Papirkromatografi, dipeptid og metylester av alanin

Del 2, alle hjelpemidler

Papirkromatografi, dipeptid og metylester av alanin

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Papirkromatografi er en egnet metode for å finne ut hvilke aminosyrer peptider består av.

Første trinn i en slik analyse er å spalte peptider til aminosyrer. En metode for å spalte peptider er å bruke enzymer.

Hjelpemiddelkrav: For hånd
  • Hvilken funksjon har enzymer i denne prosessen?
  • Forklar hvilken type organisk reaksjon spalting av peptider er.

Figur 1 viser de to aminosyrene treonin og alanin.

Strukturformler for treonin og alanin
Figur 1: Strukturformler for treonin og alanin
Hjelpemiddelkrav: For hånd
  • Tegn et dipeptid som består av alanin og treonin.
  • Marker eventuelle kirale karbonatomer i dipeptidet med stjerne.

Metylesteren til aminosyrer blir mye brukt i synteser med aminosyrer.

Alanin (89,10 g/mol) og metanol (32,04 g/mol) reagerer til metylesteren til alanin (103,12 g/mol) og vann
Figur 2: Alanin (89,10 g/mol) og metanol (32,04 g/mol) reagerer til metylesteren til alanin (103,12 g/mol) og vann

I et eksperiment reagerte 8,91 g alanin med 79,2 g metanol, se figur 2. Utbyttet av esteren i denne reaksjonen var 8,81 g.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Beregn utbyttet i prosent av teoretisk mulig.

Løpemiddelet ved papirkromatografi kan bestå av et organisk løsemiddel, syre og vann. Vann absorberes til papiret, som er polart. Det er polaritet og ladning til ulike aminosyrer som gjør at de kan separeres ved kromatografi.

I et eksperiment besto løpemiddelet av propanol, vann og etansyre i blandingsforholdet 8:1:1.

Kromatogrammet ble til slutt sprayet med et fargestoff for å framkalle flekkene.

Det ble gjennomført et eksperiment med tre ulike aminosyrer:

  • glutaminsyre
  • leucin
  • serin
Papirkromatogram før og etter framkalling, med aminosyre 1 lavest og aminosyre 3 høyest
Figur 3: Papirkromatogram før og etter framkalling, med aminosyre 1 lavest og aminosyre 3 høyest
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Forklar hvilken aminosyre som er 1, 2 og 3, se figur 3.

Figur 4 viser zwitterionet til alanin.

Strukturformel for zwitterionet til alanin
Figur 4: Strukturformel for zwitterionet til alanin
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Lag en skisse av 1H-NMR-spekteret til denne forbindelsen. Dette må være med i skissen:

  • rimelige verdier for kjemisk skift
  • splitting/finstruktur (hydrogen på nitrogen forårsaker ikke splitting)
  • relative areal/integral (marker arealene med tall som er riktige i forhold til hverandre)
Fasit

Enzymer er katalysatorer som senker aktiveringsenergien, så peptidbindingene spaltes raskt. Spaltingen er en hydrolyse.

Ala–Thr (eller Thr–Ala) med peptidbinding –CO–NH– og tre kirale C-atomer, se strukturformelen.

85,4%

1: glutaminsyre, 2: serin, 3: leucin. Jo mer polar sidekjede, desto kortere vandrer aminosyren.

CH3: dublett ved ca. 1,5 ppm (areal 3), CH: kvartett ved ca. 3,8 ppm (areal 1), NH3+: singlett ved ca. 8 ppm (areal 3).

LøsningsforslagKI-generert

Enzymer er biologiske katalysatorer. De senker aktiveringsenergien, slik at peptidbindingene spaltes raskt ved kroppstemperatur. Enzymet blir ikke brukt opp.

Spalting av peptider er en hydrolyse. Et vannmolekyl reagerer med peptidbindingen, og bindingen mellom C og N brytes. OH fra vannet bindes til karbonylkarbonet, og H bindes til N-atomet:

R–CO–NH–R′+H2O→R–COOH+H2N–R′

Hydrolysen er den omvendte reaksjonen av kondensasjonen som danner peptidbindingen.

Karboksylgruppen i alanin reagerer med aminogruppen i treonin. Ett vannmolekyl spaltes av, og det dannes en peptidbinding. Dipeptidet er Ala–Thr:

CH3–CH(NH2)–CO–NH–CH(CHOH–CH3)–COOH

Strukturformel for dipeptidet Ala–Thr med de kirale karbonatomene merket med stjerne

Et karbonatom er kiralt når det har fire ulike grupper bundet til seg. Dipeptidet har tre kirale C-atomer:

  • α-karbonet i alanin: H, CH3, NH2 og resten av peptidet.
  • α-karbonet i treonin: H, COOH, NH i peptidbindingen og sidekjeden.
  • Karbonatomet med OH-gruppen i treonin: H, OH, CH3 og resten av peptidet.

De andre C-atomene er CH3-grupper eller karbonylkarbon, og de er ikke kirale.

Rekkefølgen Thr–Ala er også riktig. Den har også tre kirale C-atomer. Dipeptidet kan også tegnes som zwitterion.

Reaksjonslikningen viser at 1 mol alanin reagerer med 1 mol metanol og gir 1 mol ester.

n(alanin)=8,91 g89,10 g/mol=0,1000 moln(metanol)=79,2 g32,04 g/mol=2,47 mol

Metanol er i stort overskudd, så alanin er begrensende reaktant. Teoretisk kan det dannes 0,1000 mol ester:

mteoretisk=0,1000 mol⋅103,12 g/mol=10,31 g
utbytte=8,81 g10,31 g⋅100%=85,4%

Vannet i papiret er den stasjonære fasen, og den er polar. Løpemiddelet er for det meste propanol og er mindre polart. En polar eller ladd aminosyre bindes sterkt til vannet i papiret og vandrer kort. En mindre polar aminosyre løser seg bedre i løpemiddelet og vandrer lenger.

Alle tre har amino- og karboksylgruppe på α-karbonet. Forskjellen ligger i sidekjeden:

  • Glutaminsyre har sidekjeden –CH2–CH2–COOH. Glutaminsyre har altså to polare COOH-grupper. De gir flere hydrogenbindinger til den polare stasjonære fasen. Glutaminsyre vandrer kortest og er aminosyre 1.
  • Serin har sidekjeden –CH2–OH. OH-gruppen er polar og danner hydrogenbindinger. Serin er aminosyre 2.
  • Leucin har den upolare sidekjeden –CH2–CH(CH3)2. Leucin løser seg best i løpemiddelet, vandrer lengst og er aminosyre 3.

Glutaminsyre og serin har ganske lik polaritet, så flekkene deres ligger nær hverandre.

Zwitterionet CH3–CH(NH3+)–COO− har tre grupper av ekvivalente H-atomer. Spekteret får derfor tre signaler. Splittingen følger n+1-regelen.

  • CH3 (3 H): Nabokarbonet har 1 H, så signalet blir en dublett. Skiftet er ca. 1,5 ppm. Det er litt høyere enn 0,9–1,0 ppm i vedlegget, fordi nabokarbonet er bundet til NH3+ og COO−.
  • CH (1 H): Nabokarbonet har 3 H, så signalet blir en kvartett. H på N gir ikke splitting. C-atomet er bundet til både NH3+ og COO−, som trekker elektroner. Det gir høyt skift, ca. 3,8 ppm.
  • NH3+ (3 H): Ingen splitting, så signalet blir en singlett. Den positive ladningen på N gir lite skjerming og høyt skift, ca. 8 ppm.

De relative arealene er CH3:CH:NH3+=3:1:3.

Skisse av 1H-NMR-spekteret til zwitterionet av alanin

Løst i D2O byttes H på N ut med D, og NH3+-signalet forsvinner. Oppgaven ber om å ta med H på N, så signalet er med i skissen.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i kjemi. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 V2020. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt