Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ Chơng 22 Amino axit, Peptit và Protein Định nghĩa, cấu tạo và tính chất 22.1 (a) Viết công thức cấu tạo tổng quát của -amino axit có trong tự nhiên và cho biết tầm quan trọng của nó. (b) Giải thích tại sao amino axit đợc chia thành hai loại là thiết yếu và không thiết yếu ? (a) + COOHNRCH )( 3 , -amino axit là đơn vị cơ bản cấu thành tất cả các protein. (b) Mời amino axit đ- ợc xếp vào loại thiết yếu cần có trong thức ăn do cơ thể không thể tổng hợp các amino axit này. Các amino axit không thiết yếu có thể tổng hợp trong tế bào của cơ thể từ các chất khác có trong thức ăn. 22.2 Phân loại các amino axit theo các nhóm R của chúng. Bảng 22-1 gồm các amino axit tiêu chuẩn, các amino axit thiết yếu đợc đánh dấu hoa thị. Amino axit đợc phân loại thành amino axit axit, bazơ hay trung tính tùy thuộc vào bản chất của nhóm R. Axit aspartic 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 và không phân cực tùy thuộc vào nhóm thế trên mạch nhánh của chúng là phân cực (nh asparagin với một nhóm amido H 2 NCO) hay bản chất chỉ là một nhóm hidrocacbon (nh alanin : R là Me hay valin : R là i-Pr). 22.3 Đặc trng phân biệt prolin với các amino axit khác là gì ? Prolin là một amin bậc 2, N trong nhóm amin nằm ở một vòng năm cạnh. 22.4 Hãy giải thích : (a) trạng thái tinh thể và nhiệt độ nóng chảy cao của amino axit. (b) tính tan của amino axit. (a) -amino axit tồn tại ở dạng ion lỡng cực, + COOHNRCH )( 3 , tạo cấu trúc tinh thể ion (các phân tử liên kết với nhau bởi tác tơng tác tĩnh điện liên phân tử mạnh mẽ) và khác với các phân tử trung hòa có cùng khối lợng phân tử hầu hết các amino axit bị nhiệt phân mà không nóng chảy. (b) Do cấu trúc ion lỡng cực mà hầu hết các amino axit tan đáng kể trong nớc (tạo liên kết H và liên kết ion - lỡng cực) và không tan trong các dung môi không phân cực. 22.5 (a) Amino axit nào không bất đối ? (b) Cho biết các amino axit có nhiều hơn một tâm bất đối. (a) Glycin + COOCHNH 23 . (b) CH 3 CH 2 CH CHCOO H 3 C NH 3 Isoleucin CH 3 CH CHCOO HO NH 3 Threonin N H 2 H COO H HO 4- hydroxyprolin 22.6 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. (c) Tại sao duy chỉ có L-cystein (cũng nh L-cystin) là có cấu hình R ? (a) S và L (b) (i) COO CH 2 SH HH 3 N (ii) COO CH 2 OH HH 3 N (c) Do xét về độ hơn cấp, nhóm CH 2 SH của cystein lớn hơn nhóm COO - (S có khối lợng nguyên tử lớn hơn O). Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 1 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ Bảng 22-1. Các aminoaxit tự nhiên. Tên Kí hiệu Công thức Monoaminomonocacboxylic Glixin Gly H 3 N + CH 2 COO - Alanin Ala H 3 N + CH(CH 3 )COO - Valin * Val H 3 N + CH(i-Pr)COO - Leuxin * Leu H 3 N + CH(i-Bu)COO - Isoleuxin * ILeu H 3 N + CH(s-Bu)COO - Serin Ser H 3 N + CH(CH 2 OH)COO - Threonin * Thr H 3 N + CH(CHOHCH 3 )COO - Monoaminodicacboxylic và dẫn xuất amit Axit aspatic Asp HOOC-CH 2 -CH( + NH 3 )COO - Asparagin Asp(NH 2 ) H 2 NOC-CH 2 -CH( + NH 3 )COO - Axit glutamic Glu HOOC-(CH 2 ) 2 -CH( + NH 3 )COO - Glutamin Glu(NH 2 ) H 2 NOC-(CH 2 ) 2 -CH( + NH 3 )COO - Diaminomonocacboxylic Lysin * Lys H 3 N + -(CH 2 ) 4 -CH(NH 2 )COO - Hydroxylizin Hylys H 3 N + -CH 2 -CHOH-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )COO - Arginin * Arg H 2 N + =C(NH 2 )-NH-(CH 2 ) 3 -CH(NH 2 )COO - Aminoaxit chứa lu huỳnh Systein CySH H 3 N + CH(CH 2 SH)COO - Cystin CySSCy - OOC-CH( + NH 3 )CH 2 S-SCH 2 CH( + NH 3 )COO - Methionin * Met CH 3 SCH 2 CH 2 CH( + NH 3 )COO - Aminoaxit thơm Phenylalanin * Phe PhCH 2 CH( + NH 3 )COO - Tyrosin Tyr p-C 6 H 4 CH 2 CH( + NH 3 )COO - Aminoaxit dị vòng Histidin * His N HN CH 2 CH + NH 3 COO - Prolin Pro N H H H COO - Hydroxyprolin Hypro N H H H COO - H HO Tryptophan * Try N H CH 2 CH +NH 3 COO - Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 2 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ 22.7 (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 - CH 3 H OH H 3 N + H COO - CH 3 + NH 3 H H HO COO - CH 3 H H H 3 N + HO COO - CH 3 + NH 3 OH H H racemat-1 (threo) racemat-2 (erythro) (b) Các cấu hình tơng ứng với racemat-1 là L- và D-threonin, với racemat-2 là L- và D-allothreonin, L- đợc 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- đợc gọi là L-allothreonin Tính lỡng tính 22.8 Viết cân bằng điện ly thể hiện tính lỡng tính của một amino axit trong nớc, cho biết điện tích của mỗi cấu tử. baztính axittính OH - + H 3 N + CHRCOOH H 3 N + CHRCOO - + H 2 O H 2 NCHRCOO - + H 3 O + cation A ion lỡng tính B anion C (+1) (0) (-1) 22.9 Hình 22-1 là đờng cong chuẩn độ cation alanin (cấu tử A trong bài 8, với R là Me) trong axit loãng. Cho biết giá trị gần đúng pK a của A và B. 0 1 2 2 4 6 8 10 12 pH l!ợng baz Giá trị pH thu đợc tại điểm giữa đờng cong trong phép chuẩn độ bằng pK của axit đợc chuẩn. Hình 22-1 (xem vị trí mũi tên) cho thấy rằng với A, pK a1 = 2,3 và với B, pK a2 = 9,7. 22.10 Tại sao pK a của A lớn gấp 100 lần pK a của MeCOOH ? Do hiệu ứng cảm ứng âm của N + làm bền hóa nhóm COO - . 22.11 (a) Điểm đẳng điện là gì ? (b) Dự đoán pH đẳng điện từ đờng cong chuẩn độ trong hình 22-1. (c) Cho biết cách tính điểm đẳng điện từ pK a . (a) Điểm đẳng điện (pI) là giá trị pH thu đựơc khi amino axit tồn tại ở dạng ion lỡng cực với điện tích bằng không. (b) 6,0. (c) pI = (pK a1 + pK a2 )/2. 22.12 Dới tác dụng của điện trờng, aminoaxit di chuyển về phía điện cực nào khi (a) pH < pI, (b) pH > pI và pH = pI ? Giải thích. (a) pH < pI : cation A chiếm u thế, nên di chuyển về phía catot, (b) pH > pI : anion C chiếm u thế nên di chuyển về phía anot và (c) khi pH = pI điện tích cân bằng nên amino axit không chuyển dịch. Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 3 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ 22.13 Viết cân bằng điện ly của lysin (một bazơ) và tính điểm đẳng điện của nó. Xem giá tri pK a trong bảng 22-2. COOH CHNH 3 (CH 2 ) 3 CH 2 NH 3 OH H COO CHNH 3 (CH 2 ) 3 CH 2 NH 3 OH H COO CHNH 2 (CH 2 ) 3 CH 2 NH 3 OH H COO CHNH 2 (CH 2 ) 3 CH 2 NH 2 (+2) (+1) (0) (-1) Điện tích tổng cộng của mỗi dạng đợc ghi trong ngoặc đơn ở trên, dạng có điện tích bằng không tồn tại giữa hai dạng có pK a tơng ứng là 8,95 và 10,53. Nh vậy pI = (8,95+10,53)/2 = 9,74. 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 2,17 9,13 5,65 Serin 2,21 9,15 5,68 Threonin 2,09 9,10 5,60 Amino axit Mạch nhánh ion pK ** a 1 pK a 2 pK a 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 a1 ứng với sự điện ly của nhóm cacboxyl và pK a2 ứng với sự điện ly của nhóm amoni. ** Trong tất cả các amino axit pK a1 ứng với sự điện ly của nhóm cacboxyl trong RCH( + NH 3 )COOH. 22.14 Lập lại bài tập 13 cho sự phân ly của axit aspatic. COOH CHNH 3 CH 2 COOH OH H COO CHNH 3 CH 2 COOH OH H COO CHNH 3 CH 2 COO OH H COO CHNH 2 CH 2 COO (+1) (0) (-1) (-2) Dạng có điện tích bằng không tồn tại giữa hai dạng có pK a tơng ứng là 1,88 và 3,65. Nh vậy pI = (1,88 + 3,65)/2 = 2,77. Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 4 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ 22.15 (a) Phân loại các amino axit trong bảng 22-1 theo ảnh hởng gốc R của chúng đến giá trị điểm đẳng điện pI. (b) pH trong dịch của tế bào có giá trị trong khoảng từ 6 đến 7, dạng nào của amino axit (cation, anion, l - ỡng cực) chiếm u thế trong tế bào ? (a) Các amino axit với gốc R trung hòa (hidrocacbon, amit, rợu) có giá trị pI nằm trong khoảng giống nhau (5,5 - 6,3). (b) Các amino axit chủ yếu tồn tại ở dạng lỡng cực, do pH của tế bào rất gần với giá trị pI của chúng. Giá trị điểm đẳng điện của các amino axit loại axit nằm trong khoảng axit, với pH từ 6 đến 7 chúng tồn tại phần lớn ở dạng anion. Giá trị điểm đẳng điện của các amino axit loại bazơ nằm trong khoảng bazơ, trong tế bào chúng nhận proton H + và tồn tại chủ yếu ở dạng cation. Cystein (chứa nhóm -SH) và tyrosin (chứa nhóm phenolic -OH) là những axit rất yếu, cả hai có pI trong khoảng 5 - 6 và đợc xếp vào loại amino axit trung hòa. 22.16 Viết công thức cấu tạo của histidin tại pH < 1,28 và viết phơng trình cho biết proton nào tách ra khi pH tăng đến trên 1,82. HN N H CH 2 CHCOOH NH 3 -H HN N H CH 2 CHCOO NH 3 ( H + tách ra từ nhóm cacboxyl) 22.17 Công thức phù hợp nhất cho mononatri glutamat (bột ngọt, một loại gia vị thờng đợc sử dụng) là gì ? Na + [ - OOCCH 2 CH 2 CH( + NH 3 )COO - ] 22.18 Trình bày phơng pháp tách và nhận biết amino axit trên cơ sở của sự điện di. Nếu đặt một băng giấy lọc tẩm ớt 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 và điện thế đợc áp dụng. Điện tích của phân tử lại phụ thuộc pH. Băng giấy lọc sẽ đổi 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 đợc amino axit. 22.19 Chọn pH để tách một hỗn hợp gồm axit aspatic, threonin và histidin bằng phơng pháp điện di. Giải thích sự lựa chọn đó. 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) nhờng proton tạo thành anion nên dịch chuyển về phía anot. Histidin (pI = 7,59) nhận proton tọa thành cation, di chuyển về phía catot. 22.20 Làm thế nào để tách lysin (pI = 9,6) ra khỏi glycin (pI = 5,97) bằng phơng pháp điện di ? 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. 22.21 Trình bày phơng pháp tách hỗn hợp amino axit bằng sắc kí trao đổi ion. Nhồi đầy cột bằng nhựa trao đổi ion có lớp chất mang trên bề mặt. Sử dụng nhựa trao đổi cation khi hầu hết các amino axit là cation (ví dụ R-SO 3 - Na + trao đổi ion Na + của nó với các amino axit tích điện dơng trong môi trờng axit). Quá trình tách diễn ra phụ thuộc tốc độ chuyển động xuống của các amino axit tích điện d- ơng khi xảy ra sự trao đổi ion. Tốc độ chuyển động tỉ lệ nghịch với độ lớn của điện tích dơng trong phân tử amino axit. Ví dụ các amino axit loại bazơ nh lysin, asginin và histidin có điện tích +2 tại pH = 3 sẽ trao đổi với Na + đầu tiên, chúng chịu lực hút mạnh nhất, di chuyển chậm nhất nên sẽ thu đựoc ở đỉnh cột. Các amino axit có mức điện tích trung gian +1 chịu lực hút ít hơn, di chuyển nhanh hơn nên bị hấp thụ phía cuối của cột. Sau đó quá trình rửa giải, thu hồi, phân tích mỗi phần và ghi nhận dữ liệu đợc thực hiện tự động nhờ máy phân tích amino axit. Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 5 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ Điều chế 22.22 Điều chế valin Me 2 CHCH( + NH 3 )COO - bằng : (a) phản ứng Hell-Volhard-Zelinsky, (b) kử amin hóa, (c) tổng hợp Gabriel. (a) Me 2 CHCH 2 COOH PBr / 2 Me 2 CHCHBrCOOH dNH 3 Val (b) Me 2 CHCOCOOH PtHNH // 2 3 Val (c) O C C O N CHBrCHMe 2 COOEt Me 2 CHCH 2 COOEt + Br 2 /P + O C C O N CHCHMe 2 COOEt H 3 O COOH COOH Val+ 22.23 Điều chế : (a) methionin, MeSCH 2 CH 2 CH( + NH 3 )COO - (Met) và (b) axit aspatic HOOCCH 2 CH( + NH 3 )COO - (Asp) từ dietylmalonat (DEM). Đầu tiên monobrom hóa DEM, rồi cho sản phẩm tác dụng với K phtalimit để tạo este N- phtalimidomalonic (B). (a) (EtOOC) 2 CH 2 2 Br (EtOOC) 2 CHBr (A) O C C O N K A -KBr O C C O N CH(COOEt) 2 -OEt MeSCH 2 CH 2 Cl H 3 O, Met (b) O C C O N C(COOEt) 2 H 3 O BrCH 2 COOEt OEt CH 2 COOEt Asp B 22.24 Điều chế : (a) leucin (Leu) và (b) tyrosin (Tyr) từ dietyl axetamidomalonat (C) DEM + HONO [O=N-CH(COOEt) 2 ] HO-N=C(COOEt) 2 OAc.2Pt/H.1 22 AcNHCH(COOEt) 2 (C) (a) C OEt BrCH 2 CHMe 2 AcNHC(COOEt) 2 CH 2 CHMe 2 NaOH 1. 2 H 3 O, t Me 2 CHCH 2 CH(NH 3 )COO (b) C OEt p-AcOC 6 H 4 CH 2 Cl AcNHC(COOEt) 2 CH 2 C 6 H 4 OAc-p NaOH 1. 2 H 3 O, t p-HOC 6 H 4 CH 2 CH(NH 3 )COO 22.25 Sử dụng tổng hợp Strcker để điều chế phenylalanin (Phe) Sử lý một andehit với NH 3 và CN - tạo ra một -aminonỉtil, thủy phân chất này tạo sản phẩm là một - amino axit . PhCH 2 CHO 3 21 NHCN PhCH 2 CH(NH 2 )CN + OHtOH 3 21 .,. PhCH 2 CH( + NH 3 )COO - (Phe) 22.26 Nếu các bớc tổng hợp Strecker tạo một amino axit. R-CHO+:NH 3 R-CH=NH CN R-CH( - NH)CN OH 2 RCH(NH 2 )CN + OH 3 RCH( + NH 3 )COO - imin -aminonỉtil -amino axit Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 6 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ 22.27 Viết công thức cấu tạo các chất từ G đến I : MeSH +CH 2 =CHCHO G 324 CO)NH/(NaCN [H] NaOH I G là MeSCH 2 CH 2 CHO, hình thành do cộng kiểu Michael; H là sản phẩm tổng hợp Streker sau đó tạo sản phẩm là methionin I. [MeSCH 2 CH 2 CH(NH 2 )CN] MeSCH 2 CH 2 CH( + NH 2 )COO - H I 22.28 Trình bày phơng pháp tổng hợp prolin từ axit hexandioic (axit adipic). Chuyển một nhóm -COOH thành -NH 2 qua thoái phân Hofmann. Nhóm -CH 2 COOH còn lại chuyển thành -CHBrCOOH bằng phản ứng Hell-Volhard-Zelinsky, sau đó khép vòng S N 2. HOOC(CH 2 ) 3 CH 2 COOH 322 NH.2ClSO.1 H 2 NCO(CH 2 ) 3 CH 2 COOH KOH/Br 2 H 2 N(CH 2 ) 3 CH 2 COOH P/Br 2 H 2 N(CH 2 ) 3 CHBrCOOH 2 N Stửphannội Pro 22.29 Mô tả hai phơng pháp chuyển hỗn hợp racemic của amino axit thành các đối quang của chúng. Phải sử dụng một tác nhân bất đối. (1) Nhóm -NH 3 + của amino axit racemic đợc dấu bằng cách chuyển thành một amit, sau đó cho nhóm -COOH tự do phản ứng với một đối quang của một bazơ bất đối. Hai muối là đồng phân dia đợc hình thành qua sự kết tinh phân đoạn. Sau đó tách bazơ và thủy phân nhóm amit. Cũng có thể este hóa nhóm -COO - , sau đó một đồng phân đối quang của một axit bất đối đợc sử dụng để hình thành hai muối amoni là đồng phân dia. Kết tinh phân đoạn, tách axit và thủy phân hoàn toàn este. (2) Phản ứng của một đối quang đợc xúc tác bởi enzim. Đầu tiên, amino axit đợc chuyển thành dẫn xuất N- axetyl. Sau đó ủ với một lợng nhỏ enzim, enzim này làm xúc tác cho quá trình thủy phân L-amino axit đã đợc axetyl hóa, trong khi D-amino axit không đổi. Tách L-amino axit ra khỏi N-acetyl-D-amino axit có thể làm đợc dễ dàng do amino axit là một chất lỡng tính còn amit lại là axit. Thủy phân cẩn thận N-acetyl-D- amino axit (để tránh hiện tợng racemic hóa) thu đợc D-amino axit. 22.30 (a) Sử dụng enzim transaminaza để điều chế một -amino axit bất đối nh thế nào ? (b) Viết chất tham gia phản ứng điều chế axit aspartic bất đối bằng phản ứng chuyển vị amin này. (c) Cho biết đặc thù lấp thể của nó. (a) Trong sự có mặt của enzim transaminaza, axit L-glutamic phản ứng với -xetoaxit cơ sở của L-amino axit cần điều chế trong sự chuyển đổi đặc thù lập thể mà vẫn giữ tính bất đối (bài tập 84). Đặc trng là Glu đã nhờng nhóm amin trong quá trình chuyển vị amin. RCOCOOH + HOOCCH 2 CH 2 CH( + NH 3 ) 3 COO - azaminTransa RCH( + NH 3 )COO - + HOOCCH 2 CH 2 COCOOH -xetoaxit axit L-glutamic L-aminoaxit axit -xetoglutaric (b) HOOCCH 2 COCOOH axit oxaloaxxetic (c) Axit aspatic có cấu hình L do cấu hình đợc giữ nguyên trong quá trình chuyển vị amin 22.31 (a) Quan hệ giữa chất tham gia và sản phẩm trong phản ứng chuyển vị amin là gì ? (b)Cần dùng -xetoaxit nào để tạo (i) alanin, (ii) leucin, (iii) serin và (iv) glutamin ? (c) Amino axit nào không thể điều chế bằng phơng pháp chuyển vị amin ? (a) axit glutamic + axit oxaloaxetic axit -xetoglutaric + axit aspatic oxi hóa -1 khử -1 khử - 2 oxi hóa - 2 (b) (i) CH 3 COCOOH (ii) (CH 3 ) 2 CHCH 2 COCOOH (iii) HOCH 2 COCOOH (iv) H 2 NCOCH 2 CH 2 COCOOH (c) Prolin và hydroxyprolin, do chúng là amin bậc 2, chỉ có các amin bậc 1 mới tham gia loại phản ứng này. 22.32 Từ axit acrilic điều chế : (a) axit -aminobutyric, chất truyền thông tin thần kinh có tên gọi GABA, và (b) axit -aminopropionic (-alanin), một thành phần của vitamin B 3 (axit pantothenic C 9 H 17 O 5 N). (a) Nhóm CN - phản ứng với axit acrilic bằng phản ứng cộng kiểu Michael đa thêm nhóm -NH 2 và C vào : CN - + H 2 C=CHCOO - OH/OH 2 NCCH 2 CH 2 COO - + H.2Pd/H.1 2 H 3 N + CH 2 CH 2 CH 2 COO - (b) H 3 N: + H 2 C=CHCOO - H 2 NCH 2 CH 2 COO - + H H 3 N + CH 2 CH 2 COO - Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 7 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ phản ứng 22.33 (a) Cho biết sản phẩm của phản ứng giữa alanin MeCH( + NH 3 )COO - với : (i) (CH 3 CO) 2 O, (ii) EtOH/HCl, (iii) PhCOCl/NaOH, và (iv) Ba(OH) 2 . (b) Cho biết sản phẩm của phản ứng giữa HONO với (i) RCH( + NH 3 )COO - và (ii) RCH(NH 2 )COOEt. (a) Amino axit tham gia phản ứng theo tính chất đặc trng của nhóm cacboxyl và nhóm amin (i) CH 3 CONHCHMeCOOH (N-axyl hóa) (iii) PhCONHCHMeCOO - Na + (N-axyl hóa và tạo muối) (ii) Cl - H 3 N + CHMeCOOEt (este hóa) (iv) (H 2 NCHMeCOO) 2 - Ba 2+ (tạo muối) (b) (i) HOCHRCOOH + N 2 và (ii) - N= + N=CRCOOEt (tạo este etyl của axitdiazo bởi sự mất nguyên tử H ). 22.34 Khi đun nóng, amino axit đề hidrat hóa liên phân tử tạo diamit vòng. (a) Viết sản phẩm phản ứng nếu xuất phát từ glyxin. (b) Khi đun nóng este metyl của rac-alanin thì tạo thành hai đồng phân lập thể dia, một trong hai phân tử có khả năng quang hoạt. Viết công thức cấu tạo và cho biết hóa học lập thể của chúng. Dạng cis có thể phân ly đợc (a) NH HN OO (b) N N O O Me H Me H N N O O Me H H Me tâm đối xứng cis, racemic trans, mezo 22.35 Cho biết cấu tạo sản phẩm tạo thành khi đun nóng : (a) -amino axit, (b) -amino axit, (c) -amino axit và (d) -amino axit. (a) RCH=CHCOO - NH 4 + (b) H N C O OH H N C O H - H 2 O nhiệt (c) - H 2 O H N C O H H N C O H nhiệt (d) + NH 3 (CH 2 ) 5 COO - -NH(CH 2 ) 5 CO-NH-(CH 2 ) 5 CO- (nylon 6) Sự khép vòng nội phân tử 7 cạnh xảy ra khó khăn, nên đã dễ dàng xảy ra phản ứng liên phân tử. Vì chất đầu có hai nhóm chức, nên đã xảy quá trình polime hóa. 22.36 Điều chế (a) este etyl N-acetylphenylalanin và (b) este metyl N-benzoylhistidin từ amino axit tơng ứng. (a) PhCH 2 CH( + NH 3 )COO - + EtOH 42 SOH PhCH 2 CH( + NH 3 )COOEt Py/OAc 2 PhCH 2 CH(NHCOCH 3 )COOEt Quá trình axyl hóa nhóm amin xảy ra sau quá trình este hóa để tránh sự thủy phân liên kết peptit trong môi trờng axit (của phản ứng este hóa). (b) N N H CH 2 CHCOO - NH 3 PhCOCl OH HCl N N H CH 2 CHCOO NHCOPh CH 2 N 2 + 1. 2. N N H CH 2 CHCOOMe NHCOPh Do quá trình este quá đợc tiến hành bằng CH 2 N 2 nên có thể axyl hóa trớc. Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 8 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ Peptit và protein 22.37 (a) Liên kết peptit là gì ? (b) Phân biệt một peptit, oligopeptit, polipepetit và protein. (c) Cho biết phơng thức chuẩn mô tả trật tự liên kết của các aminoaxit trong phân tử peptit. (d) Gọi tên tripeptit Tyr.Thr.Try. (a) Liên kết peptit (amit) : C N O H (b) Peptit là một amit đợc hình thành bằng phản ứng liên phân tử giữa nhóm amin của amino axit thứ nhất với nhóm cacboxyl của amino axit thứ hai. 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 đợc gọi là oligopeptit. Polipepetit là một mạch gồm nhiều amino axit. Trong thực tế sử dụng thờng không phân biệt rõ ràng hai thuật ngữ peptit và polipeptit. Protein cấu thành từ một hay nhiều mạch peptit mà mỗi mạch nh vậy chứa tới vài trăm amino axit. Tổng số mắt xích có thể dao động từ 50 đến trên 1000. (c) Theo qui định, amino axit chứa nhóm amin tự do (N-đầu mạch) đợc viết bên trái và amino axit chứa nhóm cacboxyl tự do (C-cuối mạch) đợc viết bên phải. Tiếp vị ngữ "in" đợc 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) là đợc giữ nguyên. (d) Tyrosylthreonyltryptophan (Chú ý rằng tryptophan là amino axit duy nhất có tên gọi không kết thúc bằng "in"). 22.38 (a) Gọi tên các dipeptit khác nhau đợc hình thành từ alanin và glyxin. (b) Sử dụng alanin, glyxin và tyrosin có thể tạo đợc bao nhiêu tripeptit ? (c) Trong số các peptit của câu (b) có bao nhiêu phân tử đồng thời chứa cả 3 loại amino axit ? (d) Có bao nhiêu tetrapeptit đợc hình từ 3 amino axit của câu (b) ? (a) Bốn dipeptit : Ala.Ala; Ala.Gly; Gly.Ala; Gly.Gly. (b) 3ì3ì3 = 3 3 = 27 tripeptit. (c) 3ì2ì1 = 3! = 6 tripeptit. (d) 3 4 = 81 tetrapeptit. 22.39 Giải thích tại sao liên kết C-N trong nhóm peptit lại ngắn hơn và bền hơn liên kết đơn C-N thông thờng và tại sao việc quay liên kết này bị hạn chế ? Liên kết C-N của peptit có một phân tính chất của liên kết đôi do sự dịch chuyển electron không liên kết trên nguyên tử N về phía nguyên tử O của nhóm C=O, các nguyên tử trong nhóm CO-N đồng phẳng. 22.40 Viết công thức cấu tạo cho (a) alanylvalin và (b) valylalanin (a) MeCH( + NH 3 )CO-NHCH(CHMe 2 )COO - (b) Me 2 CH CH( + NH 3 )CO- NHCH(Me)COO - 22.41 Cho nhận xét về quá trình tổng hợp đợc đề nghị dới đây : H 3 N + CHRCOO - 2 SOCl H 3 N + CHRCOCl H 3 N + CHRCOCl + H 3 N + CHR'COO - H 3 N + CHRCONHCHR'COO - Trong quá trình cộng tạo ra sản phẩm mong muốn, phân tử clorua axit sẽ phản ứng với phân tử khác tạo dipeptit, sau đó các dipeptit lại phản ứng tiếp tạo peptit cao hơn : H 3 N + CHRCOCl + H 3 N + CHRCOCl H 3 N + CHRCONHCHRCOCl Nếu không bảo vệ nhóm amin thì không thể đảm bảo rằng phân tử chỉ phản ứng ở nhóm -COOH của nó. Đồng thời cũng nên để ý rằng HCl sinh ra trong sản phẩm sẽ gây ra sự racemic hóa và tạo điều kiện cho phản ứng thủy phân liên kết peptit xảy ra. Nh vậy quá trình tổng hợp trên là không thể đợc. 22.42 Nêu nguyên tắc bảo vệ nhóm chức trong tổng hợp peptit. Trớc hết, các nhóm amin và cacboxyl không tham gia liên kết peptit phải đợc che để không còn khả năng phản ứng, sau đó che luôn các nhóm chức có khả năng phản ứng trong gốc R, để ngăn cản không cho chúng tham gia vào các bớc tổng hợp kế tiếp. Phơng pháp bảo vệ đợc chọn ở đây phải không gây ra sự racemic hóa và không làm biến đổi cấu trúc hóa học của mạch nhánh. Sau khi hoàn thành quá trình tổng hợp, các nhóm đã bảo vệ phải đợc giải phóng trở lại nh lúc đầu bằng một phơng pháp thật em dịu để đảm bảo không gây ra sự sắp xếp lại, sự racemic hóa hay sự phân cắt liên kết peptit. 22.43 (a) Cho biết sản phẩm tạo thành trong phản ứng giữa p-toluensulfonyl clorua với một amino axit. (b) Làm thế nào để giải phóng nhóm tosyl ? (c) Có nhóm chức nào khác bị khử ? (a) H 3 N + CHRCOO - HCl.2NaOH,TsCl.1 p-MeC 6 H 4 SO 2 NHCHRCOOH (b) Na trong NH 3 lỏng. Riêng nhóm sulfonyl thơm bị khử. Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 9 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ (c) Bất cứ este của axit cacboxilic nào : -COOR -CH 2 OH (+HOR), nhóm disulfua : -S-S- 2-SH 22.44 (a) Benzyl clocacbonat PhOCOCl (cũng còn gọi là cacbobenzoxy clorua - CBzCl) là một tác nhân thông dụng bảo vệ nhóm amin của một amino axit. Viết công thức cấu tạo sản phẩm phản ứng của nó với một amino axit. (b) Làm thế nào để giải phóng nhóm này ? (a) PhCH 2 O-CO-NH-CH(R)COOH (A), hoặc CBz-NH-CH(R)COOH. Sản phẩm là một uretan (một cacbamat), hoặc semieste và semiamit của axit cacbonic. (b) Thủy phân có xúc tác tách liên kết benzyl-O hình thành một axit cacbamic không bền, axit này tiếp tục đề cacboxilat hóa. A Pd/H 2 PhCH 3 + [HOOCNHCHRCOOH] CO 2 + RCH( + NH 3 )COO - Nếu mạch nhánh chứa S (một chất độc đối với xúc tác Pd) thì khi đó phải dùng Na trong NH 3 lỏng. 22.45 Một nhóm khác có thể bảo vệ nhóm -NH 2 là t-butoxycacbonyl (Boc) t-BuO C =O, xuất phát từ t-butylcacbonat hoặc t-butoxycacbonyl azit. (a) Viết công thức cấu tạo dẫn xuất Boc của một amino axit. (b) Làm thế nào để giải phóng nhóm này ? (a) t-BuOCO-NHCHRCOOH (b) Vì nhóm bảo vệ là một este t-butyl nên có thể thủy phân dễ dàng trong axit khan (CF 3 COOH hoặc HBr trong HOAc). Quá trình tách tạo t-Bu + và một axit cacbamic, axit này phân hủy cho ra CO 2 và amino axit. C O t-BuO NHCH R COOH t-Bu + + C NHCH R COOH O OH CO 2 +H 3 N + CHRCOO - +Me 2 C=CH 2 + H + 22.46 Tổng hợp dipeptit glyxylprolin CBzCl + H 3 N + CH 2 COO - HCl CBzNHCH 2 COOH 5 PCl CBzNHCH 2 COCl OH/olinPr NCBzNHCH 2 C H COO O Pt/H 2 NH 3 NCH 2 C H COO O + CO 2 + PhCH 3 22.47 Làm thế nào để bảo các nhóm chức trên mạch nhánh sau trong suốt quá trình tổng hợp peptit ? Làm thế nào để giải phóng chúng ? (a) -OH trong serin, (b) -SH trong cystein, (c) -COOH trong axit glutamic, (d) -NH 2 trong lysin, (e) imidazyl trong histidin, và (f) guanadyl trong argenin Xem bảng 22-3 Nhóm cần đợc bảo vệ Nhóm bảo vệ Phơng pháp giải phóng (a) -OH acetyl benzyl kiềm yếu H 2 /Pd (b) -SH benzyl Na trong NH 3 lỏng (c) -COOH este metyl hoặc etyl este benzyl kiềm yếu kiềm yếu , H 2 /Pd (d) -NH 2 Cbz Boc p-toluensulfonyl H 2 /Pd CF 3 COOH, HBr trong HOAc Na trong NH 3 lỏng (e) N N H N - benzyl Na trong NH 3 lỏng (f) -NH-C(NH 2 )=NH H + trung hòa 22.48 Nguyên tắc hoạt hóa nhóm cacboxyl cuối mạch với mẫu thử. Chuyển nhóm -COOH thành nhóm este hoạt động -COOR, với R là nhóm dễ giải phóng nh p-O 2 NC 6 H 4 - hoặc một thioeste RCOSC 6 H 4 NO 2 -p. Hình thành một hợp chất axyl hoạt động nh AA-COZ, với Z là -O- PO(OR) 2 , -OCOR hoặc -N 3 . Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 10 [...]... một luợng d HS-CH2-CH2-OH (a) Viết phơng trình phản ứng giữa RS-SR với 2-mecaptoetanol và giải thích tại sao phải dùng d nhiều 2-mecaptoetanol (b) Cho biết phản ứng này đợc sử dụng nh thế nào trong quá trình xác định trật tự liên kết của các aminoaxit trong các protein (a) RS-SR + 2 HS-CH2-CH2-OH 2RSH + HO-CH2-CH2-S-S-CH2-CH2-OH Dùng d 2-mecaptoetanol làm cân bằng trên chuyển dịch nhiều hơn theo chiều... chuỗi polistiren (-CH2 -CHPh-)n Tuy nhiên, với vòng benzen phải có nhóm thế p- CH2Cl nhô ra ngoài bề mặt Pha rắn có thể biểu diễn là [P]-CH 2Cl, với [P] là mạch chính polystiren Mạch peptit sau khi bảo vệ nhóm amin bằng Boc sẽ bắt đầu liên kết với pha rắn từ C-cuối mạch tạo este benzyl, sau đó giải phóng nhóm Boc [P]-CH2Cl + -OOCCHRNHBoc Cl [P]-C6H4-CH2OOCCHRNHBoc CF COOH 3 [P]-C6H4-CH2OOCCHRNH2... axit N-đầu mạch do hiện tợng huỳnh quang 22.57 (a) Viết phản ứng của thuốc thử Sanger , 1-flo-2,4-dinitrobenzen (DNFB), với một mạch peptit Pep-NHCOCHRNH3+ (b) Phản ứng này đợc sử dụng để xác định N-đầu mạch nh thế nào ? F NO2 + H3NCHRCONH-Pep (a) NO2 NHCHRCONH-Pep NO2 + HF NO2 (b) Thủy phân N-DNP-peptit trong môi trờng axit thành các amino axit thành phần và N2,4-dinitrophenylaminoaxit (N-DNP-aa,... Dithiothreiton, HS-CH2-CHOH-CHOH-CH2-SH (A) , có chức năng giống nh 2-mecaptoetanol (xem bài 22.69) (a) Viết phơng trình phản ứng giữa R-S-S-R với A (b) Giải thích tại sao phản ứng ứng này xảy ra mạnh theo chiều thuận ? HO (a) RS SR + HO SH SH HO 2RSH + HO S S K = 104 (b) Sự khép vòng làm phản ứng này có lợi về entropi hơn so với phản ứng trong câu 22.69 Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 14 Amino... của một số hữu hạn các amino axit C-cuối mạch Trờng THPT chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng 12 Amino axit, Peptit và Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ 22.60 (a) Viết phản ứng thoái phân Edman của Pep-NHCOCHRNH3+ (b) u thế của việc sử dụng thoái phân Edman xác định amino axit N-đầu mạch là gì ? (a) Trong thoái phân Edman, PhN=C=S phản ứng với -NH2 của amino axit N-cuối mạch PhN OH- PhN=C=S... Gly.Ala Viết công thức có thể có của A Tác dụng với HNO2 không giải phóng N2 cho thấy A không có N-đầu mạch và A phải là một peptit vòng Một phần trật tự phải có của A là Gly.Ala.Gly, còn các aminoaxit Phe và Val hì có thể có hai thứ tự liên kết khác nhau : Gly.Ala.Gly Phe.Val 22.69 Gly.Ala.Gly hoặc Val.Phe Có thể khử liên kết disunfua thành -SH khi cho tác dụng với một luợng d HS-CH2-CH2-OH (a) Viết phơng... trong amino axit còn lại 22.61 Cho biết cyanobromua Br-CN đợc sử dụng trong việc tách chọn lọc một peptit nh thế nào ? Pep1-HN O C HC NH-Pep2 N H2C -Br- O C CH NH-Pep2 -MeSCN H2C CH2 S CH2SMe + C NH-Pep2 CH H2C O H3O CN Me Br Pep1-HN 22.62 Pep1-HN Pep1-HN + H2C C H2 O CH + Pep2-NH3 O C H2 Các ekephalin là cấu tử pentapeptit của các endorphin Xác định trật tự các aminoaxit trong ekephalin từ các dữ... với 2,4-dinitroflobenzen và X chỉ có một nhóm cacboxyl tự do Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu đợc alanin Xác định công thức cấu tạo của B Thủy phân B nhờ enzim cacboxipeptidaza thu đợc alanin aminoaxit C-cuối mạch là Ala và nh vậy tripeptit B có cấu tạo theo trật tự : Glu-Glu-Ala B không phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen và B chỉ có một nhóm cacboxyl tự do nhóm -NH2 của aminoaxit N-đầu mạch... với aa là amino axit N-đầu mạch), chất này có màu vàng, đem sắc kí so sánh với mẫu chuẩn ta biết đợc amino axit N-đầu mạch 22.58 Nhóm -NH2 của lysin cũng phản ứng với dansylclorua (và thuốc thử Sanger) (a) Lysin N-đầu mạch khác gì so với lysin phía trong mạch peptit ? (b) Lysin trong mạch khác gì các amino axit N-đầu mạch không có thêm nhóm bazơ ? (a) Sau khi thủy phân, lysin N-cuối mạch đợc tách ra... Protein - 3000 bài tập có lời giải Hóa Học Hữu Cơ 22.49 Việc hoạt hóa C-cuối mạch của một amino axit, sau đó kết hợp với một amino axit thứ hai đợc thực hiện bởi tác nhân dixclohexylcacbodiimit (DCC) C 6H11-N=C=N- C6H11 (a) Viết công thức cấu tạo sản phẩm của phản ứng giữa DCC với RCOOH (b) Viết phản ứng giữa sản phẩm thu đợc ở câu (a) và một amin R'NH 2 (c) Giải thích phản ứng này (a) RCOOH + C6H11-N=C=N- . Glu(NH 2 ) H 2 NOC-(CH 2 ) 2 -CH( + NH 3 )COO - Diaminomonocacboxylic Lysin * Lys H 3 N + -( CH 2 ) 4 -CH(NH 2 )COO - Hydroxylizin Hylys H 3 N + -CH 2 -CHOH-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2 )COO - Arginin * Arg. tự liên kết của các aminoaxit trong các protein. (a) RS-SR + 2 HS-CH 2 -CH 2 -OH 2RSH + HO-CH 2 -CH 2 -S-S-CH 2 -CH 2 -OH Dùng d 2-mecaptoetanol làm cân bằng trên chuyển dịch nhiều hơn theo. H 3 N + CH(CHOHCH 3 )COO - Monoaminodicacboxylic và dẫn xuất amit Axit aspatic Asp HOOC-CH 2 -CH( + NH 3 )COO - Asparagin Asp(NH 2 ) H 2 NOC-CH 2 -CH( + NH 3 )COO - Axit glutamic Glu HOOC-(CH 2 ) 2 -CH( + NH 3 )COO - Glutamin