Giáo trình hóa hữu cơ bộ y tế năm 2024

Giáo trình Hóa hữu cơ 1 bắt đầu từ Chương 1 đến Chương 16 đã nêu rõ cơ sở lý thuyết về cấu trúc điện tử, liên kết hóa học, hiệu ứng điện tử, hóa học lập thể trong hợp chất hữu cơ, cơ chế phản ứng hóa học hữu cơ, phương pháp phổ nghiệm xác định cấu trúc hợp chất hữu cơ,…

Giáo trình Hóa hữu cơ 2 tiếp nối Giáo trình Hóa hữu cơ 1 bởi chương 17: hóa học của nhóm chức alcohol và phenol. Các chương tiếp theo của giáo trình sẽ trình bày danh pháp, tính chất vật lý, phương pháp điều chế, phản ứng hóa học và ứng dụng của các nhóm chức hữu cơ thông dụng khác như: ether, epoxide, thiol, sulfide, carbonyl [aldehyde, ketone, carboxylic acid và dẫn xuất], nitrile và amine.

Trong đó, trọng tâm là hóa học của các hợp chất carbonyl, bao gồm phản ứng cộng thân hạch, phản ứng thế trên carbon alpha và phản ứng súc hợp. Các chương cuối của giáo trình tập trung giới thiệu về polymer và các hợp chất sinh học như carbohydrate, amino acid, peptide, protein, lipid và nucleic acid cũng như các quá trình trao đổi chất, giúp cho người học có cái nhìn toàn diện về hóa học hữu cơ. Bên cạnh đó, Giáo trình Hóa hữu cơ 2 cũng giới thiệu về các loại phản ứng cộng vòng và ứng dụng của phương pháp phổ nghiệm trong việc xác định cấu trúc hợp chất hữu cơ.

Các nội dung của 2 tập giáo trình phục vụ đào tạo khối kiến thức cốt lõi về hóa học hữu cơ cho sinh viên ngành hóa học ở giai đoạn cơ sở của Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM. Hy vọng giáo trình sẽ cung cấp những thông tin bổ ích, giúp người đọc trang bị vững chắc kiến thức nền tảng về hóa học hữu cơ hiện đại.

Bộ sách Hoá hữu cơ được biên soạn theo chương trình đào tạo môn Hóa học hữu cơ thuộc chương trình giáo dục của Đại học Y Dược thành phố Hồ Chí Minh trên cơ sở chương trình khung đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo, Bộ Y tế phê duyệt.

Nội dung bộ sách chỉ đề cập những kiến thức lý thuyết về hoá hữu cơ, gồm 40 chương và chia làm 2 tập trình bày những kiến thức cơ bản về danh pháp, cấu trúc, cơ chế phản ứng, tính chất lý học và tính chất hoá học của các hợp chất hydrocarbon, các hợp chất đơn chức, các hợp chất đa chức, hợp chất tạp chức, hợp chất thiên nhiên và hợp chất cao phân tử.

Đối tượng sử dụng chính của bộ sách này là các sinh viên đang theo học tại Trường đại học Dược – khoa Dược các trường đại học ngành Y tế. Đồng thời cũng là tài liệu tham khảo tốt cho những học viên sau đại học.

Sách được biên soạn dựa theo chương trình đã được Bộ Y tế ban hành. Nội dung sách chỉ đề cập những kiến thức lý thuyết về Hoa hữu cơ.

Cuốn sách “Hoá hoc Hữu cơ 2” được biên soạn theo “Chương trình đào tạo cứ nhân khoa học Hoá học Đại học Sư phạm” đã được Hội đồng bộ môn Hoá học các trường đại học sư phạm thông qua ngày 29/3/2000 do yêu cầu mới về đào tạo giáo viên phổ thông trung học.

Tiếp theo cuốn “Hoá học Hữu cơ 1”, cuốn “Hoá học Hữu cơ 2” gồm 5 chương:

Chương VIII: Dẫn xuất halogen Chương IX: Hợp chất cơ – nguyên tố Chương X: Ancol – phenol – ete Chương XI: Hợp chất cacbonyl Chương XII: Axit cacboxylic và dẫn xuất

Mỗi chương có thể chia thành nhiều bài. Trong mỗi chương hoặc mỗi bài, các tác giả trình bày theo hệ thống: Đồng phân và danh pháp, các phương pháp điều chế, tính chất vật lí, tính chất hoá học, giới thiệu một số hợp chất tiêu biểu và ứng dụng.

Nội dung các chương bao gổm các kiến thức khoa học, hiện đại, hệ thống và luôn luôn liên hệ với thực tế đời sống, sản xuất.

• 1.
• 2. 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
• 3. 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
• 4.
• 5. 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
• 6. 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
• 7. 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
• 8. 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
• 9. 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
• 10. 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
• 11. 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 H2 NC6H4COOH 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 Cl + NaHCO3+ Na2CO3 §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
• 12. 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: CH3 CH C C N O Cl H2N CH2 CH CH2 CH COOH NH2OH 4-Hydroxy-2,5-diaminopentanoic 2-Cyanopropanoyl clorid 12
• 13. §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. R CH COOH X R CH CH2 X COOH R CH CH2 X CH2 COOH α-Halogenomonocarboxylic 2-Halogenocarboxylic β-Halogenomonocarboxylic 3-Halogenocarboxylic γ-Halogenomonocarboxylic 4-Halogenocarboxylic α β α αβγ 1. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ 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 CH3 CH COOH Cl CH2 CH2 COOH Cl + HCl + HCl + Cl2 [H+] + Cl2 [hγ] 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
• 14. CH2 C O X R CH C OH X R CH C O X X R CH C O OH X + RCH2COOH PX3 + X2 - HX R CH2 C O 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 X COOH + X2 AlCl3 + HX 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-CHOH-COOHR-CHX-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: - : : .. .. .. .... .. .. .. .. .. α-Lacton - Br --H+ .. C C O O H R C C OO Br H R C C OHO Br H R S 14
• 15. .. - Acid α-hydroxycarboxylic S C¸c gem -dihalogen acid thñy ph©n b»ng H2O t¹o thµnh oxo acid: Acid glyoxalicAcid dicloroacetic + 2HCl CH O COOH + H2O CHCl2 COOH C¸c hîp chÊt α, β vµ γ -halogenoacid cã kh¶ n¨ng t¹o c¸c vßng lacton t−¬ng øng: β−Βutyrolacton ,Butanolid O C O CH3 H2O , CHCl3 -Br- CH3 CH CH2 COOH Br Acid 6-hydroxycaproic; 6-Hydroxyhexanoic HO [CH2]5 C O OH O C O H2O , Ag2O Br [CH2]5 C O OH ε−Caprolacton , [1,6-hexanolid] 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. β-hydroxybutyrat natri Acid β-clorobutyric Nnatric crotonat CH3 CH = CH COONa 2NaOH CH3 CHOH CH 2 COONa CH3 CH CH2 COOH Cl + NaCl + H2O + NaCl + 2H2O 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. ∆ + CO2 + X -R CH CH2 - :.. .. : β−Halogenocarboxylat X CH CH2 C R O O - 15
• 16. 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. + 2HClCl-CH2-COOH 2 H2O , H2SOÕ4 C C Cl Cl Cl 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 , -CaCl2 , -2H2O 2Cl2 CH-COOH + 2 H+ -Ca2+ HoÆc thñy ph©n tetracloroetylen b»ng h¬i n−íc: ∆ C C Cl Cl Cl Cl 2H2O Cl2 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. O2 , Cl2CH C O Cl C C H Cl Cl Cl O C C H Cl Cl 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 Cl3 C-COOH + H2O [O] ,HNO 3 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. ∆ + CO2 [H2O ] Cl3 C-COOH Cl3 CH 16
• 17. : -- Cl3C _ H H+ C O O : 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
• 18. §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. β−HydroxycaproicAcid δ γ β α CH3-CH2-CH2-CHOH-CH2-COOH COOH OH COOH OH Acid 3-Hydroxybenzoic Acid m-Hydroxybenzoic Acid 4-Hydroxybenzoic Acid p-Hydroxybenzoic 2. §ång ph©n − Sè ®ång ph©n phô thuéc vÞ trÝ nhãm OH. − Th−êng cã ®ång ph©n quang häc. 18
• 19. 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 CH2 COOH COOHHO 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 Aacid β-hydroxy butyric CH3 CHOH CH 2COOH H2 / Ni CH3 CO CH 2CO2Et CH 3 CHOH CH 2CO2Et -Hydroxy butyrat ethylβAceto acetat ethyl 120oC ,100 atm -EtOH H2O CH [CH2] nR OH COOHCH [CH2] nR OH COOR -ROH H2O to 2 H [Ni]C [CH2] nR O COOR 19
• 20. -ceton Céng hîp HCN vµo aldehyd - ceton, thñy ph©n tiÕp theo thu ®−îc α-hydroxyacid. +H3OR 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. HO CH2 CH2 CO2HHO CH2 CH2 CN O CH2 CH2 H3OHCN + 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: H2O Zn Br CH2 CO2Et R' R C = O R' R C O Zn Br CH2CO2Et R' R C O H CH2CO2Et 3.6. Tõ acid amin Acid amin t¸c dông víi HNO2 + + H2OHO N = OCH3 CH [NH 2] CO2H CH3 CH OH CO 2H Aalanin Aacid lactic α - + N2 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 COONa ONa OH COONa Natri salisilatOxybenzoat natri 200oC CO2 CO2 125oC , 7 atm p - C¸c phenol kh¸c cã ph¶n øng t−¬ng tù: β-Naphtolat natri O Na OH COO Na 130oC , 5 atm CO2 250oC , 5 atm CO2 COO Na OH -2-carboxylat natri-1-carboxylat natri 3-Hydroxy-naphtalen-2- Hydroxy-naphtalen- 20
• 21. 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]. HC C O CH C O O O R R - Hydroxy acidα + Lactid HO HO C O R C OH C OHO R C + 2 H2O∆ − 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 β α R _ CH = CH _ CO2H H2O Aacid α- ethylenic + 5.2.3. Víi γ, δ-hydroxy acid 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
• 22. O H2C H2C H2C C O O + 2 H2O ∆ H+ CH2 CH2 H2C OH HO C CH2 Oδ CH2 H2C O C CH2 CH2 O + H2O Acid δ-Hydroxyvaleric δ− Valerolacton ∆ Hoaëc H+ 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: β−Propiolacton + H2C O H2C C O CH2 CH2 O C O 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]6 O C [CH2]6 CH2 O CH2 [CH2]8 O C [CH2]5 CH2 O O C OHH 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 CH2 C O O HO [CH2]2COOH CH3[CH2]2COOH HO[CH2]4OH X[CH2]3COOH NC[CH2]3COOK NaOH , ∆ 2H [Na/Hg] 4H[LiAlH4] HX KCN NH3 -H2O CH3NH2 CH2 CH2 CH2 C N O H CH2 CH2 CH2 C N O CH3 γ−Butyrolacton Pyrrolidon N-Metylpyrrolidon-H2O 22
• 23. 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. Natri artesunat O O O O CH CH3 CH3 H H H O C CH2CH2COONa O Hydroartemisinin O O O O CH CH3 CH3 H H H OH Artemisinin O O O O C CH3 CH3 H H H O 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 Acid salicylic + NaHCO 3 + Na 2CO3 OH COO H OH COO Na Víi NaOH c¶ 2 chøc cïng ph¶n øng. + 2H2O + 2NaOH Acid salicylic OH COO H COO Na O Na 5.3.3. Ph¶n øng acetyl ho¸ vµo chøc phenol t¹o ester Acid salicylic + Pyridin.CH3COOH Pyridin Aspirin OH COO H [CH3CO]2O O - COCH 3 COO H + 23
• 24. acid salicylic t¹o acid pimelic Hæ biÓn COOH O HCOOH OH COOH OH COO H Na / C5H11 OH 4 [ H ] Acid pimelic CH2COOH Acid salicylic H2O 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. C O O H OH ... C O O H O ... + H+ pKa =2,79 - 6. øng dông 6.1. Mét sè alcol acid phæ biÕn • 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. C12H22O11 + H2 O 4 CH3-CHOH-COOH [raxemic] Men Bacillus acidi lacti Oxy hãa acid lactic b»ng thuèc thö H2O2/Fe2+ t¹o ra acid pyruvic [2-oxopropanoic] Acid pyruvic CH3 C COOH O CH3 CH COOH OH +2H2O H2O2, Fe2+ C¸c lactat cã nhiÒu øng dông trong d−îc phÈm, thùc phÈm vµ c«ng nghiÖp. 24
• 25. 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. CH2 CH COOH OH HOOCCH2 CH COOH Br HOOC C C COOHHOOC HH + AgOH + H2O [H+] -AgBr Acid R,S-MalicAcid R,S-Bromomalic 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: CH CH COOHHO COOHHO C C COOHHO COOHH C CH2 COOHO COOH C CH3 COOHO Acid oxymaleic Acid pyruvicAcid tartaric ∆ KHSOÕ4 -H2OÕ - COØ2 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. CH2 C COOH COOHHO CH2 COOH CH2 C COOH O CH2 COOH CH C COOH COOH CH2 COOH ∆ -H2O Oleum -HCOOH Acid acotinic Acid acetondicarboxylic [3-oxopetandioc] Acid citric 25
• 26. 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. Metylsalicylat Phenylsalicylat [Salol] Acid acetylsalicylic [Aspirin] OCOCH3 COOH OH COOC6H5 OH COOCH3 • 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 OH H2SO4 OH COOR + H2O to + ROH R = -CH3 Nipagin R= -C3H7[n] Nipazol • Acid o-hydroxy cinnamic 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. 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. Aacid o-coumaric [d¹ng cis] Acid o-coumaric [d¹ng trans]Coumarin H2O _ H C H OH COOH C H CH OH COOH C O C H CH C O + Coumarin _H2O ......H CH3CO δ + δ − K2CO3 O CH = O CH2CO _ CH3COO H OH O O . ........... H OC O CH OH CH 26
• 27. Acid 3,4,5-trihydroxybenzoic COOH OH HO 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. to + CO2 OH HO OH COOH OH HO 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. H2SO4 COOH OH HO OH OH HO OH COOC3H7[n] + H2O to + n-C3H7OH 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
• 28. 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. 2 OH CH3CH2CH2C_CHCH2CH2CH+ 4Na - 2C2H5ONa NaO ONa CH3CH2CH2C= CH2CH2CH3CH3CH2CH2COC2H5 OO H2O 3 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: OH O CCHC β β O CCC + H2O H+ C¬ chÕ: H+ - H2O β OH O CCHC β OH CCC OH OH2 CCC OH CCC OH+ + CCC OH + CCC O + H+ 28
• 29. base: OH O CCHC β OH O CCHC β + H2OHO- C¬ chÕ C: - H2O O CCCβ OH O CCHC β OH CCC O + HO - - + HO - 1.2.2. Ph¶n øng oxy hãa α-Hydroxy-ceton bÞ oxy hãa bëi acid periodic HIO4, m¹ch carbon bÞ c¾t ®øt t¹o acid vµ aldehyd. +CH3CHCCH3 OHO + HIO4 CCH3 O OH CCH3 O H + HIO3 1.2.3 Ph¶n øng t¹o b¸n acetal vµ b¸n cetal vßng O OH H HOCH2CH2CH2CHO γ Baùn acetal voøng HOCH2CH2CH2CH2CCH3 Baùn cetal voøng O O CH3 OH δ C¸c b¸n acetal vßng lµ nh÷ng chÊt trung gian ®Ó tæng hîp nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬. Ester Lacton 2- 1- H2Cr2O7 CH3COCl H3O+ CH3MgBr H2NOH NaBH4 O C O O H OCOCH3 OH HOCH2CH2CH2CH2CHCH3 HOCH2CH2CH2CH2CH=NOH Aldoxim HOCH2CH2CH2CH2CH2OH O H OH 29
• 30. ceto-ester 2.1. C«ng thøc cÊu t¹o R1 C O [CH2]n COOR2 Ceto-ester R C O [CH2]n COOH Ceto-aldehydCeto-aldehyd R C O [CH2]n CHO 2.2. Ph−¬ng ph¸p tæng hîp 2.2.1. Oxy hãa trùc tiÕp c¸c ceton ®¬n gi¶n b»ng selen dioxyd [SeO2] C6H5 C CH3 O C6H5 C CHO O H2O + SeO2 Dioxan , 50oc 70% 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: CH3 C CH3 O 85% CH3 C OC2H5 O + Base Ether H3O+ CH3 C CH2 O C CH3 O + HCOOC2H5 H3O+ O NaOC2H5 C2H5OH O CHOH O CHO 75% − Hai ph©n tö ester ng−ng tô víi nhau: Ph¶n øng x¶y ra trong m«i tr−êng base vµ t¹o thµnh ceto -ester. CH3 C OC2H5 O H3O+NaOC2H52 CH3 C CH2COOC2H5 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
• 31. dÞch n−íc EnolCeton C CH3 OO CH3 C CH H C CH3 CH2 CCH3 OO 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. C CH2 C OO C O C O C OO C CHCH C O - - H+ CH C O- - §é acid cña mét sè hîp chÊt cã 2 nhãm carbonyl ®−îc tr×nh bµy d−íi ®©y: 1311111199pKa: Hîp chÊt: O OOOOOOO CH3 CH3OCCH2COCH3NCCH2CNCH3CCHCCH 3CH3CCH2COCH3CH3CCH2CCH3NCCH2COCH3 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. C C C6H5C6H5 OO C C OHC6H5 O C6H5 OH KOH H2O , C2H5OH H3O+ Acid benzylic 95% Benzil C¬ chÕ: C C RR OO - OH + H2OC C RHO OO R - - OH C C RO OO R - -+ + + - OH - C C RO O OH R + H2O - - C C RO OO- - C C RO OO R 31
• 32. α-diceton vßng, sau khi chuyÓn vÞ kiÓu benzylic sÏ thu ®−îc s¶n phÈm cã vßng bÐ h¬n. 80% OH COOH250oC H3O+ H2O NaOH O O b. Ph¶n øng decarboxyl. Khi cã t¸c dông cña nhiÖt, hîp chÊt β-ceto-acid dÔ bÞ decarboxyl hãa vµ t¹o ceton. H2O, 2giê 50oC CH3CH2CH2CCH2CH2CH3 C2H5 O O CH3CH2CH2CCHCOOH + CO2 c. C¸c ceto-ester cã kh¶ n¨ng ng−ng tô néi ph©n tö vµ t¹o hîp chÊt vßng. NaOH EtOH H3O+ 90% C COOEt O OO 32
• 33. 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
• 34. c¸c monosaccharid cã chøc aldehyd vµ ceton: C2H4O2 C3H6O3 C4H8 O4 C5H10O5 Aldo-diose C6H12O6 Ceto-trioseAldo-triose Aldo-tetrose Aldo-pentose Aldo-hexose Ceto-tetrose Ceto-pentose Ceto-hexose Aldose CetoseSè C vµ sè O C«ng thøc 2 3 4 6 5 Ceto-diose 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 C CH2OH HHO [S-Aldehyd glyceric] L- Aldehyd glyceric CHO C CH2OH OHH [R-Aldehyd glyceric] D- Aldehyd glyceric C¸c ®ång ph©n d·y D cña monosaccharid: D- Aldehyd glyceric C CH2OH OHH CHO C C HHO CHO OHH CH2OH D- Threose [Thr] C C OHH CHO OHH CH2OH D-Erythrose [Ery] 34
• 35. [Xyl] C C HHO CHO HHO C CH2OH OHH D-Lixose [Lix] C C OHH CHO OHH C C OHH OHH CH2OH D-Allose [All] C C HHO CHO OHH C C OHH OHH CH2OH D-Altrose [Alt] [Man] D-Mannose C C HHO CHO HHO C C OHH OHH CH2OH [Glu] D-Glucose C C OHH CHO HHO C C OHH OHH CH2OH [Gal] D-Galactose C C OHH CHO HHO C C HHO OHH CH2OH [Tal] D-Talose C C HHO CHO HHO C C HHO OHH CH2OH [Gul] D-Gulose C C OHH CHO OHH C C HHO OHH CH2OH [Ido] D-Idose C C HHO CHO OHH C C HHO OHH CH2OH 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 O γ−pyran Furan α γ 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] β-D-Galactopyranoseα-D-Galactopyranose α-D-Galactopyranose 5 5 1 1 1 C C OHH C HHO C C HHO H CH2OH O OHH O OH HOH H OH H H CH2OH O H H C C OHH CHO HHO C C HHO O HH CH2OH D-Galactose 5 1 O OH HOH H OH H H CH2OH H OH 1 1 35
• 36. Cahn -Ingol-Prelog [danh ph¸p R,S]. D[+]-Glucose vµ L [-]-Glucose ®−îc gäi theo danh ph¸p R, S nh− sau: [2R,3S,4R,5R]-Pentahydroxy-2,3,4,5.6-hexana CHO C C C C CH2OH OH H OH OH H HO H H D [+]Glucose 1 2 3 4 5 6 6 5 4 3 2 1 L [-]-Glucose CHO C C C C CH2OH OH H OH H H HO H HO [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. 2-Deoxy-D-α− Glucopyranose O OH H HO H CH2OHOH H H H H O H HOH H OH H H CH2OH O H H 1 1 5 5 C C C C C CH2OH H H OH H HO H H OHH O 1 2 3 4 5 6 CHO C C C C CH2OH H H OH OH H HO H H 2-Deoxy-D Glucose 1 2 3 4 5 6 CHO C C C C CH2OH OH H OH OH H HO H H D [+]Glucose 1 2 3 4 5 6 1.2. CÊu t¹o 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: FructoseMannoseGlucose HOCH2 CH CH C CH C OH OH H OH O H OH 1235 4 HOCH2 CH CH C C OH OH H CH2OH O OH 6 45 123 HOCH2 CH CH CH CH C OH OH O H OHOH 4 12 356 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
• 37. chiÕu Fischer: 6 5 4 3 2 1 C C C C C CH2OH OH H OH H HO H H O OHH α-D-Glucopyranose I II β-D-Glucopyranose C C C C C CH2OH OH H OH H HO H H O HHO 2 3 4 5 6 1 β-D-Fructofuranose 1 2 3 4 5 6 C C C C CH2OH H OH HO HO H H CH2OH O III − C«ng thøc chiÕu Haworth: Vßng ph¼ng 5 1 α-D-Glucopyranose H H H H CH2OH OH OH OH OH O H 6 5 1 α-D-Mannopyranose H H H H CH2OH OH OH H OH O OH 2 6 5 1 α-D-Fructopyranose CH2OH OH H H H OH H H OH O OH 5 1 6 2 β-D-Fructofuranose O OH OH CH2OH CH2OHH H H OH 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 α− D-Glucopyranose 1 O OH HO HO HO CH2OHH H H H H C¸c cÊu d¹ng lËp thÓ cña vßng pyranose: cã 8 cÊu d¹ng kh¸c nhau 2 BB21CC1 O O O O O OO 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
• 38. [pyranose] cña monosaccharid tån t¹i 2 cÊu d¹ng ghÕ C1 vµ 1C nh− sau: O 3 4 5 1 2 Daïng C1 2 O 1 3 4 5 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: Daïng C1 α− D-Glucopyranose 1 O OH HO HO HO CH2OHH H H H H O OH OH OH CH2OH OH H H H H Daïng 1C α− D-Glucopyranose 1 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. 3 2 6 54 1 α-D-Galactopyranose HOCH2 O H H OH H H OH HO HO H 6 54 1 3 2 α-D-Mannopyranose HOCH2 O OH H H H H OH H HO HO 1.3. §ång ph©n cña monosaccharid C¸c monosaccharid cïng c«ng thøc ph©n tö cã c¸c lo¹i ®ång ph©n sau: 38
• 39. 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 I [All] D-Allose CHO C C C C CH2OH OH OH OH O H H H H H CHO C C C C CH2OH H OH OH OH HO H H H D-Altrose II [Alt] D-Glucose CHO C C C C CH2OH OH H OH O H H HO H H III [-Glc] CHO C C C C CH2OH H OH OH O H HO HO H H D-Mannose IV [Man] CHO C C C C CH2OH OH OH H O H H H HO H D-Gulose V [Gul] CHO C C C C CH2OH H OH H O H HO H HO H D-Idose VI [Ido] CHO C C C C CH2OH OH H H O H H HO HO H D-Galactose VII [Gal] CHO C C C C CH2OH H H H O H HO HO HO H 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. Khaùc nhau Gioáng nhau 111 222 CHO C C C C CH2OH OH H OH OH H HO H H CHO C C C C CH2OH H H OH OH HO HO H H CH2OH C C C C CH2OH H OH OH H H O HO D-Glucose D-Mannose D- Fructose 39
• 40. 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. I α-D-Glucopyranose C C C C C CH2OH OH H OH H HO H H O OHH 1 2 3 4 5 6 II β-D-Glucopyranose C C C C C CH2OH OH H OH H HO H H O HHO 2 3 4 5 6 1α β CHO C C C C CH2OH OH H OH OH H HO H H D-Glucose 1 2 3 4 5 6 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 5 1 α-D-Glucopyranose H H H H CH2OH OH OH OH OH O H 6 5 1 β-D-Glucopyranose OH H H H CH2OH OH OH OH H O H 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
• 41. 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: α− D-Glucopyranose 1 O OH HO HO HO CH2OHH H H H H a O OH HO HO HO CH2OHH H H H H β− D-Glucopyranose 1 e §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: Quay O H HO HO HO CH2OHH H H O H H O H C OH HO HO HO CH2OHH H H H H O H C OH HO HO HO CH2OHH H H H H O OH HO HO HO CH2OHH H H H H α− D-Glucopyranose + H+ H+ O OH HO HO HO CH2OH H H H H H + + O OH HO HO HO CH2OH H H H H H H+ -H+ Môû voøng Ñoùng voøng β− D-Glucopyranose 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
• 42. 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. O OH HO HO HO CH2OHH H H H H COO - C C C C CH2OH OH H OH OH H HO H H+ 2 Cu[OH]2 + Cu2O + 2H2O Maøu ñoû gaïch O OH HO HO HO CH2OHH H H H H COOH C C C C CH2OH OH H OH OH H HO H H + 2Ag+ + 2Ag+ H2O 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
• 43. Galactaricβ−D-Glactose Acid Galactosaccharic O OH HO HO HO CH2OHH H H H H COOH C C C C COOH OH H OH OH H HO H H + 3[O] - H2O β−D-Glucose Acid Saccharic Acid periodic t¸c dông víi monosaccharid, m¹ch carbon bÞ c¾t ®øt vµ t¹o dialdehyd. α−D-Glucose 2 4 + HIO 3+ HCOOH CHO C CH2OH H C CHO OHH O+ HIO 4 C C C C C CH2OH H OH OH HO H H H OHH O 1 2 3 4 5 6 Caét maïch carbon - HIO3 Metyl -D-2-Deoxyribopyranosid O C C O CH 3 O O H H H H H CHO C O C C CHO H H H H CH3O H O O CH 3 H HO H OH H H H + HIO4 1.5.2. Ph¶n øng khö 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. D-Sorbit , D-Glucitol L-GlucoseD-Glucose [ H ]H2-Ni CH2OH C C C C CHO OH OH OH H H H HO H CH2OH C C C C CH2OH OH OH OH H H H HO H CHO C C C C CH2OH OH OH OH H H H HO HO OH HO H H H OH H CH2OH H HO 43
• 44. - Mannit , MannitolD - Mannose NaBH4NaBH4 CH2OH C C C C HHO OHH OHH CH2OH O CH2OH C C C C HO H HHO OHH OHH CH2OH CHO C C C C HO H HHO OHH OHH CH2OH NaBH4 D-glucose NaBH4 D-sorbitol NaBH4 NaBH4 D-manose D-manitol D-fructose CH2OH CH2OH HO OH HO OH CH = O CH2OH HO OH HO OH CH = O CH2OH OH OH HO OH CH2OH C CH2OH O OH HO OH CH2OH CH2OH OH HO OH OH 1.5.3. Ph¶n øng epimer hãa 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 C C C C CH2OH OH OH OH H H H HO H D-Glucose D- Mannose CHO C C C C CH2OH H OH OH HO H H HO H Gioáng nhau D-Fructose CH2OH C C C C CH2OH O OH OH H H HO H CHOH C C C C CH2OH OH HO H OH OH H H 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
• 45. H CHO C C C C CH2OH OH OH OH H H H HO H D-Glucose Pyridin COOH C C C C CH2OH H OH OH H H HO H HO Hçn hôïp epimer acid gluconic COOH C C C C CH2OH OH OH OH H H HO H H Gluconolacton C C C C C CH2OH H OH H H HO H HO O O 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. Furfurol , FurfuralPentose + 3 H2 O Acid §un noùng C5H10O5 O 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]. CHO Resorcinol O OH HOH HO HO H H H H CH2OH CHO C C C C CH2OH OH H H OH OH H HO H O CH=OCH2OH O OHHO CH2OHCH2OH CH2OH C C C C CH2OH O OH HO OH H H H HCl Nhanh D-fructose β-D-glucose -3H2O ngöng tuï 4-Hydroxymethylenfurfural Chaäm OH OH D-glucose Saûn phaåm coù maøu ñoû anh ñaøo HCl -3 H2O D-fructofuranose 1.5.5. Ph¶n øng t¹o osazon 45
• 46. víi 3 mol phenylhydrazin t¹o ph©n tö osazon. ;; -NH3 D-Glucozazon -2 H2O- C6H5-NH2 + 3C6H5-NH-NH2 CH C C C C CH2OH OH OH H H H HO H N NH C6H5 N NH C6H5 OH CH CHO HO H H N CH2OH H NNH C6H5 NH C6H5 CHO C C C C CH2OH OH OH OH H H H HO H D-Glucose 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]. . .. .. .. ... . . .....N CH C N H N N H O C CH2OH [HOCH]2 H N CH2OH N H N C CH N Theo Fischer : ... Theo IR : Osazon cuûa D-glucose 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 + 2H2O+ 2 C CH3H3C O cis cis O H H H CH2OH H O O C CH3 CH3 O OCH3 CH3 O H HO H OH H HO OH H CH2OH H 46
• 47. t¹o glycosid Alcol hoÆc phenol t¸c dông víi nhãm OH b¸n acetal cña monosaccharid t¹o thµnh hîp chÊt alkyl [hoÆc aryl] glycosid. O H HO HO H H HO OH H CH2OH H Lieân keát glycosid+ ROH + H2 O Alkyl α-glucosidα-glucose HCl khoâ RO H CH2OH H OH H HO HO H O H + ROH O H HO HO H H OH OH H CH2OH H O H HO HO H O OH H CH2OH H R Lieân keát glycosid + H2O Alkyl β-glucosidβ-glucose HCl khoâ H 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. O H HO H OH H OCH3 OH H CH2OH H O H HO HO H O OH H CH2OH H CH3 H O H HO HO H H OCH3 H OH CH2OH H 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. + ROH O H HO HO H H OH OH H CH2OH H O H HO HO H O OH H CH2OH H R H + H2 O Alkyl β-glucosid β-glucose Acid hoÆc men 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
• 48. 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. Methyl β- D-glucosid Methyl β-2,3,4,6-tetra-o-methyl D-glucosid - 4 CH3OSO3H , NaOH+ 4 [CH3O]2SO2 O OCH3 HO HO HO H H H H H CH2OH CH2OCH3 O OCH3 CH3O CH3O CH3O H H H H H 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]. O OCH3 CH3O CH3O CH3O H H H H H CH2OCH3 - CH3OH + H2O , H+ β-2,3,4,6-tetra-o-methyl D-glucoseMethyl β-2,3,4,6-tetra-o-methyl D-glucosid O OH CH3O CH3O CH3O H H H H H CH2OCH3 2,3,4,6-Tetra-O-methyl-D-Glucose CHO C C C C CH2OCH3 OCH3 OCH3 CH3O H H H H OH 2,3,4,6-Tetra-O-methyl- β-D-Glucopyranose C C C C C CH2OCH3 OCH3 OCH3 CH3O H H H H H O HO 1.5.9. Ph¶n øng t¹o ester 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
• 49. 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. 1-Brom-2,3,4,6-tetra-acetyl- α- D-Glucopyranose + HBr 1 CH2OAc O Br AcO AcO AcO H H H H H 1 CH2OAc O OAc AcO AcO AcO H H H H H - CH3COOH 1,2,3,4,6-Penta-acetyl- β-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. Alkyl-β- D-Glucopyranosid Phaûn öùng trao ñoåi ester CH2OH + 4CH3OH [NH3] - RO- O OR AcO AcO AcO H H H H H CH2OAc 1 O Br AcO AcO AcO H H H H H 1-Brom-2,3,4,6-tetra-acetyl- α- D-Glucopyranose -Br 1 CH2OAc O OR HO HO HO H H H H H 1 - 4CH3COOCH3 Trong thiªn nhiªn th−êng gÆp mét sè glucosid nh− sau: CH2OH Vanilin-β- D-Glucopyranosid 1 O O HO HO HO H H H H H CH3O CHO CH2OH 1 O O HO HO HO H H H H H CH3O CH=CH CH2OH CH2OH Coniferin-β- D-Glucopyranosid 1 O O HO HO H H H H H CH3O CH=CH CH2OH HO Amygdalin 1 CH2OH HO HO HO O O CH2 CN H C6H5 C HO HO HO O O 49
• 50. 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 phöùc ñoàng Cu [OH]2 O OH OH HO HO CH2OHH H H O OH OH O O CH2OHH H H H Cu O O OH OH O H H HOH2C H H 4 4 4 1 1 1 1.5.11. Ph¶n øng t¨ng m¹ch carbon 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. Cyanhydrin Acid Gluconic - H2O + H2O H+ H+ C C C C CH2OH H OH H OH HO H HHO COOH C C C C CH2OH H H OH HO H OHH C O O C C C C CH2OH H OH H OH HO H HHO CN Gluconolacton C C C C CH2OH H H OH HO H HHO C O O CO2 Na [Hg] Aldohexose C C C C CH2OH H OH H OH HO H HHO CHO + H2O C C C C CH2OH H OH H OH HO H OHH CN - H2O C C C C CH2OH H 1.5.12. Ph¶n øng gi¶m m¹ch carbon 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. OH H OH HO H H COOH OH CO2 Na [Hg] C C C C CH2OH H OH H OH HO H OHH CHO Aldopentose + HCN CHO C C C CH2OH H OH H OH HO H 50
• 51. H2O2 2 - + CO3 C C C CH2OH H OH H OH HO H CHO 2 C C C C CH2OH H OH H OH HO H OHH COO- Ca + CaCO3Br2 + H2O C C C C CH2OH H OH H OH HO H OHH COOH C C C C CH2OH H OH H OH HO H OHH CHO 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: HOOCCH2CCH2COOH COOH OH H2 3 CO2 C2H5OH 2 CO2 + 2 H2 + + + Leân men Aceton-Butylic Leân men Citric Leân men Lactic Leân men Butyric C6H12O6 Leân men Röôïu H2O D-glucose CH3CH2CH2CO2H 2CH3CHOHCO 2H CH3COCH3 2 CO2 C4H9OH 2 C2H5OH 2. Oligosaccharid 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
• 52. 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: Coâng thöùùc caáu daïng cuûa [+] Maltose O OH HO HO CH2OH O H H H H H H H H H H OH CH2OH HO OH O LK glycosid HO baùn acetal D- Glucopyranose D- Glucopyranose 1 2 4 1 4 2 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]. 2 4 1 4 2 1 O OH HO HO CH2OH O H H H H H H H H CH2OH HO N C CH OH N NH C6H5 NH C6H5 Osazon cuûa [+] maltose Maltose t¸c dông víi dung dÞch n−íc brom t¹o acid maltobionic [C11H21O10]COOH Acid maltobionic O OH HO HO CH2OH O H H H H H H H H CH2OH HO C COOH OH H OH 1 2 4 1 4 2 [+]-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
• 53. NaOHMethyl hoùa Acid octa-O-methyl-D-maltobionic O OH HO HO CH2OH O H H H H H H H H H H OH CH2OH HO OH O [+] Maltose , α−Anomer + Br2 , H2OOxy hoùa H2O , H+Thuûy phaân 2,3,4,6-Tetra-O-methyl-D-glucopyranose O OCH3 CH3O CH3O CH2OCH3 H H H H H OH [ α− Anomer ] C C C OHH HCH3O C COOH H OCH3 OCH3H 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. 2 4 1 4 2 1 β−D- Glucopyranose LK glycosid O OH HO HO CH2OH H H H H O H H H H H H OH CH2OH HO OH O Coâng thöùùc caáu daïng cuûa [+] Cellobiose 5 6 53 3 β−D- Glucopyranose [ β−anomer] 6 53
• 54. [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. 2 4 1 4 2 1 β−D- Galactopyranose LK glycosid O OH HO H CH2OH H H H OH O H H H H H H OH CH2OH HO OH O Coâng thöùùc caáu daïng cuûa Lactose 5 6 53 3 β−D- Glucopyranose [ β−anomer] 6 TÝnh chÊt: C¸c lo¹i ®−êng khö ®Òu tham gia c¸c ph¶n øng nh− c¸c aldose: O H OH H H H H CH2 OH OH HO OH β−D [+]-Galactose O H OH H H H H CH2 OH OH HO OH C=N C=N NHC6 H5 NHC6 H5 C C C OH OH HO H H H CH2 OH H COOOH C OH C C C OH OH HO H H CH2 OH H H + + D -Glucosazon β−D [+]-Galactose D -[-] - Acid gluconic Acid LactobionicLactosazon Thuûy phaânThuûy phaân O H H H H H CH2 OH OH HO OH O H HO OH CH2OH H H H COOH OH O H H H H H CH2OH OH HO OH O H HO CH2 OH H H C C=NNHC6H5 OH NNHC6 H5 H O H H H H H CH2 OH OH HO OH O H HO OH CH2 OH H H H OH H O C6 H5 NHNH2 Br2 ,H2 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
• 55. OH + O O OHHO OH HO H CH2OH OH OH CH2OH OH2 H +[daïngβ] +O O OHHO OH HO OH2 CH2OH OH OH CH2OHO O OHHO OH HO OH CH2OH OH O CH2OH baùn acetal chuyeån quay 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: 3 6 5 O OH HO HO CH2OH H H H H O H O CH2OH H H H CH2OH OH HO 4 2 β α α−D-Glucopyranse 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
• 56. 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. hν6CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2 + n H2O[C6H10O5]nnC6H12O6 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. Amylose daïng coâng thöùc Haworth α−D-Glucose n O O OH OH CH2 OH H H H H H O H H H H H CH2 OH OH OH O O O O OH OH CH2 OH H H H H H O H H H H H CH2 OH OH OH O α−D-Glucose [+]−Maltose 56
• 57. thöùc caáu daïng [+] Maltose α−D-Glucose CH2OH C¸c ph¶n øng chøng minh cÊu t¹o amylose: 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. n O O CH3 O O H H H H H H H H H H CH2 OCH3 CH2 OCH3 CH3 O OCH3 OCH3 O OCH3 OCH3 CH2 OCH3 CH2 OCH3 HH H H H H H H H H O CH3 O O O OCH3 CH3O CH3O HCl 2,3,6-Tri-O-metyl-α -D-gluccose [ n+1] phaân töû 2,3,4,6-Tetra-O-metyl-α -D-gluccose hieäu suaát 0,5% vaø HO OCH3 CH2 OCH3 H H H H H O O CH3O O OH H H H H H CH2 OCH3 CH3 O OCH3 CH3O 3.1.2. CÊu tróc cña amylopectin 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
• 58. H CH2OH OH OH O HO HO 1 4 6 1 1 4 α−D-Glucose α−D-Glucose Lieân keát glucosid 1,4 Lieân keát glucosid 1,4 Lieân keát glucosid 1,6 Coáng thöùc caáu daïng cuûa amylopectin 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%]. 1 1 2 2,3,6-Tri-O-methyl- α−D-Glucose [90%] 2,3,-Di-O-methyl- α−D-Glucose [ Khoaûng 5% ] 2,3,4,6-Tetra-O-methyl- α−D-Glucose [ Khoaûng 5%] 2 66 44 3 3 6 1 4 3 12 OCH3 CH2OH H H H H H O HO CH3O OH CH3O O H H H H H CH2OCH3 OCH3 CH3O OH O H H H H H CH2OCH3 HO OCH3 OH CH3O 3.1.3. Glycogen 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
• 59. caáu taïo cuûa cellulose daïng Haworth O H O H H H CH2 OH OH HO O H HO OH CH2 OH H H H H O H O H HO OH CH2 OH H H H H O O O H O H H H CH2 OH OH HO H Lieân keát 4-β -Glucosid Lieân keát 4-β -Glucosid Lieân keát 4-β -Glucosid Cellobiose Cellobiose Coâng thöùc caáu daïng cuûa cellulose 2 41 1 1 14 4 4 2 2 2 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. etCarboxyM hyl Cellulose [CMC] n O HO OCH2 COOH OH CH2 OH H H H H O 59
• 60. 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. O OH OH COOH O O OH OH COOH O O OH OH COOH O O O OH OH COOH O O OH OH COOH O Acid pectic Acid α−D - galacturonic 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
• 61. chitin còng gièng cÊu t¹o cña cellulose. N -methyl-L-glucosamin lµ thµnh phÇn cña streptomycin. Streptomycin N-Methyl-L-glucosamin NH NH2CNH OH OH OH H H H H H NH C NH NH H O HO CHO O H H H CH3 H O H H H H OH OH O CH3NH CH2OH Bµi tËp Monosaccharid 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: ViÕt c«ng thøc cÊu t¹o cña c¸c chÊt A → E. [+]Gulose thuéc lo¹i cÊu h×nh nµo, D hay L ? Disaccharid D-[+]-Glucose Acid[+]-Saccharic A HNO3 Ñ [ Lacton ] D-[+]-Glucose - H2O A vaø B [ñeàu laø Lacton] Na [ Hg] - H2O Na [ Hg] E [ Lacton ] [+]-Gulose Na [ Hg] - H2O Na [ Hg]B C [ Acid gluconic ] C [ Acid gluconic ] 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
• 62. 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: H2N CH COOH R α 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
• 63. 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]. L -Aldehyd glycericL -Aminoacid COOH R H2N H CHO CH2OH HO H 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 H _ CH COOH NH2 Glycin Gly 2.35 9.78 - CH3 _ CH COOH NH2 L [+]-Alanin Ala 2.35 9.87 - CH3 NH2CH3 CH_ CH COOH L [+]-Valin Val 2.29 9.72 - L [-]-Leucin Leu 2.33 9.74 - CH2CH _ CH COOH CH3 NH2 CH3 L [+]-Isoleucin Ile 2.32 9.76 - SCH2CH2 _ CH COOH NH2 CH3 L [-]-Methionin Met 2.17 9.72 - NH _COOH L [-]-Prolin Pro 1.95 10.6 - CH3 NH2CH3 CHCH2 _ CH COOH 63
• 64. L[-]-Phenylalanin Phe 2.58 9.24 - CH2 _ CH COOH NH2 _ N H L[- ]-Tryptophan Try 2.43 9.44 - CH2 _ CH COOHHO NH2 _ L [- ]-Serin Ser 2.19 9.44 - CH _ CH COOH NH2 CH3 OH L [+ ]-Threonin Thr 2.09 9.10 - NH2 HS_ CH2 _ CH COOH L [- ]-Cystein Cys 1.86 8.35 10.34 CH2 _ CH COOHHO NH2 L [- ]-Tyrosin Tyr 2.20 9.11 10.0 CH2 _ CH COOHH2N_C O NH2 Asparagin Asn 2.02 8.80 - CH2CH2 _ CH COOHH2N_C O NH2 Glutamin Gln 2.17 9.13 - NH2O HO_C CH2 _ CH COOH AcidL[-]- Aspartic Asp 1.99 3.90 10.00 CH2CH2 _ CH COOHHO_C O NH2 AcidL[+]- Glutamic Glu 2.13 4.32 9.95 NH2 CH2CH2CH2CH2 _ CH COOHH2N L [+]-Lysin Lys 2.16 9.20 10.80 H2N C [CH2]3 CH COOH NH2O Arginin Arg 1.82 8.99 13.20 N H N NH2 CH2 _ CH COOH 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
• 65. 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 Acid amin daïng ion löôõng cöïc -+ H3N CH COO R 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. H3N CH COO R + - H2N CH COO R + - + H2O H3O+ Acid Base BaseAcid [H3O+][H2N-CHR-COO -] [ H3N-CHR-COO -] +Ka = H3N CH COO R + - H3N CH COOH R ++ H2O HO - AcidBase Base Acid [HO -][H2N-CHR-COOH ] [ H3N-CHR-COO -] +Kb = + + 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. I I H3N CH COO R I + H2N CH COO R − + H2O+ HO Acid rÊt m¹nh Base rÊt m¹nh Acid rÊt yÕuBase 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. + H2OH3N CH R COO + - + H3O + H3N CH R COOH + Base rÊt m¹nh Acid rÊt m¹nh Acid rÊt m¹nh Base rÊt yÕu B 65
• 66. 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 - - pH + H2 N CH2 CO2 0 0,5 1,0 1,5 2,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 - - - - - - - - - - - - - . . . H3 N CH2 CO2 + H3 N CH2 CO2 H pK1 = 2,35 pK = 9,782 pH = 6,07 L−îng NaOH, mol H3 + N CH2 COO− cã: 2 PI 2,35 + 9,78 = 6= ; 1pK = pKa]2[pK = pKb ,05 §−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: Catod [cöïc aâm] II HO - HO - H+ - Anod [cöïc döông] H+ H2N CH COOH R H3N CH COO R Dung dòch acid aminBase lieân hôïp Acid lieân hôïpï -+ H3N CH COO R IIII + − 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
• 67. 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. PI = 2 pKa +pKb §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: - NH4 X CH2 COONa X CH2 COONa NH2 CH2 COOH NH2 + 2 NH3 67
• 68. Strecker [1850] − Tæng hîp [±]-Alanin CH3 CHO CH3 CH NH2 C N + NH3 , HCN CH3 CH NH2 COOH − Tæng hîp [±]-Methionin Aldehyd β -thiomethyl propionic CH3S_CH2CH2CHO CH3SH CH2 = CH_CHO + HCN CH3SCH2CH2 CH COOH NH2 D, L -methionin 2] 2 H2O 1] NH3 CH3SCH2CH2 CH C N OH − Tæng hîp acid [±]-glutamic: KÕt hîp víi tæng hîp oxo Co[CO]8 CO2 ,H2 [to,p] Aldehyd cyanopropionic O=CH _CH2CH2 _CN NH2 CN CH2 = CH_CN HO CHCH2 CH2 COOHOC NH2 Acid D, L -glutamic H3O + CHCH2 CH2 C NNC NH2 1.5.3. Tõ ester malonat − Tæng hîp ester malonat Br2 115oC CH2 [COOEt] 2 leucin NaOEt i - C4H9 _Br EtOH [80- 90%] iso-butylmalonat diethyl HCl ñaëciso - C4H9 CH [COOEt] 2 iso-C4H9 CH2 COOH i - C4H9 CH Br COOHCH COOHiso- C4H9 NH2 − KÕt hîp víi kali phtalimid [tæng hîp Gabriel] + + EtO - Br2 + Ar- XH3O - to CCl4 N O O K COOEt CH2 COOEt COOEt CHBr COOEt N O O CH [ COOEt ]2 N O O C [ COOEt ]2 Ar Ar CHCOOH NH2 68
• 69. víi HNO2 COOEt CH COOEt NHO COOEt CH2 COOEt COOEt CH COOEt NO H2 ,PtHNO2 Ac2O Ester acetamidomalonat ethyl CH3 C NHCH[COOEt]2 O Histidin Leucin Serin to H2O NaOEt CH2=O to NaOEt NaOEt i-C4H9Br H2O to CH3 C NHCH[COOEt]2 O HOCH2CH[COOEt]2 HNCOCH3 HOCH2CHCOO NH3 + - N N H CH2Cl N N H CH2 CH COO NH3 C4H9 CH COO NH3 + - - + 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: Acid amin + R_CH_COO - NH3 ion löôõng cöïc R_CH_C NH2 O_H O .. Trong dung dÞch H2O cã c©n b»ng: 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. - 2H2O, to C C N C C NO R OR H H C C OO R N H H H C C RN O O H H H + 2H2O, xt Dicetopiperazin 69
• 70. lo¹i n−íc β-aminoacid β- amino acid dÔ t¸ch NH3 t¹o acid α-etylenic R CH CH COOH H NH2 - NH3 - H2O R_CH = CH_COOH β-lactam Acid α -ethylenic CH2 C O CHR N H 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] δ-lactam [valerolactam]δ-aminoacid - H2O CH2 CH2 CCH2 H2C O OH N H H CH2 CH2 N CCH2 H2C H O 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 + [n-1] H2OCOHN CH COOH R CHH2N R n H2 N CH COOH 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. R CH COOH NH2 O N O O HO OH OH O O RCHO++ +CO2 2 3H2O+ 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
• 71. 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: + Cu2+2 .. NH2 CH2 CO Cu NH2 C O O O CH2 H CH COOH NH2 + 2 H+ Muoái noäi phöùc [maøu xanh thaåm] .. Glycin − T¹o ester Acid amin t¸c dông víi ROH [cã h¬i HCl] sÏ t¹o ester cña acid amin [th−êng ë d¹ng muèi clorhydrat]. C2H5OHH2N_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 : H2O + +Cl- [ H3N_CH2 _COOC2H5 ] AgClH2N_CH2 _COOC2H5Ag2O + + 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+H2N_CH2 _COOH Cl-[ H3N_CH2 _COCl] - P OCl3 + − Ph¶n øng decarboxyl [t¸ch CO2]: EthylaminAlanin + CO2CH3 CH NH2 Men carboxylase CH3 CH NH2 COOH 1.6.5. TÝnh chÊt NH2 − T¹o muèi víi c¸c acid Acid amin t¸c dông víi acid v« c¬, t¹o muèi 71
• 72. HCl Cl- H3N CH COOH CH3 + − T¸c dông víi HNO2 T¹o acid α -hydroxycarboxylic, gi¶i phãng N2 vµ H2O. H2N CH COOH R + HNO2 + N2 + H2OHO CH COOH 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]. CH2 O + H2N CH R COOH HO - N CH R COOHCH2 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: [ ]O+ +R _ CO _ COOHR_CH_COOH NH2 N H3 α−cetoacid hoÆc cã thÓ do enzym oxydase: α−cetoacid R_CH_COOH NH men H2O +R _ CO _ COOHR_CH_COOH NH2 N H3 Acid nµy bÞ lo¹i CO2 ®Ó t¹o aldehyd: CH3CHOCH3 _CO_COOH + CO2 72
• 73. ®Æc hiÖu, cã thÓ x¶y ra ph¶n øng trao ®æi gèc R cña c¸c acid amin R CH COOH NH2 ++ R' C COOH O R' CH COOH NH2 R C COOH O 2. Peptid 2.1. §Þnh nghÜa 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. ,, Polypeptid -+ nH3NCHCO [NHCHCO] NHCHCOO R R R [Gly-Ala-Ph][Gly-Gly] GlycinAlaninPhenylalanin Tripeptid -+ H3NCH2CONHCHCONHCHCOO CH3 CH2C6H5 GlycinGlycin Dipeptid -+ H3NCH2CONHCH2COO 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. N C N C N C H H H R R R O O O 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: Glu-Cys-Gly [GlutamylCysteinGlycin]Glutathion + - H3NCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOH COO CH2SH 73
• 74. CH3 CH CH2 CONHCHCONHCH2CONH2 Glu Asp Cys S Pro Leu Gly[NH2] S NH2 NH2 CysTyrlle Hoaëc Ocytocin 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 + [n-1] H2OCOHN CH COOH R CHH2N R n H2 N CH COOH R N-goác cuoái maïch C-goác cuoái maïch − 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
• 75. nhãm chøc amin Thùc hiÖn ph¶n øng acyl hãa b»ng carbobenzyloxyclorid [benzylcloroformiat] C2H5CH2OCOCl vµ chuyÓn nhãm acid thµnh clorid acid. + - + HCl - HCl Q = C6H5CH2OCO + C6H5CH2OCOCl HN CH COCl R QHN CH COOH R QH3N CH COO R 2.3.2. T¹o liªn kÕt peptid H3N CH COO R HN CH COCl R Q HN CH CONH R Q R COOHCH+ -+ 2.3.3. Gi¶i phãng chøc amin HN CH CONH R Q R COOHCH H3N CH CONH R R COOCH + - 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
• 76. 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. kh«ng gian ¸n ng÷ H CH2 CH2 H H H H N N O O O O O O C C CC C C N C N C C N C C CH2 3-6 α - Aminoacid Hai xo¾n èc song song M¶nh c¾t 1 vßng xo¾n èc .... O Z Y X R R R R R R R R R R R R R R 10 A o 6,7A o CH H R C O C O N H NCH CN CH R CH R C O N R = 1,05nm Baäc xoaén oác 0,54 nm goàm 3,6 -Aminoacidα Liªn kÕt néi ph©n tö Liªn kÕt hydrogen C O H N R CH O C R CH O C R CH H N R CH O C H N R CH O C H N N R CH H O C M¹ch peptid N H 76