🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Hóa Hữu Cơ - Hợp chất hữu cơ đơn chức và đa chức - Tập 2 Ebooks Nhóm Zalo Bé Y tÕ Vô khoa häc vµ ®µo t¹o Hîp chÊt h÷u c¬ ®¬n chøc vµ ®a chøc (S¸ch dïng ®¹o t¹o d−îc sÜ ®¹i häc) M· sè: §20 Y13 TËp II Nhµ xuÊt b¶n Y häc Hµ néi - 2006 1 Chñ biªn: PGS. TS. Tr−¬ng ThÕ Kû Tham gia biªn so¹n: ThS. NguyÔn Anh TuÊn TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan ThS. §ç ThÞ Thuý PGS. TS. §Æng V¨n TÞnh ThS. Tr−¬ng Ngäc TuyÒn Tham gia tæ chøc b¶n th¶o: TS. NguyÔn M¹nh Pha ThS. PhÝ V¨n Th©m ♥ B¶n quyÒn Thuéc Bé Y tÕ (Vô Khoa häc vµ §µo t¹o) 2 3 Lêi giíi thiÖu Thùc hiÖn NghÞ ®Þnh 43/2000/N§-CP ngµy 30/08/2000 cña ChÝnh phñ quy ®Þnh chi tiÕt vµ h−íng dÉn triÓn khai LuËt Gi¸o dôc, Bé Gi¸o dôc vµ §µo t¹o vµ Bé Y tÕ ®· phª duyÖt, ban hµnh c¸c ch−¬ng tr×nh khung cho ®µo t¹o D−îc sÜ §¹i häc. Bé Y tÕ tæ chøc thÈm ®Þnh s¸ch vµ tµi liÖu d¹y häc c¸c m«n häc c¬ së vµ chuyªn m«n theo ch−¬ng tr×nh míi nh»m tõng b−íc x©y dùng bé s¸ch chuÈn trong c«ng t¸c ®µo t¹o D−îc sÜ §¹i häc ngµnh Y tÕ. Bé s¸ch Ho¸ h÷u c¬ ®−îc biªn so¹n theo ch−¬ng tr×nh ®µo t¹o m«n Ho¸ häc h÷u c¬ thuéc ch−¬ng tr×nh gi¸o dôc cña §¹i häc Y D−îc thµnh phè Hå ChÝ Minh trªn c¬ së ch−¬ng tr×nh khung ®· ®−îc Bé Gi¸o dôc & §µo t¹o, Bé Y tÕ phª duyÖt. Néi dung bé s¸ch chØ ®Ò cËp nh÷ng kiÕn thøc lý thuyÕt vÒ ho¸ h÷u c¬, gåm 40 ch−¬ng vµ chia lµm 2 tËp tr×nh bµy nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ danh ph¸p, cÊu tróc, c¬ chÕ ph¶n øng, tÝnh chÊt lý häc vµ tÝnh chÊt ho¸ häc cña c¸c hîp chÊt hydrocarbon, c¸c hîp chÊt ®¬n chøc, c¸c hîp chÊt ®a chøc, hîp chÊt t¹p chøc, hîp chÊt thiªn nhiªn vµ hîp chÊt cao ph©n tö. §èi t−îng sö dông bé s¸ch nµy lµ c¸c sinh viªn ®ang theo häc t¹i Tr−êng ®¹i häc D−îc, khoa D−îc thuéc c¸c tr−êng ®¹i häc ngµnh Y tÕ. §ång thêi còng lµ tµi liÖu tham kh¶o tèt cho nh÷ng häc viªn sau ®¹i häc. S¸ch Ho¸ h÷u c¬ ®−îc c¸c gi¶ng viªn giµu kinh nghiÖm cña Khoa D−îc - §¹i häc Y D−îc – Thµnh phè Hå ChÝ Minh biªn so¹n. S¸ch ®· ®−îc Héi ®ång chuyªn m«n thÈm ®Þnh s¸ch gi¸o khoa vµ tµi liÖu d¹y – häc chuyªn ngµnh D−îc cña Bé Y tÕ thÈm ®Þnh vµ ®−îc Bé Y tÕ ban hµnh lµm tµi liÖu d¹y – häc chÝnh thøc dïng ®µo t¹o d−îc sÜ ®¹i häc cña Ngµnh Y tÕ trong giai ®o¹n hiÖn nay. Trong thêi gian tõ 3 ®Õn 5 n¨m, s¸ch cÇn ®−îc chØnh lý, bæ sung vµ cËp nhËt. Vô Khoa häc vµ §µo t¹o, Bé Y tÕ xin ch©n thµnh c¸m ¬n Khoa D−îc - §¹i häc Y D−îc – Thµnh phè Hå ChÝ Minh cïng c¸c t¸c gi¶ ®· bá nhiÒu c«ng søc ®Ó biªn so¹n cuèn s¸ch nµy. V× lµ lÇn ®Çu xuÊt b¶n nªn ch¾c ch¾n cßn nhiÒu thiÕu sãt, chóng t«i mong nhËn ®−îc ý kiÕn ®ãng gãp cña ®ång nghiÖp vµ b¹n ®äc ®Ó cuèn s¸ch ngµy cµng hoµn thiÖn. Vô khoa häc vµ ®µo t¹o Bé Y tÕ 4 MôC LôC Më ®Çu 9 HîP CHÊT T¹P CHøC 11 Ch−¬ng 25: Halogenoacid (ThS. §ç ThÞ Thóy) 13 1. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ 13 2. C¸c ph¶n øng hãa häc cña halogenoacid 14 3. Mét sè halogenoacid cã nhiÒu øng dông 16 Ch−¬ng 26: Hydroxyacid (ThS. §ç ThÞ Thóy) 18 1. Danh ph¸p 18 2. §ång ph©n 18 3. §iÒu chÕ 19 4. TÝnh chÊt lý häc 21 5. TÝnh chÊt hãa häc 21 6. øng dông 24 Ch−¬ng 27: Hîp chÊt hai chøc cã nhãm carbonyl (ThS. §ç ThÞ Thóy) 28 1. Hydroxy - aldehyd vµ hydroxy - ceton 28 2. Ceto-aldehyd, ceto-acid, ceto-ester 30 Ch−¬ng 28: Carbohydrat (ThS. §ç ThÞ Thóy) 33 1. Monosaccharid 33 2. Oligosaccharid 51 3. Polysaccharid 56 Ch−¬ng 29: Acid amin, peptid vµ protid (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 62 1. Acid amin 62 2. Peptid 73 3. Protid 75 HîP CHÊT DÞ VßNG 79 Ch−¬ng 30: Hîp chÊt dÞ vßng (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 79 1. §Þnh nghÜa 79 5 2. Ph©n lo¹i hîp chÊt dÞ vßng 79 3. Danh ph¸p hîp chÊt dÞ vßng 81 4. CÊu t¹o c¸c dÞ vßng th¬m 88 5. TÝnh chÊt hãa häc cña dÞ vßng cã tÝnh th¬m 91 Ch−¬ng 31: Hîp chÊt dÞ vßng 5 c¹nh 1 dÞ tè (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 93 1. Nhãm furan 94 2. Nhãm pyrrol 97 3. Nhãm thiophen 101 Ch−¬ng 32: Hîp chÊt dÞ vßng 6 c¹nh 1 dÞ tè - DÞ tè lµ nit¬ hoÆc oxy (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 105 1. Pyridin 105 2. Pyran 117 Ch−¬ng 33: Hîp chÊt dÞ vßng 5 c¹nh nhiÒu dÞ tè (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 120 1. Nhãm oxazol 120 2. Nhãm thiazol 122 3. Nhãm imidazol 124 4. Nhãm pyrazol 126 Ch−¬ng 34: Hîp chÊt dÞ vßng 6 c¹nh 2 dÞ tè (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 128 1. Hîp chÊt dÞ vßng 2 dÞ tè lµ nit¬ 129 2. Hîp chÊt dÞ vßng 2 dÞ tè lµ nit¬ vµ l−u huúnh 134 3. Hîp chÊt dÞ vßng 2 dÞ tè lµ nit¬ vµ oxy 136 4. Hîp chÊt dÞ vßng 2 dÞ tè lµ oxy 136 Ch−¬ng 35: Hîp chÊt dÞ vßng 7 c¹nh (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 137 1. Azepin 138 2. Oxepin vµ thiepin 139 3. Diazepin vµ benzodiazepin 140 Ch−¬ng 36: Hîp chÊt dÞ vßng ng−ng tô (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 142 1. D¹ng hç biÕn cña vßng lactam 142 2. TÝnh chÊt cña purin 143 3. Mét sè alcaloid cã khung purin 143 HîP CHÊT THIªN NHIªN 145 Ch−¬ng 37: Acid nucleic (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 145 1. §Þnh nghÜa 145 2. PhÇn ®−êng cña acid nucleic 146 6 3. PhÇn base cña acid nucleic 146 4. CÊu t¹o cña c¸c nucleosid 147 5. CÊu t¹o cña nucleotid 148 6. CÊu t¹o cña acid nucleic 148 Ch−¬ng 38: Terpen (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 150 1. §Þnh nghÜa vµ ph©n lo¹i 150 2. Monoterpen 151 3. Sesquiterpen 161 4. Diterpen 165 5. Triterpen 166 6. Tetraterpen 167 7. Polyterpen 170 Ch−¬ng 39: Steroid (TS. Ph¹m Kh¸nh Phong Lan) 173 1. §¸nh sè trªn khung steroid 174 2. CÊu h×nh vµ danh ph¸p cña khung steroid 174 3. CÊu h×nh vµ danh ph¸p c¸c nhãm thÕ trªn khung steroid 175 4. CÊu d¹ng cña steroid 175 5. Sterol 176 6. C¸c acid mËt 179 7. C¸c hormon 181 Tµi liÖu tham kh¶o 183 7 Më §ÇU §èi t−îng cña hãa häc h÷u c¬: Hãa häc h÷u c¬ lµ m«n khoa häc nghiªn cøu thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt c¸c hîp chÊt cña carbon. Trong thµnh phÇn hîp chÊt h÷u c¬, ngoµi carbon cßn cã nhiÒu nguyªn tè kh¸c nh− H, O, N, S, P, halogen... nh−ng carbon ®−îc xem lµ nguyªn tè c¬ b¶n cÊu t¹o nªn hîp chÊt h÷u c¬. S¬ l−îc lÞch sö ph¸t triÓn cña Hãa häc h÷u c¬ Tõ xa x−a ng−êi ta ®· biÕt ®iÒu chÕ vµ sö dông mét sè chÊt h÷u c¬ trong ®êi sèng nh− giÊm (acid acetic lo·ng), r−îu (ethanol), mét sè chÊt mµu h÷u c¬. Thêi kú gi¶ kim thuËt c¸c nhµ hãa häc ®· ®iÒu chÕ ®−îc mét sè chÊt h÷u c¬ nh− urª, ether etylic... Cuèi thÕ kû 18 ®Çu thÕ kû 19, c¸c nhµ hãa häc ®· chiÕt t¸ch tõ ®éng, thùc vËt nhiÒu acid h÷u c¬ nh− acid oxalic, acid citric, acid lactic ... vµ mét sè base h÷u c¬ (alcaloid). N¨m 1806 lÇn ®Çu tiªn nhµ hãa häc ng−êi Thôy §iÓn Berzelius ®· dïng danh tõ “Hãa häc h÷u c¬” ®Ó chØ ngµnh hãa häc nghiªn cøu c¸c hîp chÊt cã nguån gèc ®éng vËt vµ thùc vËt. Thêi ®iÓm nµy cã thÓ xem nh− cét mèc ®¸nh dÊu sù ra ®êi cña m«n hãa häc h÷u c¬. N¨m 1815 Berzelius ®−a ra thuyÕt “Lùc sèng” cho r»ng c¸c hîp chÊt h÷u c¬ chØ cã thÓ ®−îc t¹o ra trong c¬ thÓ ®éng vËt vµ thùc vËt nhê mét “lùc sèng” chø con ng−êi kh«ng thÓ ®iÒu chÕ ®−îc. ThuyÕt duy t©m nµy tån t¹i trong nhiÒu n¨m nh−ng dÇn dÇn bÞ ®¸nh ®æ bëi c¸c c«ng tr×nh tæng hîp c¸c chÊt h÷u c¬ tõ c¸c chÊt v« c¬. N¨m 1824, nhµ hãa häc ng−êi §øc Wohler ®· tæng hîp ®−îc acid oxalic b»ng c¸ch thñy ph©n dixian lµ mét chÊt v« c¬. N¨m 1828 còng chÝnh «ng, tõ chÊt v« c¬ amoni cyanat ®· tæng hîp ®−îc urª. TiÕp theo Bertholet (Ph¸p) tæng hîp ®−îc chÊt bÐo n¨m 1854 vµ Bulerov (Nga) tæng hîp ®−êng glucose tõ formalin n¨m 1861. Cho ®Õn nay hµng triÖu chÊt h÷u c¬ ®· ®−îc tæng hîp trong phßng thÝ nghiÖm vµ trªn quy m« c«ng nghiÖp. Con ng−êi kh«ng chØ b¾t ch−íc tæng hîp c¸c chÊt gièng thiªn nhiªn mµ cßn s¸ng t¹o ra nhiÒu chÊt h÷u c¬, nhiÒu vËt liÖu h÷u c¬ cùc kú quan träng vµ quý gi¸ mµ tù nhiªn kh«ng cã. Tuy nhiªn tªn gäi hîp chÊt h÷u c¬ vÉn ®−îc duy tr×, nh−ng kh«ng ph¶i chØ víi nghÜa lµ c¸c chÊt cã nguån gèc ®éng vËt vµ thùc vËt mµ mang néi dung míi: ®ã lµ c¸c hîp chÊt cña carbon. 8 §Æc ®iÓm cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ vµ ph¶n øng h÷u c¬ MÆc dï ra ®êi muén h¬n hãa häc v« c¬ nh−ng c¸c hîp chÊt h÷u c¬ rÊt phong phó vÒ sè l−îng, chñng lo¹i. Sè l−îng chÊt h÷u c¬ cho ®Õn nay nhiÒu gÊp vµi chôc lÇn c¸c chÊt v« c¬ ®· biÕt. Nguyªn nh©n c¬ b¶n lµ do carbon cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh m¹ch dµi v« tËn theo nhiÒu kiÓu kh¸c nhau. Nãi c¸ch kh¸c hiÖn t−îng ®ång ph©n (tøc lµ c¸c chÊt cã cïng thµnh phÇn ph©n tö nh−ng kh¸c nhau vÒ cÊu t¹o) lµ cùc kú phæ biÕn vµ ®Æc tr−ng trong hãa häc h÷u c¬. CÊu tróc ph©n tö cña hîp chÊt h÷u c¬ cã thÓ ®¬n gi¶n nh−ng còng cã thÓ rÊt phøc t¹p, viÖc x¸c ®Þnh cÊu tróc cña chóng nhiÒu khi rÊt khã kh¨n, ph¶i sö dông nhiÒu ph−¬ng ph¸p hãa häc vµ vËt lý häc hiÖn ®¹i. NÕu nh− liªn kÕt ion kh¸ phæ biÕn trong hîp chÊt v« c¬ th× liªn kÕt chñ yÕu gi÷a c¸c nguyªn tö trong ph©n tö h÷u c¬ l¹i lµ liªn kÕt céng hãa trÞ. §Æc ®iÓm nµy ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn tÝnh chÊt lý hãa vµ ®Æc biÖt lµ kh¶ n¨ng ph¶n øng cña chóng. C¸c ph¶n øng h÷u c¬ th−êng x¶y ra víi tèc ®é chËm, kh«ng hoµn toµn vµ th−êng theo nhiÒu h−íng kh¸c nhau, v× vËy vai trß cña nhiÖt ®éng häc, ®éng häc vµ xóc t¸c trong hãa h÷u c¬ rÊt quan träng. Vai trß cña hãa häc h÷u c¬ C¸c chÊt h÷u c¬ cã vai trß rÊt quan träng trong ®êi sèng cña con ng−êi. Kh«ng nh÷ng hÇu hÕt thùc phÈm chóng ta ¨n (glucid, protid, lipid), vËt dông hµng ngµy (cellulose, sîi tæng hîp, cao su, chÊt dÎo...) lµ c¸c chÊt h÷u c¬ mµ nhiÒu chÊt h÷u c¬ cßn lµ c¬ së cña sù sèng (protid, acid nucleic..). Nhiªn liÖu cho ®éng c¬ ®èt trong, cho nhµ m¸y nh− x¨ng, dÇu lµ hçn hîp hydrocarbon m¹ch dµi ng¾n kh¸c nhau. C¸c vËt liÖu h÷u c¬ nhÑ, kh«ng han gØ, tiÖn sö dông, nhiÒu mµu s¾c ®a d¹ng ®ang ngµy mét thay thÕ cho c¸c kim lo¹i, hîp kim trong nhiÒu lÜnh vùc, kÓ c¶ nh÷ng lÜnh vùc t−ëng nh− kh«ng thÓ thay thÕ ®−îc nh− b¸n dÉn, siªu dÉn... Do tÊt c¶ nh÷ng ®Æc ®iÓm trªn, hãa häc h÷u c¬ ®−îc t¸ch ra nh− mét ngµnh khoa häc riªng ®ßi hái nh÷ng ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu vµ thiÕt bÞ ngµy cµng hiÖn ®¹i h¬n, ®ßi hái nç lùc kh«ng ngõng cña c¸c nhµ hãa häc ®Ó kh«ng nh÷ng b¾t ch−íc thiªn nhiªn tæng hîp nªn c¸c chÊt phøc t¹p phôc vô cho nhiÒu lÜnh vùc cña cuéc sèng mµ cßn v−ît xa h¬n c¶ thiªn nhiªn. Tõ c¬ së hãa häc h÷u c¬, ®· cã rÊt nhiÒu ngµnh nghiªn cøu øng dông ra ®êi: hãa c«ng nghiÖp, hãa dÇu, c«ng nghiÖp dÖt, hãa thùc phÈm, d−îc phÈm vµ hãa mü phÈm. 9 HîP CHÊT T¹P CHøC §Þnh nghÜa Hîp chÊt t¹p chøc lµ hîp chÊt h÷u c¬, trong ph©n tö cã Ýt nhÊt hai nhãm chøc kh¸c nhau. Còng cã thÓ xem hîp chÊt t¹p chøc lµ dÉn xuÊt cña hydrocarbon mµ Ýt nhÊt cã hai hydro ®−îc thay thÕ bëi c¸c nhãm chøc hoµn toµn kh¸c nhau. CH3 - CHOH - CH = O ph©n tö cã chøc alcol vµ chøc aldehyd CH3 - CH(NH2) - COOH ph©n tö cã chøc amin vµ chøc acid CH2Cl - CHCl - CH2OH ph©n tö cã Cl vµ chøc alcol HOC6H4COOH ph©n tö cã chøc phenol vµ chøc acid H2NC6H4COOH ph©n tö cã chøc amin vµ chøc acid HOC6H4CHO ph©n tö cã chøc phenol vµ chøc aldehyd Ph©n biÖt − Hîp chÊt ®a chøc: nhiÒu nhãm chøc cïng mét lo¹i. − Hîp chÊt t¹p chøc: nhiÒu chøc kh¸c nhau (xuÊt hiÖn tÝnh chÊt míi). Trong c¸c hîp chÊt t¹p chøc c¸c nhãm chøc ¶nh h−ëng lÉn nhau lµm t¨ng hoÆc gi¶m kh¶ n¨ng ph¶n øng cña nhãm chøc c¬ b¶n hoÆc t¹o ra nh÷ng tÝnh chÊt ph¶n øng ®Æc thï cña hîp chÊt t¹p chøc. VÝ dô: Phenol cã tÝnh acid yÕu h¬n acid carbonic. Phenol kh«ng t¸c dông víi Na2CO3 nh−ng clorophenol l¹i t¸c dông víi Na2CO3 OH Cl ONa + Na2CO3 + NaHCO3 Cl §iÒu ®ã chøng tá r»ng nguyªn tö clor ®· ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh acid cña chøc phenol. Hîp chÊt t¹p chøc cã nhiÒu nhãm chøc kh¸c nhau rÊt phæ biÕn trong ®êi sèng hµng ngµy. C¸c d−îc phÈm th−êng cã nhiÒu nhãm chøc kh¸c nhau trong ph©n tö. Danh ph¸p C¸c hîp chÊt t¹p chøc cã lo¹i gäi theo danh ph¸p th«ng th−êng nh− c¸c acid amin, nh−ng gäi tªn theo danh ph¸p quèc tÕ lµ chuÈn mùc ®Ó biÕt râ cÊu tróc 11 cña mét hîp chÊt t¹p chøc phøc t¹p. Cã nh÷ng quy −íc khi gäi tªn theo danh ph¸p hÖ thèng: a- Chän m¹ch dµi nhÊt chøa nhãm chøc cã −u tiªn cao nhÊt. b- C¸c nhãm chøc cßn l¹i ®−îc gäi tªn theo tiÕp ®Çu ng÷. c- §¸nh sè trªn m¹ch chÝnh tõ nhãm chøc. Gäi tªn hîp chÊt cã m¹ch chÝnh t−¬ng øng víi nhãm chøc −u tiªn cã tiÕp vÜ ng÷ cña nhãm chøc ®ã vµ vÞ trÝ, tiÕp ®Çu ng÷ cña c¸c nhãm chøc kh¸c theo thø tù −u tiªn. B¶ng liÖt kª sau tr×nh bµy thø tù −u tiªn cña c¸c nhãm chøc: Tªn gäi tiÕp vÜ ng÷, tiÕp ®Çu ng÷ vµ thø tù −u tiªn cña c¸c nhãm chøc Nhãm chøc TiÕp vÜ ng÷ TiÕp ®Çu ng÷ Cation oni onio Anion at, id, ur ato, ido -COOH oic, carboxylic carboxy -SO3H sulfonic sulfo -COX oylhalogenid, carbonylhalogenid haloformyl -CONH2 amid, carboxamid carbamoyl -CONHCO- imid, dicarboximid. iminodicarbonyl -C≡N nitril, carbonitril. cyano -CHO al, carbaldehyd. oxo, formyl C=O on oxo S=O thion thioxo -OH ol hydroxyl, hydroxy -SH thiol mercapto -NH2 amin amino =NH imin imino VÝ dô V: H2N CH2 CH CH2 CH COOH CH3 CH C O OH NH2 C N Cl 4-Hydroxy-2,5-diaminopentanoic 2-Cyanopropanoyl clorid 12 Ch−¬ng 25 HALOGENOACID Môc tiªu 1. §äc ®−îc tªn c¸c halogenoacid. 2. Nªu ®−îc hãa tÝnh cña halogenoacid vµ øng dông cña mét sè chÊt ®iÓn h×nh. Halogenoacid lµ nh÷ng hîp chÊt ®−îc t¹o thµnh do sù thay thÕ mét hay nhiÒu nguyªn tö hydro trªn gèc hydrocarbon cña acid carboxylic b»ng c¸c nguyªn tö halogen. C¸c halogenoacid cña acid monocarboxylic no cã nhiÒu øng dông, ®Æc biÖt lµ c¸c α-halogenoacid. α β α γ β α R CH COOH X R CH CH2 X COOH R CH CH2 X CH2 COOH α-Halogenomonocarboxylic 2-Halogenocarboxylic 1. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ β-Halogenomonocarboxylic 3-Halogenocarboxylic γ-Halogenomonocarboxylic 4-Halogenocarboxylic 1.1. Halogen hãa acid carboxylic Acid α-monocarboxylic no cã thÓ ®−îc ®iÒu chÕ b»ng c¸ch halogen hãa trùc tiÕp b»ng fluor (F2), clor (Cl2), brom (Br2) khi cã mÆt cña acid chøa proton, acid Lewis. NÕu cã xóc t¸c ¸nh s¸ng (hγ), ph¶n øng thÕ x¶y ra theo c¬ chÕ thÕ gèc vµ kh«ng thÕ vµo vÞ trÝ α. CH3 CH2 COOH + Cl2 (H+) + Cl2 (hγ) CH3 CH COOH Cl CH2 CH2 COOH Cl + HCl + HCl Trong ph¶n øng halogen hãa acid, ®Ó thu ®−îc s¶n phÈm thÕ vµo vÞ trÝ α th−êng sö dông thªm phosphor ®á (P) víi vai trß t¹o acylhalogenid v× sù halogen hãa vµo acylhalogenid x¶y ra nhanh h¬n vµo acid carboxylic. 2P + X2 → 2PX3 13 R CH2 COOHR CH2 COXR CH COH R CH2 COX + PX3 X + X2 - HX R CH COOH X + RCH2COOH R CH COX X Nhãm COX cã hiÖu øng - I m¹nh cho nªn hydro cña C _H ë vÞ trÝ α cã tÝnh acid h¬n so víi c¸c hydro kh¸c trong ph©n tö acid RCH2CH2COOH. Halogen hãa acid benzoic b»ng halogen cã xóc t¸c Lewis t¹o acid meta - halogenobenzoic. COOH COOH + X2AlCl3 + HX X Acid carboxylic - RCOOH hoÆc CH2(COOH)2 bÞ halogen hãa dÔ dµng khi t−¬ng t¸c víi thionylclorid (SOCl2). 1.2. Céng hîp HX vµo acid ch−a no Céng hîp HX vµo acid α,β-ch−a no thu ®−îc β-halogenoacid. Ph¶n øng tr¸i quy t¾c Markonikov. CH2=CH-COOH + HX → X - CH2-CH2-COOH 2. C¸c ph¶n øng hãa häc cña halogenoacid 2.1. Ph¶n øng thÕ ¸i nh©n - Ph¶n øng thñy ph©n Halogenoacid lµ acid m¹nh h¬n acid carboxylic. Nguyªn tö halogen cña halogenoacid thuéc d·y aliphatic tham gia ph¶n øng thÕ ¸i nh©n. Halogenoacid rÊt dÔ thñy ph©n. + OH - R-CHX-COOH R-CHOH-COOH Nhãm carboxyl ¶nh h−ëng ®Õn sù ph©n cùc cña liªn kÕt C -X. Ph¶n øng thÕ x¶y ra theo c¬ chÕ SN2 vµ kh«ng thay ®æi cÊu h×nh. Gi¶i thÝch nh− sau: .. .. .. .. HO O - .. O O O : .. .. .. .. .. C .. C C C Br HRS : - Br -H+ - C Br HR O H R C α-Lacton 14 .... .. .. .. C O .. : .. - O O COOH : .. O C + H+ H R C - OH ..: C OH HR C OH HR S Acid α-hydroxycarboxylic C¸c gem -dihalogen acid thñy ph©n b»ng H2O t¹o thµnh oxo acid: + H2O CHCl2 COOH + 2HCl CH O COOH Acid dicloroacetic Acid glyoxalic C¸c hîp chÊt α, β vµ γ -halogenoacid cã kh¶ n¨ng t¹o c¸c vßng lacton t−¬ng øng: O H2O , CHCl3 -Br- CH3 CH CH2 COOH Br CH3 C O β−Βutyrolacton ,Butanolid O C O Br (CH2)5 COOHε−Caprolacton , (1,6-hexanolid) H2O , Ag2O HO (CH2)5 COOH Acid 6-hydroxycaproic; 6-Hydroxyhexanoic 2.2. Ph¶n øng t¸ch lo¹i t¹o acid ch−a no Trong m«i tr−êng kiÒm ®Æc - alcol, cã ph¶n øng lo¹i HX. CH3 CH CH2 COOH Cl 2NaOH CH3 CHOH CH 2 COONa β-hydroxybutyrat natri CH3 CH = CH COONa + NaCl + H2O + NaCl + 2H2O Acid β-clorobutyric Nnatric crotonat 2NaOH Ph¶n øng phô x¶y ra khi t¸ch lo¹i cã thÓ lµ sù decarboxyl hãa vµ t¹o hydrocarbon ch−a no. Ph¶n øng phô nµy th−êng x¶y ra ®èi víi hîp chÊt β-halogenoacid. .. O X CH CH2 C R ∆ + CO2 + X R CH CH - 2 - :.. O- : β−Halogenocarboxylat 15 3. Mét sè halogenoacid cã nhiÒu øng dông 3.1. Monocloroacetic – ClCH2COOH Monocloroacetic ®−îc ®iÒu chÕ b»ng c¸ch clor hãa acid acetic trong hçn hîp anhydrid acetic vµ acid sulfuric ®Ëm ®Æc hoÆc thñy ph©n tricloroetylen b»ng acid sulfuric 75% ë 140°C. Cl C CClCl 2 H2O , H2SOÕ4 Cl-CH + 2HCl 2-COOH H ∆ Monocloroacetic lµ tinh thÓ, tnc = 63°C, dÔ tan trong n−íc vµ etanol, ®−îc sö dông ®Ó tæng hîp acid malonic, ester malonat vµ c¸c chÊt mµu. 3.2. Dicloroacetic - Cl2CHCOOH §iÒu chÕ dicloroacetic b»ng c¸ch ®un cloralhydrat víi calci carbonat cã xóc t¸c lµ natri cyanid NaCN. 2CaCO3 , NaCN Cl3-CH(OH) 2 (Cl2 CH-COO ) 2Ca -2CO2 , -CaCl 2 , -2H2O HoÆc thñy ph©n tetracloroetylen b»ng h¬i n−íc: 2Cl2 CH-COOH + 2 H+ -Ca2+ Cl Cl C CClCl ∆ 2H2OCl2 CH-COOH + 2HCl §iÒu chÕ dicloroacetylclorid: Oxy hãa tricloroetylen b»ng kh«ng khÝ ë 70- 100°C. ChÊt trung gian lµ tricloroxiran kh«ng bÒn bÞ chuyÓn vÞ. Cl C CHCl ∆ Cl O H O2 , Cl2CH COCl Cl Cl C C Cl Gèc dicloroacetyl cã trong thµnh phÇn cña chloramphenicol. 3.3. Tricloroacetic - Cl3C-COOH Oxy hãa cloralhydrat b»ng acid nitric HNO3 ®Ëm ®Æc thu ®−¬c tricloroacetic. Cl3-CH(OH) 2 [O] ,HNO 3 Cl3 C-COOH + H2O Oxy hãa tetracloroetylen b»ng oxy kh«ng khÝ thu ®−îc tricloroacetylclorid Cl3C-COCl. Tricloroacetic lµ mét acid m¹nh. Khi ®un nãng tricloroacetic víi dung dÞch kiÒm lo·ng hoÆc h¬i n−íc sÏ thu ®−îc cloroform. [H2O ] Cl3 C-COOH Cl3 CH ∆ + CO2 16 C¬ chÕ: Cl : Cl + .. :- - Cl C C O Cl C: C O Cl O Cl H+ O Cl3C _ H Bµi tËp 1. ViÕt c«ng thøc cÊu t¹o cña c¸c chÊt sau: a- Acid α-bromopropionic. b- Acid γ-cloro-α-metylbutyric c- Acid o-clorobenzoic. d- α,β-Dibromopropionat kali. e- 2,3-Dicloropropionylclorur. g- Acid p-bromophenylacetic. 2- ViÕt ph¶n øng cña acid γ-bromobutyric trong c¸c ®iÒu kiÖn sau: a- Thñy ph©n trong m«i tr−êng base. b- Thuû ph©n khi cã Ag2O. c- T¸ch lo¹i trong m«i tr−êng alcol /KOH. 17 Ch−¬ng 26 HYDROXYACID Môc tiªu 1. §äc ®−îc danh ph¸p c¸c hydroxyacid theo IUPAC vµ th«ng th−êng. 2. Tr×nh bµy ®−îc hãa tÝnh cña hydroxyacid vµ tÝnh chÊt t−¬ng hç gi÷a hai nhãm chøc. Hydroxyacid cßn ®−îc gäi lµ hîp chÊt oxyacid. Cã hai lo¹i hîp chÊt hydroxyacid quan trong: − Acid carboxylic chøa chøc alcol: HO -R-COOH (Alcol-acid) − Acid carboxylic chøa chøc phenol: HO -Ar-COOH ( Phenol-acid) 1. Danh ph¸p Tªn vµ vÞ trÝ nhãm OH + Tªn acid t−¬ng øng §¸nh sè hoÆc dïng ch÷ c¸i α, β, γ,.. ortho, meta, para ®Ó chØ vÞ trÝ cña nhãm OH. δ γ β α CH3-CH2-CH2-CHOH-CH2-COOH Acid β−Hydroxycaproic COOH OH Acid 3-Hydroxybenzoic Acid m-Hydroxybenzoic 2. §ång ph©n COOH OH Acid 4-Hydroxybenzoic Acid p-Hydroxybenzoic − Sè ®ång ph©n phô thuéc vÞ trÝ nhãm OH. − Th−êng cã ®ång ph©n quang häc. 18 C«ng thøc Danh ph¸p §ång ph©n quang häc HO-CH2-COOH Acid glycolic - CH2-CHOH-COOH Acid lactic R- Lactic S-Lactic R,S-Lactic HOOC-CHOH-CH2-COOH Acid malic R-Malic S-Malic R,S-Malic HOOC-CHOH-CHOH-COOH Acid tartaric 2R,3R-Tartaric 2S,3S-Tartaric. 2R,3S-Mesotartaric CH2 COOH C HO COOH CH2 COOH Acid citric - C6H5 CH COOH CH2OH Acid tropic R(+)-Tropic S(-)-Tropic R,S-Tropic C6H5-CHOH-COOH Acid mandelic R(-)-Mandelic 3. §iÒu chÕ 3.1. Thñy ph©n halogenoacid R CHCl- COOH + H2O → R -CHOH- COOH + HCl 3.2. Khö hãa ester cña oxoacid (aldehyd-ceton acid) Khö hãa b»ng hydro míi sinh (hçn hèng natri) hay H2 / Ni CH3 CHOH CH 2COOH H2 / Ni CH3 CO CH 2CO2Et CH 3 CHOH CH 2CO2Et H2O Aceto acetat ethyl β -Hydroxy butyrat ethyl 120oC ,100 atm -EtOH Aacid β-hydroxy butyric 2 H (Ni) C (CH2 R ) n COOR H2O R CH (CH2) n COOH O to OH COOR -ROH CH (CH2 R ) n OH 19 3.3. Tõ aldehyd -ceton Céng hîp HCN vµo aldehyd - ceton, thñy ph©n tiÕp theo thu ®−îc α-hydroxyacid. + H3O R CH2 CH = O H CN R CH2 CHOH CN R CH2 CHOH COOH 3.4. Tõ c¸c hîp chÊt etylen oxyd Etylen oxyd t¸c dông víi HCN vµ thñy ph©n tiÕp theo thu ®−îc β- hydroxyacid. CH2 CH2 HCN H3O+ HO CH2 CH2 HO CH2 CH2 CN CO2H O 3.5. Ph¶n øng Reformatski (1889) Ester cña acid α-halogencarboxylic t¸c dông víi aldehyd hoÆc ceton cã Zn lµm chÊt trung gian sÏ t¹o thµnh acid β-oxycarboxylic. Ph¶n øng x¶y ra nh− sau: R' R C = O Br CH2 CO2Et Zn R' R C O Zn Br CH2CO2Et H2O R' R C O H CH2CO2Et 3.6. Tõ acid amin Acid amin t¸c dông víi HNO2 CH3 CH (NH 2) CO2H + HO N = O CH3 CH OH CO 2H + H2O + N2 α - AalaninAacid lactic 3.7. §iÒu chÕ c¸c phenolacid Ph−¬ng ph¸p Kolbe -Schmitt Phenolat kh« t¸c dông víi CO2 cã nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt. øng dông ®Ó s¶n xuÊt acid salicylic trong c«ng nghiÖp. OH ONa CO2 CO2 OH COONa COONa 200oC 125oC , 7 atm p - Oxyb Natri salisilat enzoat natri C¸c phenol kh¸c cã ph¶n øng t−¬ng tù: COO Na O Na OH CO2 130oC , 5 atm CO2 250oC , 5 atm OH COO Na β-Naphtolat natri 20 2- Hydroxy-naphtalen- 3-Hydroxy-naphtalen -1-carboxylat natri -2-carboxylat natri 4. TÝnh chÊt lý häc Hydroxyacid th−êng lµ chÊt kÕt tinh, cã liªn kÕt hydro tan tèt trong n−íc, dÔ ph©n hñy khi cã nhiÖt ®é. 5. TÝnh chÊt hãa häc C¸c hydroxyacid thÓ hiÖn tÝnh chÊt ®Æc tr−ng cña chøc acid COOH, chøc OH cña alcol hay chøc OH cña phenol. 5.1. C¸c ph¶n øng cña alcolacid (HO -R-COOH) − Ph¶n øng cña chøc -COOH (tÝnh acid, t¹o ester...) − Ph¶n øng cña chøc -OH (t¹o ester víi dÉn xuÊt acid, ph¶n øng SN...) 5.2. Ph¶n øng t¸ch n−íc Tïy thuéc vÞ trÝ nhãm OH, khi cã nhiÖt ®é, ph¶n øng t¸ch n−íc cña hydroxyacid x¶y ra trong c¸c tr−êng hîp sau ®©y: 5.2.1. Víi α-hydroxy acid − 2 ph©n tö α-hydroxy acid t¸ch 2H2O t¹o vßng lactid (diester vßng). O OH HO R O O C ∆ + 2 H2O C R HC C R C + OH HO C O O COCH R α - Hydroxy acid Lactid − C¸c lactid kh«ng bÒn dÔ bÞ thñy ph©n. Khi ch−ng cÊt, c¸c lactid dÔ bÞ decarbonyl hãa (gi¶i phãng CO) vµ t¹o thµnh aldehyd. 5.2.2. Víi β- hydroxy acid. β-Hydroxacid khi t¸ch H2O néi ph©n tö t¹o acid ch−a no α,β-etylenic ∆ β α R _ CH OH _ CH2_ CO2H β-Hydroxy acid 5.2.3. Víi γ, δ-hydroxy acid β α R _ CH = CH _ CO2H H2O + Aacid α- ethylenic Khi cã nhiÖt ®é hoÆc xóc t¸c acid, c¸c ph©n tö γ hoÆc δ-hydroxy acid t¸ch H2O t¹o vßng γ vµ δ -lacton. Nhãm OH alcol vµ nhãm OH cña acid bÞ lo¹i n−íc t¹o ester néi ph©n tö (vßng lacton). 21 CH2 CH2 ∆ HoÆc H+ H2C H2C + 2 H2O H2C OH2C γ γ C OH HO C O γ-Butyrolacton O Acid -hydroxybutyric CH2 CH2 CH2 C ∆ CH2 CH2 CH2 + H2O H2C δ O OH HO Hoaëc H+ H2COC O Acid δ-Hydroxyvaleric δ− Valerolacton Kh«ng thÓ ®iÒu chÕ vßng β-lacton trùc tiÕp tõ β-hydroxyacid. Cã thÓ ®iÒu chÕ vßng β-lacton b»ng c¸ch cho hîp chÊt ceten t¸c dông víi aldehyd formic: H2C C O CH2 C O + H2C O CH2 O β−Propiolacton C¸c hydroxy acid cã nhãm OH ë c¸c vÞ trÝ ε vµ xa h¬n n÷a th−êng kh«ng t¹o vßng lacton. Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nh− trªn c¸c acid nµy th−êng t¹o thµnh c¸c polyester. B»ng c¸c ph−¬ng ph¸p hãa häc ®Æc biÖt, cã thÓ tæng hîp c¸c lacton cã vßng lín: CH2 CH2 (CH2)6 CH2 CH2 (CH2)5 H OH (CH2)6 O C O (CH2)8 O C OOC O Eczaltolid Ambrettolid Mevalolacton Vßng lacton nh− lµ mét ester néi ph©n tö, do ®ã nh÷ng hîp chÊt cã vßng lacton rÊt dÔ bÞ thñy ph©n. Mét sè ph¶n øng ®Æc tr−ng cña vßng lacton: CH2 CH2 NaOH , ∆ 2H [Na/Hg] 4H[LiAlH4] HX HO (CH2)2COOH CH3(CH2)2COOH HO(CH2)4OH X(CH2)3COOH CH2 C O O KCN NC(CH2)3COOK γ−Butyrolacton NH3 Pyrrolidon CH2 CH2 NO -H2O CH2 H C CH3NH2 CH2 CH2 N-Metylpyrrolidon -H2O NO 22 CH2 C CH3 C¸c vßng lacton cã vai trß quan träng trong mét sè d−îc phÈm: Artemisinin lµ mét chÊt h÷u c¬ chiÕt ®−îc tõ c©y Thanh hao hoa vµng (Chenpodium ambrosioides) cã chøa vßng lacton. Artemisinin vµ c¸c dÉn xuÊt cña nã cã t¸c dông ch÷a bÖnh sèt rÐt. CH3 O O O CH3 O O CH3 O O H HH OC CH3 O Artemisinin O H HH OCH CH3 OH Hydroartemisinin O H HH OCH CH3 O C CH2CH2COONa O Natri artesunat 5.3. C¸c ph¶n øng cña phenolacid (HO -Ar-COOH) 5.3.1. T¸c dông víi FeCl3 Acid salicylic cho mµu tÝm. Acid p-hydroxybenzoic cho mµu ®á. Acid m-hydroxybenzoic kh«ng cho mµu 5.3.2. Ph¶n øng víi Na2CO3 vµ NaOH ChØ cã chøc acid míi t¸c dông víi Na2CO3 OH COO H OH COO Na + NaHCO 3 + Na 2CO3 Acid salicylic Víi NaOH c¶ 2 chøc cïng ph¶n øng. OH O Na COO H COO Na + 2NaOH Acid salicylic + 2H2O 5.3.3. Ph¶n øng acetyl ho¸ vµo chøc phenol t¹o ester OH COO H(CH3CO)2O + Acid salicylic Pyridin O - COCH 3 COO H + Pyridin.CH3COOH Aspirin 23 5.3.4. Khö hãa acid salicylic t¹o acid pimelic COOHOH COO H COOH H COOH 4 [ H ] Na / C5H11 OH Acid salicylic OH Hæ biÓn O H2O CH2COOH Acid pimelic Acid pimelic hay heptandioic hay 1,5-pentandicarboxylic Acid salicylic cã tÝnh acid m¹nh h¬n acid benzoic vµ c¸c ®ång ph©n meta vµ para. Acid salicylic cã liªn kÕt hydro néi ph©n tö t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho sù ph©n ly proton. OH CO O ... CO - OH ... + H+ OH 6. øng dông 6.1. Mét sè alcol acid phæ biÕn pKa =2,79 • Acid glycolic: HOCH2-COOH (Acid hydroxyacetic, hydroxyetanoic). §iÒu chÕ acid glycolic b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn ph©n acid oxalic hoÆc tæng hîp tõ formaldehyd vµ oxyd carbon: HCHO + CO HO-CH2-COOH H+ , ∆ + H2O + H2O • Acid lactic: CH3CHOH-COOH (Acid α-hydroxypropionic, 2-oxypropanoic). Ph©n tö cã 1 carbon kh«ng ®èi xøng. N¨m 1780 Scheeler ph¸t hiÖn acid R,S lactic cã trong s÷a chua khi lªn men s÷a. Acid S (+)-lactic cã trong c¸c c¬ b¾p cña ng−êi vµ ®éng vËt, lµ s¶n phÈm trung gian cña qu¸ tr×nh glycolyse. Acid R(-)-lactic thu ®−îc tõ dung dÞch acid R,S-lactic. Acid L(+) lactic, acid R(-)-lactic ®Òu ë thÓ r¾n. Acid R,S-lactic ë d¹ng láng. §iÒu chÕ acid lactic b»ng ph−¬ng ph¸p lªn men lactose, maltose hoÆc glucose. Men Bacillus acidi lacti C12H22O11 + H2 O 4 CH3-CHOH-COOH (raxemic) Oxy hãa acid lactic b»ng thuèc thö H2O2/Fe2+ t¹o ra acid pyruvic (2-oxopropanoic) CH3 CH COOH OH +2 H2O H2O2, Fe2+ CH3 C COOH O Acid pyruvic C¸c lactat cã nhiÒu øng dông trong d−îc phÈm, thùc phÈm vµ c«ng nghiÖp. 24 • Acid malic: HOOC-CHOH-CH2-COOH (Acid hydroxysuccinic; 2-hydroxybutandioic). D¹ng racemic t¹o thµnh do ph¶n øng tæng hîp tõ acid R,S-bromomalic vµ AgOH hoÆc ph¶n øng hîp n−íc cña acid maleic. H H + AgOH + H2O (H+) HOOC C C CH2 CH COOH HOOC CH2 CH COOH Br -AgBr OH HOOC COOH Acid R,S-Bromomalic Acid R,S-Malic Acid R,S-Maleic D¹ng R (+)vµ Sv (-)-malic ®Òu ë d¹ng tinh thÓ. • Acid tartaric: HOOC-CHOH -CHOH-COOH (Acid α,α,-dihydroxysuccinic; 2,3- dihydroxybutandioic) Acid 2R,3R-(+)-tartaric tån t¹i d¹ng tù do hoÆc d¹ng muèi tartarat kali cã trong dÞch qu¶ nho. Acid 2S,3S-(-)-tartaric kh«ng cã trong thiªn nhiªn. Khi ®un nãng víi sù cã mÆt cña KHSO4, acid tartaric bÞ lo¹i n−íc, lo¹i carbon dioxyd vµ t¹o thµnh acid pyruvic. Ph¶n øng nh− sau: HO COOH HO COOH CH HO COOH ∆ KHSOÕ4 C C O COOH C O COOH C CH CH2 COOH -H2OÕ - COØ2 H COOH CH3 Acid tartaric Acid oxymaleic Acid pyruvic Muèi kali, natri tartarat (muèi Seignette) ®−îc sö dông ®Ó pha thuèc thö Fehling. • Acid citric: HOOC-CH2 -C(OH)(COOH)-CH2 –COOH (Acid 2-hydroxypropan 1,2,3-tricarboxylic, acid β-hydroxytricarballylic). Acid citric cã trong nhiÒu hoa qu¶, trong s÷a vµ trong m¸u. Trong dÞch n−íc chanh cã tõ 6 - 10% acid citric. Acid citric cã vai trß quan träng trong c¸c chu tr×nh chuyÓn hãa. S¶n xuÊt acid citric trªn quy m« c«ng nghiÖp b»ng ph−¬ng ph¸p lªn men c¸c mono hoÆc disaccharid. §un nãng ë 175°C acid citric bÞ lo¹i 1 ph©n tö n−íc t¹o acid ch−a no aconitic. Acid citric t¸c dông víi acid sulfuric ®Ëm ®Æc hoÆc oleum t¹o thµnh acid acetondicarboxylic. CH COOH CH2 COOH CH2 COOH C COOH ∆ HO COOH C Oleum -HCOOH C O CH2 COOH -H2O CH2 COOH CH2 COOH Acid acotinic Acid acetondicarboxylic Acid citric 25 (3-oxopetandioc) 6.2. Mét sè phenol acid C¸c ester cña phenolacid cã nhiÒu øng dông: • Acid o-hydroxybenzoic Acid o-hydroxybenzoic hay acid salicylic ®−îc dïng ®Ó ®iÒu chÕ metylsalicylat cã t¸c dông gi¶m ®au, ®−îc dïng lµm h−¬ng liÖu trong mét sè d−îc phÈm vµ ®iÒu chÕ aspirin (acid acetyl salicylic), phenylsalicylat (salol) cã t¸c dông kh¸ng nÊm. OH COOCH3 OH COOC6H5 OCOCH3 COOH Metylsalicylat Phenylsalicylat (Salol) Acid acetylsalicylic (Aspirin) • Acid p-hydroxybenzoic Acid p-hydroxybenzoic ®−îc sö dông ®Ó ®iÒu chÕ c¸c ester nh− metyl -p hydroxybenzoat (Nipagin), isopropyl-p-hydroxybenzoat (Nipazol) dïng lµm chÊt chèng oxy hãa trong d−îc phÈm vµ thùc phÈm. COOH + ROH COOR H2SO4 OH • Acid o-hydroxy cinnamic + H2O to OH R = -CH3 Nipagin R= -C3H7(n) Nipazol Acid o-hydroxycinnamic cßn gäi lµ acid o -coumaric tån t¹i 2 d¹ng ®ång ph©n h×nh häc cis vµ trans. Lo¹i n−íc tõ acid coumaric t¹o thµnh coumarin. H CH C H C CH H COOH C C H2O _ H O O C OH COOH OH Coumarin Aacid o-coumaric (d¹ng cis) Acid o-coumaric (d¹ng trans) Coumarin cã thÓ ®−îc tæng hîp tõ aldehyd salicylic (ph−¬ng ph¸p Perkin), coumarin ®−îc dïng trong kü nghÖ h−¬ng liÖu, d−îc phÈm. ..... . H δ + δ − K2CO3 CH = O CH2CO_ CH3COO H CH CH OH O O ..... .. . . . .. H O C + Coumarin 26 CH3CO O O OH _ H2O • Acid Galic: Acid 3,4,5-trihydroxybenzoic COOH HO OH OH Trong thiªn nhiªn acid galic chØ tån t¹i d−íi d¹ng ester. Tannin lµ nguån nguyªn liÖu chÝnh ®Ó ®iÒu chÕ acid galic. Acid galic dÔ bÞ decarboxyl hãa d−íi t¸c dông cña nhiÖt. COOH to + CO2 HO OH OH HO OH OH Acid t¸c dông víi alcol n -propylic t¹o ester n -propylgalat øng dông lµm chÊt b¶o qu¶n trong thùc phÈm vµ d−îc phÈm. COOH + n-C3H7OH H2SO4 COOC3H7(n) + H2O HO OHOH OH to HO OH Ester n-propylgalat Acid galic rÊt dÔ bÞ oxy hãa. Víi dung dÞch FeCl3, acid galic cho mµu xanh ®en. Bµi tËp 1. ViÕt c«ng thøc cÊu t¹o vµ gäi tªn theo danh ph¸p quèc tÕ cña c¸c acid sau: a- Acid lactic b- Acid malic c- Acid tartaric d- Acid mandelic e- Acid citric 2. H·y viÕt ph¶n øng c¸c qu¸ tr×nh tæng hîp c¸c acid sau: a- Acid glycolic tõ acid acetic b- Acid lactic tõ acetylen c- Acid mandelic tõ toluen 3. H·y lËp s¬ ®å tæng hîp c¸c acid sau ®©y theo ph¶n øng Reformatski: a- Acid n-valeric b- Acid α,γ-dimetylvaleric tõ ester malonic 4. Khi ®un nãng 10-hydroxydecanoic t¹o thµnh hîp chÊt cã ph©n tö l−îng lín (1000-9000). ViÕt ph¶n øng. 27 Ch−¬ng 27 HîP CHÊT HAI CHøC Cã NHãM CARBONYL Môc tiªu 1. §äc ®−îc tªn c¸c hîp chÊt cã hai nhãm chøc carbonyl 2. Tr×nh bµy ®−îc hãa tÝnh cña c¸c hîp chÊt trªn 1. Hydroxy aldehyd vµ hydroxy - ceton 1.1. §iÒu chÕ α-Hydroxy-ceton ®−îc ®iÒu chÕ b»ng c¸ch khö hãa ester b»ng natri kim lo¹i trong dung m«i tr¬ vÒ hãa häc. O O OH NaO ONa H2O3 + 4Na CH3CH2CH2C_CHCH2CH2CH - 2C2H5ONa 2 CH3CH2CH2COC2H5 CH3CH2CH2C= CH2CH2CH3 S¶n phÈm α-hydroxyceton cã liªn kÕt -CO-CHOH- lµ acyloin, v× vËy ph¶n øng trªn gäi lµ ph¶n øng ng−ng tô acyloin. C¬ chÕ ph¶n øng t−¬ng tù víi ph¶n øng pinacolin vµ còng gièng ph¶n øng ng−ng tô Claisen. 1.2. C¸c ph¶n øng hãa häc 1.2.1. Lo¹i n−íc Trong m«i tr−êng acid hoÆc base, c¸c β-hydroxy-aldehyd hoÆc β-hydroxy ceton ®Òu cã kh¶ n¨ng bÞ lo¹i n−íc vµ t¹o aldehyd hoÆc ceton ch−a no. Trong m«i tr−êng acid: C CH C β β O OH O C¬ chÕ: C C C + H2O H+ C CH C β OH βOH O + OH OH2 OH OH + C C C + H+ - H2O C C C C C C + H+ 28 OH C C C O C C C Trong m«i tr−êng base: OH O C CH C β OH O C CH C β + H2O HO C¬ chÕ C: C CH Cβ OH O OH O - O + HO β C C C + HO- 1.2.2. Ph¶n øng oxy hãa C C C - H2O α-Hydroxy-ceton bÞ oxy hãa bëi acid periodic HIO4, m¹ch carbon bÞ c¾t ®øt t¹o acid vµ aldehyd. O OH O O CH3 C CH CH3 + + HIO4 CH3 C 1.2.3 Ph¶n øng t¹o b¸n acetal vµ b¸n cetal vßng γ OH CH3 C H + HIO3 H HOCH2CH2CH2CHO O OH Baùn acetal voøng δ O CH3 HOCH2CH2CH2CH2CCH3 Baùn cetal voøng O OH C¸c b¸n acetal vßng lµ nh÷ng chÊt trung gian ®Ó tæng hîp nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬. NaBH4 H2NOH HOCH2CH2CH2CH2CH2OH HOCH2CH2CH2CH2CH=NOH Aldoxim O H OH 1- 2- CH3MgBr H3O+ OH HOCH2CH2CH2CH2CHCH3 CH3COCl O H OCOCH3 Ester H2Cr2O7 OCO Lacton 29 2. Ceto-aldehyd, ceto-acid, ceto-ester 2.1. C«ng thøc cÊu t¹o R C O (CH2)n CHO R C O (CH2)n COOH R1 C O (CH2)n COOR2 Ceto-aldehyd Ceto-aldehyd 2.2. Ph−¬ng ph¸p tæng hîp Ceto-ester 2.2.1. Oxy hãa trùc tiÕp c¸c ceton ®¬n gi¶n b»ng selen dioxyd (SeO2) C6H5 C CH3 + SeO2 H2O C6H5 C CHO O Dioxan , 50oc 70% O 2.2.2. øng dông ph¶n øng ng−ng tô Claisen − Ceton ng−ng tô víi ester thu ®−îc β-diceton vµ β-ceto-aldehyd: +Base H3O+ CH3 C CH2 C CH3 CH3 C CH3 CH3 C OC2H5 Ether O 85% O O O O O NaOC2H5 + HCOOC2H5H3O+ C2H5OH − Hai ph©n tö ester ng−ng tô víi nhau: CHOHOCHO 75% Ph¶n øng x¶y ra trong m«i tr−êng base vµ t¹o thµnh ceto -ester. NaOC H3O+ 2H5 2 CH3 C CH2COOC2H5 CH3 C OC2H5 O O 2.3. TÝnh chÊt 2.3.1. C©n b»ng ceton -enol Nguyªn tö hydro cña nhãm methylen gi÷a 2 nhãm carbonyl th−êng rÊt linh ®éng, sù chuyÓn vÞ cña nguyªn tö hydro nµy t¹o nªn sù c©n b»ng ceton -enol. 30 O O H O O CH3 C C CH3 CH2 CH3 CCH C CH3 Enol Ceton Dung dÞch n−íc 84% 16% Dung dÞch hexan 8% 92% Sù c©n b»ng nµy th−êng x¶y ra trong c¸c hîp chÊt cã nhãm carbonyl. 2.3.2.TÝnh acid cña hîp chÊt cã 2 nhãm carbonyl Hydro trong nhãm methylen cña ceto-aldehyd, ceto-acid, ceto-ester cã tÝnh acid. D−íi t¸c dông cña base, carbanion ®−îc t¹o ra. Carbanion nµy bÒn v÷ng do sù kh«ng ®Þnh vÞ cña ®iÖn tÝch ©m. O O O- - O C O O - - H+CH C O O C C C C C C CH2 CH CH §é acid cña mét sè hîp chÊt cã 2 nhãm carbonyl ®−îc tr×nh bµy d−íi ®©y: O O O O O O O O Hîp chÊt: CH3OCCH2COCH3 CH CH3CCHCCH 3 NCCH2CN NCCH2COCH3 CH3CCH2CCH3 3CCH2COCH3 CH3 pKa: 9 9 11 11 11 13 2.3.3. C¸c ph¶n øng hãa häc a. Hîp chÊt α-diceton tham gia chuyÓn vÞ benzylic. Trong m«i tr−êng base m¹nh, α-diceton bÞ chuyÓn vÞ vµ t¹o α-hydroxyacid. O O H3O+ OH O C6H5 C C C6H5 KOH C6H5 C C OH 95% Benzil C¬ chÕ: H2O , C2H5OH C6H5 Acid benzylic O O - - - OHO C C R O O - + + O O R C C R - OH HO C C R + H2O R O O - O O + H2O - R O OH -O C C R R 31 -O C C R + - OH -O C C R R NÕu hîp chÊt α-diceton vßng, sau khi chuyÓn vÞ kiÓu benzylic sÏ thu ®−îc s¶n phÈm cã vßng bÐ h¬n. O NaOH H3O+ OH O b. Ph¶n øng decarboxyl. H2O 250 COOH oC 80% Khi cã t¸c dông cña nhiÖt, hîp chÊt β-ceto-acid dÔ bÞ decarboxyl hãa vµ t¹o ceton. O O 50oC CH3CH2CH2CCH2CH2CH3 CH3CH2CH2CCHCOOH + CO2 C2H5 H2O, 2giê c. C¸c ceto-ester cã kh¶ n¨ng ng−ng tô néi ph©n tö vµ t¹o hîp chÊt vßng. O O O CCOOEt 32 NaOH EtOH H3O+ 90% Ch−¬ng 28 CARBOHYDRAT Môc tiªu 1. N¾m ®−îc c¸ch ph©n lo¹i chÊt ®−êng, cÊu t¹o, danh ph¸p cña chóng. 2. Nªu ®−îc hãa tÝnh cña glucose. 3. Gi¶i thÝch ®−îc tÝnh khö cña chÊt ®−êng. Carbohydrat lµ hîp chÊt thiªn nhiªn cã thµnh phÇn chÝnh lµ C, H vµ O. Cã thÓ xem carbohydrat nh− lµ hîp chÊt mµ nguyªn tö carbon bÞ hydrat hãa. Cn(H2O)n Ph©n lo¹i: Tuú theo cÊu tróc, tÝnh chÊt lý häc vµ hãa häc, cã 3 lo¹i carbohydrat: − Monosaccharid − Oligosaccharid − Polysaccharid 1. Monosaccharid Monosaccharid cßn gäi lµ ®−êng ®¬n, v× chóng lµ thµnh phÇn ®¬n gi¶n nhÊt cña carbohydrat vµ kh«ng bÞ thñy ph©n. Monosaccharid ®−îc xem nh− lµ s¶n phÈm oxy hãa kh«ng hoµn toµn cña c¸c polyalcol cã chøc aldehyd hoÆc ceton. C¸c monosaccharid cã sè carbon b»ng sè oxy trong c«ng thøc ph©n tö. 1.1. Danh ph¸p C¸c carbohydrat ®Òu cã tiÕp vÜ ng÷ lµ ose − Monosaccharid cã chøc aldehyd gäi lµ aldose − Monosaccharid cã chøc ceton gäi lµ cetose 1.1.1. Tªn gäi monosaccharid phô thuéc sè oxy, chøc aldehyd hoÆc ceton. Biose, triose, tetrose, pentose, hexose lµ tªn gäi chung c¸c monosaccharid cã 2,3,4,5,6 nguyªn tö oxy (còng lµ sè nguyªn tö carbon). 33 Tªn gäi chung c¸c monosaccharid cã chøc aldehyd vµ ceton: Sè C vµ sè O C«ng thøc Aldose Cetose 2 C2H4O2 Aldo-diose Ceto-diose 3 C3H6O3 Aldo-triose Ceto-triose 4 5 6 C4H8 O4 C5H10O5 C6H12O6 Aldo-tetrose Aldo-pentose Aldo-hexose Ceto-tetrose Ceto-pentose Ceto-hexose 1.1.2. Monosaccharid cã tªn riªng cho mçi chÊt tïy thuéc vµo vÞ trÝ c¸c nhãm OH. VÝ dô: Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Ribose, Arabinose... 1.1.3. Tªn gäi monosaccharid tïy thuéc vµo ®ång ph©n quang häc − Danh ph¸p D vµ L Monosaccharid d¹ng m¹ch th¼ng cã nhãm OH ë nguyªn tö carbon kh«ng ®èi xøng ë xa nhÊt so víi nhãm carbonyl cã cÊu h×nh gièng D -Aldehyd glyceric hoÆc gièng L -Aldehyd glyceric th× monosaccharid ®ã thuéc d·y D hoÆc d·y L. CHO H OH C CH2OH D- Aldehyd glyceric (R-Aldehyd glyceric) CHO HO H C CH2OH L- Aldehyd glyceric (S-Aldehyd glyceric) C¸c ®ång ph©n d·y D cña monosaccharid: CHO D- Aldehyd glyceric C H OH CH2OH CHO C H OH H OH C CH2OH D-Erythrose (Ery) 34 CHO C HO H H OH C CH2OH D- Threose (Thr) CHO C H OH H OH C H OH C CH2OH D-Ribose (Rib) CHO C HO H H OH C H OH C CH2OH D-Arabinose (Ara) CHO C H OH HO H C C H OH CH2OH D-Xylose (Xyl) CHO C HO H HO H C C H OH CH2OH D-Lixose (Lix) CHO C H OH C H OH H OH C H OH C CH2OH CHO C HO H C H OH H OH C H OH C CH2OH CHO C H OH C HO H H OH C H OH C CH2OH CHO C HO H C HO H H OH C H OH C CH2OH CHO C H OH C H OH HO H C H OH C CH2OH CHO C HO H C H OH HO H C H OH C CH2OH CHO C H OH C HO H HO H C H OH C CH2OH CHO C HO H C HO H HO H C H OH C CH2OH D-Allose D-Altrose D-Glucose D-Mannose D-Gulose D-Idose D-Galactose D-Talose (All) (Alt) (Man) (Glu) (Gul) (Ido) (Gal) (Tal) 1.1.4. Monosaccharid cÊu t¹o vßng cã tªn gäi theo vßng C¸c monosaccharid cã c¸c vßng t−¬ng tù vßng pyran vµ vßng furan. O γ α O γ−pyran Furan Cho nªn c¸c monosaccharid d¹ng vßng cã tªn gäi pyranose vµ furanose. VÝ dô: Glucopyranose (vßng 6 c¹nh) Glucofuranose (vßng 5 c¹nh) Fructopyranose (vßng 6 c¹nh) Fructofuranose (vßng 5 c¹nh) Mannopyranose (vßng 6 c¹nh) Mannofuranose(vßng 5 c¹nh) Galactopyranose (vßng 6 c¹nh) Galatofuranose (vßng 5 c¹nh) 1 1 C CHO C H OH C H OH O CH2OH H OH C C HO H OH 5 O H CH2OH OH O OH HO H H 1 1 H 5 HO H C HO H C OH H 1 1 5 C H C H O H OH H H O H CH2OH CH2OH H OH H H H OH D-Galactose α-D-Galactopyranose α-D-Galactopyranose β-D-Galactopyranose 35 − Danh ph¸p Cahn -Ingol-Prelog (danh ph¸p R,S). D(+)-Glucose vµ L (-)-Glucose ®−îc gäi theo danh ph¸p R, S nh− sau: 1 CHO 1 CHO H HO H H 2 3 4 5 C C C C OH H OH OH H HO H HO 2 3 4 5 C C C C OH H OH H 6 CH2OH 6 CH2OH D (+)Glucose (2R,3S,4R,5R)-Pentahydroxy-2,3,4,5.6-hexana L (-)-Glucose (2R,3S,4R,5S)-Pentahydroxy-2,3,4,5.6-hexana Ýt sö dông danh ph¸p R, S ®Ó gäi tªn monosaccharid. Chó ý: Mét sè monosaccharid bÞ lo¹i nguyªn tö oxy (deoxy) th× gäi tªn chÝnh monosaccharid ®ã vµ thªm tiÕp ®Çu ng÷ deoxy. 1 2 CHO 1 2 CHO 1 H OH H HO 3 C C OH H H HO 3 C C H H H 2 C C H CH2OH 3 O OH 5 O H OH CH2OH H 4 C OH H 4 C OH HO C H H H 5 H O 5 5 H 4 C OH OH H 1 HO H H H C OH H C OH 5 H O H H 1 6 CH2OH 6 CH2OH H C CH2OH H H H OH D (+)Glucose 1.2. CÊu t¹o 6 2-Deoxy-D Glucose 2-Deoxy-D-α− Glucopyranose 1.2.1. CÊu t¹o m¹ch th¼ng cña monosaccharid C«ng thøc ph©n tö C6H12O6 cã c¸c c«ng thøc cÊu t¹o nh− sau: OH O OH OH O OH 5 4 3 2 1HOCH2 CH CH C C HOCH2 CH CH C CH C 6 5 3 4 HOCH2 CH CH CH CH C 6 5 4 3 2 1 CH2OH OH OH H OH H OH OH 2 1 H OH OH H O Glucose Mannose Fructose 1.2.2. CÊu t¹o m¹ch vßng cña monosaccharid Monosaccharid tån t¹i d¹ng vßng 6 c¹nh, 5 c¹nh. Trong vßng cã nguyªn tö oxy. 36 − C«ng thøc chiÕu Fischer: 1 C H OH 1 HO H 1 CH2OH H HO C C 2 3 OH H O H HO C C C 2 3 OH H O HO HO 2 C 3 C H O H H C C 4 5 6 OH H H C C 4 5 6 OH H H C C 4 5 OH CH2OH CH2OH 6 CH2OH α-D-Glucopyranose β-D-Glucopyranose β-D-Fructofuranose I II − C«ng thøc chiÕu Haworth: Vßng ph¼ng III CH2OH 6 CH2OH H 6 O 1 6 CH2OH O OH 5 H H O H 5 H H O H HH 5 CH2OH OH 5 OH 2 OH 2 OH OH H 1 OH OH OH 1 OH H OH OH H H CH2OH H OH H H OH H OH H 1 α-D-Glucopyranose α-D-Mannopyranose α-D-Fructopyranose β-D-Fructofuranose C«ng thøc vßng cña monosaccharid lµ d¹ng b¸n acetal hoÆc b¸n cetal vßng. B¸n acetal vßng ®−îc t¹o thµnh do sù t−¬ng t¸c gi÷a chøc alcol t¹i carbon sè 5 vµ chøc aldehyd hoÆc ceton. − C«ng thøc cÊu d¹ng (Reeves): Glucose cã c«ng thøc cÊu d¹ng ghÕ bÒn v÷ng H CH2OH HO O H HO H H H HO 1 OH α− D-Glucopyranose C¸c cÊu d¹ng lËp thÓ cña vßng pyranose: cã 8 cÊu d¹ng kh¸c nhau O O O O C1 1C B2 2 B O O O O B1 1B B3 3B Theo Reeves cÊu d¹ng C1 lµ bÒn nhÊt v× cã nhiÒu OH cã liªn kÕt e (equaterial). C¸c monosaccharid vßng 6 c¹nh th−êng cã cÊu d¹ng ghÕ. 37 Vßng 6 c¹nh (pyranose) cña monosaccharid tån t¹i 2 cÊu d¹ng ghÕ C1 vµ 1C nh− sau: 4 5 3 O 1 2 5 3 4 1 O 2 Daïng C1 Daïng 1C Mçi monosaccharid vßng 6 c¹nh ®Òu cã kh¶ n¨ng tån t¹i theo 2 lo¹i cÊu d¹ng trªn. VÝ dô: α-D-glucopyranose cã thÓ cã 2 cÊu d¹ng nh− sau: HO H CH2OH O H H CH2OH OH OH O H 1 HO H H H H HO 1 OH OH H OH Daïng C1 α− D-Glucopyranose Daïng 1C α− D-Glucopyranose D¹ng C1, α-D-glucopyranose c¸c nhãm OH vµ CH2OH cã vÞ trÝ equatorial (e) (trõ nhãm OH ë carbon sè 1 cã vÞ trÝ axial a). D¹ng 1C, α-D-glucopyranose c¸c nhãm OH vµ CH2OH cã vÞ trÝ axial (a) trõ nhãm OH ë carbon sè 1 cã vÞ trÝ equatorial e. D¹ng C1 α-D-glucopyranose bÒn h¬n v× c¸c nhãm OH vµ CH2OH cã n¨ng l−îng thÊp h¬n d¹ng 1C α-D-glucopyranose. Chó ý: Trong c¸c monosaccharid d¹ng vßng, glucose cã c¸c nhãm OH vµ CH2OH lu«n ë vÞ trÝ equatorial (trõ nhãm OH ë vÞ tri sè 1). C¸c monosaccharid kh¸c th× c¸c nhãm ®ã cã vÞ trÝ tïy thuéc vµo c¸c chÊt cô thÓ. H 6 OH 6 HO HOCH2 O 4 5 H HOCH2 O 4 5 HO OH H 3 2 H HO H H 3 2 H 1 H H 1 OH H HO OH α-D-Mannopyranose 1.3. §ång ph©n cña monosaccharid α-D-Galactopyranose C¸c monosaccharid cïng c«ng thøc ph©n tö cã c¸c lo¹i ®ång ph©n sau: 38 1.3.1. §ång ph©n chøc Glucose vµ fructose lµ nh÷ng ®ång ph©n chøc víi nhau. 1.3.2. §ång ph©n do vÞ trÝ cña c¸c nhãm OH alcol C¸c aldohexose cã c¸c ®ång ph©n d·y D m¹ch th¼ng do vÞ trÝ nhãm-OH CHO CHO CHO CHO CHO CHO CHO CHO H H H H C C C C OH OH OH O H HO H H H C C C C H OH OH O H H HO H H C C C C OH H OH O H HO HO H H C C C C H OH OH O H H H HO H C C C C OH OH H O H HO H HO H C C C C H OH H O H H HO HO H C C C C OH H H O H HO HO HO H C C C C H H H O H CH2OH D-Allose I (All) CH2OH D-Altrose II (Alt) CH2OH D-Glucose III (-Glc) CH2OH D-Mannose IV (Man) CH2OH D-Gulose V (Gul) CH2OH D-Idose VI (Ido) CH2OH D-Galactose VII (Gal) CH2OH D-Talose VIII (Tal) 1.3.3. §ång ph©n quang häc Monosaccharid cã nguyªn tö carbon kh«ng ®èi xøng nªn cã ®ång ph©n quang häc. Sè ®ång ph©n quang häc tïy thuéc vµo sè carbon kh«ng ®èi xøng vµ cÊu t¹o ph©n tö. C¸c aldohexose d¹ng th¼ng cã 16 ®ång ph©n quang häc. Cetohexose cã 8 ®ång ph©n quang häc. Monosaccharid d¹ng m¹ch vßng cã sè carbon kh«ng ®èi xøng nhiÒu h¬n d¹ng th¼ng t−¬ng øng nªn sè ®ång ph©n quang häc d¹ng vßng t¨ng lªn. §ång ph©n quang häc quyÕt ®Þnh kh¶ n¨ng t¸c dông sinh häc cña monosaccharid. 1.3.4. §ång ph©n epimer C¸c monosaccharid cïng c«ng thøc ph©n tö cã cÊu h×nh cña cïng mét carbon bÊt ®èi xøng (kÓ tõ chøc aldehyd) hoµn toµn kh¸c nhau th× gäi lµ ®ång ph©n epimer. Glucose, mannose, fructose lµ c¸c ®ång ph©n epimer víi nhau. VÝ dô: 4 cÆp ®ång ph©n cña aldohexose d·y D lµ 4 cÆp epimer. T−¬ng tù cã 4 cÆp cña d·y L hoÆc cÆp ®ång ph©n epimer D (+)-erythro vµ D (+)-threo. 1 CHO 1 1 CHO CH2OH H C OH HO C H Khaùc nhau 2 2 2 O C HO H H C C C H OH OH HO H H C C C H OH OH HO H H C C C H OH OH Gioáng nhau CH2OH CH2OH CH2OH D-Glucose D-Mannose D- Fructose 39 1.3.5. §ång ph©n anomer Trong c«ng thøc chiÕu m¹ch th¼ng Fischer cña ph©n tö D -glucose, nguyªn tö carbon sè 1 thuéc chøc aldehyd lµ carbon ®èi xøng. Khi D -glucose ë d¹ng vßng, carbon sè 1 mang chøc OH vµ trë thµnh carbon kh«ng ®èi xøng. Nguyªn tö carbon sè 1 gäi lµ carbon anomer. Nhãm OH t¹i carbon anomer ®−îc t¹o thµnh do t−¬ng t¸c gi÷a nhãm OH alcol t¹i carbon sè 5 vµ chøc aldehyd (gièng ph¶n øng t¹o b¸n acetal gi÷a aldehyd vµ alcol). Nhãm OH nµy gäi lµ nhãm OH b¸n acetal cã tÝnh chÊt kh¸c víi nh÷ng chøc alcol kh¸c. Trong c«ng thøc chiÕu vßng (Fischer) nhãm OH b¸n acetal ë bªn ph¶i vßng (cïng phÝa víi vßng) gäi lµ α-D-glucose (c«ng thøc I), nhãm OH ë bªn tr¸i vßng (kh¸c phÝa víi vßng) gäi lµ β-D-glucose (c«ng thøc II). α-D-glucose vµ β-D-glucose lµ 2 ®ång ph©n anomer víi nhau. 1 2 CHO H OH 12 α 1 β H C OH C HO H HO H H 3 4 5 C C C H OH OH H HO H H C C C C 3 4 5 6 OH H OH O H HO H H C C C C C 2 3 4 5 OH H OH O 6 CH2OH CH2OH 6 CH2OH D-Glucose α-D-Glucopyranose I β-D-Glucopyranose II BiÓu diÔn c¸c ®ång ph©n anomer theo c«ng thøc chiÕu Haworth: − Nhãm OH b¸n acetal vÒ phÝa d−íi vßng lµ ®ång ph©n α-D-glucose. − Nhãm OH b¸n acetal ë phÝa trªn vßng lµ ®ång ph©n β-D-glucose. C¸ch biÓu diÔn c¸c nhãm OH tõ c«ng thøc chiÕu Fischer sang c«ng thøc chiÕu Haworth: − Trªn c«ng thøc chiÕu Fischer nhãm OH b¸n acetal ë bªn ph¶i so víi m¹ch th¼ng ®øng cña carbon. − Trªn c«ng thøc chiÕu Haworth nhãm OH b¸n acetal ë phÝa d−íi cña vßng. Nhãm OH b¸n acetal ë bªn tr¸i so víi m¹ch th¼ng ®øng cña carbon th× trªn c«ng thøc chiÕu Haworth ë phÝa trªn cña vßng. 6 CH2OH 6 CH2OH 5 H H OH OH H O H OH H 1 OH 5 H H OH OH H O H OH OH 1 H α-D-Glucopyranose β-D-Glucopyranose Trªn c«ng thøc α-D-glucopyranose 2 nhãm OH t¹i carbon 1 vµ 2 cã vÞ trÝ cis vµ trªn c«ng thøc β-D-glucopyranose 2 nhãm OH t¹i carbon 1 vµ 2 cã vÞ trÝ trans. 40 C¸c ®ång ph©n anomer cã thÓ chuyÓn hãa lÉn cho nhau. Trong dung dÞch glucose, khi c¸c ®ång ph©n α vµ β ®· ®−îc thiÕt lËp sù c©n b»ng th× cã hçn hîp gåm 36% ®ång ph©n α vµ 64% ®ång ph©n β. BiÓu diÔn c¸c ®ång ph©n anomer cña monosaccharid theo c«ng thøc cÊu d¹ng: HO H CH2OH O H HO H CH2OH O H HO H H 1 HO H 1e HO H a OH H OH HO H α− D-Glucopyranose β− D-Glucopyranose §ång ph©n cã nhãm OH b¸n acetal ë vÞ trÝ axial (a). §ång ph©n β cã nhãm OH b¸n acetal ë vÞ trÝ equatorial (e). − HiÖn t−îng béi quay (Mutarotation). Tinh thÓ α-D-(+)-glucose cã nhiÖt ®é nãng ch¶y 146°C. Khi hßa tan vµo n−íc ®−îc dung dÞch cã ®é quay cùc +112°. Mét thêi gian sau ®é quay cùc gi¶m dÇn vµ ®¹t ®Õn gi¸ trÞ kh«ng ®æi +52,7°. MÆt kh¸c tinh thÓ β -D(+)-glucose kÕt tinh ë nhiÖt ®é 98°C cã nhiÖt ®é nãng ch¶y 150°C, khi hßa tan vµo n−íc ®−îc dung dÞch cã ®é quay cùc +19° vµ dÇn dÇn t¨ng lªn ®Õn gi¸ trÞ kh«ng ®æi + 52,7°. − Gi¶i thÝch hiÖn t−îng béi quay: H CH2OH CH2OH H H CH2OH + H+ H+ O O Môû voøng O H HO HO H H H HO HO H H H HO HO HH H H HO OH H HO OH H HO C OH α− D-Glucopyranose H CH2OH O HO CH2OH H H O H+ + Quay H CH2OH H O H HO HO H H O H HO H -H+ HO H H HO H OH HO HO Ñoùng voøng HH HO + OH C β− D-Glucopyranose H H Sù thay ®æi ®é gãc quay cùc ®Ó ®¹t ®Õn gi¸ trÞ c©n b»ng cña mçi lo¹i ®ång ph©n nµy gäi lµ sù béi quay (mutarotation). TÊt c¶ c¸c monosaccharid ®Òu cã hiÖn t−îng béi quay (trõ mét vµi cetose). HiÖn t−îng béi quay lµ nguyªn nh©n t¹o ra c¸c ®ång ph©n anomer (sù anomer hãa) trong c¸c monosaccharid. 41 1CHO 2 1CHO 2 1C HO H CH2OH H H 3 4 C C OH OH H HO 3 4 C C H H H HO 2 3 C C H H O H O H OH H H C OH H 4 H C OH H C 5 CH2OH 5 CH2OH CH2OH OH H D-Ribose (Rib) 2-Deoxy- D-Ribose 2-Deoxy-β−D-ribofuranose 1.4. TÝnh chÊt lý häc cña monosaccharid Monosaccarid ë d¹ng r¾n, kÕt tinh ®−îc, khi ch−ng cÊt bÞ ph©n hñy, kh«ng mµu, dÔ tan trong n−íc, rÊt khã tan trong ether hay cloroform, trung tÝnh, cã vÞ ngät kh¸c nhau, cã tÝnh quang ho¹t [α]D. Cã hiÖn t−îng béi quay v× cã c©n b»ng ®éng α β 1.5. TÝnh chÊt hãa häc cña monosaccharid 1.5.1. Ph¶n øng oxy hãa Gièng nh− c¸c hîp chÊt α-hydroxycarbonyl (α-oxycarbonyl), monosaccharid rÊt dÔ bÞ oxy hãa vµ t¹o c¸c acid t−¬ng øng bëi c¸c t¸c nh©n oxy hãa nh− thuèc thö Fehling Cu (OH)2, thuèc thö Tollens Ag (NH3)2NO3. COO H CH2OH O H HO C C OH H HO H H OH H C OH HO + 2 Cu(OH)2 H + Cu2O + 2H2O HO C OH H H CH2OH Maøu ñoû gaïch COOH HO H CH2OH H H O OH H HO H C C C OH H OH + 2Ag+ + H2O + 2Ag HO H HO H H C OH CH2OH β−D-Glucose Acid Gluconic C¸c ph¶n øng nµy dïng ®Ó ®Þnh l−îng hµm l−îng ®−êng trong n−íc tiÓu vµ m¸u. C¸c monosaccharid bÞ oxy hãa bëi thuèc thö Fehling vµ Tollens gäi lµ ®−êng khö Fructose kh«ng bÞ oxy hãa bëi c¸c thuèc thö trªn. Mét sè chÊt oxy hãa kh¸c cã thÓ oxy hãa chøc alcol bËc 1 vµ t¹o thµnh diacid. 42 COOH COOH H CH2OH OOH H HO C C OH H OHCH2OH H HO C C OH H HO HO H H + 3[O] H C OH H HO H H OOH + 3[O] HO C H H HO - H2O H C OH HO - H2O H C OH H COOH H H COOH Acid Galactosaccharic β−D-Glucose Acid Saccharic β−D-Glactose Acid Galactaric Acid periodic t¸c dông víi monosaccharid, m¹ch carbon bÞ c¾t ®øt vµ t¹o dialdehyd. H OH 1 H OH C HO 2 C C H 2 CHO H 3 C OH + HIO O 4 O + HCOOH + HIO 3 H H 4 5 C C OH H 4 CHO C 6 CH2OH CH2OH H α−D-Glucose Caét maïch carbon H CHO HO OO CH 3 CO CH 3 O H C H H H + HIO4 H O - HIO3 O C H H CH3O O C H OH H H H H C H Metyl -D-2-Deoxyribopyranosid 1.5.2. Ph¶n øng khö CHO Khö hãa nhãm carbonyl cña monosaccharid b»ng hçn hèng natri trong H2SO4 lo·ng, natrihydrid bo (NaBH4) hoÆc b»ng H2 cã xóc t¸c th× t¹o thµnh c¸c polyalcol no. Polyalcol t¹o thµnh cã tªn gäi nh− monosaccharid t−¬ng øng nh−ng thay tiÕp vÜ ng÷ ose b»ng it hoÆc itol. CHO CH2OH CH2OH H CH2OH H C OH H C OH H C OH H HO H HO H OOH C HO H C HO H C HO H C OH H2-Ni [ H ] H H OH H C OH H H C C OH OH H H C C OH OH CH2OH CH2OH CHO D-Glucose D-Sorbit , D-Glucitol L-Glucose 43 CHO HO H C CH2OH HO H CH2OH HO H C C C O NaBH4 NaBH4 HO H H OH C H OH C CH2OH C H OH C H OH C CH2OH HO H C H OH C H OH C CH2OH D D - Mannit , Mannitol D - Fructose - Mannose CH = O CH2OH CH2OH CH2OH CH = O HO HO HO NaBH4 NaBH4 HO C HO O NaBH4 OH HO NaBH4 HO OH OH OH OH CH2OH OH OH CH2OH OH OH CH2OH OH OH CH2OH OH CH2OH D-manose D-manitol D-fructose 1.5.3. Ph¶n øng epimer hãa D-sorbitol D-glucose Trong m«i tr−êng kiÒm lo·ng hoÆc pyridin, mçi monosaccharid nh− D glucose, D-Mannose, D-Fructose bÞ epimer hãa vµ t¹o thµnh hçn hîp 3 epimer. Sù epimer hãa x¶y ra nh− sau: Trong m«i tr−êng kiÒm lo∙ng CHO CHO H C OH CHOH HO C C H C HO H C OH HO H H H C C OH OH HO H C H H C C OH OH CH2OH H H C C OH OH CH2OH D-Glucose D- Mannose CH2OH CH2OH C C O HO H H H C C OH OH Gioáng nhau D-Fructose CH2OH Sù epimer hãa còng cã kh¶ n¨ng x¶y ra trong ®iÒu kiÖn khi monosaccharid tiÕp xóc víi dung dÞch brom, pyridin vµ tiÕp theo lµ qu¸ tr×nh khö hãa. 44 CHO COOH O CHO H C OH COOH C H H C OH HO C H C H HO C C HO H C HOO C HO H Br2+H2O +Na(Hg), CO -H 2 2O HO H Pyridin C HO H C H C OH H C OH H C OH HO H H C OH H C OH H C OH H C OH H C H C OH CH2OH CH2OH H C OH CH2OH D-Glucose CH2OH Hçn hôïp epimer acid gluconic CH2OH Gluconolacton D- Mannose Chó ý: Trong m«i tr−êng kiÒm ®Æc m¹ch carbon bÞ c¾t ®øt vµ t¹o thµnh c¸c chÊt cã m¹ch carbon ng¾n h¬n. VÝ dô D -Fructose trong m«i tr−êng kiÒm ®Æc t¹o thµnh hçn hîp gåm 1,3-dioxyceton, glycerin, aldehyd glycolic vµ aldehyd formic. 1.5.4. Ph¶n øng lo¹i n−íc - dehydrat hãa Khi ®un víi acid, c¸c pentose bÞ lo¹i 3 ph©n tö H2O t¹o furfural. §un noùng C5H10O5 Acid O + 3 H2 O CHO Pen Furfurol , Furfural tose Ph¶n øng Selivanop D−íi t¸c dông cña HCl, c¸c pentose, hexose t¹o ra furfural vµ chuyÓn hãa nhanh thµnh hydroxymethylfurfural, nã ng−ng tô tiÕp víi resorcinol ®Ó t¹o phÈm vËt mµu ®á anh ®µo (ph¶n øng nµy dïng ®Ó ph©n biÖt aldose vµ cetose). CH2OH H HO H C C C C O OH H OH HO OH CH2OH CH2OH CH2OH D-fructose O D-fructofuranose HCl -3H2O Nhanh O CH2OH CH=O Resorcinol OH OH Saûn phaåm coù ngöng tuï 4-Hydroxymethylenfurfural CHO maøu ñoû anh ñaøo H HO HO H H CH2OH H H OH O OH H HO H H C C C C OH H OH OH HCl -3 H2O Chaäm β-D-glucose CH2OH D-glucose 1.5.5. Ph¶n øng t¹o osazon 45 Monosaccharid t¸c dông víi 3 mol phenylhydrazin t¹o ph©n tö osazon. CHO CH N NH C6H5 H C OH H C N NH C6H5 HO H C + 3C6H5-NH-NH2 HO H C H CH2OH H C OH - C6H5-NH2 -2 H2O ; ;-NH3 H C OH HO OH HN NH C6H5 H C OH H C OH HO C CH CH2OH CH2OH H N NH C6H5 D-Glucose D-Glucozazon C¸c ®ång ph©n epimer ®Òu cho cïng mét lo¹i osazon. Osazon lµ chÊt kÕt tinh cã h×nh thÓ x¸c ®Þnh, cã thÓ dïng ®Ó nhËn biÕt c¸c monose C¸c ®ång ph©n epimer cña aldose vµ cetose cã cÊu h×nh *C3,*C4,*C5 gièng nhau, chóng cã cïng 1 osazon v× khi t¹o osazon kh«ng cßn carbon bÊt ®èi xøng t¹i C2. VÝ dô: D-glucose, D-mannose vµ D-fructose cã chung mét osazon. Theo Fischer, osazon bÒn lµ do t¹o "phøc cµng cua". B»ng phæ hång ngo¹i (IR), cho thÊy ph©n tö osazon bÒn v× tån t¹i hÖ liªn hîp vµ cã liªn kÕt hydro néi ph©n tö (C - O... H - N). Theo Fischer : NH Theo IR : N ... . .. ...... N H N CH N C N H CHCN C O ... .. N H . .. CH2OH Osazon cuûa D-glucose (HOCH)2 CH2OH 1.5.6. Ph¶n øng t¹o acetal vßng vµ cetal vßng Monosaccharid cã 2 nhãm OH c¹nh nhau ë vÞ trÝ cis ng−ng tô víi ceton t¹o cetal cis OH CH2OH OH CH3 CH3 C O O CH2OH H OH H HO H H H + 2 C CH + 2H2O H3C 3 OH H O 46 H HO cis O CH O 3 CH3 1.5.7. Ph¶n øng t¹o glycosid Alcol hoÆc phenol t¸c dông víi nhãm OH b¸n acetal cña monosaccharid t¹o thµnh hîp chÊt alkyl (hoÆc aryl) glycosid. H CH2OH H CH2OH HO H OH O HOHOH H + H2 O H+ ROH Lieân keát glycosid HO H H HO OH HCl khoâ OH H O R α-glucose Alkyl α-glucosid H CH2OH H CH2OH Lieân keát glycosid HO H O HO H O HO H OH HO H R O H OH H + ROH HCl khoâ H OH H + H2O β-glucose Alkyl β-glucosid Glycosid t¹o thµnh tõ glucose th× gäi lµ glucosid; tõ mannose th× gäi lµ mannosid; tõ galactose gäi lµ galactosid; tõ fructose gäi lµ fructosid. H CH2OH O OH CH2OH H CH2OH HO HO H H H CH3 O OH H H HO H H H O OH H OCH3 HO HO H H O OH H H OCH3 Methyl β-glucosid Methyl β-galactosid Methyl β-Mannosid C¸c glycosid bÒn v÷ng trong m«i tr−êng kiÒm nh−ng rÊt dÔ ph©n ly thµnh monosaccharid vµ alcol trong m«i tr−êng acid vµ d−íi t¸c dông cña enzym. H CH2OH H CH2OH HO H O HO O HO H H R O OH H + H2 O Acid hoÆc men HO H H H OH OH H + ROH Alkyl β-glucosid β-glucose C¸c enzym cã t¸c dông thñy ph©n rÊt chän läc. VÝ dô: Enzym maltase chØ thñy ph©n α-glycosid. Enzym t¸c dông nhò hãa chØ t¸c dông víi β-glycosid. Liªn kÕt glycosid cßn ®−îc t¹o thµnh gi÷a c¸c ph©n tö monosaccharid víi nhau ®Ó cho ra oligosaccharid (di, tri, tetraose) vµ polysaccharid. C¸c glycosid kh«ng cã hiÖn t−îng béi quay (Mutarotation) vµ kh«ng t¸c dông víi thuèc thö Fehling vµ thuèc thö Tollens. 47 1.5.8. Ph¶n øng t¹o ether Glucosid t¸c dông víi dimethylsulfat hoÆc methyliodid trong m«i tr−êng kiÒm t¹o thµnh methyl tetra o -methyl glucosid. VÝ dô: Khi cho Methyl β-D-glucosid t¸c dông víi methyliodid hoÆc dimethylsulfat vµ NaOH t¹o hîp chÊt cã chøc ether lµ methyl β-2,3,4,6-tetra-O methyl-D- glucosid. H HO H CH2OH CH2OCH3O O HO H H HO H H OCH3 + 4 (CH3O)2SO2, NaOH - 4 CH3OSO3H CH3O CH3O H CH3O H H H OCH3 Methyl β- D-glucosid Methyl β-2,3,4,6-tetra-o-methyl D-glucosid Hîp chÊt methyl β-2,3,4,6-tetra-O-methyl-D-glucosid t¸c dông víi H2O trong m«i tr−êng acid th× chØ cã liªn kÕt osid O-CH3 t¹i nguyªn tö carbon sè 1 bÞ thñy ph©n. C¸c nhãm O -CH3 kh¸c hoµn toµn kh«ng bÞ thñy ph©n (v× chóng lµ liªn kÕt ether). H CH2OCH3 O H CH3O CH2OCH3 O CH3O CH3O H CH3O H H H OCH3 + H2O , H+ - CH3OH CH3O H CH3O H H H OH Methyl β-2,3,4,6-tetra-o-methyl D-glucosid β-2,3,4,6-tetra-o-methyl D-glucose CHO HO C H H C OCH3 H C OCH3 CH3O H C CH3O H C O H H C C OCH3 OH H H C C OCH3 CH2OCH3 2,3,4,6-Tetra-O-methyl-D-Glucose 1.5.9. Ph¶n øng t¹o ester CH2OCH3 2,3,4,6-Tetra-O-methyl- β-D-Glucopyranose Aldohexose bÞ acetyl hãa (t¹o ester) bëi anhydrid acetic t¹o hîp chÊt acetylpyranose. VÝ dô: β-D-Glucose t¸c dông víi anhydrid acetic t¹o hîp chÊt β-D pentaacetylglucose. 48 H HO CH2OHO H H AcO CH2OAcO H HO H H HO OH 1 H +5 (Ac) 2O - 5CH3COOH AcO H H AcO OAc 1 H β-D-glucose β- D-Pentaacetylglucose Khi cho β-D-pentaacetylglucose t¸c dông HBr trong m«i tr−êng acid acetic th× chØ cã chøc ester t¹i carbon sè 1 tham gia ph¶n øng. H AcO CH2OAcO H + HBr H AcO CH2OAcO H AcO H OAc AcO H H H AcO 1 H - CH3COOH H AcO 1 Br 1,2,3,4,6-Penta-acetyl- β-D-Glucopyranose 1-Brom-2,3,4,6-tetra-acetyl- α- D-Glucopyranose Ph¶n øng gi÷a 1-brom-2,3,4,6-tetraacetyl-α-D-glucose víi phenolat hoÆc alcolat vµ sau ®ã ph¶n øng víi alcol methylic trong amoniac (thùc hiÖn ph¶n øng trao ®æi ester) sÏ thu ®−îc phenyl -β-D-glucosid hoÆc alkyl -β-D-glucosid. H AcO H CH2OAc O O AcO CH2OAc O H CH2OH AcO H H H AcO - RO -Br AcO H H OR + 4CH3OH (NH3) HO HO H H OR 1 - 4CH3COOCH3 H Br AcO H 1 H Phaûn öùng trao ñoåi ester HO H 1 H 1-Brom-2,3,4,6-tetra-acetyl- α- D-Glucopyranose Alkyl-β- D-Glucopyranosid Trong thiªn nhiªn th−êng gÆp mét sè glucosid nh− sau: H H HO CH2OH H O O CHO H HO HO CH2OH CH2OH H H H O O O O CH=CH CH2OH CH=CH CH2OH HO H H HO 1 H CH3O HO HO H H H HO HO 1 1 H H CH3O CH3O Vanilin-β- D-Glucopyranosid CH2OH O HO HO O Coniferin-β- D-Glucopyranosid HO 1 HO CH2 O C6H5 Amygdalin HO HO O C CN H 49 1.5.10. Ph¶n øng t¹o phøc mµu xanh víi Cu (OH)2 C¸c 3,4-diol cña 2 monosaccharid cã thÓ quay ng−îc nhau ®Ó t¹o phøc ®ång H CH2OH H CH2OH 4 4 HO O H Cu (OH)2 OH OHO H H O O 1 11 H HO H OH OH H O O 4 Cu H O H OH OH 1.5.11. Ph¶n øng t¨ng m¹ch carbon HOH2C H phöùc ñoàng Khi cho c¸c aldose t¸c dông víi HCN, thñy ph©n, t¹o lacton vµ sau ®ã khö hãa th× m¹ch carbon cña aldose ®−îc t¨ng lªn. VÝ dô: Tõ aldopentose sÏ t¹o thµnh aldohexose. CN H OH COOH C O CHO H OH C C H C OH H OH HO C H + H2O HO C H HO C C H O Na (Hg) HO C H H OH C H+ H OH C - H2O H OH C CO2 H OH C CHO H C OH H C OH H C H C OH HO C C H + HCN CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH H OH H C OH CH2OH Aldopentose CN HO H C COOH HO H C C O HO H CHO HO H C HO C H + H2O HO C H HO C C H O Na (Hg) HO C C H C H OH H+ C H OH - H2O H OH CO2 H OH H C OH H C OH H C C H C OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH Cyanhydrin Acid Gluconic 1.5.12. Ph¶n øng gi¶m m¹ch carbon Gluconolacton Aldohexose Cã thÓ gi¶m m¹ch carbon cña aldose theo c¸c b−íc sau: − Oxy hãa aldose b»ng dung dÞch brom. − ChuyÓn hãa thµnh muèi calci. Oxy hãa muèi calci b»ng H2O2 víi sù cã mÆt cña muèi s¾t Fe3+, aldose t¹o thµnh cã sè carbon gi¶m mét nguyªn tö. 50 CHO H OH C COOH C H OH COO- Ca 2 H OH C CHO HO C H HO C H HO C H HO C H C H OH Br + CaCO3 2 + H2O C H OH C H OH + H2O2 2 - + CO3 C H OH Fe3+ H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH A Calci gluconat Aldopentose Aldohexose cid Gluconic C¸c ph¶n øng t¹o glycosid, t¹o ether, ester, t¨ng, gi¶m m¹ch carbon lµ nh÷ng ph¶n øng quan träng ®Ó x¸c ®Þnh cÊu t¹o cu¶ monosaccharid. 1.5.13. Ph¶n øng lªn men Lªn men lµ qu¸ tr×nh sinh hãa rÊt phøc t¹p x¶y ra do enzym t¸c dông lªn c¬ chÊt, ngoµi s¶n phÈm chÝnh cßn cã s¶n phÈm phô: Leân men Röôïu 2 C2H5OH + 2 CO2 C6H12O6 D-glucose Leân men Lactic Leân men Citric Leân men Butyric 2CH3CHOHCO 2H OH HOOCCH2CCH2COOH COOH + H2O + CH3CH2CH2CO2H 2 CO2+ 2 H2 Leân men Aceton-Butylic 2. Oligosaccharid CH3COCH3 C4H9OH + + C2H5OH + 3 CO2 + H2 Oligosaccharid lµ nh÷ng hîp chÊt ®−îc t¹o thµnh do c¸c monosaccharid kÕt hîp víi nhau b»ng liªn kÕt glycosid. Oligosaccharid (oligo: mét vµi) bÞ thñy ph©n cho mét vµi monosaccharid. Trong tù nhiªn cã: maltose, cellobiose, saccharose (®−êng mÝa), lactose (®−êng s÷a), melibiose, gentiobiose, manniotriose, raffinose, gentianose. §¬n gi¶n vµ quan träng nhÊt lµ c¸c disaccharid. 2.1. Disaccharid Disaccharid cã c«ng thøc ph©n tö: C12H22O11. Thñy ph©n disaccharid t¹o ra 2 ph©n tö monosaccharid. C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Cã thÓ chia disaccharid thµnh 2 lo¹i: §−êng khö vµ ®−êng kh«ng khö. 51 2.1.1. Disaccharid cã tÝnh khö: Maltose, cellobiose, lactose §−êng khö lµ ®−êng cßn nhãm OH b¸n acetal cã thÓ chuyÓn vÒ d¹ng aldehyd. − (+) Maltose hay [4-O-(α-D-glucopyranosyl)]-D-Glucopyranose. Thñy ph©n maltose t¹o ra 2 ph©n tö α-glucose. BiÓu diÔn c«ng thøc cÊu t¹o cña maltose d−íi d¹ng c«ng thøc chiÕu Fischer, c«ng thøc chiÕu Haworth, c«ng thøc cÊu d¹ng nh− sau: HO H 4 CH2OH O HO H H H 2 OH 1 O H H 4 CH2OH O D- Glucopyranose D- Glucopyranose 1 HO HH 2 H H OH LK glycosid HO baùn acetal OH Coâng thöù ùc caáu daïng cuûa (+) Maltose Maltose do 2 ph©n tö α-D-glucose t¹o thµnh. Liªn kÕt glycosid trong ph©n tö maltose do nhãm OH b¸n acetal cña ph©n tö α-glucose thø nhÊt t¸c dông víi nhãm OH alcol ë vÞ trÝ sè 4 cña ph©n tö α-D- glucose thø 2. Trong ph©n tö (+)maltose cßn cã nhãm OH b¸n acetal. Nhãm OH b¸n acetal nµy cã thÓ chuyÓn vÒ chøc aldehyd. VËy (+)maltose t¸c dông víi thuèc thö Fehling vµ thuèc thö Tollens. (+)Maltose lµ mét ®−êng khö. Maltose t¸c dông víi phenylhydrazin t¹o osazon C12H20O9 (=N-NH-C6H5). HO H 4 CH2OH O Osazon cuûa (+) maltose HO H H H 2 OH 1 O H H 4 CH2OH H OH 1 HO C CH 2 N NH C6H5 H N NH C6H5 Maltose t¸c dông víi dung dÞch n−íc brom t¹o acid maltobionic (C11H21O10)COOH HO H 4 CH2OH O HO H H H 2 OH 1 O H H 4 CH2OH H H OH 1 Acid maltobionic HO C COOH 2 H OH (+)-Maltose còng tån t¹i anomer α vµ β. D−íi t¸c dông cña enzym maltase hoÆc thñy ph©n acid, maltose chuyÓn hãa hoµn toµn thµnh 2 ph©n tö α-(+)-D- glucose. Ph¶n øng chøng minh (+)matose lµ [4-O-(α-D-glucopyranosyl)-D-glucopyranose: 52 H HO CH2OH O HO H H H OH H H O CH2OH O (+) Maltose , α−Anomer + Br2 Oxy hoùa , H2O HO OH H HH OH H H HO CH2OH O HO H H H OH H H CH2OH OH O Acid D-maltobionic HO H H H C COOH OH (CH3)2SO4 Methyl hoùa , NaOH H CH3O CH2OCH3 O CH3O H H H OCH3 O H H CH2OCH3 H OCH3 H C CH COOH 3O Acid octa-O-methyl-D-maltobionic H OCH3 Thuûy phaân H2O , H+ COOH H CH2OCH3 O + H OCH3 C CH3O H CH3O CH3O H H H OCH3 OH H C H OH C H OCH3 C ( α− Anomer ) 2,3,4,6-Tetra-O-methyl-D-glucopyranose CH2OCH3 Acid-2,3,5,6-Tetra-O-methyl-D-gluconic Enzym maltase lµ enzym chän läc ®Æc tr−ng chØ thñy ph©n víi liªn kÕt α-glycosid. − Cellobiose hay [4-O-(β-D-glucopyranosyl)]-D-glucopyranose. Cellobiose lµ s¶n phÈm ph©n hñy cña cellulose. Cellobiose thuéc lo¹i ®−êng khö. Hai ph©n tö β-D-glucose liªn kÕt víi nhau t¹i vÞ trÝ 1 vµ t¹o ph©n tö cellobiose cã liªn kÕt 1,4-β-glycosid. H 6 CH2OH LK glycosid H OH H HO 4 5 H O H HO O 2 1 3 H HOH HO 1 4 5 3 2 H OH H H 6 CH2OH O β−D- Glucopyranose β−D- Glucopyranose Coâng thöù ùc caáu daïng cuûa (+) Cellobiose ( β−anomer) 53 − Lactose hay [4-β(-D-galactopyranosido)-D-glucopyranose: §−êng s÷a. Thñy ph©n lactose t¹o ra ph©n tö β-D-galactose vµ D -glucose. Lactose còng gièng ph©n tö maltose cã 2 d¹ng ®ång ph©n α vµ β. OH 6 LK glycosid H OH H CH2OH O 2 1 H 4 5 H H HO O 3 H HOH HO 1 4 5 3 2 H OH H H 6 CH2OH O β−D- Galactopyranose β−D- Glucopyranose Coâng thöùc caáu daïng cuûa Lactose ( β−anomer) TÝnh chÊt: C¸c lo¹i ®−êng khö ®Òu tham gia c¸c ph¶n øng nh− c¸c aldose: OH H C=N C=N NHC6H5 NHC6H5 OH H COOOH C OH H CH2OH H O HO H C C H OH H CH2OH H O HO H C C H OH ++ HO H OH OH H C OH HO H H OH OH H C OH H H CH2OH H CH2OH β−D (+)-Galactose D -Glucosazon β−D (+)-Galactose D -(-) - Acid gluconic Thuûy phaân Thuûy phaân OH H CH2OH H O H HO H NNHC6H5 C C=NNHC6H5 OH H CH2OH O HO H COOH OH HH HO H H OH H O H CH2OH H OH HO H H H OH H O H CH2OH OH Lactosazon Acid Lactobionic C6H5NHNH2 Br2 ,H2 + + O OH H CH2OH O H HOOH H HO H H H OH H O H HH CH2OH OH O Lactose ( β-Anomer ) Lactose cã ®ång ph©n α vµ β lµ do sù chuyÓn quay. Sù chuyÓn quay cña lactose cã thÓ minh häa nh− sau: 54 CH2OH baùn acetal chuyeån quay OH OH OH O CH2OH HO OH OH + O O O O HO OH2 HO OH CH2OH (daïngβ) H + HO OH CH2OH OH CH2OH OH + OH OH OH CH2OH OH2 O O HO H O O OH HO H HO OH CH2OH O (daïngα ) HO OH CH2OH OH 2.2. Disaccharid kh«ng khö. §−êng kh«ng khö §−êng kh«ng khö lµ ®−êng kh«ng cßn nhãm OH b¸n acetal ®Ó chuyÓn thµnh aldehyd. Do ®ã ®−êng kh«ng khö kh«ng t¸c dông víi thuèc thö Fehling vµ thuèc thö Tollens. 2.2.1. Saccharose hay α-Glucopyranosido-β-D-fructofuranosid: §−êng mÝa. Saccharose cã gãc quay cùc (+),cã trong ®−êng mÝa, ®−êng cñ c¶i. Saccharose cã c«ng thøc ph©n tö C12H22O11. Kh¸c víi c¸c disaccharid kh¸c, saccharose kh«ng t¸c dông víi c¸c thuèc thö Tollens vµ Fehling cho nªn saccharose lµ ®−êng kh«ng khö. (+)-Saccharose kh«ng t¹o osazon, kh«ng cã ®ång ph©n anomer vµ còng kh«ng cã hiÖn t−îng béi quay trong dung dÞch. Nh÷ng tÝnh chÊt trªn chøng tá (+)-saccharose kh«ng cã chøc aldehyd trong ph©n tö. Saccharose bÞ thñy ph©n t¹o thµnh D -(+)-glucose vµ D -(-)-fructose. (+)-Saccharose cã c«ng thøc cÊu t¹o nh− sau: H 4 6 CH2OH 5 O HO HO 3 H H H 2 OH α O CH2OH HO H β H OH α−D-Glucopyranse HO CH2OH H β−D-Fructofuranose Thñy ph©n saccharose b»ng dung dÞch acid lo·ng hay enzym invertase sÏ t¹o thµnh hçn hîp D -(+)-glucose vµ D -(-)-fructose cã khèi l−îng nh− nhau. Sù thñy ph©n nµy dÉn ®Õn sù thay ®æi gãc quay cùc ban ®Çu cña saccharose. Gãc quay cùc tõ (+)chuyÓn thµnh (-). HiÖn t−îng ®ã gäi lµ sù nghÞch quay (®¶o quay) cña (+)saccharose. Hçn hîp thñy ph©n trªn gäi lµ "®−êng nghÞch quay". MËt ong lµ ®−êng nghÞch quay. Sù nghÞch quay lµ do sù bï trõ gãc quay cùc cña D -(+)-glucose vµ D -(-)- fructose. Gãc quay cùc cña (+) saccharose +66,5°, cña D -(+)-glucose +52,7° vµ cña 55 D -(-)-fructose 92,4°. KÕt qu¶ lµ dung dÞch saccharose sau khi thñy ph©n cã gãc quay cùc (-). V× vËy D -(+)-glucose cßn gäi lµ Dextrose vµ D -(-)-fructose gäi lµ Levulose. 3. Polysaccharid Polysaccharid lµ nh÷ng hîp chÊt bao gåm hµng tr¨m ®Õn hµng ngh×n gèc monosaccharid kÕt hîp víi nhau b»ng liªn kÕt glycosid. C¸c polysaccharid quan träng hay gÆp lµ tinh bét vµ cellulose. Chóng ®Òu cã c«ng thøc ph©n tö lµ (C6H10O5) n. C¸c polysaccharid lµ nh÷ng thµnh phÇn quan träng trong thÕ giíi ®éng vËt vµ thùc vËt. Polysaccharid ®−îc h×nh thµnh do qu¸ tr×nh quang hîp trong tù nhiªn. D−íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng, CO2 vµ H2O t¹o thµnh monosaccharid. C¸c monosaccharid mÊt n−íc t¹o thµnh polysaccharid. hν 6CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2 nC6H12O6 (C6H10O5)n + n H2O Tinh bét vµ cellulose lµ nh÷ng chÊt quan träng ®èi víi con ng−êi. Thùc phÈm chóng ta dïng hµng ngµy, ¸o ta mÆc, vËt dông ta dïng trong gia ®×nh ®Òu cã nguån gèc tõ tinh bét vµ cellulose. 3.1. Tinh bét Tinh bét cã cÊu t¹o d¹ng h¹t vµ kÝch th−íc kh¸c nhau. Tinh bét cã 20% amylose vµ 80% amylopectin. Amylose cã cÊu tróc m¹ch th¼ng vµ tan ®−îc trong n−íc. Amylopectin cã cÊu tróc ph©n nh¸nh vµ kh«ng tan trong n−íc. D−íi t¸c dông cña acid hoÆc enzym, tinh bét bÞ thñy ph©n dÇn thµnh c¸c ph©n tö cã ph©n tö l−îng nhá h¬n lµ dextrin, maltose vµ glucose. 3.1.1. CÊu tróc cña amylose Amylose cã cÊu tróc m¹ch th¼ng do c¸c ph©n tö α-glucose liªn kÕt víi nhau b»ng liªn kÕt α-[1,4]-glucosid. H CH2OH O H H H CH2OH O H H H CH2OH O H H H CH2OH O H H OH O H O OH H O OH H O OH n H O H OH H OH H OH H OH α−D-Glucose (+)−Maltose α−D-Glucose Amylose daïng coâng thöùc Haworth 56 H CH2OH O O 4 HO H H H OH 1 α H H α−D-Glucose CH2OH O α−D-Glucose O 4 H H H α−D-Glucose HO H OH 1 α H CH2OH O n O 4 HO HH H 1 OH α H H CH2OH O O 4 H 1 (+) Maltose HO H H H OH α Amylose daïng coâng thöùc caáu daïng C¸c ph¶n øng chøng minh cÊu t¹o amylose: O α−D-Glucose Methyl hãa amylose b»ng dimethylsulfat vµ NaOH. S¶n phÈm methyl hãa ®em thñy ph©n t¹o thµnh 2,3,4,6-tetra-O-methyl α-D-glucose vµ 2,3,6-tri-O-metyl α-D-glucose. §iÒu ®ã chøng tá trong amylose cã liªn kÕt [1-4]-glucosid. H CH3O CH2OCH3 H O CH3O H H OCH3 H H CH2OCH3 O H O CH3O H H H H CH2OCH3 n OCH3 O CH3O HH O H H OCH3 H CH2OCH3 O H O CH3O H H HCl H OCH3 OCH3 H CH3O CH2OCH3 H O H HO CH2OCH3 O CH3O H H OCH3 H OH vaø CH3O H HH OCH3 H O 2,3,4,6-Tetra-O-metyl-α -D-gluccose hieäu suaát 0,5% 3.1.2. CÊu tróc cña amylopectin 2,3,6-Tri-O-metyl-α -D-gluccose ( n+1) phaân töû Amylopectin còng gåm c¸c ph©n tö α-D-glucose t¹o thµnh b»ng liªn kÕt glucosid ë vÞ trÝ [1-4] vµ [1-6]. 57 O H HO CH2OH H H O 1 α−D-Glucose H H OH α−D-Glucose H O 4 Lieân keát glucosid 1,4 CH2OH H O HO H H H 1 OH Lieân keát glucosid 1,6 O H 6 CH2 O α−D-Glucose HO H H H OH 1 H H α−D-Glucose CH2OH Lieân keát glucosid 1,4 O 4 H O HO H Coáng thöùc caáu daïng cuûa amylopectin H H OH O C¸c ph¶n øng chøng minh c«ng thøc cÊu t¹o cña amylopectin: Methyl hãa amylopectin sau ®ã ®em thñy ph©n trong m«i tr−êng acid th× thu ®−îc 2,3,6-tri-O-methyl-α-D-glucose (chiÕm 90%), 2,3,4,6-tetra-O-methyl-α-D glucose (chiÕm kho¶ng 5%) vµ 2,3-di-O-methyl-α-D-glucose (chiÕm kho¶ng 5%). 6 6 6 H CH2OCH3 H CH2OCH3 H CH2OH 4 4 O 4 HO H O CH3O H O HO HH H H H H CH3O 2 H CH3O 3 1 2 1 CH3O 3 3 1 1 2 H OCH3 OH H OCH3 OH H OCH3 OH 2,3,6-Tri-O-methyl- α−D-Glucose (90%) 3.1.3. Glycogen 2,3,4,6-Tetra-O-methyl- α−D-Glucose ( Khoaûng 5%) 2,3,-Di-O-methyl- α−D-Glucose ( Khoaûng 5% ) Lµ hîp chÊt cã cÊu t¹o gÇn gièng víi amylopectin nh−ng ph©n tö glycogen cã m¹ch ph©n nh¸nh nhiÒu h¬n vµ cã sè ®¬n vÞ glucose (12-18 ®¬n vÞ glucose) Ýt h¬n amylopectin. Glycogen lµ hydrat carbon dù tr÷ cña c¬ thÓ. 3.2. Cellulose 3.2.1. CÊu t¹o Cellulose lµ thµnh phÇn chñ yÕu cña gç vµ sîi thùc vËt. B«ng ®−îc xem lµ cellulose nguyªn chÊt. Cellulose kh«ng tan trong n−íc. Cellulose kh«ng cã tÝnh khö. Ph©n tö l−îng cña cellulose rÊt lín (250.000 - 1.000.000) bao gåm trªn 1500 ®¬n vÞ glucose. Cellulose cã c«ng thøc ph©n tö (C6H10O5)n. Thñy ph©n hoµn toµn cellulose b»ng acid chØ thu ®−îc β-D-(+)-glucose. Trong ph©n tö cellulose, c¸c ph©n tö β-D-(+)-glucose liªn kÕt víi nhau b»ng liªn kÕt β-[1-4]-D-glucosid. 58 β−D-Glucose β−D-Glucose H CH2OH O H O H OH OH H H H CH2OH O O H H OH OH H OH H HO OH H H H O O H H O H CH2OH O H OH CH2OH H OH β−D-Glucose β−D-Glucose Coâng thöcù caáu taïo cuûa cellulose daïng Haworth Lieân keát 4-β -Glucosid Lieân keát 4-β -Glucosid Lieân keát 4-β -Glucosid H CH2OH O H H HOOH 2 H CH2OH O OH HO H H 2 H O 4 1 O 1 4 H HH O HH H HOO H HOOH O O 2 1 4 CH2OH O 2 1 4 CH2OH H OH H H H H H Cellobiose Cellobiose Coâng thöùc caáu daïng cuûa cellulose Cellulose cã cÊu tróc m¹ch th¼ng, do ®ã cellulose dÔ kÐo thµnh sîi. 3.2.2. C¸c ph¶n øng cña cellulose Trªn mçi m¾t xÝch D -glucose cã 3 nhãm OH tù do. ChÝnh c¸c nhãm OH nµy tham gia c¸c ph¶n øng ester hãa vµ ph¶n øng t¹o ether... a. Nitrat cellulose Cellulose t¸c dông víi hçn hîp acid nitric vµ acid sulfuric t¹o nitrat cellulose. Nitrat cellulose nh− lµ mét ester. TÝnh chÊt vµ lÜnh vùc sö dông cña nitrat cellulose tïy thuéc vµo møc ®é nitrat hãa. Nitrat cellulose ®−îc øng dông lµm c¸c mµng phim, lµm chÊt dÎo, chÊt keo d¸n, thuèc sóng kh«ng khãi... b. Acetat cellulose Cellulose t¸c dông víi hçn hîp anhydrid acetic vµ acid acetic cã mét Ýt acid sulfuric t¹o ra hçn hîp triacetat cellulose. Acetat cellulose kÐm bÒn h¬n nitrat cellulose. Acetat cellulose ®−îc sö dông lµm phim ¶nh. Hoµ tan acetat cellulose trong aceton sau ®ã cã thÓ kÐo thµnh sîi gäi lµ t¬ acetat. c. Ether cellulose Alkyl hãa cellulose b»ng alkyl halogenid trong m«i tr−êng kiÒm t¹o ra ether cellulose. C¸c ether methyl, benzyl cña cellulose ®−îc sö dông trong c«ng nghiÖp dÖt, t¹o mµng máng, t¹o nguyªn liÖu chÊt dÎo. Carboxy Methyl Cellulose (CMC) còng thuéc lo¹i ether cña cellulose. CH2OH H O H O OH H O H n H OCH2COOH Carboxy Methyl Cellulose (CMC) 59 d. T¬ visco vµ Cellophan Cellulose t¸c dông víi carbor disulfid CS2 vµ NaOH t¹o dung dÞch Xanthogenat cellulose cã ®é nhít rÊt cao gäi lµ visco. KÐo visco qua khe nhá vµ qua bÓ ®ùng acid thu ®−îc sîi cellulose gäi lµ t¬ visco. Mµng máng visco cã chÊt dÎo ho¸ lµ glycerin gäi lµ cellophan. Cellophan th−êng ®−îc gäi lµ giÊy bãng kÝnh, dïng ®Ó gãi hµng hãa. Cã thÓ h×nh dung cÊu t¹o cña c¸c lo¹i polysaccharid nh− h×nh vÏ d−íi ®©y: Polysaccharid maïch thaúng Polysaccharid maïch nhaùnh Polysaccharid maïch voøng 3.3. Pectin Pectin cã nguån gèc tõ thùc vËt, ®−îc t¹o thµnh tõ acid α-D-galacturonic vµ mét sè methylester. Acid ∝-D-galacturonic liªn kÕt víi nhau t¹o acid pectic. Acid pectic lµ khung c¬ b¶n cña pectin. Acid α−D - galacturonic COOH O OH COOH O OH COOH O O O O OH OH O OH COOHO OH OH O OH COOHO OH OH O Acid pectic 3.4. Acid alginic Acid alginic cã trong mét sè loµi rong biÓn. Tån t¹i ë d¹ng tù do hoÆc d¹ng muèi calci. Thñy ph©n acid alginic thu ®−îc acid D -mannuronic. 3.5. Chitin Chitin lµ mét lo¹i polysaccharid cã trong vá t«m, cua.... Thñy ph©n chitin thu ®−îc acid acetic vµ D -glucosamin (chitosamin, 2-aminoglucose). Thñy ph©n chitin b»ng enzym sÏ thu ®−îc N -acetylglucosamin. 60 CÊu t¹o cña chitin còng gièng cÊu t¹o cña cellulose. N -methyl-L-glucosamin lµ thµnh phÇn cña streptomycin. N-Methyl-L-glucosamin CHO O H CH3 HO H H H OH O O O H OH H H CH2OH NH C NH2 H H CH3NH H H H NH OH NH C NH OH H Bµi tËp Monosaccharid OH Streptomycin H NH 1- Ph©n tö (-)-fructose cã bao nhiªu nguyªn tö carbon kh«ng ®èi xøng? 2- Ph©n tö 2-cetohexose cã bao nhiªu cÆp ®èi quang? VÏ c«ng thøc chiÕu Fischer vµ c«ng thøc Haworth ®èi víi mét cÆp ®èi quang cña D -(-)-Fructose. 3- ViÕt ph¶n øng t¹o osazon cña c¸c chÊt sau, c¸c osazon ®ã cã cÊu h×nh thÕ nµo? a ) D-glucose; b) D-Mannose; c ) D-Fructose. 4- Cã bao nhiªu aldotetrose thu ®−îc khi xuÊt ph¸t tõ D -(+)-aldehyd glyceric. 5- ViÕt c¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng theo s¬ ®å sau: HNO3 D-(+)-Glucose Acid(+)-Saccharic - H2O A vaø B (ñeàu laø Lacton) Na ( Hg) - H2O Na ( Hg) A C ( Acid gluconic ) Ñ ( Lacton ) D-(+)-Glucose Na ( Hg) - H2O Na ( Hg) B C ( Acid gluconic ) E ( Lacton ) (+)-Gulose ViÕt c«ng thøc cÊu t¹o cña c¸c chÊt A → E. (+)Gulose thuéc lo¹i cÊu h×nh nµo, D hay L ? Disaccharid 6- ViÕt ph−¬ng tr×nh ph¶n øng oxy hãa, methyl hãa vµ thñy ph©n cña c¸c chÊt: (+)- Lactose, (+)-Maltose, (+)-Saccharose. 7- ViÕt c«ng thøc cÊu h×nh cña: (+)- Lactose, (+)-Maltose,(+)- Saccharose vµ (+)- Cellobiose. 8- Gi¶i thÝch sù nghÞch quay cña (+)-saccharose. 61 Ch−¬ng 29 ACID AMIN, PEPTID Vµ PROTID Môc tiªu 1. Gäi ®−îc tªn vµ x¸c ®Þnh ®−îc cÊu h×nh cña acid amin. 2. Tr×nh bµy ®−îc hãa tÝnh cña acid amin. 3. N¨m ®−îc c¸c kiÓu cÊu t¹o cña protid. 1. Acid amin 1.1.§Þnh nghÜa Acid amin lµ nh÷ng hîp chÊt t¹p chøc, cã hai nhãm ®Þnh chøc kh¸c nhau lµ: chøc amin (NH2) vµ chøc acid (COOH). Cã 2 lo¹i acid amin: − H2N-R-COOH: R lµ gèc hydrocarbon no, ch−a no, vßng kh«ng th¬m, dÞ vßng − H2N-Ar-COOH: Ar lµ gèc hydrocarbon th¬m 1.2. CÊu t¹o 1.2.1. C¸c acid amin thiªn nhiªn: lµ nh÷ng α-aminoacid C«ng thøc chung: α H2N CH COOH R Trong ®ã gèc R − Alkyl (m¹ch hë hay nh¸nh) − Cycloalkyl, Ar -, gèc dÞ vßng − Chøa hoÆc kh«ng chøa mét sè nhãm chøc ( -SH, -OH) (Nh÷ng nhãm chøc nµy th−êng ë ®Çu m¹ch cña gèc R) Sè nhãm chøc cña mçi lo¹i cã thÓ mét hoÆc hai nhãm: − Acid monoamino monocarboxylic (1 nhãm NH2 vµ 1 nhãm COOH) − Acid monoamino dicarboxylic (1 nhãm NH2 vµ 2 nhãm COOH) − Acid diamino monocarboxylic (2 nhãm NH2 vµ 1 nhãm COOH) − Acid diamino dicarboxylic (2 nhãm NH2 vµ 2 nhãm COOH) Nh÷ng acid amin cã sè chøc acid nhiÒu h¬n chøc amin th× gäi lµ acid amino acid vµ ng−îc l¹i th× gäi lµ acid amino base. 62 1.2.2. CÊu h×nh cña acid amin Trõ glycin, c¸c acid amin ®Òu cã Ýt nhÊt mét nguyªn tö carbon kh«ng ®èi xøng. C¸c acid amin thu ®−îc tõ protid b»ng ph−¬ng ph¸p thñy ph©n acid hoÆc base ®Òu cã tÝnh quang ho¹t. C¸c acid amin thiªn nhiªn lµ nh÷ng α-aminoacid vµ cã cÊu h×nh gièng nhau thuéc d·y L so víi (-)-L- aldehyd glyceric vµ Cα* cã cÊu h×nh (S). COOH H2N H R CHO HO H CH2OH L -Aminoacid L -Aldehyd glyceric 1.3. Danh ph¸p 1.3.1. §äc tªn vµ vÞ trÝ nhãm amino vµ tªn acid t−¬ng øng Tªn vµ vÞ trÝ nhãm amino + Tªn acid t−¬ng øng 1.3.2. Tªn riªng vµ dïng c¸c ch÷ c¸i ®Çu ®Ó ký hiÖu tªn acid VÝ dô: H2N-CH2-COOH H2N-CH2-CH2-COOH 2-H2N-C6H4-COOH Aminoetanoic 3-Aminopropanoic 2-Aminobenzoic. Acid aminoacetic Acid β-Aminopropionic Acid o-aminobenzoic Glycin, Glycocol, Gly β-Alanin, Ala Acid Anthranilic B¶ng 29.1: 20 acid amin phæ biÕn C«ng thøc cÊu t¹o Danh ph¸p Ký hiÖu pK1 pK2 Pk3 NH2 H _ CH COOH Glycin Gly 2.35 9.78 - NH2 CH3 _ CH COOH L (+)-Alanin Ala 2.35 9.87 - CH3 NH2 CH_ CH COOH CH3 L (+)-Valin Val 2.29 9.72 - CH3 NH2 CHCH2_ CH COOH CH3 L (-)-Leucin Leu 2.33 9.74 - CH3 NH2 CH2CH _ CH COOH CH3 L (+)-Isoleucin Ile 2.32 9.76 - NH2 SCH2CH2 _ CH COOH CH3 L (-)-Methionin Met 2.17 9.72 - _COOH NH L (-)-Prolin Pro 1.95 10.6 - 63 NH2 _ CH2_ CH COOH L(-)-Phenylalanin Phe 2.58 9.24 - NH2 _ CH2 _ CH COOH N H L(- )-Tryptophan Try 2.43 9.44 - NH2 CH2 HO _ CH COOH _ L (- )-Serin Ser 2.19 9.44 - NH2 OH CH _ CH COOH CH3 L (+ )-Threonin Thr 2.09 9.10 - NH2 HS_ CH2 _ CH COOH L (- )-Cystein Cys 1.86 8.35 10.34 NH2 CH2 HO _ CH COOH L (- )-Tyrosin Tyr 2.20 9.11 10.0 CH2 H2N _ CH COOH _CO NH2 Asparagin Asn 2.02 8.80 - CH2CH2 H2N _ CH COOH _CO NH2 Glutamin Gln 2.17 9.13 - O NH2 HO_C CH2 _ CH COOH AcidL(-)- Aspartic Asp 1.99 3.90 10.00 O NH2 CH2CH2 HO_C _ CH COOH AcidL(+)- Glutamic Glu 2.13 4.32 9.95 NH2 CH2CH2CH2CH2 H2N _ CH COOH L (+)-Lysin Lys 2.16 9.20 10.80 O NH2 H2N C (CH2)3 CH COOH Arginin Arg 1.82 8.99 13.20 NH2 N CH2_ CH COOH N H L (-)-Histidin His 1.81 6.05 9.15 1.4. TÝnh chÊt lý häc cña acid amin Acid amin lµ c¸c chÊt h÷u c¬ kÕt tinh kh«ng mµu, nhiÒu chÊt cã vÞ ngät. 1.4.1. Ph©n tö acid amin lµ ion l−ìng cùc (muèi néi ph©n tö) − Cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao vµ bÞ ph©n hñy. − Acid amin dÔ tan trong n−íc, kh«ng bay h¬i, khã tan trong dung m«i h÷u c¬. − H»ng sè acid vµ base cña nhãm acid -COOH vµ base -NH2 rÊt nhá. 64 VÝ dô: §èi víi glycin cã Ka= 1,6.10-10 vµ Kb = 2,5.10-12. PhÇn lín acid carboxylic cã Ka ∼ 10-5 vµ c¸c amin kh«ng vßng cã Kb ∼ 10-4. − Acid amin cã d¹ng ion l−ìng cùc (muèi néi ph©n tö) cã c«ng thøc cÊu t¹o + - H3N CH COO R Acid amin daïng ion löôõng cöïc Trong c«ng thøc trªn ion amoni NH3+ cã tÝnh acid vµ ion -COO- cã tÝnh base. H»ng sè Ka cña glycin chÝnh lµ lùc acid cña ion NH3+ vµ h»ng sè Kb cña glycin chÝnh lµ lùc base cña ion -COO-. Gi¸ trÞ Ka vµ Kb ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh ph©n ly cña ion l−ìng cùc trong dung dÞch n−íc. + - + H2O H3O+ + - H2N CH COO H3N CH COO [H3O+][H2N-CHR-COO -] [ H3N-CHR-COO -] + Ka = R R Acid Base Acid Base ++ + - H3N CH COOH H3N CH COO R + H + 2O HO - [HO -][H2N-CHR-COOH ] + Kb = R Acid Base Base Acid [ H3N-CHR-COO -] Trong dung dÞch n−íc, lùc acid vµ base cña base liªn hîp (vÝ dô CH3COOH vµ CH3COO- hoÆc CH3NH3 vµ CH3 NH2) cã mèi liªn hÖ Ka.Kb= 10-14 XuÊt ph¸t tõ gi¸ trÞ Ka cña glycin 1,6. 10-10, tÝnh ®−îc gݸ trÞ Kb cña chøc amin tù do NH2. Còng t−¬ng tù tõ gi¸ trÞ Kb cña glycin, tÝnh ®−îc gi¸ trÞ Ka cña acid tù do -COOH. Khi kiÒm hãa dung dÞch acid amin (ion l−ìng cùc), ion I sÏ chuyÓn thµnh ion II. Mét base m¹nh (HO-) ®· lÊy proton khái ion amoni vµ chuyÓn thµnh mét base yÕu lµ amin NH2. + − − − H3N CH COO H2N CH COO + HO + H2O R I I I R Acid rÊt m¹nh Base rÊt m¹nh Base rÊt yÕu Acid rÊt yÕu Khi acid hãa dung dÞch acid amin, ion I chuyÓn thµnh ion III; acid m¹nh H3O+ nh−êng proton cho ion carboxylat vµ h×nh thµnh acid carboxylic rÊt yÕu. + - + H3O+ H3N CH + H3N CH + H2O COO R COOH R Base rÊt m¹nh Acid rÊt m¹nh Acid rÊt m¹nh Base rÊt yÕu B 65 Nh− vËy trong nh÷ng acid amin ®¬n gi¶n: − COOH kh«ng ph¶i lµ chøc acid mµ lµ nhãm NH3+ − NH2 kh«ng ph¶i lµ mét base mµ lµ -COO Ion II vµ III cã chøc -NH2 vµ -COOH tù do tån t¹i ë tr¹ng th¸i c©n b»ng víi ion I, ph¶n øng cña acid amin lµ ph¶n øng cña chøc amin -NH2 vµ chøc acid - COOH. Acid amin cã tÝnh chÊt l−ìng tÝnh. TÝnh l−ìng tÝnh cña acid amin ®−îc biÓu diÔn b»ng ®−êng cong chuÈn ®é. ThÝ dô: Tr−êng hîp glycin 13 - ----. pH 12 11 10 9 8 7 ---- . H2N CH2CO2 pK = 9,78 2 pH = 6,07 H3+N CH2 COO− cã: PI2,35 + 9,78 = 6 = ,05 6 - + - 2 5 4 3 2 1 H3N CH2CO2 + ---- H3N CH2CO2H . pK1 = 2,35 ; pK1 = pKa) (pK2 = pKb 0 0,5 1,0 1,5 2,0 L−îng NaOH, mol + §−êng cong chuÈn ®é NH3CH2COOH 1.4.2. §iÓm ®¼ng ®iÖn cña acid amin Khi ®Æt dung dÞch acid amin vµo trong mét ®iÖn tr−êng, cã c¸c tr−êng hîp sau: Anod (cöïc döông) H+ - Catod (cöïc aâm) H+H2N CH COOH H3N CH COO + - H3N CH COO + II HO - HO - R I III R R Base lieân hôïp Dung dòch acid amin Acid lieân hôïpï − NÕu dung dÞch lµ kiÒm m¹nh th× nång ®é ion II lín h¬n ion III, acid amin chuyÓn dÞch vÒ phÝa anod (cùc d−¬ng cña ®iÖn tr−êng). − NÕu dung dÞch lµ acid m¹nh th× nång ®é cña ion III lín h¬n ion II, acid amin chuyÓn dÞch vÒ phÝa catod (cùc ©m cña ®iÖn tr−êng). − NÕu nång ®é cña ion II vµ III b»ng nhau th× kh«ng cã sù chuyÓn dÞch nµo vÒ hai cùc cña ®iÖn tr−êng. Gi¸ trÞ pH (nång ®é ion H+) kh«ng lµm chuyÓn dÞch acid amin vÒ c¸c ®iÖn cùc gäi lµ ®iÓm ®¼ng ®iÖn cña acid amin. T¹i gi¸ trÞ nµy nång ®é cña ion ©m II b»ng nång ®é cña ion d−¬ng III vµ ®é hßa tan vµo n−íc cña acid amin lµ nhá nhÊt. 66 VÝ dô: Acid monoaminocarboxylic -OOC-CHR-NH3+ cã lùc acid lín h¬n mét Ýt so víi lùc base (glycin cã Ka=1,6.10-10 vµ Kb = 2,5.10-12). NÕu hßa tan acid vµo n−íc th× nång ®é ion II (H2N-CHR-COO-) lín h¬n ion III (HOOC-CHR-NH3+). Cã thÓ h¹n chÕ sù ion hãa cña ion amoni -NH3+ thµnh -NH2 b»ng c¸ch thªm vµo mét Ýt acid (H+) ®Ó ®¹t ®Õn ®é ®¼ng ®iÖn. NghÜa lµ ®Ó cho nång ®é cña II vµ III b»ng nhau th× gi¸ trÞ ®iÓm ®¼ng ®iÖn lÖch vÒ phÝa acid. §iÓm ®¼ng ®iÖn cña glycin cã pH = 6,1. §iÓm ®¼ng ®iÖn ®−îc ký hiÖu lµ PI. C«ng thøc tÝnh gi¸ trÞ PI khi biÕt pKa = -log Ka vµ pKb = - logKb. pKa +pKb PI = 2 §iÓm ®¼ng ®iÖn lµ tÝnh ®Æc tr−ng cho mçi acid amin. B¶ng 29-2 tr×nh bµy ®iÓm ®¼ng ®iÖn vµ chiÒu quay cña mét sè acid amin. B¶ng 29.2: Gi¸ trÞ ®iÓm ®¼ng ®iÖn cña mét sè acid amin Acid t°C PI Acid t°C PI Glycin 292 6,10 L(-)-Methionin 280 5,74 L(+)-Alanin 297 6,00 L(-)-Tryptophan 289 5,89 L(+)-Valin 315 5,96 L(-)-Prolin 215 6,30 L(-)Leucin 337 6,02 L(-)-Hydroxyprolin 270 5,83 L(+)-iso-Leucin 280 5,98 L(-)-Acid Aspartic 251 2,77 L(-)-Phenylalanin 278 5,48 L(-)-Asparagin 227 - L(-)-Tyrosin 343 5.66 L(+)-Acid Glutamic 248 3,22 L(-)-Serin 228 5,68 L(+)-Glutamin - - L(-)-Cystein - 5,05 L(+)-Arginin 227 10,76 L(-)-Cystin 260 4,80 L(+)-Lysin 224 9,74 L(-)-Threonin 257 - L(-)-Histidin 277 7,59 1.5. Tæng hîp c¸c acid amin 1.5.1. Tõ α-halogenoacid Perkin-Duppa (1858) ®· tæng hîp glycin: CH2 COONa X + 2 NH3 67 - NH4 X CH2 COONa NH2 CH2 COOH NH2 1.5.2. Tæng hîp Strecker (1850) − Tæng hîp (±)-Alanin + NH3 , HCNCH3 CH CH3 CHO CH3 CH NH2 − Tæng hîp (±)-Methionin C N NH2 COOH CH3S_CH2CH2CHO CH3SH CH2 = CH_CHO + HCN Aldehyd β -thiomethyl propionic 1) NH3 CH3SCH2CH2 CH C N CH3SCH2CH2 CH COOH NH2 OH D, L -methionin 2) 2 H2O − Tæng hîp acid (±)-glutamic: KÕt hîp víi tæng hîp oxo CH2 = CH_CN CO2 ,H2 (to,p) Co(CO)8 O=CH _CH2CH2_CNNH2 CN Aldehyd cyanopropionic NC CHCH2 CH2 C N NH2 1.5.3. Tõ ester malonat − Tæng hîp ester malonat H3O+ HOOC CHCH2 CH2 COOH NH2 Acid D, L -glutamic NaOEt i - C4H9_Br HCl ñaëc iso - C4H9 CH (COOEt) 2 iso-C4H9 CH2 COOH 115oC CH2 (COOEt) 2 EtOH (80- 90%) iso-butylmalonat diethyl Br2 i - C4H9 CH Br COOH iso C CH COOH 4H9NH2 leucin − KÕt hîp víi kali phtalimid (tæng hîp Gabriel) COOEt CH2 O COOEt Br2 + - N K O + N CH ( COOEt )2 COOEt CCl4 CHBr COOEt + O O O Ar Ar CHCOOH Ar- X H3O EtO - NH2 68 to O N C ( COOEt )2 − KÕt hîp víi HNO2 COOEt COOEt COOEt O CH2 O N H2 ,Pt HNO2 COOEt CH COOEt HO N CH COOEt CH3 C NHCH(COOEt)2 Ac 2O Ester acetamidomalonat ethyl NaOEt CH2=O HNCOCH3 HOCH2CH(COOEt)2 H2O to + NH3 - HOCH2CHCOO + Serin O N CH2ClN NH3 - CH3 C NHCH(COOEt)2 NaOEt N H to N H CH2 CH COO Histidin + NaOEt i-C4H9Br H2O to NH3 C4H9 CH COO - Leucin 1.6. TÝnh chÊt hãa häc cña acid amin C¸c acid amin thÓ hiÖn tÝnh chÊt hãa häc ®Æc tr−ng cña mçi chøc. 1.6.1. TÝnh acid base cña acid amin TÊt c¶ c¸c acid amin trong dung dÞch ®Òu ph©n ly vµ t¹o nªn c©n b»ng sau: O R_CH_C NH2O_H .. Acid amin Trong dung dÞch H2O cã c©n b»ng: R_CH_COO NH3 + ion löôõng cöïc Dung dÞch acid amin trong m«i tr−êng acid th× acid liªn hîp chiÕm −u thÕ. Dung dÞch acid amin trong m«i tr−êng base th× base liªn hîp chiÕm −u thÕ. 1.6.2. Ph¶n øng lo¹i n−íc cña acid amin Acid amin dÔ t¸ch H2O tõ NH2 vµ COOH t¹o ra amid. S¶n phÈm t¹o thµnh phô thuéc vµo vÞ trÝ cña NH2 so víi COOH. Ng−îc l¹i c¸c amid còng dÔ thñy ph©n cho acid amin. − Ph¶n øng lo¹i n−íc α-aminoacid α- amino acid (®Æc biÖt ester cña nã) dÔ t¸ch H2O (t¸ch ROH) t¹o amid vßng dicetopiperazin. O O H H H N R H O N R C C - 2H2O, to C C C R N H C H + 2H2O, xt H O O CNC R O H Dicetopiperazin 69 − Ph¶n øng lo¹i n−íc β-aminoacid β- amino acid dÔ t¸ch NH3 t¹o acid α-etylenic H R CH CH COOH NH2 - NH3 - H2O R_CH = CH_COOH CH2 C O R N CH H Acid α -ethylenic β-lactam Víi chÊt hót n−íc cùc m¹nh cã thÓ t¹o vßng β-lacton (trong penicillin). − Ph¶n øng lo¹i n−íc c¸c γ,δ,ε-acid amin. C¸c γ,δ,ε-acid amin dÔ t¸ch H2O tõ NH2 vµ COOH trong cïng 1 ph©n tö ®Ó t¹o γ,δ, hay ε-lactam (amid néi ph©n tö) O CH2 C OH - H2O O CH2 C H2C CH2 CH2 H H2C H N H CH2 CH2 N δ-aminoacid δ-lactam (valerolactam) Ph¶n øng lo¹i n−íc gi÷a c¸c acid amin lµ c¬ së t¹o liªn kÕt amid trong c¸c polyamid hoÆc liªn kÕt peptid trong polypeptid vµ protein. Lieân keát amid n H2 N CH COOH H2N CH COHN CH COOH + (n-1) H2O n R R R 1.6.3. Ph¶n øng t¹o mµu cña acid amin C¸c acid amin cã kh¶ n¨ng t¹o mµu víi mét sè hîp chÊt nhÊt ®Þnh. Dïng ph¶n øng nµy ®Ó ®Þnh tÝnh c¸c acid amin: − Víi ninhydrin: §un nãng acid amin víi dung dÞch ninhydrin trong alcol t¹o mµu xanh tÝm. O OH O O + + RCHO +CO2 2 + 3H2O OH O R CH COOH NH2 O N HO Ninhydrin Coù maøu xanh − Ph¶n øng víi mét sè ion kim lo¹i vµ c¸c chÊt h÷u c¬ vµ v« c¬ kh¸c: + Víi Pb2+ / HO− cho mµu ®en khi acid amin chøa l−u huúnh. + Víi Hg (NO3)2 + Hg(NO2)2, c¸c acid amin cã nh©n phenol cho mµu hång. 70 + Víi HNO3, c¸c acid amin chøa nh©n benzen t¹o mµu vµng. + Víi HOOC - CHO, c¸c acid amin chøa nh©n indol cho mµu xanh tÝm. + Víi acid diazobenzensulfonic, c¸c acid amin cã nh©n imidazol sÏ t¹o hîp chÊt azo cã mµu anh ®µo. 1.6.4. TÝnh chÊt cña chøc COOH − Víi base t¹o muèi Acid amin t¸c dông víi base t¹o muèi carboxylat. Ngoµi ra nã cßn cã thÓ t¹o muèi néi phøc víi cation kim lo¹i nÆng: O C O .. + Cu 2 2+ .. H CH COOH Cu NH2 CH2 + 2 H+ NH2 CH2 NH2 O C O Glycin − T¹o ester Muoái noäi phöùc (maøu xanh thaåm) Acid amin t¸c dông víi ROH (cã h¬i HCl) sÏ t¹o ester cña acid amin (th−êng ë d¹ng muèi clorhydrat). + H2N C2H5OH _CH2_COOH + H Cl Cl- [ H3N_CH2_COOC2H5 + ] - H2O Muèn thu ®−îc ester tù do, cho s¶n phÈm clorhydrat ph¶n øng víi Ag2O hoÆc N (C2H5)3 : + Cl + - [ H3N_CH2_COOC2H5 ] H AgCl 2N_CH2 Ag2O _COOC2H5 + + H2O C¸c ester cña acid amin lµ nh÷ng chÊt láng, dÔ cÊt ë ¸p suÊt thÊp. Fischer ®· dïng ph¶n øng nµy ®Ó t¸ch c¸c acid amin. − T¹o clorid acid + P Cl5 H + 2N_CH2_COOH Cl-[ H3N_CH2_COCl] - P OCl3 − Ph¶n øng decarboxyl (t¸ch CO2): Men carboxylase CH3 CH COOH NH2 + CO2 CH3 CH NH2 Alanin Ethylamin 1.6.5. TÝnh chÊt NH2 − T¹o muèi víi c¸c acid Acid amin t¸c dông víi acid v« c¬, t¹o muèi 71 H2N CH COOH CH3 − T¸c dông víi HNO2 + + HCl Cl- H3N CH COOH CH3 T¹o acid α -hydroxycarboxylic, gi¶i phãng N2 vµ H2O. H2N CH COOH R + HNO2 HO CH COOH + N2 + H2O R Van Slyke dïng ph¶n øng nµy ®Ó ®Þnh l−îng NH2 trong acid amin b»ng c¸ch ®o khÝ N2 gi¶i phãng ra (qua nit¬ kÕ). − T¹o dÉn xuÊt N -acyl C¸c acid amin ph¶n øng víi t¸c nh©n acyl hãa nh− RCOCl, (RCO)2O, carbobenzyloxyclorid (benzylcloroformiat) C6H5CH2OCOCl t¹o dÉn xuÊt N -acyl. H2N CH COONa R + CH3COCl CH3COHN CH COOH R + NaCl − T¸c dông víi aldehyd ë m«i tr−êng kiÒm, acid amin ng−ng tô víi aldehyd t¹o base Schiff (liªn kÕt imin). COOHHO N CH CH2 O + H2N CH R CH2 COOH R Aldehyd Liªn kÕt imin Sorensen dïng ph¶n øng nµy ®Ó ®Þnh l−îng nhãm -COOH tù do cña acid amin − Mét sè ph¶n øng víi enzym Khi oxy hãa, acid amin bÞ lo¹i nhãm NH2, t¹o ceto acid: R_CH_COOH + + [ ] O R _ CO _ COOH N H3 NH2 hoÆc cã thÓ do enzym oxydase: α−cetoacid men H2O R + R _ CO _ COOH _CH_COOH R_CH_COOH N H3 NH2 NH α−cetoacid Acid nµy bÞ lo¹i CO2 ®Ó t¹o aldehyd: CH3 CH3CHO _CO_COOH + CO2 72 Nhê c¸c enzym ®Æc hiÖu, cã thÓ x¶y ra ph¶n øng trao ®æi gèc R cña c¸c acid amin R CH COOH R' CH COOH + R' C COOH + R C COOH NH2 2. Peptid 2.1. §Þnh nghÜa O NH2 O Peptid lµ amid ®−îc h×nh thµnh do c¸c chøc acid vµ chøc amin cña acid amin t−¬ng t¸c víi nhau. Chøc amid -NHCO- ®−îc gäi lµ liªn kÕt peptid. Tïy thuéc sè gèc acid amin cã trong ph©n tö ng−êi ta ph©n chia c¸c lo¹i peptid: dipeptid, tripeptid...., polypeptid. C¸c peptid cã ph©n tö l−îng ®Õn 10.000 lµ polypeptid. Peptid cã ph©n tö l−îng lín h¬n lµ nh÷ng protid. + - H3NCH2CONHCH2COO Dipeptid GlycinGlycin + - H3NCH2CONHCHCONHCHCOO , , CH3 CH2C6H5 Tripeptid GlycinAlaninPhenylalanin - + H3NCHCO n (NHCHCO) NHCHCOO R R R Polypeptid (Gly-Ala-Ph) (Gly-Gly) 2.2. CÊu t¹o polypeptid 2.2.1. CÊu t¹o C¸c ph−¬ng ph¸p vËt lý ®· x¸c ®Þnh chøc amid (liªn kÕt peptid) cã cÊu t¹o ph¼ng vµ vµ cã cÊu h×nh trans. H O R H O N CN CN C R H O R Trans Trans Cã nhiÒu tr−êng hîp acid amin cã 2 nhãm acid hoÆc c¸c nhãm chøc kh¸c (OH, SH...). C¸c nhãm chøc nµy cã trong gèc R lµ c¬ së lµm cho cÊu tróc cña protid cã c¸c h×nh d¹ng kh¸c nhau. VÝ dô: Ph©n tö tripeptid glutathion, nonapeptid ocytocin minh häa ®iÒu ®ã: + - H3NCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOH COO CH2SH Glutathion (GlutamylCysteinGlycin) Glu-Cys-Gly 73 CH3 CH2 OH CH3CH CH2 NH2 CHNHCOCHNHCOCH lle Tyr Cys S O C CH2 S Hoaëc Glu Asp Cys S Pro Leu Gly(NH2) NH2 NH2 NH N S CH2 CHNHCOCHCONHCHCO CONHCHCONHCH2CONH2 CH2 CH2 CONH2 CH2 CONH2 Ocytocin CH2 CH CH3 CH3 2.2.2. X¸c ®Þnh cÊu tróc cña peptid − Cã nh÷ng acid amin nµo trong ph©n tö. − Cã bao nhiªu ph©n tö acid amin trong ph©n tö. − TrËt tù liªn kÕt cña c¸c acid amin trong ph©n tö. a. ¸p dông ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c¸c gèc cuèi m¹ch peptid: N-goác cuoiá maïch C-gocá cuoiá maïch n H2 N CH COOH H2N CH COHN CH COOH + (n-1) H2O R R R n − Nhãm N-gèc cuèi m¹ch chøa chøc amin tù do ®−îc x¸c ®Þnh víi thuèc thö 2,4-dinitrofluorobenzen (NO2)2C6H3F hoÆc víi hîp chÊt phenyl isothiocyanat C6H5NCS. − Nhãm C -gèc cuèi m¹ch chøa chøc acid tù do ®−îc x¸c ®Þnh nhê enzym carboxypeptidase cã trong ruét. b. ¸p dông ph−¬ng ph¸p thñy ph©n tõng phÇn. §Ó x¸c ®Þnh sè l−îng vµ trËt tù s¾p xÕp c¸c acid amin trong ph©n tö. 2.3. Tæng hîp peptid Ph−¬ng ph¸p trïng ng−ng acid amin chØ ¸p dông ®Ó ®iÒu chÕ c¸c peptid ®¬n gi¶n. Ph−¬ng ph¸p cã hiÖu qu¶ lµ ph−¬ng ph¸p ghÐp lÇn l−ît c¸c acid amin l¹i víi nhau. Cã c¸c giai ®o¹n ®Ó thùc hiÖn mét qu¸ tr×nh tæng hîp peptid nh− sau: 74 2.3.1. B¶o vÖ nhãm chøc amin Thùc hiÖn ph¶n øng acyl hãa b»ng carbobenzyloxyclorid (benzylcloroformiat) C2H5CH2OCOCl vµ chuyÓn nhãm acid thµnh clorid acid. Q = C6H5CH2OCO + C6H5CH2OCOClHN CH COCl + - + HCl H Q 3N CH COO HN CH COOH Q R - HCl R R 2.3.2. T¹o liªn kÕt peptid + - CH COOH + Q Q HN CH CONH HN CH COCl R H3N CH COO R R R 2.3.3. Gi¶i phãng chøc amin + - Q HN CH CONH CH COOH H3N CH CONH CH COO R R R R Nhµ hãa häc Du Vigneaud vµ céng sù (1963) ®· tæng hîp toµn phÇn ph©n tö Insulin cã 51 acid amin theo thø tù x¸c ®Þnh. 3. Protid 3.1. §Þnh nghÜa Protid lµ nh÷ng polypeptid cã ph©n tö l−îng lín (>10.000). 3.2. Ph©n lo¹i: Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i protid − Protid cã 2 lo¹i, lo¹i protid d¹ng sîi (kh«ng tan trong n−íc) vµ protid d¹ng h×nh cÇu (tan ®−îc trong n−íc, tan trong dung dÞch acid, base hoÆc dung dÞch muèi). − C¸ch ph©n lo¹i phæ biÕn: Protid ®¬n gi¶n (protein) vµ protid phøc t¹p (proteid). Protid ®¬n gi¶n cßn gäi lµ protein, khi thñy ph©n chØ thu ®−îc c¸c acid amin. Protein ®¬n gi¶n tan ®−îc trong n−íc (hoÆc acid vµ kiÒm), bÞ ®«ng vãn khi cã t¸c dông cña nhiÖt th× vµ bÞ kÕt tña khi b·o hßa b»ng dung dÞch nh«m sulfat. Thuéc lo¹i nµy cã: albumin, globulin, prolamin, glutelin, c¸c chÊt gièng albumin (albuminoid, scleroprotein) nh− keratin, collagen... Protid phøc t¹p (conjugated protein) lµ nh÷ng protein chøa c¸c nhãm kh«ng ph¶i protein nh−: Acid nucleic, chromoprotein, glycoprotein, phosphoprotein, lipoprotein vµ protein chøa kim lo¹i nÆng. 75 3.3. CÊu t¹o cña protid: Cã 3 kiÓu cÊu t¹o: 3.3.1. CÊu tróc bËc mét ChØ sè l−îng, thµnh phÇn vµ thø tù nèi tiÕp cña c¸c acid amin thµnh m¹ch polypeptid. C¸c acid amin liªn kÕt víi nhau thµnh mét m¹ch ®¬n. VÝ dô: NH2-A-CO-NH-B-COOH. hay HOOC-A-NH-CO-B-NH2 3.3.2. CÊu tróc bËc hai M¹ch polypeptid cã d¹ng xo¾n èc hay gÊp khóc do liªn kÕt hydro gi÷a c¸c nhãm chøc C =O, NH2, NH3+, COOH vµ COO - cña hai liªn kÕt amid kh¸c nhau. C H C N C O HH CN C NC R C CH N C O H N O C C O O CH2 N ¸n ng÷ kh«ng gian CH2 CH2 R C N O C C O .... H CH Baäc xoaén oác 0,54 nm goàm 3,6 α -Aminoacid CH H R O H N R C M¶nh c¾t 1 vßng xo¾n èc 3-6 α - Aminoacid Z 6,7A o R R R R N R R CH C O O = 1,05nm H N CH O C N R CH C H N Hai xo¾n èc song song O C CH R Y R R R R R 10 A o R Liªn kÕt hydrogen C R R CH N H O C O H N CH C R R CH N M¹ch peptid O R H R O X 76 H Liªn kÕt néi ph©n tö 3.3.3. CÊu tróc bËc ba Lµ h×nh d¸ng riªng biÖt thËt trong kh«ng gian 3 chiÒu cho toµn bé ®¹i ph©n tö protein vµ kÝch th−íc cã thÓ x¸c ®Þnh chÝnh x¸c. Khi cuén l¹i víi nhau hoÆc uèn khóc ®Ó ®−îc peptid d¹ng xo¾n th× c¸c gèc acid amin trong chuçi peptid ®Òu h−íng ra ngoµi vµ c¸c chøc hãa häc cã trong c¸c gèc nµy cã thÓ t−¬ng t¸c víi nhau. KÕt qu¶ lµ trªn ph©n tö protid cã c¸c vÞ trÝ låi lâm. ChÝnh cÊu h×nh kh«ng gian cÊp III cã c¸c chç låi lâm mang theo c¸c nhãm chøc bªn ngoµi lµ nguyªn nh©n lµm ph©n tö protid cã ho¹t tÝnh sinh häc ®Æc thï. VÝ dô: -SH (sulfurhydryl) víi SH t¹o liªn kÕt disulfur (-S-S-), nã lµ liªn kÕt c¬ b¶n ®Ó duy tr× cÊu tróc cÊp III. HoÆc OH víi COOH t¹o ester (-O-CO-). Nhãm COOH víi NH2 t¹o muèi amoni (-COONH4). 3.3.4. CÊu tróc bËc bèn Gièng cÊu tróc bËc ba nh−ng c¸c lùc hót t¸c dông gi÷a c¸c ph©n tö lµ kh¸c nhau. 3.4.TÝnh chÊt cña protid Protid lµ nh÷ng chÊt keo, kh«ng cã nhiÖt ®é nãng ch¶y ®Æc tr−ng. Protid cã tÝnh quang ho¹t vµ quay tr¸i. C¸c enzym vµ mét sè hormon nh− insulin lµ nh÷ng protein. Protein cã thÓ bÞ ®«ng kÕt khi cã t¸c dông cña nhiÖt, acid vµ base m¹nh (sù kÕt tña kh«ng hoµn nguyªn). Protein bÞ kÕt tña kh«ng hoµn nguyªn gäi lµ protein biÕn tÝnh (denatured). Sù biÕn tÝnh lµm thay ®æi ®é hoµ tan, t¸c dông sinh häc,... cña protid. C¸c s¶n phÈm thñy ph©n do acid, base hoÆc c¸c enzym lÇn l−ît qua c¸c giai ®o¹n: 77 Protid Protid biÕn tÝnh (protein kh«ng tan do t¸c dông cña nhiÖt) Protein bËc mét (metaprotein) Kh«ng tan trong n−íc hoÆc dung dÞch muèi nh−ng tan trong dung dÞch acid hoÆc base. Lo¹i nµy kÕt tña víi amoni sulfat Protein bËc hai Pepton Polypeptid Peptid ®¬n gi¶n Acid amin Bµi tËp Tan trong n−íc, d−íi t¸c dông cña nhiÖt kh«ng bÞ ®«ng l¹i. KÕt tña khi b·o hßa b»ng dung dÞch amoni sulfat Tan trong n−íc, d−íi t¸c dông cña nhiÖt kh«ng bÞ ®«ng l¹i nh−ng kh«ng bÞ kÕt tña khi b·o hßa b»ng dung dÞch amoni sulfat 1. ViÕt c«ng thøc cÊu t¹o cña c¸c acid amin cã tªn gäi sau: Glycin, (+)-Alanin, (+)-Valin, (-)-Leucin, Isoleucin, (+)-Lysin, Acid (+)-glutamic, (+)-Glutamin, (-)-Methionin, (-)-Phenyalanin, (-)-Tryptophan, (-)-Histidin. 2. B»ng ph−¬ng ph¸p nµo cã thÓ t¨ng tèc ®é ph¶n øng ester hãa vµ ph¶n øng acyl hãa cña acid amin? 3. Trong dung dÞch kiÒm m¹nh, acid amin chøa 2 nhãm chøc –NH2 vµ -COO−. Nhãm chøc nµo cã tÝnh base m¹nh h¬n? Khi thªm acid vµo th× nhãm nµo bÞ proton hãa tr−íc tiªn vµ hîp chÊt nµo ®−îc t¹o thµnh? 4. Trong dung dÞch acid m¹nh, acid amin chøa 2 nhãm chøc –NH3+ vµ -COOH. Nhãm chøc nµo cã tÝnh acid m¹nh h¬n? Nhãm nµo dÔ nh−êng proton h¬n khi thªm kiÒm vµo vµ hîp chÊt nµo ®−îc t¹o thµnh? 5. H·y chän chÊt ®Çu ®Ó tæng hîp c¸c acid amin theo c¸c ph−¬ng ph¸p ®· cho: a. Amin hãa trùc tiÕp ®Ó ®iÒu chÕ: glycin, alanin, valin, leucin, acid asparagic. b. Tæng hîp c¸c chÊt Glycin, Leucin theo ph−¬ng ph¸p Gabriel. c. Tæng hîp c¸c chÊt Valin, Isoleucin theo ph−¬ng ph¸p malonat. 6. Nh÷ng chÊt nµo ®−îc t¹o thµnh khi cho glycin t¸c dông víi c¸c chÊt sau: Dung dÞch NaOH; dung dÞch HCl; benzoylclorid + dung dÞch NaOH anhydrid acetic; NaNO2 + HCl; C2H5OH + H2SO4; Carbobenzyloxyclorid C6H5CH2OCOCl. 78 Ch−¬ng 30 HîP CHÊT DÞ VßNG Môc tiªu häc tËp 1. Gi¶i thÝch ®−îc tÝnh th¬m cña c¸c lo¹i hîp chÊt dÞ vßng. 2. Nªu ®−îc danh ph¸p vµ ®äc ®−îc tªn theo th«ng th−êng c¸c hîp chÊt dÞ vßng. 3. Tr×nh bµy ®−îc c«ng thøc céng h−ëng dÞ vßng 5 vµ 6 c¹nh. 1. §Þnh nghÜa DÞ vßng lµ nh÷ng hîp chÊt vßng. Vßng ®−îc t¹o thµnh kh«ng nh÷ng do c¸c nguyªn tö carbon mµ cßn cã c¸c nguyªn tè kh¸c nh− oxy O, nit¬ N, l−u huúnh S. C¸c nguyªn tè nµy gäi lµ dÞ tè. 2. Ph©n lo¹i hîp chÊt dÞ vßng Tïy theo cÊu t¹o, cã thÓ chia hîp chÊt dÞ vßng thµnh 2 lo¹i chÝnh: DÞ vßng th¬m vµ dÞ vßng kh«ng th¬m. DÞ vßng th¬m lµ nh÷ng dÞ vßng cã cÊu tróc ®iÖn tö cña vßng phï hîp víi c«ng thøc Huckel (4n+2) eπ VÝ dô: .. . .. .N O N N Pyridin DÞ vßng kh«ng th¬m lµ dÞ vßng no hoÆc ch−a no: VÝ dô: N . . .. . . O O Furan N N O O S H H H Trong c¸c hîp chÊt dÞ vßng th× dÞ vßng th¬m lµ quan träng. Ph©n lo¹i dÞ vßng th¬m nh− sau: 79 2.1. DÞ vßng 5 c¹nh, 6 c¹nh, 7 c¹nh cã 1 dÞ tè 2.1.1. DÞ vßng 5 c¹nh, 6 c¹nh cã 1 dÞ tè N O S NHPyridin Fu Thiophen Pyrrol ran 2.1.2. DÞ vßng 5 c¹nh, 6 c¹nh ng−ng tô víi vßng benzen N O S N H Benzofuran Benzothiophen Benzopyrrol Benzopyridin (Quinolin) 2.2. DÞ vßng 5 c¹nh, 6 c¹nh cã nhiÒu dÞ tè 2.2.1. Hai dÞ tè gièng nhau N H N N N H N N N N N N Pyrazol Imidazol Pyridazin Pyrimidin Pyrazin 2.2.2. Hai dÞ tè kh¸c nhau N O N S Oxazol Thiazol 2.2.3. DÞ vßng 5 c¹nh, 6 c¹nh cã 2 dÞ tè ng−ng tô víi vßng benzen N NN N S N O N N N N N N Benzoimidazol Benzothiazol Benzoxazol Benzopyridazin Benzopyrimidin Benzopyrazin 2.3. C¸c dÞ vßng ng−ng tô víi nhau N N N NN N N N N Purin Pteridin 80