Bạn hãy tưởng tượng một sợi dây chuyền dài, mỗi hạt trên dây là một amino acid. Khi bạn đốt sợi dây chuyền đó, mỗi hạt sẽ cháy và giải phóng khí cacbon đioxit, còn các nguyên tử nitơ trong các hạt sẽ kết hợp với nhau thành khí nitơ bay lên. Đếm số hạt trên dây và đếm số nguyên tử cacbon, nitơ trong mỗi hạt là bạn biết ngay đốt cháy sợi dây đó sẽ thu được bao nhiêu khí. Đó chính là bài toán đốt cháy peptit — dạng bài tập tổng hợp rất hay gặp trong đề thi Hóa học lớp 12, vì nó kết hợp kiến thức về peptit với kiến thức về phản ứng đốt cháy.
Peptit là chuỗi các amino acid nối với nhau bằng liên kết peptit. Khi đốt cháy hoàn toàn một peptit, toàn bộ cacbon trong phân tử biến thành CO₂, toàn bộ hiđro biến thành H₂O, còn toàn bộ nitơ biến thành khí N₂. Vì vậy, để tính số mol CO₂ sinh ra, bạn chỉ cần đếm tổng số nguyên tử cacbon trong phân tử peptit rồi nhân với số mol peptit. Để tính số mol N₂, bạn đếm tổng số nguyên tử nitơ trong phân tử peptit, chia đôi rồi nhân với số mol peptit. Hai quy tắc đếm này rất đơn giản, nhưng bạn phải viết đúng công thức phân tử của peptit trước đã — và đó là bước nhiều bạn hay sai nhất.
Đốt cháy peptit: đếm cacbon, đếm nitơ, rồi nhân lên
Khi đốt cháy hoàn toàn một peptit, bạn dùng hai công thức sau. Thứ nhất, số mol CO₂ sinh ra bằng tổng số nguyên tử cacbon trong phân tử peptit nhân với số mol peptit: nCO₂ = (tổng số C) × n(peptit). Thứ hai, số mol N₂ sinh ra bằng số nguyên tử nitơ trong phân tử peptit chia đôi rồi nhân với số mol peptit: nN₂ = (số N)/2 × n(peptit). Bạn hãy nhớ: CO₂ thì đếm cacbon rồi nhân thẳng, N₂ thì đếm nitơ rồi chia đôi — vì mỗi phân tử N₂ chứa hai nguyên tử nitơ nên phải chia đôi.
Để đếm tổng số cacbon và nitơ, bạn phải viết đúng công thức phân tử của peptit. Cách làm là cộng công thức của các amino acid thành phần rồi trừ đi nước đã tách ra khi tạo liên kết peptit. Ví dụ đipeptit Gly-Gly được tạo từ hai phân tử glycine C₂H₅NO₂, khi nối với nhau tách ra một phân tử nước, nên công thức là C₄H₈N₂O₃: cacbon 2 + 2 = 4, hiđro 5 + 5 − 2 = 8, nitơ 1 + 1 = 2, oxi 2 + 2 − 1 = 3. Khối lượng mol của Gly-Gly bằng 75 + 75 − 18 = 132 gam trên mol. Bạn hãy tập viết công thức của vài peptit quen thuộc cho đến khi thành thạo, vì đây là bước nền tảng của mọi bài toán đốt cháy peptit.
Với tripeptit Gly-Gly-Gly, bạn cộng ba phân tử glycine rồi trừ đi hai phân tử nước: C₆H₁₁N₃O₄, khối lượng mol bằng 3 × 75 − 2 × 18 = 189 gam trên mol. Với đipeptit Gly-Ala, bạn cộng glycine C₂H₅NO₂ với alanine C₃H₇NO₂ rồi trừ một phân tử nước: C₅H₁₀N₂O₃, khối lượng mol bằng 75 + 89 − 18 = 146 gam trên mol. Với đipeptit Ala-Ala, bạn cộng hai phân tử alanine rồi trừ một phân tử nước: C₆H₁₂N₂O₃, khối lượng mol bằng 89 + 89 − 18 = 160 gam trên mol. Bạn thấy quy tắc chung: khối lượng mol của peptit bằng tổng khối lượng mol các amino acid thành phần trừ đi 18 nhân với số liên kết peptit.
Khi đề bài hỏi thể tích khí, bạn dùng thể tích mol của chất khí ở điều kiện chuẩn: V = n × 24,79 lít. Bạn hãy nhớ chương trình hiện hành dùng điều kiện chuẩn là 25 độ C và áp suất 1 bar, thể tích mol bằng 24,79 lít trên mol, không phải 22,4 lít như điều kiện tiêu chuẩn cũ. Một điểm nữa bạn cần nhớ: số mol N₂ khi đốt cháy peptit phụ thuộc vào số nguyên tử nitơ trong phân tử — peptit càng dài thì càng chứa nhiều nitơ, nên đốt cháy một mol tetrapeptit sẽ sinh ra nhiều N₂ hơn đốt cháy một mol đipeptit.
Bốn bài toán mẫu tính từng bước
Ví dụ 1 (dùng đúng số liệu mẫu): Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol đipeptit Gly-Gly C₄H₈N₂O₃. Tính thể tích khí CO₂ thu được ở điều kiện chuẩn và số mol khí N₂ sinh ra.
Phân tử Gly-Gly có 4 nguyên tử cacbon nên số mol CO₂ bằng 4 × 0,1 = 0,4 mol, thể tích bằng V = 0,4 × 24,79 = 9,916 lít. Phân tử Gly-Gly có 2 nguyên tử nitơ nên số mol N₂ bằng 2/2 × 0,1 = 0,1 mol. Vậy đốt cháy 0,1 mol Gly-Gly thu được 9,916 lít khí CO₂ và 0,1 mol khí N₂. Bạn hãy kiểm tra thêm khối lượng mol: M = 132 gam trên mol, nên 0,1 mol Gly-Gly nặng 13,2 gam. Nếu đề bài cho 13,2 gam Gly-Gly thì bạn đổi ra 0,1 mol rồi làm đúng như trên.
Ví dụ 2 (đipeptit khác nhau): Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol đipeptit Gly-Ala C₅H₁₀N₂O₃. Tính thể tích khí CO₂ thu được ở điều kiện chuẩn.
Phân tử Gly-Ala có 5 nguyên tử cacbon nên số mol CO₂ bằng 5 × 0,1 = 0,5 mol, thể tích bằng V = 0,5 × 24,79 = 12,395 lít. Số mol N₂ sinh ra bằng 2/2 × 0,1 = 0,1 mol, giống như ví dụ 1 vì cả hai đipeptit đều chứa 2 nguyên tử nitơ. Bạn thấy số mol CO₂ tăng lên khi tổng số cacbon tăng lên, còn số mol N₂ thì không đổi vì số nguyên tử nitơ vẫn là 2. Khi cần kiểm tra lại phép tính, bạn có thể nhờ máy tính Casio online trên ClassOn hỗ trợ.
Ví dụ 3 (tính từ khối lượng): Đốt cháy hoàn toàn 8 gam đipeptit Ala-Ala C₆H₁₂N₂O₃. Tính thể tích khí CO₂ thu được ở điều kiện chuẩn.
Trước hết bạn đổi khối lượng ra số mol: M(Ala-Ala) = 160 gam trên mol, nên n = 8 / 160 = 0,05 mol. Phân tử Ala-Ala có 6 nguyên tử cacbon nên số mol CO₂ bằng 6 × 0,05 = 0,3 mol, thể tích bằng V = 0,3 × 24,79 = 7,437 lít. Vậy đốt cháy 8 gam Ala-Ala thu được 7,437 lít khí CO₂ ở điều kiện chuẩn. Bạn hãy để ý: dù khối lượng Ala-Ala chỉ bằng một nửa khối lượng Gly-Gly trong ví dụ 1 tính theo mol, thể tích CO₂ vẫn khá lớn vì mỗi phân tử Ala-Ala chứa tới 6 nguyên tử cacbon.
Ví dụ 4 (tripeptit): Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol tripeptit Gly-Gly-Gly C₆H₁₁N₃O₄. Tính thể tích khí CO₂ và thể tích khí N₂ thu được ở điều kiện chuẩn.
Phân tử Gly-Gly-Gly có 6 nguyên tử cacbon nên số mol CO₂ bằng 6 × 0,1 = 0,6 mol, thể tích bằng V = 0,6 × 24,79 = 14,874 lít. Phân tử Gly-Gly-Gly có 3 nguyên tử nitơ nên số mol N₂ bằng 3/2 × 0,1 = 0,15 mol, thể tích bằng V = 0,15 × 24,79 = 3,7185 lít. Vậy đốt cháy 0,1 mol Gly-Gly-Gly thu được 14,874 lít CO₂ và 3,7185 lít N₂. Bạn thấy tripeptit sinh ra nhiều N₂ hơn đipeptit vì nó chứa 3 nguyên tử nitơ thay vì 2 — và đây chính là cách đề thi phân biệt peptit dài với peptit ngắn.
Năm lỗi sai thường gặp — và cách tránh
Lỗi 1: Quên trừ nước khi viết công thức phân tử của peptit.
Nhiều bạn cộng công thức hai amino acid lại mà quên trừ phân tử nước đã tách ra khi tạo liên kết peptit, ví dụ viết Gly-Gly là C₄H₁₀N₂O₄ thay vì C₄H₈N₂O₃. Cách tránh: bạn hãy nhớ mỗi liên kết peptit hình thành thì tách ra một phân tử nước, nên phải trừ H₂O cho mỗi liên kết. Viết rõ dòng "trừ 1 H₂O" khi cộng công thức sẽ giúp bạn không quên.
Lỗi 2: Tính số mol N₂ bằng số nguyên tử nitơ nhân với số mol peptit mà quên chia đôi.
Nhiều bạn đếm phân tử có 2 nguyên tử nitơ rồi lấy số mol N₂ bằng 2 × n(peptit). Cách tránh: bạn hãy nhớ phân tử N₂ chứa hai nguyên tử nitơ, nên số mol N₂ bằng số nguyên tử nitơ chia đôi rồi mới nhân với số mol peptit. Viết rõ dòng nN₂ = (số N)/2 × n(peptit) ra giấy nháp trước khi thay số.
Lỗi 3: Đếm sai tổng số nguyên tử cacbon trong phân tử peptit.
Nhiều bạn cộng số cacbon của các amino acid thành phần mà cộng nhầm, ví dụ Gly-Ala có 2 + 3 = 5 cacbon nhưng lại tính thành 6. Cách tránh: bạn hãy viết công thức phân tử đầy đủ của peptit ra giấy rồi đếm số cacbon trong công thức đó, đừng cộng nhẩm trong đầu. Với Gly-Ala là C₅H₁₀N₂O₃, số 5 ngay sau chữ C cho biết có 5 nguyên tử cacbon.
Lỗi 4: Dùng thể tích mol 22,4 lít thay vì 24,79 lít.
Nhiều bạn vẫn dùng con số 22,4 lít từ cấp hai cho mọi bài tập. Cách tránh: bạn hãy nhớ chương trình hiện hành dùng điều kiện chuẩn là 25 độ C, 1 bar, thể tích mol bằng 24,79 lít. Mỗi lần đọc đề, bạn gạch chân cụm "điều kiện chuẩn" và viết ngay 24,79 ra giấy nháp.
Lỗi 5: Nhầm lẫn giữa đốt cháy peptit và thủy phân peptit.
Nhiều bạn thấy đề nói về peptit là áp dụng công thức thủy phân nH₂O = (k − 1) × n(peptit), dù đề hỏi về đốt cháy. Cách tránh: bạn hãy đọc kĩ động từ trong đề — "đốt cháy" thì đếm cacbon và nitơ để tính CO₂ và N₂, còn "thủy phân" thì đếm liên kết để tính nước và amino acid. Hai dạng bài này khác nhau hoàn toàn. Nếu muốn ôn lại thủy phân peptit, bạn hãy xem bài thủy phân peptit.
Năm bài tập tự luyện
Hãy làm 5 bài tập sau đây rồi đối chiếu với bảng đáp án bên dưới. Nhớ viết đúng công thức phân tử của peptit trước, rồi đếm cacbon và nitơ trong công thức đó.
Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol đipeptit Gly-Gly C₄H₈N₂O₃, thể tích khí CO₂ thu được ở điều kiện chuẩn bằng bao nhiêu?
A. 9,916 lít
B. 4,958 lít
C. 14,874 lít
D. 2,479 lít
Câu 2: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol đipeptit Gly-Ala C₅H₁₀N₂O₃, thể tích khí CO₂ thu được ở điều kiện chuẩn bằng bao nhiêu?
A. 9,916 lít
B. 12,395 lít
C. 7,437 lít
D. 14,874 lít
Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol tripeptit Gly-Gly-Gly C₆H₁₁N₃O₄, thể tích khí N₂ thu được ở điều kiện chuẩn bằng bao nhiêu?
A. 2,479 lít
B. 4,958 lít
C. 3,7185 lít
D. 1,2395 lít
Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn 8 gam đipeptit Ala-Ala C₆H₁₂N₂O₃, thể tích khí CO₂ thu được ở điều kiện chuẩn bằng bao nhiêu?
A. 9,916 lít
B. 12,395 lít
C. 14,874 lít
D. 7,437 lít
Câu 5: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một tetrapeptit chứa 4 nguyên tử nitơ trong phân tử, số mol khí N₂ sinh ra bằng bao nhiêu?
A. 0,2 mol
B. 0,1 mol
C. 0,4 mol
D. 0,05 mol
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | A | B | C | D | A |
Giải thích Câu 1 — Đáp án A (9,916 lít) đúng: Phân tử Gly-Gly có 4 nguyên tử cacbon, số mol CO₂ bằng 4 × 0,1 = 0,4 mol, thể tích bằng 0,4 × 24,79 = 9,916 lít. Đáp án B (4,958 lít) sai vì đó là thể tích của 0,2 mol CO₂ — bạn đã lấy số cacbon là 2. Đáp án C (14,874 lít) sai vì đó là thể tích của 0,6 mol CO₂ — bạn đã lấy số cacbon là 6. Đáp án D (2,479 lít) sai vì đó là thể tích của 0,1 mol khí — bạn quên nhân với số cacbon.
Giải thích Câu 2 — Đáp án B (12,395 lít) đúng: Phân tử Gly-Ala có 5 nguyên tử cacbon, số mol CO₂ bằng 5 × 0,1 = 0,5 mol, thể tích bằng 0,5 × 24,79 = 12,395 lít. Đáp án A (9,916 lít) sai vì đó là thể tích CO₂ khi đốt 0,1 mol Gly-Gly — bạn đã dùng số cacbon là 4. Đáp án C (7,437 lít) sai vì đó là thể tích của 0,3 mol CO₂ — bạn đã lấy số cacbon là 3. Đáp án D (14,874 lít) sai vì đó là thể tích của 0,6 mol CO₂ — bạn đã lấy số cacbon là 6.
Giải thích Câu 3 — Đáp án C (3,7185 lít) đúng: Phân tử Gly-Gly-Gly có 3 nguyên tử nitơ, số mol N₂ bằng 3/2 × 0,1 = 0,15 mol, thể tích bằng 0,15 × 24,79 = 3,7185 lít. Đáp án A (2,479 lít) sai vì đó là thể tích của 0,1 mol N₂ — bạn đã lấy số mol N₂ bằng số mol peptit, quên nhân với 3/2. Đáp án B (4,958 lít) sai vì đó là thể tích của 0,2 mol khí — bạn đã lấy số mol N₂ bằng 2 × 0,1. Đáp án D (1,2395 lít) sai vì đó là thể tích của 0,05 mol khí — bạn đã lấy số mol N₂ bằng một nửa số mol peptit như khi đốt amino acid đơn lẻ.
Giải thích Câu 4 — Đáp án D (7,437 lít) đúng: Số mol Ala-Ala bằng 8 / 160 = 0,05 mol, phân tử có 6 nguyên tử cacbon nên số mol CO₂ bằng 6 × 0,05 = 0,3 mol, thể tích bằng 0,3 × 24,79 = 7,437 lít. Đáp án A (9,916 lít) sai vì đó là thể tích của 0,4 mol CO₂ — bạn đã lấy số mol peptit là 0,1 thay vì 0,05. Đáp án B (12,395 lít) sai vì đó là thể tích của 0,5 mol CO₂. Đáp án C (14,874 lít) sai vì đó là thể tích của 0,6 mol CO₂.
Giải thích Câu 5 — Đáp án A (0,2 mol) đúng: Số mol N₂ bằng số nguyên tử nitơ chia đôi nhân với số mol peptit: nN₂ = 4/2 × 0,1 = 0,2 mol. Đáp án B (0,1 mol) sai vì bạn lấy số mol N₂ bằng số mol peptit, quên nhân với số nitơ chia đôi. Đáp án C (0,4 mol) sai vì bạn lấy số mol N₂ bằng số nguyên tử nitơ nhân với số mol peptit mà quên chia đôi. Đáp án D (0,05 mol) sai vì đó là số mol N₂ khi đốt 0,1 mol amino acid đơn lẻ, không phải tetrapeptit.
Câu hỏi thường gặp về đốt cháy peptit
Hỏi: Vì sao đốt cháy peptit lại sinh ra khí N₂ mà không sinh ra oxit nitơ?
Đáp: Vì trong bài toán đốt cháy hoàn toàn ở chương trình lớp 12, nitơ trong hợp chất hữu cơ được quy ước thoát ra dưới dạng khí N₂. Trong thực tế, khi đốt cháy ở nhiệt độ rất cao trong không khí, một phần nitơ có thể tạo thành NO hoặc NO₂, nhưng trong bài tập lớp 12 bạn luôn lấy sản phẩm chứa nitơ là N₂.
Hỏi: Làm thế nào để viết đúng công thức phân tử của một peptit?
Đáp: Bạn cộng công thức của các amino acid thành phần rồi trừ đi một phân tử nước cho mỗi liên kết peptit. Ví dụ tripeptit Gly-Ala-Gly: cộng 2 glycine và 1 alanine được C₇H₁₇N₃O₆, trừ 2 phân tử nước được C₇H₁₃N₃O₄. Bạn hãy tập viết vài peptit cho đến khi thành thạo, vì đây là bước nền tảng của mọi bài toán về peptit.
Hỏi: Đốt cháy peptit và đốt cháy amino acid khác nhau ở điểm nào?
Đáp: Về bản chất thì giống nhau: cacbon thành CO₂, nitơ thành N₂. Điểm khác là amino acid chỉ chứa 1 nguyên tử nitơ nên số mol N₂ luôn bằng một nửa số mol amino acid, còn peptit chứa k nguyên tử nitơ nên số mol N₂ bằng k/2 lần số mol peptit. Tương tự, số mol CO₂ khi đốt amino acid bằng n × n(amino acid) với n là số cacbon trong một phân tử amino acid, còn khi đốt peptit thì bằng tổng số cacbon trong cả phân tử peptit nhân với số mol peptit.
Hỏi: Có thể xác định số mắt xích của peptit từ số liệu đốt cháy không?
Đáp: Có. Bạn đốt cháy một lượng peptit, đo thể tích N₂ thu được để tìm số mol nitơ, rồi so sánh với số mol peptit để tìm số nguyên tử nitơ trong phân tử. Vì mỗi mắt xích amino acid đóng góp đúng một nguyên tử nitơ (với amino acid thường), số nguyên tử nitơ chính bằng số mắt xích k. Ví dụ đốt 0,1 mol peptit thu được 0,2 mol N₂ thì phân tử chứa 4 nguyên tử nitơ, tức là tetrapeptit.
Hỏi: Học bài này để làm gì trong các bài sau?
Đáp: Đốt cháy peptit là bài toán tổng hợp cao nhất của chương amino acid – peptit – protein, kết hợp cả kiến thức về cấu tạo peptit và phản ứng đốt cháy. Nắm chắc bài này, bạn sẽ giải được mọi bài toán đốt cháy hợp chất hữu cơ chứa nitơ trong đề thi. Nếu muốn ôn lại cách tính số mol kiềm khi thủy phân peptit, bạn hãy xem bài tính số mol OH⁻ trong thủy phân peptit.
Kết luận
Đốt cháy peptit gói gọn trong hai quy tắc đếm: nCO₂ = (tổng số C) × n(peptit) và nN₂ = (số N)/2 × n(peptit). Bạn hãy nhớ ba điều: viết đúng công thức phân tử của peptit bằng cách cộng các amino acid rồi trừ nước cho mỗi liên kết, đếm cacbon để tính CO₂ và đếm nitơ chia đôi để tính N₂, và thể tích mol khí ở điều kiện chuẩn bằng 24,79 lít. Làm xong 5 bài tập ở trên, bạn đã đủ tự tin để tính thể tích CO₂, N₂ hay xác định số mắt xích của peptit trong bất kì bài toán đốt cháy nào — và hiểu thêm vì sao một sợi dây chuyền amino acid khi cháy lại cho ra đúng lượng khí mà bạn có thể tính trước bằng phép đếm đơn giản.