›
›
›

Đề ôn thi môn Hóa học 12 - Bài 5: Quy đổi peptit và các vấn đề liên quan

doc 19 trang hatrang 30/08/2022 7920
Download
Bạn đang xem tài liệu "Đề ôn thi môn Hóa học 12 - Bài 5: Quy đổi peptit và các vấn đề liên quan", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

File đính kèm:

  • docde_on_thi_mon_hoa_hoc_12_bai_5_quy_doi_peptit_va_cac_van_de.doc

Nội dung text: Đề ôn thi môn Hóa học 12 - Bài 5: Quy đổi peptit và các vấn đề liên quan

  1. Bài 5. QUY ĐỔI PEPTIT VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN (PHẦN 1) Đây là bài có lượng kiến thức nặng nhất trong ấn phẩm. Ta sẽ tìm hiểu về các phép quy đổi đặc biệt với bài tập peptit xuất hiện trong những năm gần đây, đồng thời còn có một bộ phận không nhỏ các bài tập hữu cơ sử dụng “Đồng đẳng hóa”. Bài này cũng là minh chứng cho sự phát triển cực nhanh của hệ thống các phương pháp giải hóa phổ thông trong 3-4 năm nay. A. QUY ĐỔI VỀ ĐIPEPTIT 1. Tiền đề Phản ứng đốt cháy các hợp chất hữu cơ luôn là một quá trình kinh điển, hầu như bất kì bài tập phân hóa nào cũng sử dụng tới. Nó cho biết định lượng thành phần trong hợp chất, cho chúng ta những dữ kiện cơ sở để biện luận, phân tích, so sánh, Đặc biệt, peptit lại là hợp chất có cấu tạo khá “cồng kềnh”, với những công thức phân tử tổng quát phức tạp. Để giải quyết tốt bài toán đốt cháy peptit không hề đơn giản. Ta đã khẳng định ở những trang đầu tiên, con người luôn cố gắng suy nghĩ đơn giản hóa công việc. Phép quy đổi này là tiêu biểu trong số đó. Hơn nữa, quy về đipeptit có tính giữ lại phản ứng rất cao, không chỉ ứng dụng trong phản ứng cháy, đipeptit tạo thành vẫn có thể tham gia phản ứng của peptit gốc. Việc chúng ta lấy sản phẩm phản ứng của nó thay cho hỗn hợp đầu gần như không phải là vấn đề. 2. Nội dung của phép toán a) Tạo ra đipeptit Để tối ưu hóa những công thức phức tạp ta cần đưa chúng về các dạng công thức có tiềm năng nhất. So sánh tương quan số mol CO2, H2O là một vấn đề thường trực, các chất hữu cơ có số H gấp 2 lần số C sẽ cho hiệu số mol hai sản phẩm này bằng 0. Xét các peptit cấu tạo từ những amino axit đơn giản (dạng H 2N–CnH2n–COOH), đipeptit cho công thức tương tự như trên: C2nH4nN2O3 Vậy câu hỏi đặt ra là, bạn sẽ đưa một peptit cồng kềnh kia về dạng công thức này như thế nào? - Xuất phát từ công thức C H N O H NH C H CO OH nk 2nk k 2 k k 1 n 1 2n 2 k - Hãy cắt hết tất cả các liên kết peptit đi, ta thu được: k. Cn H2n 1NO H2O (k gốc axyl và 1 phân tử nước). k - Sau đó gộp hai gốc axyl làm một: C H N O H O 2 2n 4n 2 2 2 2 k cụm nguyên tố trên chưa thành đipeptit được, phải cung cấp cho mỗi cụm 1 phân tử nước. 2 k k 2  C H N O C H N O H O nk 2nk k 2 k k 1 2 2n 4n 2 3 2 2 - Tóm lại, ký hiệu 1 peptit tạo bởi những amino axit đơn giản là Pk thì ta có phép quy đổi
  2. kC H N O  n 2n 2 3 2Pk k 2 H2O  kP2  2Pk k 2 H2O (Chú ý dấu “–” đứng trước H2O) - Mở rộng bài toán với Glu và Lys: Di chuyển COO và NH ra khỏi phân tử hai chất này, khi đó chúng sẽ có cấu tạo như các amino axit đơn giản (Gly, Ala, Val). Ta có phép quy đổi tổng quát nhất với đipeptit Cn H2n N2O3 H2O Pk COO NH (Chú ý: Khi một nhóm chức được “gắn thêm” vào phân tử một chất thì nó sẽ thay thế 1 nguyên tử H, do đó nguyên tử H trong nhóm chức đó khi cắt phân tử cũng hoàn trả cho phân tử chất gốc, tạo tính cân bằng) Trong đó, số mol của các cụm COO và NH tương ứng số mol Glu và Lys có trong các peptit ban đầu. Đồng thời, khi có sự xuất hiện của hai cụm nguyên tố này thì sự bảo toàn mol hỗn hợp bị phá vỡ. Một lưu ý nho nhỏ là khi hỗn hợp đầu chỉ chứa Lys và Glu (tức không chứa các aminoaxit đơn giản) thì: n n 2n COO NH C2H2n N2O3 b) Dấu hiệu của phép toán - Thứ nhất, số mol nước đã thêm vào Pk để tạo thành đipeptit cũng chính là hiệu số mol CO 2 và H2O trong phản ứng đốt cháy Pk . Nếu đề bài cho dữ kiện này thì quy đổi về đipeptit sẽ trở nên ưu thế vượt trội hơn bất cứ phép quy đổi hay cách làm nào. - Thứ hai, quy đổi về đipeptit bảo toàn số mol hỗn hợp n n n C2H2n N2O3 H2O Pk (Trong “quy đổi về gốc axyl”, số mol hỗn hợp “di chuyển” vào H2O. Khi có các amino axit phức tạp như Glu hay Lys, số mol hỗn hợp không còn được bảo toàn nhưng biểu thức trên vẫn chính xác) - Thứ ba, dựa vào số mol CO2 và H2O trong đipeptit bằng nhau, khi đề bài cho tổng khối lượng (m) của chúng, đó là gợi ý để ta sử dụng đipeptit m x n C/P2 44 18 (x bị ảnh hưởng bởi lượng H2O, COO, NH trong hỗn hợp con) Đặc biệt, dữ liệu trong trường hợp này có thể diễn đạt rất đơn giản thông qua thí nghiệm dẫn sản phẩm cháy vào bình đựng dung dịch kiềm dư và đưa ra khối lượng bình tăng. Vậy đây là dấu hiệu thường gặp nhất. 3. Các trường hợp điển hình
  3. Ta đã đề cập tới 3 dấu hiệu cùng 1 hệ quả quan trọng của phép toán, giờ là lúc minh họa chúng bằng các ví dụ. Bắt đầu bằng một câu hỏi trong đề thi đại học (cũng đã từ khá lâu). Ví dụ 1: Đipeptit mạch hở X và tripeptit mạch hở Y đều được tạo nên từ một aminoaxit (no, mạch hở, trong phân tử chứa một nhóm –NH2 và một nhóm –COOH). Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol Y, thu được tổng khối lượng CO2 và H2O bằng 54,9 gam. Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol X, sản phẩm thu được cho lội từ từ qua nước vôi trong dư, tạo ra m gam kết tủa. Giá trị của m là A. 120.B. 60.C. 30. D. 45. (Trích đề hóa khối B – 2010) Giải Cho rằng amino axit tạo nên X và Y là P Quy đổi: 2P3 H2O  3P2  Đốt 3P2 thu được 54,9 0,05.18 55,8 gam CO2 và H2O 55,8  n n 0,9  C 3  C 6 CO2 H2O 44 18 P X Đốt 0,2 mol X sẽ thu được 1,2 mol CO2  m 120 gam Chọn đáp án A. Ví dụ 2: Thủy phân hoàn toàn 0,09 mol hỗn hợp X gồm một số peptit với dung dịch NaOH vừa đủ thu được 16,49 gam muối của glyxin; 17,76 gam muối của alanin và 6,95 gam muối của valin. Nếu đốt cháy hoàn toàn m gam X, dẫn toàn bộ sản phẩm cháy vào dung dịch nước vôi trong dư thì khối lượng bình tăng 96,81 gam. Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 21.B. 43.C. 32. D. 55. Giải Ta có nGly 0,17 nC 1,07 nAla 0,16  n NaOH 0,38 nVal 0,05 Cn H2n N2O3 0,19 mol 107 Đưa 0,09 mol X về:  n  m0,09 mol X 27,62 19 H2O 0,1 mol Cho rằng khối lượng m gam X gấp a lần khối lượng hỗn hợp đầu 96,81 0,1.a.18  n n a.1,07  a 1,5  m 41,43 gam CO2 H2O 62 Chọn đáp án B. Câu hỏi tiếp theo khá phức tạp, từ việc định lượng cho đến biện luận.
  4. Ví dụ 3: Đun nóng 0,09 mol hỗn hợp A gồm hai peptit X và Y mạch hở cần vừa đủ 120 ml KOH 2M thu được hỗn hợp Z chứa 3 muối của Gly, Ala và Val (trong đó muối của Ala chiếm 50,7% về khối lượng), biết số liên kết peptit của X nhiều hơn Y. Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 13,68 gam A thu được hỗn hợp khí và hơi, trong đó tổng khối lượng của CO 2 và H2O là 31,68 gam. Phần trăm về khối lượng của Y trong A gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 43%.B. 61%.C. 22%. D. 28%. (Trích đề thi thử THPT Đoàn Thượng - Hải Dương 2017) Giải Cn H2n N2O3 0,12 mol Ta có ngay nKOH 0,24  0,09 mol A H2O 0,03 mol Giả sử: 13,68 gam A gấp k lần khối lượng 0,09 mol A Cn H2n N2O3 0,12k mol  13,68 gam A H2O 0,03k mol Ta có: 13,68 0,12k. 14n 76 0,03k.18 1 31,68 0,03k.18 Mặt khác: n 0,12kn 2 CO2 62 69 1 2 kn k 0,75  16  n 5,75 k 0,75 13,68 Quay trở lại 0,09 mol A: m 0,24.56 0,09.18 30,06  n 0,12 muoi 0,75 Ala n n 0,12 Gly Val nGly 0,09   113nGly 155nVal 30,06. 1 0,507 nVal 0,03 8 Hơn nữa, số mắt xích trung bình của X, Y là 3  Y có 2 mắt xích 3 Với số mol là 0,03, Val không thể tồn tại ở cả hai peptit (tổng số mol hai peptit là 0,09), tức là nó nằm hoàn toàn ở X hoặc Y. Điều đó cũng đồng nghĩa với việc một chất có số mol 0,015; số mol chất còn lại là 0,075  Tỉ lệ mol 1:5 8 Với số mắt xích trung bình và Y có 2 mắt xích 3 nX 0,015 X : P6 : GlyAla3 Val2    %mY 60% nY 0,075 X : P2 : GlyAla (Số mắt xích của Y sẽ gần trung bình hơn) Chọn đáp án B.
  5. Ví dụ tiếp theo minh họa cho dấu hiệu đầu tiên, và cũng là ưu thế nhất của phép toán. Tuy nhiên, như các bạn thấy, nếu như dấu hiệu về tổng khối lượng CO 2 và H2O rất dễ diễn đạt bằng một thí nghiệm quen thuộc thì hiệu số mol CO2, H2O lại không thể làm “tự nhiên” như vậy. Và hầu như ta phải đưa ra con số này. Điều này làm cho bài tập mất chất hóa nhiều hơn. Đây là một vấn đề khá nan giải, vì vậy tuy là dấu hiệu ưu thế nhất nhưng nó sẽ ít xuất hiện hơn. Ví dụ 4: Hỗn hợp E chứa 2 peptit X, Y MX MY mạch hở, có tổng số liên kết peptit là 10. Đốt cháy 0,2 mol E với lượng oxi vừa đủ, thu được N 2; X mol CO2 và y mol H2O với x y 0,08. Mặt khác đun nóng 48,6 gam E với dung dịch KOH vừa đủ, thu được dung dịch chỉ chứa 2 muối của glyxin và valin có tổng khối lượng 83,3 gam. Phần trăm khối lượng của Y có trong hỗn hợp E gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 20%.B. 30%.C. 40%. D. 50%. Giải Chuyển 0,2 mol E về C2n H4n N2O3 a mol k 2  0,2. 0,08  k 2,8 2 H2O 0,08 mol  a 0,08 0,2 0,28 Gọi x là số mol peptit trong 48,6 gam E, ta có ngay 48,6 56.x.2,8 83,3 18x  x 0,25  m0,2 mol E 38,88 17 nGly nGly 0,48  n  6  7 nVal nVal 0,08 X : P2 0,18 mol Mặt khác k 3  E Y : P10 0,02 mol Vậy là X không chứa Val rồi  Y : Gly6Val4  %mY 38,9% Chọn đáp án C. Bây giờ, xét tới các câu hỏi mà đipeptit không thực sự là giải pháp tốt nhất, nhanh gọn nhất. Tuy vậy, đứng trước những bài toán này, sự lựa chọn đipeptit, sử dụng gốc axyl, đồng đẳng hóa hay giải theo cách truyền thống là khá cân bằng, không có cách nào vượt trội hơn hẳn. Ví dụ 5: Hỗn hợp E gồm hai peptit X, Y đều được tạo bởi các amino axit no chứa 1 nhóm –NH 2 và 1 nhóm –COOH). Đun nóng 32,76 gam E cần dùng 480 ml dung dịch NaOH 1M. Mặt khác, đốt cháy 32,76 gam E thu được sản phẩm cháy gồm CO 2 (1,23 mol), H2O, N2. Dẫn toàn bộ sản phẩm cháy vào nước vôi trong lấy dư thì khối lượng dung dịch thay đổi a gam. Giá trị của a là A. tăng 49,44. B. giảm 94,56. C. tăng 94,56. D. giảm 49,44.
  6. Giải Ca H2a N2O3 0,24 mol Đưa hỗn hợp 32,76 gam E về: H2O x mol 35,46 32,76 Mặt khác: n 1,23  a 5,125  x 0,15 CO2 18  n 1,23 0,15 1,08  1,23. 100 44 18.1,08 49,44 gam H2O Dĩ nhiên khối lượng dung dịch giảm. Chọn đáp án D. Ví dụ 6: Đun nóng 0,1 mol hỗn hợp T gồm hai peptit mạch hở T1 , T2 ( T1 ít hơn T2 một liên kết peptit, đều được tạo thành từ X, Y là hai amino axit có dạng H2 N Cn H2n COOH , MX MY ) với dung dịch NaOH vừa đủ thu được dung dịch chứa 0,42 mol muối của X và 0,14 mol muối của Y. Mặt khác đốt cháy hoàn toàn 13,2 gam T cần vừa đủ 0,63 mol O2. Phân tử khối của T1 là A. 387.B. 359.C. 303. D. 402. (Trích đề thi THPTQG 2017) Giải Số mắt xích trung bình của T là 5,6 (Điều này cũng đồng nghĩa với việc so liên kết peptit của T1 , T2 là 5 và 6 và tỉ lệ mol tương ứng 2:3) Cn H2n N2O3 0,28 mol  T H2O 0,18 mol Cho rằng khối lượng 13,2 gam T gấp a lần khối lượng hỗn hợp đầu, lượng O 2 cần để đốt T cũng chính là lượng cần đốt đipeptit tạo thành Cn H2n N2O3 n. CH2 .N2.O3  n 0,63 0,28a. 1,5.n 1,5 0,42an 0,42a 1 O2 Mặt khác: 13,2 14n 76 .0,28a 18.0,18a 3,92an 18,04a 2 11 an 1 1 2 6 a X : Gly   3  CX,Y 2,75  do MX MY 1 Y : Val a n 5,5 3 Trong 0,1 mol T, gọi số gốc Val tương ứng trong hai peptit là x, y x 2  0,04.a 0,06.y 0,14  2x 3y 7   T1 : Gly3Val2 y 1 Chọn đáp án A. Chuyển sang câu hỏi có sử dụng các amino axit thuộc dãy đồng đẳng của Glu hay Lys. Sự thay đổi chính ở đây là việc gia tăng các các cụm NH hay COO, không có nhiều khác biệt so với các bài toán trước đó. Ví dụ 7: Hỗn hợp E chứa ba peptit X, Y, Z đều mạch hở. Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol E cần dùng 1,58
  7. mol O2 thu được cùng 1,28 mol CO2 và H2O. Mặt khác đun nóng 45,8 gam E với 600 ml dung dịch NaOH 1,25M; cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam hỗn hợp rắn khan, trong đó có chứa 2 muối của hai - amino axit tự nhiên. Giá trị m là A. 71,3.B. 73,1.C. 72,2. D. 74. Giải Ta có ngay: nO/E 1,28.3 1,58.2 0,68  OE 3,4 Một peptit chỉ cấu tạo bởi các amino axit đơn giản “thường” không thể cho hiệu số mol CO2 và H2O bằng 0 (chỉ có đipeptit là “làm được như vậy”, tất cả các peptit còn lại đều cho giá trị dương). Khi hỗn hợp có thêm Lys (–NH) thì giá trị này giảm đi, và với Glu (–COO) thì ngược lại. E chỉ được tạo từ 2 amino axit và lại có hiệu số CO2, H2O bằng 0. Có 2 khả năng xảy ra: - Hỗn hợp chỉ chứa các đipeptit tạo bởi các amino axitu đơn giản (Loại do OE 3 ) - E cấu tạo từ 1 amino axit đơn giản và 1 axit thuộc dãy đồng đẳng của Lys. Chú ý: Một peptit chỉ tạo bởi đồng đẳng của Glu và Lys không bao giờ có công thức dạng C nH2nNxOy và sự thực là hiệu số CO2, H2O luôn âm. Ta sẽ chứng minh điều này bằng phản chứng. Giả sử ai đó yêu cầu bạn tạo ra một peptit chỉ tạo bởi 2 amino axit đó, có hai lần số C nhỏ hơn hoặc bằng số H n n 0 . Bắt đầu từ những gì lý tưởng nhất mà bạn có thể có. H2O CO2 Do Lys làm cho hiệu số này tăng lên, hãy lấy một peptit cấu tạo bởi toàn Lys, nó sẽ có công thức dạng: CnH2n+2NxOy (P) (luôn là như vậy) Bây giờ thêm vào chỉ 1 Glu (vì nó làm giảm hiệu số nên ta chỉ lấy tối thiểu là 1). Khi đó, có thêm 1 liên kết peptit, P trở thành: CmH2m+1Nx+1Oy+1. Nhưng còn có thêm 1 nhóm COO và công thức suy biến về CmH2m 1Nx 1Oy 1 COO Cm 1H2m 1Nx 1Oy 1 Ca H2a 1NkOq Đây cũng là một công thức khá lý tưởng để thiết kế một bài tập phân hóa. Tóm lại, E chỉ được cấu tạo từ một amino axit đơn giản và 1 amino axit thuộc dãy đồng đẳng của Lys Cn H2n N2O3  E : H O  n x  n x 0,2 2 H2O CnH2n N2O3 NH 2x mol 16 BTO 3 x 0,2 x 0,68  x 0,04  n  m 36,64 3 0,09molE Khối lượng 45,8 gam E gấp 1,25 lần khối lượng của 0,2 mol E  m 45,8 0,75.40 18.0,2.1,25 71,3 gam Chọn đáp án A. Với việc sự xuất hiện của số Glu có thể quyết định dạng tương quan C và H trong peptit chỉ được cấu tạo từ Glu và Lys, người soạn đề có thể ghép nó với một peptit cơ bản (tạo bởi các amino axit đơn giản).
  8. Lấy ví dụ Hỗn hợp chứa tripeptit (tạo bởi Gly, Ala, Val) và GluLys x sẽ có CTTQ dạng C nH2n-1NxOy. Hoặc ngược lại, chính đề thi đưa ra một hỗn hợp gồm tripeptit cơ bản và peptit dạng GluxLysy, với hiệu số mol CO2 và H2O bằng một nửa số mol hỗn hợp, ta cũng suy ra được x 1 (hệ quả rất mạnh). Nhưng nói đi cũng phải nói lại, nếu xét về tính ứng dụng trong đề thi thật thì ý tưởng này không có nhiều tiềm năng, chúng tôi phân tích thêm với mục đích chính là cho bạn đọc hiểu rõ hơn. Ví dụ 8: Đun nóng 0,12 mol hỗn hợp E chứa 2 peptit X, Y đều mạch hở và được tạo bởi các amino axit trong sách giáo khoa cần dùng 450 ml dung dịch NaOH 1M thu được hỗn hợp chỉ chứa a gam muối A và b gam muối B MA MB . Mặt khác để đốt cháy 21,36 gam E cần 26,04 lít O 2 (đktc) thu được cùng số mol CO2 và H2O. Tỉ lệ a:b gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 0,55.B. 0,65.C. 0,75. D. 0,85. Giải Rõ ràng X, Y không thể cùng là đipeptit tạo bởi các amino axit đơn giản. Với việc n n thì E còn CO2 H2O được cấu tạo bởi Lys Cho rằng khối lượng 21,36 gam E gấp k lần khối lượng 0,12 mol E. Đưa 21,36 gam E về (nhớ kĩ CO2; H2O cùng số mol) Cn H2n N2O3 0,225k mol H2O 0,105k mol  0,225k. 14n 76 1,26k 21,36 1 NH 0,21k mol Mặt khác: n 0,225k. l,5n 1,5 0,25.0,21k 1,1625 2 O2 58 116 1 2 nk n  15  15  nLys/0,12molE 0,21 k 0,5 k 0,5  b 35,28  a m m m b 23,28  a : b 0,66 E NaOH H2O Chọn đáp án B. B. QUY ĐỔI VỀ GỐC AXYL 1. Tiền đề Các bước tạo ra đipeptit thực sự khá phức tạp, tuy nhiên có thể chỉ cần dừng ở bước cắt peptit thành các gốc axyl và H2O, ta cũng có một biểu thức quy đổi không hề kém cạnh về sự hiệu quả. 2. Nội dung của phép toán Hãy quay trở lại quá trình tạo ra đipeptit từ một peptit cơ bản có công thức P C H N O H C H NO OH k nk 2nk k 2 k k 1 n 2n 1 k Cắt hết các liên kết peptit và loại H2O kCn H2n 1NO  Pk (k gốc axyl và 1 phân tử H2O) H2O
  9. Xét với các peptit như Pk , chúng ta có thể so sánh giữa hai phép quy đổi về “gốc axyl” và “đipeptit” như sau: Nội dung Đipeptit Gốc Axyl Hình thức Phức tạp hơn Đơn giản hơn Số mol hỗn hợp Bảo toàn Di chuyển vào H2O Phản ứng cháy, phản ứng với Phản ứng cháy, phản ứng Tính giữ lại phản ứng axit, kiềm với axit, kiềm Vẫn còn một số khó chịu Xác định, so sánh số mol trong tương quan C, H Tính hiệu quả CO2, H2O dễ dàng hơn khi gốc axyl chưa phải là một cụm lý tưởng Các bài toán chứa dấu hiệu sử dụng đipeptit cũng có thể giải bằng quy đổi về gốc axyl, tính hiệu quả ở mức tương đối và ngược lại. Khi có thêm các axit amin đồng đẳng của Glu hay Lys, không có gì khác biệt, ta thêm các cụm NH và COO vào hỗn hợp quy đổi kCn H2n 1NO H2O Pk NH COO (Trong đó, số mol các cụm NH, COO bằng số mol Lys và Glu trong hỗn hợp) 3. Các trường hợp điển hình Vì phép quy đổi này khá giống với đipeptit nên ta sẽ hạn chế xét các bài toán tương tự của đipeptit mà thay vào đó đề cập tới những kiểu bài chưa xuất hiện trong mục A. Ví dụ 9: Hỗn hợp E chứa peptit X và peptit Y có tỉ lệ mol tương ứng 1:2 (X, Y đều được tạo bởi các - amino axit chứa 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH). Đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol hỗn hợp E cần dùng 78,96 lít O2 (đktc), sản phẩm cháy gồm CO 2, H2O và N2; trong đó CO2 có khối lượng là 121 gam. Biết rằng tổng số liên kết peptit trong X, Y là 9. X là A. tetrapeptit. B. pentapeptit. C. tripeptit. D. hexapeptit. Giải Đưa E về Cn H2n 1NOa mol a a  nH O nCO 0,15 2,9 2 2 2 2 H2O 0,15 mol a BTO a 0,15 7,05 2.2,75 2,9  a 0,8 2 Số mol của X và Y trong 0,15 mol E là 0,05 và 0,1
  10.  k x .0,05 k y .0,1 0,8  k x 2k y 16 1 Mặt khác: k x k y 11 2 1 2  k x 6 Chọn đáp án D. Ví dụ 10: Đun nóng 0,16 mol hỗn hợp E chứa hai peptit X, Y cần dùng 600 ml dung dịch NaOH 1,5M thu được hỗn hợp chứa a mol muối glyxin và b mol muối alanin. Mặt khác, đốt cháy 30,73 gam hỗn hợp E bằng lượng oxi vừa đủ thu được hỗn hợp gồm CO 2, H2O và N2, trong đó tổng khối lượng của CO 2 và H2O là 69,31 gam. Tỉ lệ a: b gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 0,75.B. 0,80.C. 0,85. D. 0,9. Giải Bài toán này nguyên gốc từ đề minh họa năm 2015, nhưng đã được chỉnh sửa một chút. Cho rằng khối lượng 30,73 gam E gấp a lần khối lượng 0,16 mol E C H NO0,9a mol n 0,9an n 2n 1 CO2 E  H O0,16a mol n 0,9an 0,29a 2 H2O  44.0,9an 18. 0,9an 0,29a 69,31 1 Mặt khác: mE 30,73 0,9a. 14n 29 18.0,16a 2 58 116 1 2 an n  45  45  nGly : nAla 19 : 26 0,73 a 0,5 a 0,5 Chọn đáp án A. Ví dụ 11: Hỗn hợp H gồm 3 peptit X, Y, Z MX MY đều mạch hở; Y và Z là đồng phân của nhau. Cho m gam hỗn hợp H tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa 0,98 mol NaOH, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 112,14 gam muối khan (chỉ chứa muối natri của alanin và valin). Biết trong m gam H có mO : mN 552 :343 và tổng số liên kết peptit trong 3 peptit bằng 9. Tổng số nguyên tử có trong peptit Z là A. 65.B. 70.C. 63. D. 75. (Trích đề thi thử THPT Nguyễn Khuyến năm 2017) Giải Câu hỏi này không đề cập tới phản ứng cháy, đây là một gợi ý để ta quy đổi H về gốc axyl (Hình thức phép toán đơn giản hơn). Cn H2n 1NO0,98 16. x 0,98 552 H   x 0,4 H2O x mol 0,98.14 343
  11. 159 n 0,86 Mặt khác: m 112,14  n  Ala CnH2n NO2Na 49 nVal 0,12 Nếu Y và Z đã là đồng phân của nhau thì chúng cùng thành phần axit và cùng số liên kết, coi như H gồm X và Y. 0,98 Số mắt xích trung bình của H là: 2,45  X là đipeptit (0,34 mol) 0,4  Y là pentapeptit (0,06 mol) Như vậy Val nằm trọn trong Y  X là Ala2  Y: Ala3Val2: C19H35N5O6 Chọn đáp án A. Ví dụ 12: Hỗn hợp M gồm 4 peptit X, Y, Z, T (đều mạch hở) chỉ tạo ra từ các - amino axit có dạng H2 NCn H2nCOOH n 2 . Đốt cháy hoàn toàn 26,05 gam M, rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy (chỉ gồm CO2, H2O và N2) vào bình đựng 800 ml dung dịch Ba(OH) 2 1M, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy có 3,248 lít (đktc) một chất khí duy nhất thoát ra và thu được dung dịch E (chứa muối axit) có khối lượng giảm m gam so với khối lượng dung dịch Ba(OH) 2 ban đầu. Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 90.B. 88.C. 87. D. 89. (Trích đề thi thử Chuyên Đại học Vinh 2017) Nhận xét: Đây là câu hỏi gây rất nhiều tranh cãi, một câu hỏi tương tự cũng được chính Chuyên Đại học Vinh đưa ra năm 2016 (sẽ có trong phần bài tập tự luyện). Điều gì xảy ra ở đây? Không thể tính giá trị chính xác nhưng học sinh phải chọn được đáp án. Nghe có vẻ khá vô lý, nhưng không, đáp án đang nói tới giá trị gần nhất. Chỉ có một nguyên nhân là m được giới hạn trong một khoảng và mọi giá trị trong khoảng này sẽ luôn gần một trong 4 đáp án hơn cả. Giải Cách 1: Tìm khoảng chính xác của m Ta có ngay n 0,145 N2 C H NO 0,29 mol 14n 18x 17,64 * n 2n 1 CO2  M a 3 do n 2  H O x mol n n x 0,145 2 H2O CO2 Mặt khác: m m m m BaCO3 CO2 H2O  m 197. 1,6 n 62.n 18x 0,145.18 CO2 CO2  m 317,81 259n 18x 300,17 245n CO2 CO2 17,64 18x 17,64 18.0,29 621 Từ *  n  0 m 82,82 CO2 14 14 700 Có thể thấy người đưa ra câu hỏi này cũng vô tình chưa làm chặt bộ 4 đáp án của mình, lý do là họ đã chỉ xét a 3 để có n 0,87  m 300,17 245.0,87 87,02 . CO2
  12. Hơn nữa, chính phương trình (*) cũng đã cho số mol CO2 nằm trong một khoảng con của (0,8; 1,6). Điều tương tự cũng xảy đến với n, không cần dữ kiện n 2 , chính từ khoảng 0 x 0,29 cũng có thể tìm được một khoảng còn chặt hơn. Tức là không cần cho dung dịch có muối axit hay n 2 bởi nó vốn dĩ là như vậy theo các dữ kiện khác. Thậm chí, nên viết là: “dung dịch có khối lượng thay đổi m gam” thay vì “dung dịch có khối lượng giảm”. Nếu chặn chuẩn thì cận trên của số mol CO 2 là 1,26. Lúc này, m 8,53. Bài toán sẽ còn hay hơn. Hỗn hợp M gồm 4 peptit X, Y, Z, T (đều mạch hở) chỉ tạo ra từ các - amino axit có dạng H2 NCn H2nCOOH n 1 . Đốt cháy hoàn toàn 26,05 gam M, rồi cho toàn bộ sản phẩm cháy (chỉ gồm CO2, H2O và N2) vào bình đựng 800 ml dung dịch Ba(OH) 2 1M, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy có 3,248 lít (đktc) một chất khí duy nhất thoát ra và thu được dung dịch E có khối lượng thay đổi m gam so với khối lượng dung dịch Ba(OH)2 ban đầu. Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 83.B. 84.C. 85. D. 86. Cách 2: Làm trội một ẩn số Làm trội không phải là một cách làm thông dụng, thay vì trình bày nó trong một bài riêng, chúng tôi đưa các trường hợp điển hình của thủ thuật này vào các bài còn lại. Vậy “làm trội” được hiểu như thế nào? Trong một số trường hợp riêng, ta có thế giả định một giá trị vẫn còn chưa xác định để giải. Có thể nói cách làm này xuất phát từ phương pháp cổ là “tự chọn lượng chất” nhưng giờ bạn có thể tự chọn chất, tự chọn số mắt xích, tự chọn số nguyên tố, Có hai cách làm chính với thủ thuật này: Thứ nhất: Tìm một ẩn số không ảnh hưởng đến ẩn cần tìm và ít bị ảnh hưởng nhất bởi các ẩn số khác. (Tại sao lại là ít bị ảnh hưởng nhất mà không phải là không bị ảnh hưởng, thực tế thì mỗi ẩn số trong một bài tập đều ít nhiều bị chi phối bởi các ẩn số khác nhờ vào quá trình phản ứng liền mạch và cấu tạo phân tử các chất, làm trội là một thủ thuật, và khi đã dùng thủ thuật, ta phải tính tới chút rủi ro). Trong câu hỏi này, ẩn số đó là gì? Điều này đòi hỏi tính logic cực cao từ các bạn. Đó chính là giá trị của x. Tạm thời chưa suy luận, các bạn hãy nhìn lại biểu thức tính m ở trên, nó không hề liên quan đến x mà chỉ phụ thuộc vào n. Còn nếu suy luận chính xác thì, ẩn số không phụ thuộc trong trường hợp này phải là k – số mắt xích trung 0,29 bình của M ( k , khoảng của x là do k quyết định). x Cho rằng k 2 . Ta có ngay: n 0,145 N2 1503 1503  M C H N O 0,145 mol  a  n n 2a 4a 2 3 406 CO2 H2O 1400  m 37,145 gam Giá trị 37,145 là một số nằm trong khoảng mà ta tìm được ở Cách 1, nhưng cũng chỉ cần có vậy là đã đủ để chọn được đáp án.
  13. Đây là cách giải nhanh nhất nhưng cũng khó nghĩ ra nhất. Chắc chắn là như vậy! Ta có thể sử dụng một cách giải “an toàn” hơn. Thứ hai: Mã hóa tất cả các dữ liệu xoay quanh một ẩn số, giả định giá trị ẩn số này. Ta sẽ chọn ẩn a. Theo bài ra thì a 3 nhưng để đảm bảo tính chính xác, ta không thể vội vàng gán ngay a với một giá trị được. Không giống như x và k, a chịu ảnh hưởng của các ẩn khác nhiều hơn và liên quan trực tiếp đến m. Ca H2a 1NO 0,29 mol a 3 E  0,29. 14a 29 18x 26,05 H2O x mol 0 x 0,29 621 126  a 203 29 Cho rằng a 4 Tóm lại chúng ta tìm khoảng chính xác chỉ với mục đích tránh rủi ro không đáng có, bạn cũng có thể chọn ngay một giá trị ở trung tâm hai cận của khoảng đã có mà không cần mã hóa các dữ kiện khác để làm chặt khoảng này, dĩ nhiên có thể có sai sót nếu làm như vậy. Chọn đáp án C. C. GỘP CHUỖI PEPTIT BẰNG PHẢN ỨNG TRÙNG NGƯNG Kể từ khi bắt đầu chuyển đổi sang hình thức thi trắc nghiệm (năm 2007), có những năm đề thi được đánh giá là khó hơn cả như 2010, 2011 (xét tại thời điểm đó) nhưng có một năm đã đánh dấu bước ngoặt khá lớn của hệ thống các câu hỏi phân hóa - năm 2014. Khi đó, nổi bật nhất là 3 câu hỏi rất mới về: Hiđrocacbon, Este, Peptit mà sau này chúng đã trở thành những bài toán gốc để xây dựng một hệ thống các câu hỏi tương tự. Cũng kể từ đây mà peptit nổi lên thành chủ điểm khó hàng đầu của hóa phổ thông. Bài toán peptit năm đó là gì mà lại “ghê gớm” đến vậy? Ví dụ 13: Hỗn hợp X gồm ba peptit đều mạch hở có tỉ lệ mol tương ứng là 1:1:3. Thủy phân hoàn toàn m gam X, thu được hỗn hợp sản phẩm gồm 14,24 gam alanin và 8,19 gam valin. Biết tổng số liên kết peptit trong phân tử của ba peptit trong X nhỏ hơn 13. Giá trị của m là A. 18,83.B. 18,29.C. 19,19. D. 18,47 (Trích đề hóa khối B năm 2014) Giải Chưa tới 3 dòng diễn đạt trên khổ giấy A 4 nhưng đã gây ra quá nhiều khó khăn cho các thí sinh, kể cả người ngoài giải đề không chịu áp lực thi cử. Thực sự thì học sinh năm đó vẫn bàng hoàng, không thể hiểu đề, không tưởng tượng được điều gì đang xảy ra. Ngay khi kì thi vừa kết thúc, nhiều lời giải theo phong cách “phát phì” và “khủng khiếp” đã được đưa lên internet, bên cạnh đó, một lời giải đẹp, ngắn gọn đến bất ngờ được các học sinh truyền tai nhau là do chính tác giả của bài toán đưa ra đã làm tất cả bàng hoàng. “Gọi 3 peptit trong X là A, B, C.
  14. Gộp chuỗi: A B C C C  ABC 4H O  3 2 Cung so mol Y MX 16k nAla 16 Trong Y Ala    MXY 23k k ¢ nVal 7 MXVal 7k  23k 3. MXA.B.C 3.15 45  k 1 nY 0,01  m m m m 14,24 8,19 18.0,01. 23 4 1 19,19 gam ” Ala Val H2O Trước tiên, phải giải thích lại mọi điều trong cách giải này - Với tỉ lệ mol 1:1:3 của A, B, C. Người giải đã chia 3 phần mol của C để tạo thành 5 peptit A, B, C, C, C sau đó sử dụng phản ứng trùng ngưng ghép chúng lại thành Y. Như thế thì mọi mắt xích trong X được chuyển vào Y. Tức là tổng số mắt xích của A, B và 3 phân tử C bằng số mắt xích của Y. - So với X, cần nhiều hơn 4 phần mol nước để thủy phân hết Y thành các amino axit. Công việc chính còn lại chỉ là tính số mắt xích của Y. - Với việc so sánh tỉ lệ mol Ala và Val, một kết luận được đưa ra là Y sẽ gồm 23k mắt xích với k nguyên (chính xác thì k là số tự nhiên khác 0). - Việc cuối cùng là chặn khoảng để tìm k, người ta đã dựa vào tổng số mắt xích của A, B, C để làm điều đó với một so sánh đơn giản MXA MXB 3MXC 3(MXA MXB MXC ) 3 XA,B,C Đáng kinh ngạc là cảm giác đầu tiên khi đọc lời giải này. Và cho đến bây giờ phải thừa nhận rằng đó là cách giải tốt nhất và hóa học nhất. Nhưng bạn có biết rằng để đưa ra lời giải này một cách thỏa đáng là cả một hành trình đầy “máu và nước mắt”? Có 2 điểm cần xem lại: - Thứ nhất, liệu có thể khẳng định ngay k nguyên? Câu trả lời là k nguyên không hề sai nhưng điều này phải chứng minh chứ không thể ngay lập tức thừa nhận. Và đây là lúc cần dùng đến toán. “Chứng minh rằng: Nếu 16k và 7k là các số nguyên thì k cũng là số nguyên. m Đầu tiên, chỉ có thể khẳng định k là số hữu tỉ. Đặt k trong đó m và n là số nguyên và nguyên tố cùng n nhau (ước chung lớn nhất là 1). m n 1  7. ¢  7mMn  n là ước của 7  n n 7 Với n 1 k m ¢ 16m Với n 7  16k  mM7 (Vô lý vì m, n nguyên tố cùng nhau)” 7 - Thứ hai, biện luận k như trên phải chăng đã là chặt chẽ nhất?
  15. Câu trả lời là chưa, việc lấy hệ số cao nhất của A, B, C trong việc tìm các cận của k chỉ là giải pháp nhanh chóng. Để làm bài toán chuẩn hơn, có thể chặn k như sau  MXA,B,C 15  11 MXA ,MXB ,MXC 2  1.11 1.2 3.2 23k 1.2 1.2 11.3  19 23k 37  k 1 Điều gì xảy ra ở đây? Ta đã gán cho ẩn số đi kèm hệ số cao nhất giá trị lớn nhất mà nó có thể có và các ẩn số khác giá trị thấp nhất xảy đến. Có thể chứng minh cách làm này bằng một vài mô tả như sau (Chú ý: đôi khi như trong trường hợp này MXY MXA MXB 3MXC  MXA,B,C 2MXC  MXYmax MXCmax 11 nhưng nếu hệ số của MXA và MXB khác nhau thì cách lý giải này không chính xác, do đó cách chứng minh dưới đây áp dụng cho mọi trường hợp về hệ số) “Giả sử rằng ta đang cần tìm một số 3 số a, b, c thay thế cho bộ (2, 2, 11) nằm trong đoạn [2, 11] sao cho tổng a b 3c của chúng lớn hơn 37 (kết quả do ba số 2, 2, 11 mang lại). Rõ ràng a b c càng lớn thì điều này càng khả thi. Cho rằng a b c 15 . Bởi sự ràng buộc này mà mỗi khi a một số nào đó thay đổi giá trị, lượng giá trị này sẽ chuyển sang cho các số còn lại. Cũng như vậy, muốn a, b thay đổi so với con số 2 thì ta phải thay đổi số 11, dĩ nhiên chỉ có thể giảm nó xuống. Nhưng mỗi khi ta giảm c 11 đi một đơn vị thì nó sẽ được chuyển sang cho a hoặc b. Do hệ số của a hay b đều thấp hơn c nên mỗi sự chuyển dịch này sẽ chỉ làm giảm tổng a b 3c . Như vậy, bộ (2, 2, 11) là lý tưởng nhất cho việc tìm giá trị lớn nhất của tổng này. Cận trên chắc chắn là 37. Chứng minh cận dưới thì hoàn toàn tương tự” - Tóm lại, các kinh nghiệm rút ra được bao gồm những gì? + Chia tỉ lệ mol đến tối giản là có thể biểu diễn tổng số mắt xích của peptit tạo thành do trùng ngưng trong kiểu bài này theo một số nguyên k. + Có hai cách để chặn k, một cách làm rất nhanh nhưng lỏng hơn, một cách chậm hơn nhưng lại chặt hơn. Nếu tỉ lệ mol các peptit ban đầu xa nhau thì nên dùng cách 2 (sự sai khác giữa 2 cách khá lớn), nếu khá sát nhau thì sử dụng cách 1 (lúc này sự chênh lệch giữa hai cách không nhiều). Ví dụ 14: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp A gồm peptit X và peptit Y (được trộn theo tỉ lệ mol 4:1) thu được 30 gam glyxin, 71,2 gam alanin và 70,2 gam valin. Biết tổng số liên kết peptit có trong hai phân tử X và Y là 7. Giá trị nhỏ nhất của m là A. 144,4.B. 145.C. 151,6. D. 148. Giải Cách 1: Truyền thống 31 Ta có ngay: n 0,4;n 0,8;n 0,6  C Gly Ala Val Axit 9
  16. Đưa A về gốc axyl Cn H2n 1NO 1,8 mol 31 A n  m 139 90x 9 H2O 5x mol 0,6 Mặt khác: 4x.k x x. 9 k x 1,8  x k x 7 3 k x ( k x ;kY là số mắt xích trong X; Y) Rõ ràng k x càng lớn thì x càng nhỏ, theo đó m cũng càng nhỏ. Tuy nhiên, chưa thể chắc chắn khẳng định k x 7 thì mmin bởi các dữ liệu này luôn phải đảm bảo việc: “Tồn tại X và Y thỏa mãn” - Khi k x 7  k 2  x 0,06  m 144,4 . Gọi số mắt xích Gly trong X và Y là a và b  0,24.a 0,06.b 0,4 (Loại) m 145 1 -Với kx 6 x 4 1 15 a b 0,4 15 15 a 1  4a b 6  b 2 X GlyAla 2Val3 Hoàn toàn tương tự với số Ala và Val  Y Gly2Val Vậy m 145 gam . Cách 2: Gộp chuỗi peptit Ta có: nGly : nAla : nVal 2 : 4 :3 Gộp X X X X Y  X Y 4H O k 4 2 ¢ 9k mat xich k 2  4.2 1.7 9k 4.7 1.2  k 3 n m m m  m m n Axit k  k 3 Axyl H2O min H2Omin A max 9k min 1,8 1  n  m m m 145 gam X,Y 9.3 15 Axit H2O Chọn đáp án B. Tại sao khi giải theo cách 1 phải xét hai trường hợp? Trường hợp bị loại trong cách giải thứ nhất có nguyên nhân chính là không tồn tại số mắt xích để m 144,4 . Chính xác hơn là do số mắt xích luôn là số nguyên.