Xin chào các em học sinh yêu quý của thầy/cô!
Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập thú vị về peptit, một trong những nội dung quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 12.
Chúng ta hãy bắt đầu với bài tập sau:
Thủy phân hết m gam tripeptit: Gly-Gly-Gly (mạch hở) thu được hỗn hợp gồm 20,25 gam Gly và 23,76 gam Gly-Gly. Giá trị của m là bao nhiêu?

Phân tích đề bài và phương pháp giải:
Đây là bài toán thủy phân peptit. Tripeptit Gly-Gly-Gly được tạo thành từ 3 gốc Gly-Ala-Ala liên kết với nhau. Khi thủy phân, tripeptit này có thể bị cắt đứt các liên kết peptit để tạo ra các aminoaxit hoặc các đoạn peptit nhỏ hơn.
Trong bài toán này, sản phẩm thu được là Gly (aminoaxit) và Gly-Gly (peptit). Điều này cho thấy phản ứng thủy phân có thể xảy ra theo các hướng sau:
1. Thủy phân hoàn toàn: Tripeptit bị cắt hết các liên kết peptit, tạo ra các aminoaxit đơn giản nhất. Trong trường hợp này, nếu thủy phân hoàn toàn Gly-Gly-Gly sẽ thu được 3 phân tử Gly.
2. Thủy phân không hoàn toàn: Tripeptit chỉ bị cắt một phần các liên kết peptit.
Đề bài cho biết sản phẩm thu được gồm Gly và Gly-Gly. Điều này ngụ ý rằng phản ứng thủy phân chưa hoàn toàn. Nếu thủy phân hoàn toàn, chúng ta chỉ thu được Gly.
Vì vậy, cách tiếp cận tốt nhất là xem xét các phản ứng có thể xảy ra và sử dụng định luật bảo toàn khối lượng hoặc bảo toàn nguyên tố.

Các bước giải chi tiết:
Bước 1: Viết công thức cấu tạo của các chất và xác định khối lượng mol.
– Gly (Glixin): H₂N-CH₂-COOH. Khối lượng mol của Gly (M_Gly) = 14 + 12 + 16 + 12 + 1 + 2*16 + 1 = 75 g/mol.
– Gly-Gly (Diglixin): H₂N-CH₂-CO-NH-CH₂-COOH. Khối lượng mol của Gly-Gly (M_Gly-Gly) = 2*M_Gly – M_H2O = 2*75 – 18 = 132 g/mol.
– Gly-Gly-Gly (Triglixin): H₂N-CH₂-CO-NH-CH₂-CO-NH-CH₂-COOH. Khối lượng mol của Gly-Gly-Gly (M_Gly-Gly-Gly) = 3*M_Gly – 2*M_H2O = 3*75 – 2*18 = 225 – 36 = 189 g/mol.

Bước 2: Biểu diễn phản ứng thủy phân và mối quan hệ giữa các chất.
Tripeptit Gly-Gly-Gly có hai liên kết peptit (-CO-NH-).
Khi thủy phân, các liên kết này có thể bị phá vỡ.

Giả sử m gam tripeptit Gly-Gly-Gly đã thủy phân tạo ra x mol Gly và y mol Gly-Gly.
Các phản ứng có thể xảy ra:
1. Thủy phân 1 liên kết peptit:
Gly-Gly-Gly + H₂O -> Gly-Gly + Gly
Phản ứng này tạo ra 1 mol Gly-Gly và 1 mol Gly.

2. Thủy phân 2 liên kết peptit (thủy phân hoàn toàn):
Gly-Gly-Gly + 2H₂O -> 3 Gly
Phản ứng này tạo ra 3 mol Gly.

Vì sản phẩm thu được có cả Gly và Gly-Gly, nên phản ứng thủy phân xảy ra chưa hoàn toàn.
Ta có thể coi hỗn hợp sản phẩm (Gly và Gly-Gly) là kết quả của việc một phần tripeptit Gly-Gly-Gly bị thủy phân tạo ra Gly-Gly và Gly, phần còn lại có thể chưa phản ứng hoặc đã phản ứng tiếp.
Tuy nhiên, cách tiếp cận đơn giản và hiệu quả hơn là sử dụng bảo toàn nguyên tố hoặc bảo toàn khối lượng dựa trên mối quan hệ giữa tripeptit ban đầu và sản phẩm.

Hãy xét tỉ lệ mol:
Tổng số mol Gly thu được từ thủy phân: 20,25 gam Gly.
Số mol Gly (n_Gly) = Khối lượng Gly / Khối lượng mol Gly = 20,25 g / 75 g/mol = 0,27 mol.

Tổng số mol Gly-Gly thu được: 23,76 gam Gly-Gly.
Số mol Gly-Gly (n_Gly-Gly) = Khối lượng Gly-Gly / Khối lượng mol Gly-Gly = 23,76 g / 132 g/mol = 0,18 mol.

Bây giờ, chúng ta cần liên hệ số mol của các sản phẩm với số mol của tripeptit ban đầu.
Mỗi phân tử Gly-Gly-Gly có 3 gốc Gly.
Mỗi phân tử Gly-Gly có 2 gốc Gly.
Mỗi phân tử Gly có 1 gốc Gly.

Xem xét tổng số gốc Gly trong sản phẩm:
Tổng số gốc Gly có trong hỗn hợp sản phẩm = (Số mol Gly-Gly Số gốc Gly trong Gly-Gly) + (Số mol Gly Số gốc Gly trong Gly)
Tổng số gốc Gly có trong hỗn hợp sản phẩm = (0,18 mol 2) + (0,27 mol 1) = 0,36 mol + 0,27 mol = 0,63 mol gốc Gly.

Quan trọng: Số mol gốc Gly trong sản phẩm phải bằng số mol gốc Gly ban đầu có trong tripeptit Gly-Gly-Gly. Bởi vì phản ứng thủy phân chỉ làm đứt các liên kết, chứ không làm mất đi hay tạo thêm gốc Gly.

Giả sử ban đầu chúng ta có n mol tripeptit Gly-Gly-Gly. Số mol gốc Gly trong tripeptit ban đầu là n * 3.
Do đó, ta có:
3 * n = 0,63 mol
n = 0,63 / 3 = 0,21 mol.

Vậy, số mol của tripeptit Gly-Gly-Gly ban đầu là 0,21 mol.

Bước 3: Tính giá trị của m.
Khối lượng của m gam tripeptit Gly-Gly-Gly là:
m = Số mol tripeptit * Khối lượng mol tripeptit
m = 0,21 mol * 189 g/mol
m = 39,69 gam.

Kiểm tra lại bằng cách khác:
Chúng ta có thể nghĩ đến việc thủy phân một phần tripeptit:
Gly-Gly-Gly –(H2O)–> Gly-Gly + Gly
Nếu toàn bộ 0,21 mol tripeptit ban đầu chuyển hóa thành Gly-Gly và Gly theo tỉ lệ trên:
Số mol Gly-Gly tạo ra = 0,21 mol. Khối lượng = 0,21 * 132 = 27,72 gam (Không khớp với đề bài).
Số mol Gly tạo ra = 0,21 mol. Khối lượng = 0,21 * 75 = 15,75 gam (Không khớp với đề bài).

Điều này khẳng định rằng phản ứng thủy phân không chỉ dừng lại ở bước tạo ra Gly-Gly và Gly từ 1 liên kết peptit.

Hãy quay lại phương pháp bảo toàn gốc Gly là chính xác nhất.
Ta có n_Gly-Gly = 0,18 mol và n_Gly = 0,27 mol.
Mỗi phân tử Gly-Gly-Gly khi thủy phân có thể tạo ra:
– Một phân tử Gly-Gly và một phân tử Gly.
– Ba phân tử Gly (thủy phân hoàn toàn).

Xét số mol gốc Gly có trong sản phẩm:
Trong 0,18 mol Gly-Gly có: 0,18 * 2 = 0,36 mol gốc Gly.
Trong 0,27 mol Gly có: 0,27 * 1 = 0,27 mol gốc Gly.
Tổng số mol gốc Gly trong sản phẩm = 0,36 + 0,27 = 0,63 mol.

Vì tripeptit Gly-Gly-Gly được cấu tạo từ 3 gốc Gly, nên số mol gốc Gly ban đầu trong m gam tripeptit là 3 lần số mol tripeptit.
Gọi số mol tripeptit ban đầu là n_tripeptit.
Ta có: 3 * n_tripeptit = 0,63 mol.
n_tripeptit = 0,63 / 3 = 0,21 mol.

Khối lượng m của tripeptit là:
m = n_tripeptit * M_tripeptit
m = 0,21 mol * 189 g/mol
m = 39,69 gam.

Kết luận:
Giá trị của m là 39,69 gam.
Chúc các em học tốt và luôn giữ niềm đam mê với môn Hóa học!