pentapeptit (hợp chất P) thành AmAd: Ở giai đoạn đầu tiên, pentaclophenyl este của pentapeptit phản ứng chọn lọc với nhóm OH bậc I của D-glucozơ (do thuận lợi nhất về mặt không gian); sản phẩm tạo thành khi xử lý với CF3COOH/H2O thì nhóm Boc được loại bỏ, tạo thành monoeste Q. Trong môi trường CH3COOH/piriđin, monoeste Q thực hiện chuyển vị Amadori tạo thành xeton (R), trong đó hợp phần monosaccarit ở dạng mạch hở; Xeton này nằm trong cân bằng với AmAd, trong đó hợp phần monosaccarit tồn tại ở dạng furanozơ, do phản ứng cộng nucleophin thuận nghịch của nhóm OH ở C-5 với nhóm C=O xeton. Bài8.(Đề thi HSG quốc gia, Việt Nam - 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 N CH2 CH COOH HOOC(CH2)2CH(NH 2)COOH (Axit glutamic hay Glu), 1 NH2 N mol H2N(CH2)4CH(NH2)COOH (Lysin hay Lys) H và 1 mol (Histidin hay His) Nếu cho X ArF) rồi mới chất :

N N H

CH2 CH COOH NH-Ar

phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen (kí hiệu thủy phân thì thu được Ala, Glu, Lys và hợp

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 pHI 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. HD:

1. Xác định cấu tạo và gọi tên :  Thủy phân hoàn toàn 1 mol X tạo 2 mol Ala, 1 mol Glu, 1 mol Lys và 1 mol His  X là một tripeptit.  X phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen (kí hiệu ArF) rồi mới thủy phân thì thu CH2 CH COOH Glu, Lys và hợp chất:  His là aminoaxit được Ala, N NH-Ar N-đầu mạch. NH  Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thì thu được Lys và một tetrapeptit  Lys là aminoaxit C-cuối mạch.  Thủy phân không hoàn toàn X cho ta các dipeptit His-Ala, Ala-Ala, Ala(CH2)4 NH2 Glu trật liên N CH2 CH CONH CH CONH CH CONH CH CONH CH COOH kết của các NH2 CH3 CH3 (CH2)2 COOH aminoaxit trong N X là H : His-Ala-AlaGlu-Lys. Công thức của X : 2. Trật tự tăng dần pHI : Glu (pI = 3,22) < Ala (pI = 6,00) < His (pI = 7,59) < Lys (pI = 9,74). 3. Công thức cấu tạo dạng chủ yếu của mỗi aminoaxit ở : pH = 1 : CH3CH(+NH3)COOH (Ala), + CH2 CH COOH HOOC-(CH2)2-CH(+NH3)-COO- H N (Glu) N+H3 + + N H3N -(CH2)4-CH( NH3)-COOH (Lys) H (Hys) pH = 13 :

CH3CH(NH2)COO-

-

(Ala),

-

OOC-(CH2)2-CH(NH2)-COO (Glu) H2N-(CH2)4-CH(NH2)-COO- (Lys) (Hys)

N N H

CH2 CH COONH2

4. Từ Ala tạo CH3-CH2-NH2 (A) và từ His tạo : N

CH2 CH2 NH2 N H

(B) . Tính bazơ của N trong A mạnh hơn do có nhóm C 2H5- gây hiệu ứng +I làm tăng mật độ electron trên N, còn (B) có dị vòng gây hiệu ứng -I làm giảm mật độ electron trên N của nhóm -NH2. Bài 9(HSGQG 2005) L-Prolin hay axit (S)-piroli®in-2-cacboxylic cã pK1 = 1,99 vµ pK2 = 10,60. Piroli®in (C4H9N) lµ amin vßng no n¨m c¹nh. 1. ViÕt c«ng thøc Fis¬ vµ c«ng thøc phèi c¶nh cña L-prolin. TÝnh pHI cña hîp chÊt nµy. 2. TÝnh gÇn ®óng tØ lÖ d¹ng proton ho¸ H2A+ vµ d¹ng trung hoµ HA cña prolin ë pH = 2,50.

3. TÝnh gÇn ®óng tØ lÖ d¹ng ®eproton ho¸ A- vµ d¹ng trung hoµ HA cña prolin ë pH = 9,70. 4. Tõ metylamin vµ c¸c ho¸ chÊt cÇn thiÕt kh¸c (benzen, etyl acrilat, natri etylat vµ c¸c chÊt v« c¬), h·y viÕt s¬ ®å ®iÒu chÕ N-metyl-4-phenylpiperi®in. Híng dÉn gi¶i:

1.

COOH NH H

COOH H

N

pHI = 1,99 + 10,60 = 6,30 2

H 2. ¸p dông ph¬ng tr×nh Henderson - Hasselbalch K1 HAH+ + + H2A HA + H K1 =  H2A+ HA lg HA+ = pH - pK1 = 2,50 - 1,99 = 0,51 ; Suy ra: H A+ 2 H2A

= 3,24

VËy ë pH = 2,50 d¹ng trung hoµ chiÕm nhiÒu h¬n d¹ng proton ho¸ 3,24

1 lÇn. 3,24 Hay tØ lÖ gi÷a d¹ng proton ho¸ vµ d¹ng trung hoµ lµ 3.

K2 HA

H+ + A  A HA

lg

= 0,126 

= 0,309

 A = pH  pK2 = 9,70  10,60 =  0,90 HA

1 8

1 VËy ë pH = 9,7 tØ lÖ gi÷a d¹ng ®eproton ho¸ vµ d¹ng trung hoµ lµ 8 Bài 11: pirocatechol + Cl-CH2COCl

POCl3

+NH3

B

+CH3NH2

B1

A

H2/Pd H2/Pd

C C1

Trong cơ thể cả 2 chất C và C1 được tạo ra từ tyrosin theo sơ đồ OH

OH

OH

OH

Tyrosin

enzim(II)

enzim(I)

enzim(III)

COOH NH2

NH2

Xác định công thức của các chất và gọi tên các enzim? Hướng dẫn:

C

enzim(IV) C 1

.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau mô ̣t quá trình nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả sau: Tiến hành xây dựng (sưu tầm, lựa chọn, biên soạn, phân loại) được một số bài tập lí thuyết, tính toán về aminoaxit, peptit và protein .Tất cả các bài tập đều có hướng dẫn giải chi tiết, đầy đủ. Đây là nguồn bài tập giáo viên có thể đễ dàng sử dụng trong quá trình giảng dạy, ôn luyện học sinh giỏi, ra đề kiểm tra, đề thi; làm tài liệu học tập cho học sinh. KIẾN NGHỊ Tiếp tục xây dựng các chuyên đề khác về hóa hữu cơ Khi xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập hóa hữu cơ, cần lưu ý: -Xây dựng hệ thống bài tập phải đảm bảo tính chính xác, khoa học. - Để xây dựng được một hệ thống bài tập tốt, thiết thực và sử dụng hiệu quả đòi hỏi: GV phải nắm kiến thức lý thuyết vững, GV buộc phải giải qua các đề thi HSG hóa học các cấp. Có như vậy GV mới có được sự nhìn nhận bao quát về chương trình, dự đoán hướng ra đề thi HSG, từ đó nâng cao chất lượng bồi dưỡng. Hệ thống bài tập về aminoaxit, peptit và protein tôi xây dựng trên cơ sở tuyển chọn những bài tập ở mức độ dễ đến khá khó từ các sách tham khảo, nguồn bài tập trên mạng và đề thi HSG các cấp. Để phù hợp với mục đích rèn luyện kỹ năng và phát triển nhận thức của HSG hóa học. Tuy nhiên do thời gian có hạn nên việc bổ sung thêm hệ thống bài tập phong phú cũng như một số vấn đề còn lại cần được tiến hành trong thời gian tới. Chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn.

TÀILIỆUTHAMKHẢO 1- Cơ sở hoá học hữu cơ - Trần Quốc Sơn - Đặng Văn Liếu (tập 1, 2, 3) – NXB Đại học sư phạm. 2- Hoá học hữu cơ - Đặng Như Tại – Trần Quốc Sơn – NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội. 3- Danh pháp hợp chất hữu cơ - Trần Quốc Sơn (chủ biên) – Trần Thị Tửu – NXB Giáo Dục 4- Bài tập hoá học hữu cơ - Ngô Thị Thuận – NXB Khoa học và kỹ thuật. 5- Bài tập hoá học hữu cơ - Thái Doãn Tĩnh – NXB Khoa học và kỹ thuật. 6- Tuyển tập olympic hoá học Việt Nam và quốc tế(tập 1, 2, 3, 4, 5) – Hội hoá học Việt Nam – NXB Giáo Dục. 7- Các đề thi chọn HSG quốc gia, quốc tế hàng năm .