Amino axit là những hợp chất hữu cơ quan trọng, đóng vai trò thiết yếu trong cấu tạo và chức năng của mọi sinh vật sống. Hiểu rõ về Công Thức Phân Tử Amino Axit là chìa khóa để nắm vững kiến thức về loại hợp chất này.
1. Amino Axit Là Gì?
Amino axit là hợp chất hữu cơ tạp chức, chứa đồng thời nhóm amino (-NH2) và nhóm cacboxyl (-COOH).
Công thức cấu tạo tổng quát của amino axit:
{x}(COOH){y}), trong đó R là gốc hydrocacbon.
Alt text: Công thức phân tử amino axit tổng quát, thể hiện nhóm amino, nhóm cacboxyl và gốc R.
Công thức khác:
{x}(COOH){y}), trong đó k là tổng số liên kết pi và vòng trong gốc R.
Alt text: Công thức cấu tạo amino axit chi tiết với số lượng nguyên tử C, H, O, N, thể hiện rõ số lượng nhóm chức amino và cacboxyl.
Amino axit đóng vai trò là đơn vị cấu tạo của protein, tham gia vào vô số quá trình sinh hóa trong cơ thể.
2. Công Thức Cấu Tạo Của Amino Axit
Trong phân tử amino axit, nhóm NH2 và COOH có thể tương tác với nhau tạo thành ion lưỡng cực. Dạng ion này chiếm ưu thế trong môi trường trung tính.
Trong dung dịch, amino axit tồn tại ở dạng cân bằng giữa dạng phân tử và ion lưỡng cực:
H2N-CH2-COOH (dạng phân tử) ⇌ H3N+-CH2-COO- (dạng ion lưỡng cực)
3. Cách Gọi Tên Amino Axit – Danh Pháp
Amino axit có nhiều cách gọi tên khác nhau:
3.1. Tên Thay Thế
Acid + vị trí + amino + tên của acid carboxylic tương ứng.
Ví dụ:
- H2N–CH2–COOH: Acid aminoethanoic
- HOOC–[CH2]2 –CH(NH2)–COOH: Acid 2-aminopentanđioic
3.2. Tên Bán Hệ Thống
Acid + vị trí chữ cái Hy Lạp (α, β, γ, δ, ε, ω) + amino + tên thông thường của acid carboxylic tương ứng.
Ví dụ:
- CH3–CH(NH2)–COOH: Acid α-aminopropionic
- H2N–[CH2]5 –COOH: Acid ε-aminocaproic
- H2N–[CH2]6–COOH: Acid ω-aminopentanoic
3.3. Tên Thông Thường
Nhiều amino axit, đặc biệt là các α-amino axit thiên nhiên, có tên thông thường.
Ví dụ:
- NH2-CH2-COOH: Glycine (Gly, G)
- CH3-CH(NH2)-COOH: Alanine (Ala, A)
- HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH: Glutamic acid (Glu, E)
4. Phân Loại Amino Axit
Amino axit được phân loại dựa trên cấu trúc của gốc R. Hai mươi amino axit cơ bản được chia thành năm nhóm chính:
- Gốc R không phân cực, kị nước: Gly(G), Ala(A), Val(V), Leu(L), Ile(I), Pro(P).
- Gốc R nhân thơm: Phe (F), Tyr (Y), Trp (W).
- Gốc R bazơ, tích điện dương: Lys (K), Arg (R), His (H).
- Gốc R phân cực, không tích điện: Ser (S), Thr (T), Cys (C), Met (M), Asn (N), Gln (Q).
- Gốc R axit, tích điện âm: Asp (D), Glu (E).
5. Tính Chất Vật Lý Của Amino Axit
- Trạng thái: Chất rắn, tinh thể không màu, vị hơi ngọt.
- Độ tan: Dễ tan trong nước.
- Nhiệt độ nóng chảy: Cao do tồn tại ở dạng ion lưỡng cực.
6. Tính Chất Hóa Học Của Amino Axit
Amino axit thể hiện tính chất hóa học đa dạng do chứa cả nhóm amino và cacboxyl.
6.1. Tính Axit-Bazơ (Tính Lưỡng Tính)
- Với axit mạnh: NH2-CH2-COOH + HCl → ClNH3-CH2-COOH
- Với bazơ mạnh: NH2-CH2-COOH + KOH → NH2-CH2-COOK + H2O
6.2. Phản Ứng Trùng Ngưng
nH2N-[CH2]-COOH → (-NH-[CH2]-CO-)n + nH2O
6.3. Tác Dụng Với HNO2
HOOC-R-NH2 + HNO2 → HOOC-R-OH + N2 + H2O
6.4. Phản Ứng Este Hóa (Nhóm COOH)
NH2-CH2-COOH + ROH → NH2-CH2-COOR + H2O
6.5. Khả năng làm đổi màu quỳ tím
Khả năng đổi màu quỳ tím phụ thuộc vào số nhóm amino và cacboxyl:
- x = y: không đổi màu.
- x < y: hóa đỏ.
- x > y: hóa xanh.
7. Điều Chế và Ứng Dụng
7.1. Điều Chế
Thủy phân protein:
(-NH-CH2-CO-)n + nH2O → nNH2-CH2-COOH
7.2. Ứng Dụng
- Tổng hợp protein.
- Chất dẫn truyền thần kinh (glycine, glutamate).
- Sản xuất tơ nilon (trùng ngưng 6-aminohexanoic và 7-aminoheptanoic).
- Sản xuất thuốc, thực phẩm chức năng.
8. Bài Tập Về Amino Axit
Bài tập 1: Đốt cháy hoàn toàn 17,4 gam amino axit (1 nhóm -COOH) thu được 0,6 mol CO2, 0,5 mol H2O và 0,1 mol N2. Xác định công thức phân tử của amino axit. (Đáp án: C3H5O2N)
Bài tập 2: Hỗn hợp X gồm alanin và axit glutamic. Cho m gam X tác dụng với NaOH dư thu được (m + 30,8) gam muối. Cho m gam X tác dụng với HCl dư thu được (m + 36,5) gam muối. Tính m. (Đáp án: 112,2 gam)
Bài tập 3: 0,1 mol α-amino acid X tác dụng vừa đủ với 50 ml dung dịch HCl 2M. 26,7 gam X tác dụng với HCl dư, cô cạn thu được 37,65 gam muối. Xác định X. (Đáp án: Alanin)
Hiểu rõ công thức phân tử amino axit, tính chất và ứng dụng của chúng là nền tảng quan trọng trong hóa học hữu cơ và sinh hóa. Hy vọng bài viết này cung cấp cho bạn những kiến thức hữu ích.