Номер 175, страница 185 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.175. При нагревании природного дипептида с концентрированной соляной кислотой образовались два продукта; массовая доля хлора в одном из них составила 22,54%. При реакции этого же дипептида с разбавленной соляной кислотой образовался продукт, в котором массовая доля хлора равна 15,54%. Установите аминокислотный состав дипептида, напишите для него две возможные структурные формулы.

Дано:

Массовая доля хлора в продукте гидролиза $\omega_1(\text{Cl}) = 22,54\% = 0,2254$

Массовая доля хлора в продукте реакции с разбавленной кислотой $\omega_2(\text{Cl}) = 15,54\% = 0,1554$

Найти:

Аминокислотный состав дипептида и его две возможные структурные формулы.

Решение:

1. При нагревании дипептида с концентрированной соляной кислотой происходит полный кислотный гидролиз пептидной связи. В результате образуются гидрохлориды входящих в состав дипептида аминокислот. Пусть дипептид состоит из аминокислот АК1 и АК2. Продукты реакции — это $[\text{H}_3\text{N}^+\text{-CHR}_1\text{-COOH}]\text{Cl}^-$ и $[\text{H}_3\text{N}^+\text{-CHR}_2\text{-COOH}]\text{Cl}^-$.

Массовая доля хлора в гидрохлориде одной из аминокислот (пусть это будет АК1) составляет 22,54%. Исходя из формулы массовой доли, найдем молярную массу гидрохлорида этой аминокислоты:

$\omega_1(\text{Cl}) = \frac{M_r(\text{Cl})}{M_r(\text{АК1} \cdot \text{HCl})}$

$M_r(\text{АК1} \cdot \text{HCl}) = \frac{M_r(\text{Cl})}{\omega_1(\text{Cl})} = \frac{35,5}{0,2254} \approx 157,5$ г/моль

Теперь вычислим молярную массу самой аминокислоты АК1:

$M_r(\text{АК1}) = M_r(\text{АК1} \cdot \text{HCl}) - M_r(\text{HCl}) = 157,5 - 36,5 = 121$ г/моль

Среди 20 стандартных природных аминокислот молярную массу 121 г/моль имеет цистеин ($\text{C}_3\text{H}_7\text{NO}_2\text{S}$).

$M_r(\text{Cys}) = 3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 + 2 \cdot 16 + 32 = 121$ г/моль.

Таким образом, одна из аминокислот в составе дипептида — цистеин.

2. При реакции дипептида с разбавленной соляной кислотой (в мягких условиях, без нагревания) гидролиза пептидной связи не происходит. Вместо этого кислота реагирует с наиболее основной группой в молекуле дипептида — свободной N-концевой аминогруппой, образуя гидрохлорид дипептида.

Массовая доля хлора в этом продукте равна 15,54%. Найдем молярную массу гидрохлорида дипептида:

$\omega_2(\text{Cl}) = \frac{M_r(\text{Cl})}{M_r(\text{Дипептид} \cdot \text{HCl})}$

$M_r(\text{Дипептид} \cdot \text{HCl}) = \frac{M_r(\text{Cl})}{\omega_2(\text{Cl})} = \frac{35,5}{0,1554} \approx 228,5$ г/моль

Вычислим молярную массу самого дипептида:

$M_r(\text{Дипептид}) = M_r(\text{Дипептид} \cdot \text{HCl}) - M_r(\text{HCl}) = 228,5 - 36,5 = 192$ г/моль

Молярная масса дипептида образуется из суммы молярных масс составляющих его аминокислот за вычетом молярной массы молекулы воды, которая отщепляется при образовании пептидной связи:

$M_r(\text{Дипептид}) = M_r(\text{АК1}) + M_r(\text{АК2}) - M_r(\text{H}_2\text{O})$

Подставим известные значения, где АК1 — цистеин:

$192 = 121 + M_r(\text{АК2}) - 18$

$M_r(\text{АК2}) = 192 - 121 + 18 = 89$ г/моль

Среди природных аминокислот такую молярную массу имеет аланин ($\text{C}_3\text{H}_7\text{NO}_2$).

$M_r(\text{Ala}) = 3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 + 2 \cdot 16 = 89$ г/моль.

Следовательно, вторая аминокислота — аланин.

3. Таким образом, дипептид состоит из остатков аланина и цистеина. Существуют две возможные структурные формулы, соответствующие двум разным последовательностям соединения аминокислот:

Аланилцистеин (Ала-Цис), где N-концевой аминокислотой является аланин:

$\text{H}_2\text{N-CH(CH}_3\text{)-CO-NH-CH(CH}_2\text{SH)-COOH}$

Цистеинилаланин (Цис-Ала), где N-концевой аминокислотой является цистеин:

$\text{H}_2\text{N-CH(CH}_2\text{SH)-CO-NH-CH(CH}_3\text{)-COOH}$

Ответ:

Аминокислотный состав дипептида: аланин и цистеин.

Две возможные структурные формулы дипептида:

1. Аланилцистеин (Ала-Цис): $\text{H}_2\text{N-CH(CH}_3\text{)-CO-NH-CH(CH}_2\text{SH)-COOH}$

2. Цистеинилаланин (Цис-Ала): $\text{H}_2\text{N-CH(CH}_2\text{SH)-CO-NH-CH(CH}_3\text{)-COOH}$