Les dangers de l'alcool  : IR, RMN, dosage : bac S Amérique du Sud 2013

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On trouve dans un document publié par l'institut suisse de prévention de l'alcoolisme ( ISPA) les informations suivantes : Quand une personne onsomme de l'alcool, celui-ci commence immédiatement à passer dans le sang. Plus le passage de l'alcool dans le sang est rapide, plus le taux d'alcool dans le sang augmentera rapidement, et plus vite on sera ivre. L'alcool est éliminé en majeur partie par le foie.  Dans le foie, l'alcool est éliminé en deux étapes grâce à des enzymes.
Dans un premier temps l'alcool est transformé en éthanal par l'enzyme  alcool déshydrogénase ( ADH). L'éthanal est une substance très toxique, qui provoque des dégats dans l'ensemble de l'organisme. Il attaque les membranes cellulaires et cause des domages indirects en inhibant le système des enzymes. Dans un deuxième temps l'éthanal est métabolysé par l'enzyme acétaldehyde déshydrogénase ( ALDH).

Spectroscopie.
On se propose d'étudier la structure et les fonctions organiques de ces molécules par spectroscopie.
Représenter les formules semi-développées de l'éthanol et de l'éthanal.

Quel est le nom du groupe fonctionnel porté par l'éthanol ? A quelle famille appartient cette molécule ?
OH : groupe hydroy. L'éthanol est un alcool primaire.
Quel est le nom du groupe fonctionnel porté par l'éthanal ? A quelle famille appartient cette molécule ?
C=O groupe carbonyle. L'éthanal est un aldehyde.
Associer chaque spectre IR à la molécule correspondante en justifiant.





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On donne le spectre RMN de l'éthanol.
Associer aux trois massifs du spectre, les groupes de protons équivalents de l'éthanol.

Le massif de pics situé au déplacement chimique 1,25 ppm se présente sous forme d'un triplet.
Justifier cette multiplicité.
Les 3 protons équivalents du groupe méthyle CH3 sont couplés avec les n=2 protons équivalents du groupe CH2 : d'où la multiplicité du signal n+1 = 2+1 = 3.
Mécanisme de métabolisation des alcools.
La métabolisation des alcools implique leur oxydation en composés carbonylés. dans les systèmes biochimiques, l'éthanol est transformé en éthanal grâce à un oxydant noté NAD+. La réaction est catalysée par une enzyme appelée alcool-déshydrogénase. En substituant un atome d'hydrogène  par un atome de deutérium D, on peut mettre en évidence le rôle énantiosélectif de cette enzyme. En soumettant les deux énantiomères du 1-deutérioéthanol à l'action de l'enzyme, on a pu établir que l'oxydation biochimique était stéréospécifique, le NAD+ arrachant uniquement l'hydrogène marqué ci-dessous par une pointe de flèche noire.

D désigne l'isotope 21H de l'hydrogène.
Quel est le nom de la représentation chimique utilisée dans le mécanisme ci-dessus pour l'alcool ?
L'alcool est schématisé en représentation de Cram
Que représentent les traits pointillés et les traits épais ?
Les traits en pointillés représentent un liaison située derrière le plan de la figure. Les traits épais représente une liaison vers l'avant du plan de la feuille.
En vous basant sur cette représentation, développer complètement la molécule d'éthanol en faisant apparaître toutes les liaisons.

Quelle particularité stéréochimique possède le carbone porteur du deutérium dans la molécule de deutéroéthanol ? Comment nomme-t-on ce type de molécule ?
Ce carbone est lié à 4 atomes ou groupes d'atomes différents : il est dit " carbone asymétrique". Un molécule possèdant un atome de carbone asymétrique est chirale : elle existe sous forme de deux énantiomères, images l'un de l'autre dans un miroir.
L'éthanal obtenu par oxydation se présente-t-il sous la forme d'un mélange d'énantiomères ? Justifier.
Léthanal ne possède pas d'atome de carbone asymétrique et il possède un plan de symétrie : l'éthanal obtenu n'est pas chiral, ce n'est pas un mélange d'énantiomères.
La dégradation de l'éthanol dans l'organisme est une réaction catalysée.
Donner la définition d'un catalyseur. Quel type de catalyse est présentée ici ?
Un catalyseur est une espèce qui augmente la vitesse d'une transformation, sans figurer dans l'équation de la réaction et sans modifier la composition du système à l'état final.
La catalyse est enzymatique.





Dosage par spectrophotométrie de l'éthanol
On désigne par vins doux, un vin ou un apéritif à base de vin ne titrant pas plus de 18 degrés. On se propose de vérifier si un vin obéit à cette législation.
Le titre alcoométrique, exprimé en degrés, est égal au nombre de litres d'éthanol contenus dans 100 L de vin.
M(éthanol) = 46,0 g/mol ; µ(éthanol) =0,78 g/L.
Afin de procéder au contrôle, on réalise le titrage par spectrophotométrie du vin en suivant le protocole suivant :
Première étape : on recueille l'éthanol du vin par distillation.
Deuxième étape : l'éthanol est oxydé par NAD+ dans une réaction catalysée par une enzyme spécifique similaire à celle évoquée ci-dessus. La réaction produit de la nicotinamide-adénine-dinucléotide ( NADH) en quantité de matière égale à celle de l'éthanol dosé selon l'équation :
Ethanol + NAD+ ---> Ethanal +NADH + H+.
Troisième étape : la NADH absorbant dans le domaine UV, on mesure son absorbance par spectrophotométrie.
L'étalonnage du spectophotomètre avec différentes solutions d'éthanol permet de vérifier la loi de Beer-Lambert : A = kCm avec k = 1,6 10-3 L mg-1 et Cm la concentration massique d'éthanol dans l'échantillon.
Réalisation de la mesure : on distille 10 mL de vin ; le distillat est ensuite ajusté à 100 mL avec de l'eau distillée pour obtenir une solution S. On prépare l'échantillon à doser par spectrophotométrie en introduisant dans une fiole jaugée de 100 mL : 1 mL de solution S, le catalyseur, NAD+ en excès. On complète avec de l'eau distilée.
L'absorbance mesurée de cet échantillon est A0 = 0,15.
Déterminer Cm.
Cm = A0/k =0,15 / (
1,6 10-3) = 93,75 ~94 mg/L.
En tenant compte des deux dilutions successives, calculer les concentrations massiques en éthanol suivantes :
Cs dans la solution S : le facteur de dilution est égal à 100.
Cs = 100
Cm =9,4 g/L.
Cv dans le vin : le facteur de dilution est égal à 10.
Cv = 10
Cs =94 g/L.
Quelle est la valeur du titre alcoométrique exprimé en degré du vin ? Conclure.
Volume d'alcool correspondant :  Cv / µ =93,75 / 0,78 = 120,2 ~1,2 102  mL  = 0,12 L d'alcool par litre de vin ou  12 L d'alcool dans 100 L de vin ( 12 degrés).
Cette valeur étant inférieure à 18 degrès, il s'agit d'un vin doux.





  

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