Amin, amino axit và peptit

Amin và amino axit

Amin là dẫn xuất của amoniac \mathrm{NH_3}, trong đó một hoặc nhiều nguyên tử H được thay bằng gốc hiđrocacbon. Bậc của amin là số gốc hiđrocacbon liên kết trực tiếp với nguyên tử N: amin bậc một có một gốc (dạng \mathrm{RNH_2}), bậc hai có hai gốc, bậc ba có ba gốc. Vì vậy \mathrm{CH_3NHCH_3} là amin bậc hai, còn trimetylamin \mathrm{(CH_3)_3N} là amin bậc ba.

Amin đơn chức bậc một thường được gọi theo tên gốc hiđrocacbon kèm đuôi -amin: \mathrm{CH_3NH_2} là metylamin, \mathrm{C_2H_5NH_2} là etylamin. Theo danh pháp thay thế, gọi tên ankan tương ứng rồi thêm đuôi -anamin, nên \mathrm{CH_3NH_2} là metanamin.

Nhóm –NH₂ còn cặp electron tự do nên amin có tính bazơ. Amin no như etylamin làm quỳ tím ẩm hóa xanh, không hóa đỏ; trong dung dịch nó tạo môi trường bazơ nên tác dụng với \mathrm{FeCl_3} tạo kết tủa \mathrm{Fe(OH)_3}, còn với \mathrm{Cu(OH)_2} tạo phức tan. Anilin \mathrm{C_6H_5NH_2} có tính bazơ rất yếu vì đôi electron của N bị gốc phenyl kéo vào vòng thơm, nên không đủ làm đổi màu phenolphtalein. Amin tác dụng với HCl tạo muối amin tan; với amin đơn chức, số mol HCl phản ứng bằng số mol amin và theo bảo toàn khối lượng m_{\text{muối}} = m_{\text{amin}} + m_{\text{HCl}}.

Amino axit là hợp chất tạp chức, phân tử chứa đồng thời nhóm –NH₂ và nhóm –COOH nên có tính lưỡng tính, phản ứng được cả với axit và bazơ. Môi trường dung dịch phụ thuộc số nhóm: amino axit có nhiều nhóm –NH₂ hơn –COOH (như lysin) làm dung dịch có tính bazơ và làm hồng phenolphtalein; số nhóm bằng nhau (như glyxin) cho môi trường gần trung tính. Lysin \mathrm{H_2N{-}(CH_2)_4{-}CH(NH_2){-}COOH} có hai nhóm –NH₂ (một ở Cα, một ở đầu mạch), còn glyxin, alanin và axit glutamic đều chỉ có một nhóm –NH₂ trong phân tử.

Amino axit phản ứng với NaOH theo tỉ lệ số mol bằng số nhóm –COOH. Với axit glutamic có hai nhóm –COOH và NaOH dư, muối thu được là đinatri glutamat có khối lượng mol 191 g/mol. Glyxin phản ứng với NaOH theo tỉ lệ 1:1 tạo muối natri; nếu NaOH còn dư thì chất tan gồm muối và NaOH dư, và khối lượng chất tan là tổng của hai khối lượng đó.

Muối natri của amino axit có dạng H₂N–R–COONa, ví dụ H₂N–CH(CH₃)–COONa là muối natri của alanin, nên amino axit tương ứng là alanin (Ala). Trong bài toán đốt cháy hỗn hợp chứa amin, amino axit và axit không no đơn chức, ta lập hệ phương trình theo bảo toàn nguyên tố N, C và số mol O₂ cần đốt. Từ tổng số nhóm –COOH suy ra được, có thể tính lượng KOH phản ứng, vì mỗi nhóm –COOH tiêu thụ một KOH.

Khi gặp phát biểu gộp nhiều tính chất, cần kiểm từng ý. Etylamin là chất khí ở điều kiện thường và tan nhiều trong nước. Axit glutamic có công thức \mathrm{C_5H_9NO_4} và chỉ chứa một nguyên tử nitơ trong phân tử. Triolein là chất béo không no, ở điều kiện thường là chất lỏng; thủy phân hoàn toàn xenlulozơ thu được glucozơ; cao su lưu hóa có cấu trúc mạch mạng không gian.

Peptit và thủy phân peptit

Peptit là hợp chất được tạo từ các α-amino axit nối với nhau bằng liên kết peptit –CO–NH–. Peptit có n gốc α-amino axit thì có n − 1 liên kết peptit; tripeptit có hai liên kết peptit. Ví dụ, peptit có năm đơn vị α-amino axit có bốn liên kết peptit.

Peptit có từ hai liên kết peptit trở lên mới cho phản ứng màu biure: trong môi trường kiềm, Cu(OH)₂ tạo phức màu tím với các liên kết peptit. Phản ứng này dùng để nhận biết protein. Khi cho NaOH và CuSO₄ vào lòng trắng trứng, kết tủa Cu(OH)₂ xanh ban đầu tan ra và xuất hiện màu tím; kết quả này cho thấy có nhiều liên kết peptit, không chứng tỏ có nhiều nhóm –OH kề nhau.

Thủy phân hoàn toàn peptit trong axit hoặc kiềm thu được các α-amino axit; thủy phân không hoàn toàn cho các peptit ngắn hơn, trong đó các đoạn vẫn giữ đúng trật tự liên kết. Với peptit mạch hở có k gốc amino axit, thủy phân hoàn toàn cần (k − 1) phân tử H₂O; khi tác dụng với NaOH, mỗi liên kết peptit tiêu thụ một NaOH nên n_{\text{NaOH}} = k \cdot n_{\text{peptit}}.

Để đếm số công thức cấu tạo của peptit khi biết thành phần và một số đoạn nhỏ, ta liệt kê các trình tự thỏa mãn đồng thời thành phần và các đoạn đã cho; hai đoạn có thể dùng chung một gốc amino axit.

Trong bài toán hỗn hợp peptit và este đơn chức, số nguyên tử C đặc trưng của từng gốc giúp xác định cấu tạo: Gly, Ala và Val có số nguyên tử C lần lượt là 2, 3 và 5. Bảo toàn khối lượng và số mol O₂ cần đốt muối natri của amino axit cho phép lập hệ phương trình để tìm số mắt xích và số mol từng chất.

Nhận biết hợp chất hữu cơ bằng thuốc thử

• Cu(OH)₂ — peptit có từ hai liên kết peptit trở lên tạo hợp chất màu tím; tripeptit Gly-Ala-Gly là ví dụ, còn este đơn chức không có phản ứng này.
• AgNO₃ trong NH₃ — chất có nhóm –CHO như anđehit, glucozơ hoặc este dạng HCOOR như etyl fomat tạo kết tủa Ag; phản ứng này dùng để nhận biết nhóm –CHO.
• Nước brom — anilin phản ứng nhanh tạo kết tủa trắng 2,4,6-tribromanilin, nên dùng để nhận biết anilin.

Protein và cấu trúc

Protein là polipeptit cao phân tử được tạo từ các α-amino axit. Protein đơn giản chỉ được cấu tạo từ các gốc α-amino axit, không phải từ gốc β- hoặc γ-amino axit.

Protein luôn chứa các nguyên tố C, H, O và N, vì nhóm –NH₂ và liên kết peptit đều có nitơ. Khi đun nóng trong môi trường axit hoặc bazơ, liên kết peptit bị thủy phân và tạo thành các α-amino axit. Protein cho phản ứng màu biure với Cu(OH)₂ nhờ các liên kết peptit trong phân tử.