Exercices

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Synthèse peptidique au laboratoire

✔ RAI/ANA : Justifier un protocole

Les chimistes sont capables de reconstituer en laboratoire les familles de longues chaînes biologiques indispensables au fonctionnement de la cellule. Pour cela, ils réalisent des enchaînements d’acides aminés à l’aide d’une réaction nommée synthèse peptidique dont l’équation générale est donnée ci-dessous :


1. Préciser le nombre de dipeptides différents pouvant être obtenus par cette réaction.


Un dipeptide obtenu est nommé à partir de l’abréviation des deux acides aminés ayant permis de l’obtenir.

2. Écrire l’équation de la synthèse du dipeptide Leu-Ile en indiquant les groupes à protéger pour obtenir ce seul dipeptide.


3. Expliquer en quelques lignes pourquoi réaliser au laboratoire la synthèse d’une protéine (de plus de 50 acides aminés) reste un défi industriel.


■ Des acides aminés

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Nylon 6-6

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours


Le nylon 6‑6 est le produit de la réaction de polycondensation entre l’hexane-1,6-diamine et l’acide hexanedioïque.
1. Cette polymérisation est une polycondensation. Déterminer quelle petite molécule est éliminée lors de la réaction.


2. Justifier la dénomination 6‑6 de ce nylon.


3. Calculer la masse molaire du motif du polymère.


Au laboratoire, le dichlorure d’hexanedioyle est utilisé à la place de l’acide. Pour cela, 10 mL d’une solution de dichlorure d’hexanedioyle en solution à 5 % en masse sont versés avec précaution dans un bécher contenant du dichlorométhane.

La solution aqueuse d’hexane‑1,6‑diamine est ensuite versée le long d’un agitateur en verre. Il se forme deux phases.

On rajoute quelques gouttes de phénolphtaléine. À l’aide d’un crochet, on tire une fibre que l’on enroule autour d’un agitateur. Un fil rose est obtenu, lavé à l’eau, puis mis à l’étuve.


4. Expliquer pourquoi les deux solutions ne sont pas miscibles et justifier l’ordre dans lequel sont versées les deux solutions.


5. Expliquer la couleur du fil de nylon.

Données

• Zone de virage de la phénolphtaléine : $\text{pH}\in \text{[8,2 ; 10,0]}$
• Couleurs de la phénolphtaléine : incolore sous sa forme acide, rose sous sa forme basique.

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Vanilline, une molécule polyfonctionnelle

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

La vanilline est une molécule polyfonctionnelle qui présente un grand intérêt en synthèse organique.

1. Préciser les groupes caractéristiques présents dans la molécule de vanilline.


2. Indiquer la catégorie à laquelle appartient chacune des réactions de synthèse conduisant aux molécules (4) et (5) du doc. ci‑dessous


3. Indiquer si la réaction conduisant à l’acide vanillique constitue une modification de chaîne ou de groupe caractéristique.


Une élève souhaite réaliser la synthèse de l’acide vanillique (3) à partir de la vanilline. Elle n’est pas sûre que l’oxydant ${\text{Ag}}_6\text{O}$ soit sélectif et craint d’oxyder les deux fonctions alcool et aldéhyde lors de cette étape.

4. Détailler la stratégie à mettre en place pour s’assurer de n’oxyder que la fonction aldéhyde.


Protéger une fonction alcool est possible en la transformant en une fonction ester. Pour cela, l’alcool est mis à réagir avec un acide carboxylique. Déprotéger une fonction alcool lorsqu’elle a été estérifiée consiste à l’hydrolyser en milieu acide.

5. Écrire l’équation de la réaction de l’éthanol avec l’acide méthanoïque conduisant au méthanoate d’éthyle et préciser le nom de la seconde molécule produite lors de cette estérification.

➜ Fiche méthode 14

6. Proposer une suite de réactions permettant de synthétiser l’acide vanillique à partir de la vanilline.


■ Vanilline, intermédiaire de synthèse

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Synthèse de l’ocytocine

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement



L’ocytocine est un polypeptide constitué à partir de neuf acides $\alpha$‑aminés.
Sa formule est la suivante :
${\text{H}}_2\text{N}-\text{Cys}-\text{Tyr}-\text{Ile}-\text{Gln}-\text{Asn}-\text{Cys}-\text{Pro}-\text{Leu}-\text{Gly}-\text{COOH}$

1. Rechercher sur Internet la formule générale d’un acide $\alpha$-aminé.


2. Lors de la synthèse d’un dipeptide à partir de deux acides $\alpha$-aminés, préciser la problématique rencontrée par le chimiste et la stratégie à mettre en place pour ne synthétiser que le dipeptide recherché.

La première étape de la synthèse consiste au couplage de deux premiers acides $\alpha$-aminés, à savoir la leucine et la glycine, pour former le dipeptide Leu $-$ Gly.

3. Proposer la stratégie à adopter pour effectuer la suite de la synthèse en précisant le nombre d’étapes à prévoir pour ne synthétiser que l’ocytocine.


4. Dans le corps humain, la synthèse de l’ocytocine se fait en un nombre d’étapes bien plus faible. Proposer une explication.

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Voies de synthèse de l’ibuprofène

✔ Voies de synthèse de l’ibuprofène



Dans les années 1960, les laboratoires Boots développent la molécule d’ibuprofène de formule brute ${\text{C}}_{13}{\text{H}}_{18}{\text{O}}_2$ et proposent une voie de synthèse en six étapes. Dans les années 1990, la société BHC met au point un procédé reposant sur les principes de la chimie verte.
La nouvelle voie de synthèse ne met en jeu que trois étapes. Ainsi, la quantité de sous-produits est considérablement réduite, de plus l’unique sous-produit formé est valorisé.

1. L’étape 1 des procédés Boots et BHC est identique. Il y a formation du composé représenté sur le doc. 1, et d’acide éthanoïque, non représenté. Préciser le type de réaction.


2. Le procédé BHC utilise les espèces $\text{Ni}$ et \text{Pd} (qui ne sont pas des réactifs). Préciser leur rôle.


3. Préciser la catégorie de réactions de l’étape 5 du procédé Boots.


4. L’économie d’atomes du procédé des laboratoires Boots est $E{A}_1=0,40$. On montre que l’économie d’atomes $E{A}_2$ du procédé de la société BHC vaut environ $77\%$. Conclure.


5. Faire l’inventaire des raisons pour lesquelles le procédé BHC s’insère dans les principes de la chimie verte.


Procédés Boots et BHC

Détails des étapes 2 à 6 du procédés Boots

Donnée

• Expression de l’économie d’atomes :
  $EA=\frac{{\sum }_{\text{i}}{\text{a}}_{\text{i}}\cdot {\text{M}}_{\text{i}}}{{\sum }_{\text{j}}{\text{b}}_{\text{j}}\cdot {\text{M}}_{\text{j}}}$
  
  $EA$ : économie d'atomes ${\text{a}}_{\text{i}}$ : coefficients stœchiométriques des produits désirés ${\text{M}}_{\text{i}}$ : masses molaires des produits désirés (g⋅mol-1) ${\text{b}}_{\text{j}}$ : coefficients stœchiométriques des réactifs ${\text{M}}_{\text{j}}$ : masses molaires des réactifs (g⋅mol-1)

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Plusieurs voies de synthèse du phénol

✔ RAI/ANA : Choisir un protocole


Le phénol, de formule brute ${\text{C}}_6{\text{H}}_5\text{OH}$, est un composé d’une grande importance dans l’industrie chimique, car il est l’un des intermédiaires de nombreuses réactions comme celle de la synthèse de l’aspirine par exemple.



1. Préciser la valeur maximale de l’économie d’atomes $EA$ pouvant être atteinte. Justifier simplement.


2. Écrire l’équation-bilan qui modélise la synthèse du phénol pour chacun de deux procédés proposés dans les doc. 1, 2 et 3.


3. Calculer la valeur de l’économie d’atomes dans le cas de la mise en oeuvre du procédé n° 2.


4. Préciser quelles informations sont nécessaires pour indiquer lequel des deux procédés semble le plus respectueux des principes de la chimie verte.

Données

• Masses molaires atomiques :
  $M\text{(C)}=12,0$ g⋅mol^-1, $M\text{(O)}=16,0$ g⋅mol^-1 et $M\text{(H)}=1,0$ g⋅mol^-1

Économie d’atomes

Procédé n° 1 mis en œuvre par la firme Mitsubishi Chemical

Procédé n° 2 dit au cumène

A

Changement de couleur lors d’une polymérisation

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

En milieu basique, deux aldéhydes peuvent réagir ensemble suivant la réaction :


1. Justifier que cette réaction permet de synthétiser des polymères.


2. De quel type de polymérisation s’agit‑il ?


3. Représenter le polymère obtenu à l’aide de la notation ${\text{ () }}_n$.

4. Représenter la formule topologique de ce polymère pour $n=4$.

5. Les doubles liaisons double $\mathrm{C}=\mathrm{C}$ dans ce polymère sont‑elles toutes conjuguées ?


6. Justifier les observations expérimentales lorsque l’on verse de la soude concentrée dans l’éthanal.


Liaisons doubles conjuguées


Liaisons conjuguées et absorption de la lumière