La gomme arabique, bac S Centres étrangers 2020.

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La gomme arabique est collectée par écoulement à partir d’incisions effectuées dans les troncs d’arbres appartenant à la famille des acacias. Elle est utilisée dans l’industrie agroalimentaire comme émulsifiant et stabilisant sous la dénomination E414. La gomme arabique est principalement composée de polysaccharides, polymères constitués de plusieurs glucides liés entre eux par des liaisons covalentes.
Données :
- Masse molaire de l’acide méthanoïque : 46,0 g.mol-1
- Densité d’une solution d’acide méthanoïque à 20 % : 1,04
- Couples acide-base : H2O(l) / HO-(aq) ; H3O+(aq)/ H2O(l) ; HCO2H(aq) / HCO2-(aq)
1. Aspects microscopiques de l’hydrolyse de la gomme arabique.
La première étape de l’analyse de la gomme arabique consiste à décomposer les polysaccharides qui la constituent en glucides simples par hydrolyse. Il s’agit d’une transformation chimique dans laquelle une liaison covalente est modifiée par action d'une molécule d'eau.
Représentation de Cram des glucides simples présents après hydrolyse de la gomme :

1.1. Mécanisme de l’hydrolyse
La réaction d’hydrolyse d’un polysaccharide est proposée ci-dessous :

R- OH est un glucide.
1.1.1. À quelle catégorie appartient cette réaction ? Justifier.
Réaction de substitution : R est remplacé par H dans le polysacharide et R prend la place d'un hydrogène de l'eau.
1.1.2. Le mécanisme réactionnel de cette hydrolyse comporte quatre étapes.
Identifier le rôle des ions H+ dans l’hydrolyse de la gomme arabique. Justifier.
H+ est un catalyseur.
 Il intervient dans l'étape a et se trouve régénéré lors de l'étape d.
1.1.3. Identifier pour « l’étape a » du mécanisme réactionnel le site donneur et le site accepteur mis en jeu. Justifier.
Représenter la flèche courbe rendant compte de cette étape.

1.2. L’arabinose
1.2.1. Entourer les groupes caractéristiques de la molécule d’arabinose représentée et nommer les familles de fonction associées.

1.2.2. Justifier l’existence d’un couple d’énantiomères pour l’arabinose. Représenter l’énantiomère manquant.
L'existence de trois atomes de carbone asymétriques conduit à l'existence de plusieurs couples d'énantiomères.

1.2.3. Indiquer s’il est possible de distinguer le rhamnose, le galactose et l’arabinose par spectroscopie infrarouge ou de RMN du proton d’échantillons purs. Justifier.
La distinction par spectroscopie infrarouge est impossible : tous les trois possèdent une fonction aldehyde et trois fonctions alcool.
En spectroscopie RMN du proton :
Seul le rhamnose possède un groupe CH3 ( multiplicité = 2 et intégration = 3). On pourra le distinguer du galactose et de l'arabinose.

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2. Protocole d’hydrolyse de la gomme arabique
L’hydrolyse de la gomme arabique est réalisée en présence d’acide méthanoïque. Pour étudier l’influence de l’acide méthanoïque sur la réaction
d’hydrolyse, on réalise plusieurs mélanges en introduisant une quantité identique de gomme arabique et un même volume de solution aqueuse d’acide méthanoïque mais de pourcentage massique en acide méthanoïque différent.
L’ensemble est chauffé à reflux durant 5 h. L’analyse des mélanges réactionnels s’effectue par chromatographie sur couche mince (CCM).
Le tableau synthétique suivant présente les conditions expérimentales, les résultats des chromatographies ainsi que leurs interprétations.

n° du prorocole
% massique acide méthanoïque
Aspect du mélange final
Résultats CCM
interprétations
1
40 %
légèrement trouble, incolore
taches secondaires, traînées
hydrolyse complète, dégradation des sucres
2
30 %
limpide, légèrement jaune
taches nettes et quelques taches secondaires
hydrolyse complète,
légère dégradation
3
25 %
limpide, clair
taches nettes
hydrolyse complète,
pas de dégradation
4
20 %
légèrement trouble, incolore taches un peu moins nettes
hydrolyse incomplète.
D’après « application de la chromatographie sur couche mince à l’analyse des gommes et des bois tropicaux » par J.Doat
2.1. Écrire la formule semi-développée de l’acide méthanoïque.

2.2. Citer un avantage de l’utilisation d’un chauffage à reflux.
La température est un facteur cinétique ; Ce chauffage accélère la réaction en évitant les pertes de matière : les vapeurs se condensent dans le réfrigérant à eau et  retombent dans le milieu réactionnel.
2.3. Quels sont les dépôts à réaliser sur la ligne de dépôt de la plaque de CCM pour pouvoir interpréter les résultats ? Justifier.
Produit issu de l'hydrolyse de la gomme ; arabinose ( étalon), galactose ( étalon) et rhamnose ( étalon).
2.4. Choisir le protocole le plus adapté pour effectuer l’hydrolyse de la gomme arabique. Justifier.
L'hydrolyse doit être complète en évitant la dégradation des sucres : protocole n°3.
3. Analyse quantitative en arabinose du résultat de l’hydrolyse de la gomme arabique.
On prélève un échantillon de volume égal à 2 mL du mélange réactionnel obtenu après hydrolyse de la gomme arabique. Cet échantillon contient de l’arabinose à une concentration de l’ordre de 3,5 x 10-2 g.L-1.
On ajoute à cet échantillon 5 mL d’acide sulfurique et 0,05 mL de phénol. Ce dernier forme un complexe coloré orange exclusivement avec l’arabinose. Les quantités utilisées sont telles que l’arabinose est en défaut par rapport au phénol.
On dispose par ailleurs d’une solution étalon d’arabinose à 1,0 x 10-1 g.L-1.
Proposer un protocole expérimental détaillé, notamment la fabrication de la gamme étalon, permettant de déterminer la concentration en arabinose dans l’échantillon étudié.
Numéroter 6 tubes à essais de 0 à 5.
Introduire dans les 5 premiers tubes à essais 0, 0,5, 1, 2, 3, 4 mL de solution étalon, 5 mL d’acide sulfurique et 0,05 mL de phénol.
Dans le tube n°6, introduire 2 mL de mélange réactionnel, 5 mL d’acide sulfurique et 0,05 mL de phénol.
Compléter chaque tube à 10 mL avec de l'eau distillée.
Laisser la coloration se développer.
Tubes
0 ( témoins )
1
2
3
4
Volume solution étalon (mL)
0
0,5
1
2
3
Réactif ( mL)
5 mL d’acide sulfurique et 0,05 mL de phénol.
Concentration arabinose( mg/L)
0,000
100 *0,5 / 10
=5
100*1/10
=10
100*2/10
=20
100*3/10
=30

Le complexe étant coloré en orange, la solution présente un maximum d'absorption dans le cyan ( 480 nm) couleur complémentaire de l'orange.
Mesurer l'absorbance de chaque solution à la longueur d'onde de 480 nm.
Tracer la courbe absorbance = f( concentration en arabinose). Celle-ci permet de trouver la concentration en arabinose du mélange réactionnel.

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