Giáo án Bài 9. Amino acid và peptide

Huy động kiến thức về nhóm chức đã học, từ đó nêu vấn đề: amino acid có cấu tạo như thế nào và vì sao có thể phản ứng với cả acid lẫn base.

GV chiếu công thức glycine $\mathrm{NH_2CH_2COOH}$ và alanine $\mathrm{CH_3CH(NH_2)COOH}$. HS xác định nhóm chức, dự đoán tính chất với quỳ tím và với HCl, NaOH. Câu hỏi GV đặt ra: (1) Trong phân tử glycine có những nhóm chức nào? (2) Nhóm nào có tính base, nhóm nào có tính acid? (3) Nếu thêm NaOH hoặc HCl thì glycine có phản ứng được không?

HS nêu được: glycine có nhóm $\mathrm{-NH_2}$ (tính base) và nhóm $\mathrm{-COOH}$ (tính acid), là hợp chất tạp chức. Dự đoán: glycine có thể phản ứng với cả HCl và NaOH. Nêu được vấn đề cần tìm hiểu: tính lưỡng tính và hướng di chuyển của amino acid theo pH.

Nêu được tính lưỡng tính của amino acid qua phương trình phản ứng; giải thích được ion lưỡng cực và hướng điện di theo pH bằng mô phỏng.

HS làm việc theo cặp đôi với Phiếu học tập số 1, sau đó quan sát mô phỏng điện di trên NeoEdu. Nhiệm vụ: (a) viết phương trình glycine với HCl và với NaOH; (b) mô tả dạng tồn tại của glycine ở môi trường acid mạnh, base mạnh và gần điểm đẳng điện; (c) quan sát mô phỏng ở pH 2, 6, 12, dự đoán và ghi hướng di chuyển của ba vết glycine, lysine, glutamic acid.

Phương trình: $\mathrm{H_2NCH_2COOH + HCl \rightarrow [H_3NCH_2COOH]Cl}$; $\mathrm{H_2NCH_2COOH + NaOH \rightarrow H_2NCH_2COONa + H_2O}$. Kết luận: ở pH thấp glycine tồn tại dạng cation $\mathrm{H_3N^+CH_2COOH}$ và đi về cực âm; ở pH cao tồn tại dạng anion $\mathrm{H_2NCH_2COO^-}$ và đi về cực dương; gần điểm đẳng điện, dạng ion lưỡng cực $\mathrm{H_3N^+CH_2COO^-}$ có tổng điện tích bằng 0 nên gần như đứng yên. Ở pH 6 lysine (mang điện dương) đi về cực âm, glutamic acid (mang điện âm) đi về cực dương, glycine gần như đứng yên. Hướng di chuyển phụ thuộc pH, không chỉ phụ thuộc tên amino acid.

Viết được phương trình ester hoá glycine và trùng ngưng 6-aminohexanoic acid; nêu được vai trò của liên kết amide mới được tạo thành.

Kĩ thuật mảnh ghép: nhóm chuyên gia A nghiên cứu ester hoá glycine; nhóm chuyên gia B nghiên cứu trùng ngưng 6-aminohexanoic acid $\mathrm{H_2N(CH_2)_5COOH}$. Câu hỏi: (1) Phản ứng ester hoá cần chất nào, sản phẩm là gì? (2) Vì sao trong acid mạnh sản phẩm thực có thể là muối ester ammonium? (3) Một chuỗi polymer hình thành có bao nhiêu H₂O được tách khi trùng ngưng?

Ester hoá: $\mathrm{H_2NCH_2COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons H_2NCH_2COOC_2H_5 + H_2O}$. Trong acid mạnh nhóm amino nhận proton, sản phẩm có thể là muối ester ammonium, không coi sơ đồ trung hoà mô tả mọi ion. Trùng ngưng: $\mathrm{n\,H_2N(CH_2)_5COOH \rightarrow [-NH(CH_2)_5CO-]_n + n\,H_2O}$; mỗi liên kết amide mới tách một H₂O, tạo nylon-6 là polyamide. Lưu ý: biểu diễn mắt xích thường bỏ nhóm đầu và nhóm cuối.

Nêu được khái niệm peptide, liên kết peptide, cách gọi tên và đếm liên kết; trình bày được phản ứng thuỷ phân và phản ứng màu biuret qua thí nghiệm ảo và video.

Kĩ thuật trạm (3 trạm, mỗi trạm 6 phút): Trạm 1 'Liên kết và tên gọi': viết cấu tạo Gly–Ala $\mathrm{H_2N{-}CH_2{-}CO{-}NH{-}CH(CH_3){-}COOH}$ và phân biệt với Ala–Gly. Trạm 2 'Thuỷ phân': xác định số H₂O và sản phẩm khi thuỷ phân Gly–Ala–Val. Trạm 3 'Biuret': quan sát mô phỏng phòng thí nghiệm ảo, so sánh Gly–Ala, tripeptide, tetrapeptide và lòng trắng trứng. Mỗi trạm có Phiếu học tập số 2 riêng.

Trạm 1: Gly–Ala và Ala–Gly cùng thành phần nhưng khác trình tự, khác cấu trúc; dipeptide mạch hở có 1 liên kết peptide; gọi tên theo thứ tự từ đầu N sang đầu C. Trạm 2: thuỷ phân mỗi liên kết mạch hở cần một H₂O; Gly–Ala–Val có thể cho Gly–Ala hoặc Ala–Val khi cắt một liên kết; không tạo đoạn Gly–Val nếu chỉ cắt liên kết. Trạm 3: tripeptide (2 liên kết peptide) và tetrapeptide (3 liên kết) cho màu tím biuret với Cu(II) trong kiềm; Gly–Ala và glycine không cho màu tím rõ theo phép thử thông thường; màu tím là bằng chứng hỗ trợ nhận biết peptide, không xác định được trình tự. Không gọi Cu(OH)₂ xanh là màu biuret.

Vận dụng công thức đếm liên kết peptide, tính khối lượng phân tử và tính toán với NaOH để giải các bài tập trắc nghiệm và tự luận ngắn.

Cặp đôi giải lần lượt các bài: (1) Glycine có công thức nào? (2) Tetrapeptide mạch thẳng có bao nhiêu liên kết peptide? (3) 0,10 mol glycine tác dụng vừa đủ NaOH, tính khối lượng NaOH (M = 40). (4) Xét các phát biểu a–d về glycine, ion lưỡng cực, Gly–Ala và dipeptide biuret. (5) Ghép môi trường với dạng glycine chiếm ưu thế. (6) Tính M của Gly–Ala mạch hở (glycine 75, alanine 89, H₂O 18). (7) Mẫu nào có ít nhất hai liên kết peptide nếu mạch hở? (8) Thuỷ phân hoàn toàn 1 mol pentapeptide mạch thẳng gồm năm gốc amino acid đơn amino–đơn carboxyl, chỉ cắt bằng nước; tính số mol H₂O và sản phẩm.

(1) D: NH₂CH₂COOH. (2) D: 3 liên kết peptide. (3) 4,0 g NaOH (0,10 mol). (4) a Đ; b S (tổng điện tích bằng 0); c Đ; d S. (5) Môi trường acid mạnh – cation $\mathrm{H_3N^+CH_2COOH}$; base mạnh – anion $\mathrm{NH_2CH_2COO^-}$; gần điểm đẳng điện – dạng lưỡng cực có tổng điện tích gần 0. (6) M = 75 + 89 − 18 = 146. (7) A và B (tripeptide có 2, tetrapeptide có 3 liên kết; C chỉ có 1; D là amino acid). (8) Năm gốc mạch thẳng có 4 liên kết peptide, tiêu thụ 4 mol H₂O, tạo 5 mol phân tử amino acid; thành phần cụ thể phụ thuộc năm gốc chưa được nêu; không dùng tỉ lệ 4 để tính lượng NaOH.

Giải thích được vai trò của amino acid trong thực tế (bột ngọt, tơ nylon-6, nhận biết protein) và vận dụng kiến thức bài học để trả lời các tình huống mới.

Tình huống: (a) Bột ngọt (monosodium glutamate) được sản xuất từ glutamic acid; vì sao glutamic acid có hai nhóm COOH nên không áp tỉ lệ acid/base như glycine? (b) Từ 6-aminohexanoic acid, viết phương trình tạo nylon-6 và nêu một đặc điểm phân biệt polyamide với peptide. (c) Vì sao phản ứng màu biuret của lòng trắng trứng có thể dùng để nhận biết sự có mặt của peptide chứa ít nhất hai liên kết peptide?

(a) Glutamic acid có thêm nhóm COOH nên dung dịch có tỉ lệ acid/base khác glycine; không áp dụng tỉ lệ của glycine cho mọi amino acid. (b) $\mathrm{n\,H_2N(CH_2)_5COOH \rightarrow [-NH(CH_2)_5CO-]_n + n\,H_2O}$; nylon-6 là polyamide từ amino acid ω, không phải mọi amide đều là peptide α-amino acid. (c) Lòng trắng trứng chứa polypeptide có nhiều liên kết peptide nên cho màu tím biuret; màu chỉ là bằng chứng hỗ trợ, không xác định được trình tự hay lượng protein.