Денисова В.Г. Решение заданий занятия № 6.

Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
Решение заданий занятия № 6.
Задачи на вывод формул биоорганических молекул
Задача 1. При полном гидролизе образца природного жира массой 32 г образовалась смесь
четырех продуктов реакции общей массой 34,16 г. Такой же образец жира при полном гидрировании
превращается в другой жир, полный гидролиз которого дает всего два продукта. Установите
структуру исходного жира. (1999 г)
Решение: При гидролизе жира получается смесь трех кислот и глицерин – это четыре
продукта. Разница масс продуктов и исходного жира приходится на воду.
1) Найдем массу воды и ее количество: m = 34,16 – 32= 2,16 г; υ = 2,16 /18 = 0,12 моль
2) Количество жира (в соответствии с уравнением) в 3 раза меньше, чем воды, и равно 0,04 моль
3) Молярная масса жира 32/0,04 = 800 г/моль
4) Определим молярную массу, приходящуюся на три радикала 800 – (44∙3+41) = 627 г/моль
5) Так как после гидрирования жира получается предельный жир, дающий при гидролизе только 2
продукта, в составе кислотных остатков, входивших в первый жир, было одинаковое число атомов
углерода.
Для определения числа атомов углерода в радикалах трех кислот разделим 627 на 14 (М группы СН2)
627:14 = 44,79. Разделим на 3 ≈ 15
Рассчитаем число атомов водорода в трех радикалах: 627 – 15∙3∙12 = 87
87 = 31 + 29+ 27
Ответ: исходный жир содержал остатки кислот: С15Н31СООН, С15Н29СООН и С15Н27СООН кислот.
Самой распространенной ошибкой при решении этой задачи было то, что, заканчивая
решение задачи, участники мастер-класса уже не помнили условия – при гидролизе исходного жира
получено четыре продукта, и в качестве ответа писали только одну кислоту - С15Н29СООН.
Задача 2. При нагревании 18 г кислородсодержащего природного вещества Х с избытком
аммиачного раствора оксида серебра, получено 32,4 г осадка. При сжигании некоторого количества
Х потребовался объем кислорода, равный объему выделившегося при этом углекислого газа.
Определите молекулярную формулу Х, приведите структурную формулу, удовлетворяющую
условию.
Решение:
1) Найдем n(Ag) =32,4/108 =0,3 моль. Вещество Х содержало одну альдегидную группу:
RCHO +2[Ag(NH3)2]OH → RCOОNH4 + H2O + 2Ag + 3NH3
n(X) = 1/2n(Ag) = 0,15моль.
2)M(Х) =18/0,15 = 120 г/моль
3) Запишем уравнение реакции горения Х, выразив его формулу как СхНуОz
СхНуОz + ((2х+0,5у-z)/2) О2 → хСО2 + 0,5уН2О
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
4) По условию(2х+0,5у-z)/2 = х
Выразим из этого уравнения у: у = 2z
5) Выразим молярную массу Х: 12х + у + 16z = 120, отсюда у = 120 – 12х – 16z
6) Приравняем у: 2z = 120 – 12х – 16z и выразим х через z:
х = (120 – 18z)/12
z=0, x=10,y=0 – нет решения
z=1, x=8, 5– нет решения
z=2, x=7,y=4 – С7Н4О2не хватает водорода
z=3, x=5,5 – нет решения
z=4, x=4,y=8 – С4Н8О4 искомая формула
Так как вещество содержит альдегидную группу и имеет природное происхождение, это углевод–
альдотетроза, например, эритроза:
С этой задачей справились почти все.
Задача 3. Установите строение природной аминокислоты, если известно, что в результате
реакции этой кислоты с этиловым спиртом образуется соединение, молярная масса которого на
18,54% больше молярной массы исходной аминокислоты.(2011 г)
Решение
1) Запишем уравнение реакции в общем виде:
NH2-(CHR)-COOH + C2H5OH → NH2-(CHR)-COOC2H5 + H2O
2) Выразим молярные массы аминокислоты и сложного эфира (102 + R)
М(аминокислоты) = (74 + R)
М (сложного эфира) = (102 + R)
3) Исходя из условия, что молярная масса сложного эфира на 18,54% больше молярной массы
исходной аминокислоты, можно составить пропорцию
(74 + R)
–
100%
(102 + R) - (74 + R)
–
18,54%
Решаем
(74 + R) ∙ 18,54 = (102 + R -74- R) ∙100
1371,96 +18,54R = 2800
18,54R = 1428,04
R= 77 Это радикал фенил.
Такой аминокислоты в составе белков нет (фенилглицин), она используется в синтезе красителя
индиго.
Если при решении правильно определена молярная масса радикала, то задача засчитывалась
полностью. Многие пытались подобрать самую близкую по молярной массе аминокислоту (молярная
масса аминокислоты равна 74+77=151), что близко к метионину. Это ответ также зачитывался как
правильный.
С этой задачей также справились почти все.
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
Задача 4. Установите строение трипептида, если известно, что число атомов углерода в нем в 2,8
раза больше числа атомов азота и в 3,5 раза больше числа атомов кислорода, при его частичном
гидролизе образуются два изомерных дипептида, а для полного гидролиза 1 моль этого трипептида
требуется 3 моль гидроксида калия.(2011 г)
Решение:
Запишем формулу трипептида, исходя из того, что при его гидролизе образуются 2 изомерных
дипептида (концевые аминокислоты одинаковые):
NH2-(CHR1)-CO NH-(CHR2)-CO NH-(CHR1)-COOH
На гидролиз 1 моль трипептида затрачивается 2 моль щелочи + 1 моль – на нейтрализацию
концевой карбоксильной группы, итого 3 моль. Следовательно, дополнительно карбоксильных групп
или фенольной гидроксильной группы в трипептиде не содержалось.
Предположим, что атомов азота в трипептиде было 3, тогда атомов углерода 3∙2,8 = 8,4, а это не
соответствует условию, т.к. число не является целым.
Предположим, что атомов азота в трипептиде было 4 (в одной аминокислоте была вторая
аминогруппа), тогда атомов углерода 4∙2,8 = 11,2, а это не соответствует условию, т.к. число не
является целым.
Предположим, что атомов азота в трипептиде было 5, тогда атомов углерода 5∙2,8 = 14, а атомов
кислорода 14 : 3,5 = 4
В известной части трипептида (см. общую формулу) содержится 6 атомов углерода и 4 атома
кислорода, следовательно, в искомых аминокислотах в радикалах должно оказаться 8 атомов
углерода и 2 атома азота. Пользуясь таблицей аминокислот, определим R1 – он может содержать
аминогруппу, это может быть лизин. При этом радикал аминокислоты лизин содержит 4 углерода.
Если трипептид содержит 2 остатка лизина, то на среднюю амнокислоту углеродов не остается,
следовательно, это глицин.
Ответ: лизилглициллизин или Lys–Gly–Lys
NH2-CH-CO-NH-СН2-CO -NH- CH - COOH
(СН2)4NH2
(СН2)4NH2
При решении этой задачи многие забыли, что при гидролизе трипептида образуется два изомерных
дипептида, а это значит, что в трипептид входили 2 одинаковые концевые кислоты. Некоторые
неверно рассчитали число атомов углерода, кислорода и азота. С этой задачей не справилось 15
участников мастер-класса.
Задача 5. При частичном гидролизе пептида «А», имеющего молярную массу 369 г/моль и
содержащего 11,4% азота по массе, получено два пептида «В» и «С». Образец пептида «В» массой
0,624 г может при нагревании вступить в реакцию с 9,43 мл 2,33% раствора гидроксида калия с
плотностью 1,02 г/мл. Образец пептида «С» массой 0,888 г полностью реагирует при нагревании с
17,2 мл 0,465 М раствора соляной кислоты. Установите структуру пептида «А».
Решение: 1) Определим число атомов азота в пептиде «А». 14n = 369 ∙ 0,114; n = 3.
Следовательно, А – трипептид, а В и С – дипептиды
2) Определим количество KOH; υ = ρVω /M= 1,02٠9,43٠0,0233/56 = 0,004 моль
На гидролиз дипептида затрачивается 2 моль щелочи, следовательно, количество дипептида В
0,002 моль, а его молярная масса 0,624:0,002 = 312 г/моль
3) Определим количество НCl; υ =VC = 0,0172 ∙0,465 = 0,008 моль
На гидролиз дипептида затрачивается 2 моль кислоты, следовательно, количество дипептида
С 0,04 моль, а его молярная масса 0,888:0,004 = 222 г/моль
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
4) Добавляя молярную массу воды к молярным массам пептидов, получим суммы молярных
масс аминокислот Х, У и Z, входивших в пептиды.
M(X+Y+Z) = 369 + 36 = 405;
M(X+Y) = 312 +18 = 330;
M(Y+Z) = 222 + 18 = 240; выразим X и Z из 2-го и 3-го уравнений и подставим в первое. У =
165 – это фенилаланин, тогда Х = 330 – 165 = 165, тоже фенилаланин, Z = 240 – 165 = 75 – глицин
Ответ: фен-фен-гли или гли-фен-фен
При решении этой задачи треть участников мастер-класса допустили следующую ошибку: в качестве
ответа привели трипептид фен-гли-фен. Этот трипептид дает 2 изомерных дипептида с одинаковой
молярной массой, а по условию, молярная масса дипептидов разная. Подобную ошибку допустили
18 человек.
Задача 6. При обработке продуктов гидролиза 3,63 г нуклеотида, содержащего 19,28% азота по
массе, избытком известковой воды, выпало 1,55 г осадка. Установите структурную формулу
нуклеотида.(2006 г)
Решение: 1) При гидролизе нуклеотида образуется углевод, азотистое основание и фосфорная
кислота, которая и дает осадок с избытком известковой воды:
3Ca(OH)2 + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6H2O
Определим количество фосфата кальция: 1,55 : 310 = 0,005 моль
Количество кислоты в 2 раза больше – 0,01 моль
2) Количество нуклеотида 0,01моль, тогда его молярная масса 3,63 : 0,01 = 363 г/моль
3) Определим число атомов азота в нуклеотиде 14 n = 363 ∙ 0,1928 = 5. 5 атомов азота содержится в
аденине и гуанине.
4) Подберем формулу нуклеотида.
М(нуклеотида) = М(H3PO4) + М(углевода) + М(азотистого основания) – 2М (Н2О)
Предположим, азотистое основание – аденин:
363 = 98 + 135 + М(углевода) – 36
М(углевода) = 166 г/моль – решения нет
Предположим, азотистое основание – гуанин:
363 = 98 + 151 + М(углевода) – 36
М(углевода) = 150 г/моль – это рибоза
Ответ: рибогуанозинфосфат
С этой задачей справилось большинство участников мастер-класса.