Bài giảng Tính chất và cấu trúc của axit amin

Chào mừng cô giáo và các bạn đến với chuyên đề thảo luận hóa hữu cơ Nhóm 3 lớp PT2Đ12Chuyên đề thảo luậnTính chất và cấu trúc của axit aminỨng dụng của axit amin trong nông nghiệp,công nghiệp,dược phẩmNêu phương pháp điều chế hợp chất cao phân tử:PVCNêu cơ chế trùng hợp trùng hợp gốc,trùng hợp ionỨng dụng hợp chất cao phân tử trong nông nghiệp,công nghiệp,dược phẩmI.Tính chất và cấu trúc của axit amin 1.Khái niệmCác aminoaxit là những hợp chất trong phân tử có chứa đồng thời nhóm chức amino và nhóm chức axit. Chất đầu dãy đơn giản nhất là axit aminoaxetic(glyxin) H2N-CH2-COOH. Tương tự như các hidroxiaxit,tùy thuộc vị trí tương đối của nhóm NH2 đối với nhóm cacboxyl,người ta phân biệt các axit α-,β-,γ-,δ- aminocacboxylic: α β α γ β αAxit α-aminopropionic axit β-aminopropionic axit γ-aminovaleric Các α- aminoaxit có vai trò đặc biệt quan trọng vì chúng là thành phần cấu tạo nên các phân tử protein. Các aminoaxit thiên nhiên có thể nhận được bằng cách thủy phân protein có nguồn gốc động vaatj và thực vât trừ glyxin,chúng đều có tính quang hoạt,không phụ thuộc vào dấu của góc quay,đều có cấu hình L. 2. Cấu trúc của axit aminCấu trúc chung của một phân tử axít amin, với nhóm amin ở bên trái và nhóm axít cacbonxylic ở bên phải. Nhóm R tùy vào từng axít amin cụ thể. Trong hóa học, một amino acid hay axít amin là một phân tử chứa cả nhóm amin và axít cacboxylic. Trong hóa sinh, thuật ngữ này còn để chỉ alpha amino acids: những axít amin mà trong đó nhóm amin và cacbonxylic gắn vào cùng một carbon, nên gọi là α–carbon.Phần dư còn lại của một axít amin là phần mà sau khi đã loại bỏ phân tử nước (một H+ ra khỏi nitơ và một OH- khỏi cacbon) và tạo thành liên kết peptít.3.Tính chất vật lýCác α- aminoaxit là những chất rắn kết tinh,vị ngọt 1 số ít có vị đắng.Các α- aminoaxit nóng chảy ở nhiệt độ tương đối cao,kèm theo sự phân hủy và nhiệt độ nóng chảy tương đối gần nhau do đó để nhận dạng các aminoaxit người ta thường xác định Rf của phương pháp sắc ký giấy.Các aminoaxit vừa có tính bazo vừa có tính axit nên có thể tạo muối với các axit vô cơ lẫn với kiềm ví dụ: Dung dịch nước của axit monoaminomonocacboxylic gần như có phản ứng trung tính hoặc phản ứng axit rất yếu(pH=6,8),và có cân bằng như sau: Có nhiều bằng chứng về cấu tạo muối nội của aminoaxit chằng hạn như trong phổ hồng ngoại của aminoaxit vắng mặt giải hấp thụ đặc trưng cho nhóm cacboxyl(1650cm-1 ),cũng như giải hấp thụ đặc trưng cho nhóm amino tự do(3320-3380cm-1 )Điểm đẳng điện: trong dung dịch ,ở pH trung tính aminoaxit tồn tại chủ yếu ở dạng ion lưỡng cực (chỉ vào khoảng 1% ở dạng trung hòa). Ở dạng ion lưỡng cực,nhóm cacboxyl bị phân ly,nhóm amino bị proton hóa. Trạng thái ion hóa của các nhóm này tùy thuộc vào pH của môi trường. Trong môi trường axit(pH=1) nhóm cacboxyl không ion hóa,nhóm amino proton hóa. Còn trong môi trường kiềm (pH=11) nhóm cacboxyl ion hóa,nhóm amino không ion hóa.Khi đặt aminoaxit trong điện trường,tùy thuộc pH môi trường nó có thể di chuyển về catot hoặc anot. Ở 1 pH nào đó aminoaxit không di chuyển trong điện trường,có nghĩa là tổng số điện tích trong phân tử của nó bằng 0,pH này được gọi là pH đẳng điện hay điểm đẳng điện của aminoaxit(ký hiệu là pHi). 4.Tính chất hóa học của amino axit. Amino axit có tính lưỡng tính : nó vừa thể hiện tính axit vừa thể hiện tính bazơ. 4.1Phản ứng với nhóm cacboxyl (tính axit). +Tác dụng với R-OH (este hóa). +Tác dụng với Cu(OH)2. 4.2Phản ứng của nhóm NH2 (tính bazơ). 4.3Phản ứng ngưng tụ: đây là phản ứng trùng ngưng giữa nhóm –NH2 và –COOH của amino axit. Phản ứng này là cơ sở để tạo các protein, các polipeptit. 4.4 Phản ứng tạo muối. -Ngoài muối thông thường , amino axit có thể tạo muối phức nội với cation của kim loại nặng. Đối với tất cả các a-amino axit đều cho tinh thể muối phức nội của đồng có màu xanh đặc trưng: 4.5Phản ứng tạo este. -Các este của amino axit có thể nhận được bằng tác dụng của amino axit với ancol với sự có mặt hidro clorua: 4.6Tạo dẫn xuất N-axyl. -Amino axit phản ứng với clorua axit hay anhidrit axit tạo thành dẫn xuất axyl của amino axit. Phản ứng được thực hiện trong môi trường kiềm: -Các dẫn xuất N-axyl có vai trò quan trọng tổng hợp peptit. 4.7Phản ứng decacboxyl hóa. -Dưới tác dụng của enzim decacboxylaza các a-amino axit được chuyển thành amin . 4.8Phản ứng màu với ninhiidrin. -Khi đun nóng ninhidrin với các a-amino axit ta có màu tía (màu đỏ tím). Phản ứng xảy ra như sau: -Ninhidrin là thuốc thử đặc trưng để nhận biết a-amino axit trên sắc đồ của sắc kí giấy và trên bản đồ điện li.II.Ứng dụng của axit amin trong nông nghiệp,công nghiệp,dược phẩm1.Trong công nghiệp axit amin để sản xuất mì chính:Mononatri glutamat, thường được gọi bột ngọt hoặc mì chính, là muối natri của axit glutamic, một trong những axit amin thiết yếu phong phú nhất trong tự nhiên.Công thức: C5H8NO4NaID IUPAC: Sodium 2-AminopentanedioateMật độ: 1,62 g/cm³Khối lượng phân tử: 169,111 g/molĐiểm nóng chảy: 232 °CCó thể hòa tan trong: NướcGần đây, các nghiên cứu khoa học về bột ngọt không còn tập trung vào tính an toàn của nó nữa mà đi sâu vào vai trò của nó trong việc trao đổi chất trong cơ thể con người và sự quan trọng của nó đối với các cơ năng của thân thể. Tiến triển nghiên cứu như sau: • Kết qủa nghiên cứu sinh hóa cho thấy, axít glutamic trong bột ngọt là cầu nối quan trọng trong trao đổi chất của axít amin và hydrat cacbon trong cơ thể sinh vật. • Nghiên cứu mới nhất của tiến sĩ Reeds (Mỹ) cho thấy, axít glutamic trong thức ăn đồ uống vaò đường tiêu hóa, cung cấp một phần lớn năng lượng cần thiết để trao đổi chất cho các tế bào bề mặt của đường tiêu hóa, do vậy axít amin trong thực phẩm rất quan trọng đối với các tế bào đường tiêu hóa. • Nghiên cứu của giáo sư Schiffman đã chứng minh được, cho thêm bột ngọt vào đồ ăn, có thể làm những người già có bệnh ăn được nhiều hơn, cải thiện rõ rệt trạng thái dinh dưỡng và khả năng miễn dịch của cơ thể2.Trong nông nghiệp sản xuất phân bón cho cây trồng Phân bón cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng sinh trưởng phát triển. nếu chỉ lấy từ đất thì cây trồng hoàn toàn không đủ chất dinh dưỡng mà phải lấy thêm phần lớn từ phân bón. Phân bón chính là thức ăn nuôi sống cây trồng. Điều tra tổng kết ở khắp nơi trên thế giới đều cho thấy trong số các biện pháp kỹ thuật trồng trọt, bón phân luôn là biện pháp có ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất cây trồng.3.Trong dược phẩm axit amin dùng để làm 1 số thực phẩm chức năngMethionin: Đây là một axit amin trong cấu tạo phân tử chứa lưu huỳnh có tác dụng bảo vệ đặc hiệu cho tế bào gan. Nó còn là yếu tố hướng mỡ (lipotrope), tác dụng methyl hóa và sulfur hóa, ngoài ra còn tác dụng chống nhiễm độc. Methionin còn được sử dụng như một yếu tố ngăn ngừa sự thoái hóa mỡ của các tế bào gan. Trước đây đã có loại biệt dược lobamin mà hoạt chất chính là methionin rất được các thầy thuốc ưa sử dụng trong các trường hợp cần giải độc gan.Axit glutamic: giữ vai trò quan trọng trong chuyển hóa tế bào thần kinh và vỏ não. Các trường hợp như suy nhược chức năng thần kinh, trẻ em chậm phát triển cơ thể hoặc trí óc, rối loạn chức năng gan, hôn mê gan, thường được sử dụng loại axit amin này.  Trong bí ngô có chứa lại axit glutamic tự nhiên.Arginine: là axit amin tham gia vào chu trình tạo ra ure tại gan ( đó là chức năng giải độc ammoniac của gan) nên tác dụng điều hòa nồng độ ammoniac ở máu bị tăng trong một số người mắc bệnh gan, đồng thời thúc đẩy quá trình tổng hợp của cơ thể, trị các rối loạn chức năng gan.III.Phương pháp điều chế Hợp chất cao phân tử Polivinylclorua(PVC) 1. Trùng hợp gốc : sử dụng chất khởi đầu để kích động trùng hợp (C6H5COO)2 - Cơ chế: +Giai đoạn 1: Khởi đầu trùng hợp. +Giai đoạn 2: Phát triển mạch.+Giai đoạn 3: Đứt mạch tạo ra phân tử polime. Có thể xảy ra 2 cách: đứt mạch phân ly, đứt mạch kết hợp. 2. Trùng hợp ion: sử dụng xúc tác HCl. -Cơ chế trùng hợp kation. +Giai đoạn 1: Khởi đầu- kích thích trùng hợp. +Giai đoạn 2:phát triển mạch. +Giai đoạn 3: Đứt mạch tạo phân tử polime. IV. Cơ chế trùng hợp gốc,trùng hợp ionĐịnh nghĩa: Trùng hợp là phản ứng cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ (monome) để tạo thành phân tử lớn (polime). Phản ứng trùng hợp không giải phóng các sản phẩm phụ phân tử nhỏ, các mắt xích cơ sở là có cùng thành phần với monome ban đầu.Phương trình tổng quát:Dựa vào bản chất của các trung tâm hoạt động ta có thể chia phản ứng trùng hợp ra thành 2 loại:Phản ứng trùng hợp gốcPhản ứng trùng hợp ion Trong thực tế phản ứng trùng hợp gốc phổ biến hơn, phản ứng này được sử dụng để tổng hợp các polime thông thường như: cao su, sợi, chất dẻo,Điều kiện phản ứng trùng hợp gốcCác monome tham gia phản ứng phải có liên kết đôiCác monome có cấu tạo vòngGốc tự do1.1. Định nghĩaGốc tự do là những nguyên tử hay nhóm nguyên tử hoặc một phần của phân tử có chứa điện tử chưa ghép đôiGốc tự do được tạo thành do sự phân cắt đồng ly của các phân tử1.2. Hoạt tính của gốc tự doGốc tự do có hoạt tính càng mạnh thì mức độ ổn định điện tử càng cao.Hoạt tính của các gốc có thể sắp xếp như sau:1.3. Các phản ứng của gốc tự do2. Cơ chế phản ứng trùng hợp gốc2.1. Giai đoạn khơi mào2.1.1.Khơi mào nhiệt2.1.2. Khơi mào quang hoáƯu điểm có thể tiến hành ở nhiệt độ thấpCó tính chọn lọc caoTính chọn lọc phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng tác động 2.1.3. Khơi mào bức xạKhi chúng ta dùng các tia bức xạ α, β, γ.. Hoặc các dòng điện tử có năng lượng lớn chiếu trực tiếp vào monome thì sẽ tạo thành các gốc tự do hoạt động khơi mào cho quá trình trùng hợp.Nhược điểm là khi tăng dung môi, gốc tự do tăng nên dễ xảy ra phản ứng ngắt mạch2.1.4. Khơi mào bằng hoá chấtĐây là phương pháp khơi mào phổ biến trong nghiên cứu và sản xuất polime. Các phản ứng này thường sử dụng các hợp chất không bền như peoxyt (-O-O-), các hợp chất azo (-N=N-) các liên kết này dễ phân huỷ khi gặp nhiệt độ không cao lắmVí dụ phản ứng trùng hợp stiren2.2. Giai đoạn phát triển mạchGiai đoạn này xảy ra một loạt các phản ứng cộng hợp giữa gốc đang phát triển với monome để tạo thành các gốc lớn hơn2.3. Giai đoạn ngắt mạchSự ngắt mạch là quá trình bão hoà điện tử của gốc tự do và của gốc đang lớn. Cơ chế phản ứng như sau:3. Trùng hợp ionPhản ứng có thể xảy ra theo 2 cơ chế đó là: cation và anion.Phản ứng không sử dụng chất sinh gốc mà dùng các chất xúc tác có khả năng sinh ion, vì thế phản ứng này còn gọi là phản ứng trùng hợp xúc tácPhản ứng có tốc độ cao, nhiệt độ phản ứng thấp một vài trường hợp xảy ra ở nhiệt độ -50 đến -130oC3.1. Trùng hợp cationPhản ứng xảy ra theo 3 giai đoạna. Giai đoạn kích thích sử dụng các chất xúc tác Fridel-Craft như AlCl3, SnCl4, BF3, TiCl4,... Và dung môi là các chất dễ cho H+ như: nước, rượu, axit,b. Giai đoạn phát triển mạch..c. Giai đoạn ngắt mạch3.2 Trùng hợp anionPhản ứng trùng hợp các hợp chất không no liên quan đến sự hình thành cacbanion do tương tác giữa monome với anion của chất xúc tácCác monome thường chứa các nhóm hút e làm phân cực liên kết đôi và bền hoá cacbanionCH2=CH-CN, CH2=CH-NO2, CH2=CH-C2H5Chất xúc tác thường dùng là những chất cho electron như: bazơ, kim loại kiềm, hydrua, amitdua của kim loại kiềm, hợp chất cơ kim.Cơ chế1. Giai đoạn kích thích:2. Giai đoạn phát triển mạch:3. Giai đoạn tắt mạchV.Ứng dụng hợp chất cao phân tử trong nông nghiệp,công nghiệp,dược phẩm Tầm quan trọng của các hợp chất cao phân tử trong kỹ thuật. Từ xa xưa con người đã biết sử dụng gỗ, da, lông, bông, sừng, cao su... nhưng mãi đến thế kỷ XIX những vật liệu đó mới được biến tính và đưa vào công nghiệp. Tuy nhiên các hợp chất cao phân tử thiên nhiên vẫn còn nghèo nàn về chủng loại, số lượng ít và có những tính chất cơ lý chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu của con người trong công nghiệp và kỹ thuật. Ngày nay các hợp chất cao phân tử được tổng hợp nhân tạo càng nhiều, nhất là sau chiến tranh thế giới lần thứ hai khi phát hiện ra rằng dầu mỏ là một nguồn nguyên liệu vô cùng phong phú và rẻ tiền cho công nghiệp tổng hợp các hợp chất cao phân tử. Các sản phẩm cao phân tử tổng hợp rất đa dạng và được sản xuất với số lượng lớn như : chất dẻo, sợi, cao su tổng hợp, sơn, keo dán ... Nhưng điều đáng nói là các hợp chất cao phân tử tổng hợp có những tính chất cơ lý - hoá lý quý giá như: có độ bền kéo đứt, kéo trượt và bền mài mòn cao, bền hoá chất, độ đàn hồi tốt, nhẹ, dễ gia công làm đẹp,... Vì vậy mà chúng được áp dụng ngày càng rộng rãi và phổ biến trong tất cả các ngành công nghiệp nhất là trong lĩnh vực may mặc, giao thông vận tải, xây dựng, y học, và phục vụ cuộc sống hàng ngày của con người. Có thể nói rằng "xung quanh chúng ta là những hợp chất cao phân tử, chỉ có nước và không khí trên trái đất là phổ biến rộng rãi như các hợp chất cao phân tử". Bài tập: Từ etanol điều chế: 1. axit glutamic 2.Metyl salisilat.3. Paraxetamol. Cảm ơn cô giáo và các bạn đã theo dõi phần phần trình bày của nhóm 3