Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Amine, amino acid, peptide và protein
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em phân loại được amine theo bậc, so sánh đúng tính base giữa amine béo và aniline, viết được phản ứng lưỡng tính của amino acid, xác định số liên kết peptide trong một chuỗi, và giải thích được phản ứng biuret dùng nhận biết protein.
Kiến thức nền cần nhớ
Same-grade bridge: Course 3 (Amine) và Course 4 (Amino acid, peptide, protein) đã dạy amine là sản phẩm thế H trong $NH_3$ bằng gốc hydrocarbon, còn amino acid mang đồng thời nhóm $-NH_2$ và $-COOH$. Bài ôn tập này nối hai mạch kiến thức đó lại: amino acid chính là một amine đặc biệt, và peptide/protein là chuỗi nhiều amino acid nối với nhau.
Khởi động
Cá tanh vì trong thịt cá có amine bay hơi. Khi vắt chanh hoặc rưới giấm lên cá trước khi chế biến, mùi tanh giảm hẳn. Phản ứng hoá học nào đã xảy ra để làm mất mùi amine như vậy?
Kiến thức trọng tâm
Amine được phân loại theo **bậc** — số nguyên tử H trong $NH_3$ bị thay bằng gốc hydrocarbon: $CH_3NH_2$ là amine bậc I (một H bị thế), $(CH_3)_2NH$ là bậc II, $(CH_3)_3N$ là bậc III. Amine béo (gốc hydrocarbon no, ví dụ $CH_3NH_2$, $C_2H_5NH_2$) có tính base **mạnh hơn** $NH_3$ vì gốc alkyl đẩy electron về phía N, làm quỳ tím ẩm hoá xanh. Aniline $C_6H_5NH_2$ (amine thơm) lại có tính base **yếu hơn** $NH_3$, vì vòng benzene hút bớt mật độ electron của N vào vòng, không đủ làm quỳ tím đổi màu. Bù lại, chính vòng benzene được hoạt hoá mạnh khiến aniline phản ứng thế dễ dàng với nước brom ngay ở nhiệt độ thường, tạo kết tủa trắng 2,4,6-tribromoaniline — phản ứng dùng để nhận biết aniline.
Amino acid mang đồng thời nhóm base ($-NH_2$) và nhóm acid ($-COOH$) trong cùng phân tử nên có tính **lưỡng tính**: phản ứng được cả với acid mạnh và base mạnh. Trong dung dịch, amino acid tồn tại chủ yếu ở dạng **ion lưỡng cực** (zwitterion) $H_3N^+-CH_2-COO^-$ do chính nhóm $-COOH$ nhường proton cho nhóm $-NH_2$ ngay trong nội bộ phân tử.
Hai hay nhiều amino acid nối với nhau qua **liên kết peptide** $-CO-NH-$ (nhóm $-COOH$ của amino acid này phản ứng với nhóm $-NH_2$ của amino acid kia, giải phóng một phân tử $H_2O$) tạo thành đipeptide, tripeptide... Protein là polypeptide bậc cao, có cấu trúc không gian phức tạp (bậc 1 đến bậc 4) quyết định chức năng sinh học. Protein bị **đông tụ** (mất cấu trúc, kết tủa không hồi phục) khi đun nóng, hoặc gặp acid/base mạnh, hoặc muối kim loại nặng — đây cũng là lí do muối kim loại nặng (chì, thuỷ ngân) độc với cơ thể: chúng làm đông tụ protein trong tế bào. Phản ứng **biuret** — protein tác dụng $Cu(OH)_2$ trong môi trường kiềm cho **màu tím đặc trưng** — là phép thử tiêu chuẩn để nhận biết protein trong phòng thí nghiệm.
Cấu trúc bậc của protein cũng đáng chú ý thêm: bậc 1 là trình tự các amino acid nối nhau bằng liên kết peptide dọc theo mạch; bậc 2 là cách mạch đó cuộn xoắn hoặc gấp nếp cục bộ nhờ liên kết hydrogen giữa các nhóm $-CO-$ và $-NH-$ trên cùng mạch; bậc 3 là hình dạng không gian ba chiều hoàn chỉnh của toàn phân tử; bậc 4 chỉ xuất hiện khi protein gồm nhiều chuỗi polypeptide kết hợp lại. Chính cấu trúc không gian bậc cao này — chứ không chỉ trình tự amino acid — quyết định chức năng sinh học của protein, và cũng là lí do khi đun nóng hay gặp acid mạnh, cấu trúc bậc cao bị phá vỡ (đông tụ) dù liên kết peptide ở bậc 1 vẫn còn nguyên.
Ví dụ
Viết phản ứng lưỡng tính của amino acid
1
Viết phương trình phản ứng của glycine $H_2NCH_2COOH$ với: (a) dung dịch HCl; (b) dung dịch NaOH.
2
Nhóm $-NH_2$ đóng vai trò base, nhận proton từ HCl: $H_2NCH_2COOH + HCl \to ClH_3NCH_2COOH$.
3
Nhóm $-COOH$ đóng vai trò acid, phản ứng với NaOH: $H_2NCH_2COOH + NaOH \to H_2NCH_2COONa + H_2O$.
4
Glycine phản ứng được với cả hai loại thuốc thử trái ngược nhau — đây chính là minh chứng trực tiếp cho tính lưỡng tính, và cũng là cách nhanh nhất để nhận biết một hợp chất là amino acid trong phòng thí nghiệm.
Ví dụ
Bảo toàn khối lượng trong bài toán hỗn hợp amine
1
Cho 0,1 mol hỗn hợp hai amine no, đơn chức, bậc I tác dụng vừa đủ với dung dịch HCl, thu được 8,15 gam hỗn hợp muối. Tính khối lượng hỗn hợp amine ban đầu.
2
Amine đơn chức phản ứng theo tỉ lệ $1:1$ với HCl: $RNH_2 + HCl \to RNH_3Cl$, nên $n(HCl) = n(\text{amine}) = 0{,}1$ mol.
3
Theo định luật bảo toàn khối lượng: $m(\text{amine}) + m(HCl) = m(\text{muối})$.
Vậy khối lượng hỗn hợp amine ban đầu là 4,5 gam. Cách làm này không cần biết đích danh từng amine trong hỗn hợp là gì — chỉ cần bảo toàn khối lượng và đúng tỉ lệ mol phản ứng, một kĩ thuật giải nhanh rất hay gặp ở câu hỏi trắc nghiệm hỗn hợp.
Sai lầm thường gặp
Sai lầm thường gặp: cho rằng MỌI amine đều làm quỳ tím hoá xanh. Aniline và các amine thơm là ngoại lệ quan trọng — tính base của chúng yếu hơn cả $NH_3$ nên không đủ làm đổi màu quỳ tím. Ngoài ra, nhiều em quên rằng amino acid phản ứng lưỡng tính là phản ứng của TỪNG nhóm chức riêng biệt, không phải phản ứng đồng thời cả hai nhóm trong cùng một phương trình.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Amine béo: base mạnh hơn $NH_3$, quỳ hoá xanh. Aniline: base yếu hơn $NH_3$, không đổi màu quỳ, nhưng phản ứng thế dễ với nước brom. Amino acid lưỡng tính, tồn tại dạng ion lưỡng cực. Peptide nối bằng liên kết $-CO-NH-$; protein đông tụ khi đun nóng/acid/base/kim loại nặng, nhận biết bằng phản ứng biuret (màu tím).
Mẹo liên hệ thực tế: khi đề bài hỏi về mùi tanh của cá, hãy nghĩ ngay đến amine — chuỗi lập luận chuẩn là amine + acid (giấm, chanh) → muối tan, không bay hơi → hết mùi. Kiểu liên hệ thực tế như vậy xuất hiện rất thường xuyên ở phần đầu câu hỏi trắc nghiệm nhiều lựa chọn của đề thi.
Bài tiếp theo chuyển sang polymer — nơi các phân tử nhỏ (monomer, trong đó có cả amino acid như vừa học) nối tiếp nhau tạo thành mạch phân tử khổng lồ, nguyên lí cấu tạo cơ bản đằng sau chất dẻo, cao su và tơ sợi trong đời sống hằng ngày.
Same-grade bridge: Course 3 (Amine) và Course 4 (Amino acid, peptide, protein) đã dạy amine là sản phẩm thế H trong NH3 bằng gốc hydrocarbon, còn amino acid mang đồng thời nhóm −NH2 và −COOH. Bài ôn tập này nối hai mạch kiến thức đó lại: amino acid chính là một amine đặc biệt, và peptide/protein là chuỗi nhiều amino acid nối với nhau.
Amine được phân loại theo bậc — số nguyên tử H trong NH3 bị thay bằng gốc hydrocarbon: CH3NH2 là amine bậc I (một H bị thế), (CH3)2NH là bậc II, (CH3)3N là bậc III. Amine béo (gốc hydrocarbon no, ví dụ CH3NH2, C2H5NH2) có tính base mạnh hơnNH3 vì gốc alkyl đẩy electron về phía N, làm quỳ tím ẩm hoá xanh. Aniline C6H5NH2 (amine thơm) lại có tính base yếu hơnNH3, vì vòng benzene hút bớt mật độ electron của N vào vòng, không đủ làm quỳ tím đổi màu. Bù lại, chính vòng benzene được hoạt hoá mạnh khiến aniline phản ứng thế dễ dàng với nước brom ngay ở nhiệt độ thường, tạo kết tủa trắng 2,4,6-tribromoaniline — phản ứng dùng để nhận biết aniline.
Amino acid mang đồng thời nhóm base (−NH2) và nhóm acid (−COOH) trong cùng phân tử nên có tính lưỡng tính: phản ứng được cả với acid mạnh và base mạnh. Trong dung dịch, amino acid tồn tại chủ yếu ở dạng ion lưỡng cực (zwitterion) H3N+−CH2−COO− do chính nhóm −COOH nhường proton cho nhóm −NH2 ngay trong nội bộ phân tử.
Hai hay nhiều amino acid nối với nhau qua liên kết peptide−CO−NH− (nhóm −COOH của amino acid này phản ứng với nhóm −NH2 của amino acid kia, giải phóng một phân tử H2O) tạo thành đipeptide, tripeptide... Protein là polypeptide bậc cao, có cấu trúc không gian phức tạp (bậc 1 đến bậc 4) quyết định chức năng sinh học. Protein bị đông tụ (mất cấu trúc, kết tủa không hồi phục) khi đun nóng, hoặc gặp acid/base mạnh, hoặc muối kim loại nặng — đây cũng là lí do muối kim loại nặng (chì, thuỷ ngân) độc với cơ thể: chúng làm đông tụ protein trong tế bào. Phản ứng biuret — protein tác dụng Cu(OH)2 trong môi trường kiềm cho màu tím đặc trưng — là phép thử tiêu chuẩn để nhận biết protein trong phòng thí nghiệm.
Cấu trúc bậc của protein cũng đáng chú ý thêm: bậc 1 là trình tự các amino acid nối nhau bằng liên kết peptide dọc theo mạch; bậc 2 là cách mạch đó cuộn xoắn hoặc gấp nếp cục bộ nhờ liên kết hydrogen giữa các nhóm −CO− và −NH− trên cùng mạch; bậc 3 là hình dạng không gian ba chiều hoàn chỉnh của toàn phân tử; bậc 4 chỉ xuất hiện khi protein gồm nhiều chuỗi polypeptide kết hợp lại. Chính cấu trúc không gian bậc cao này — chứ không chỉ trình tự amino acid — quyết định chức năng sinh học của protein, và cũng là lí do khi đun nóng hay gặp acid mạnh, cấu trúc bậc cao bị phá vỡ (đông tụ) dù liên kết peptide ở bậc 1 vẫn còn nguyên.
Viết phương trình phản ứng của glycine H2NCH2COOH với: (a) dung dịch HCl; (b) dung dịch NaOH.
Nhóm −NH2 đóng vai trò base, nhận proton từ HCl: H2NCH2COOH+HCl→ClH3NCH2COOH.
Nhóm −COOH đóng vai trò acid, phản ứng với NaOH: H2NCH2COOH+NaOH→H2NCH2COONa+H2O.
Amine đơn chức phản ứng theo tỉ lệ 1:1 với HCl: RNH2+HCl→RNH3Cl, nên n(HCl)=n(amine)=0,1 mol.
Theo định luật bảo toàn khối lượng: m(amine)+m(HCl)=m(muoˆˊi).
m(HCl)=0,1×36,5=3,65 gam.
m(amine)=m(muoˆˊi)−m(HCl)=8,15−3,65=4,5 gam.
Sai lầm thường gặp: cho rằng MỌI amine đều làm quỳ tím hoá xanh. Aniline và các amine thơm là ngoại lệ quan trọng — tính base của chúng yếu hơn cả NH3 nên không đủ làm đổi màu quỳ tím. Ngoài ra, nhiều em quên rằng amino acid phản ứng lưỡng tính là phản ứng của TỪNG nhóm chức riêng biệt, không phải phản ứng đồng thời cả hai nhóm trong cùng một phương trình.
Amine béo: base mạnh hơn NH3, quỳ hoá xanh. Aniline: base yếu hơn NH3, không đổi màu quỳ, nhưng phản ứng thế dễ với nước brom. Amino acid lưỡng tính, tồn tại dạng ion lưỡng cực. Peptide nối bằng liên kết −CO−NH−; protein đông tụ khi đun nóng/acid/base/kim loại nặng, nhận biết bằng phản ứng biuret (màu tím).