Aurélie 15/11/06

 

CAPES physique chimie ( d'après concours interne 2002 ) acide a-aminé : nomenclature (RS) et (DL) ; acide base

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On rappelle la formule semi-développée d'un acide a-aminé.

  1. Quelles sont les différentes fonctions chimiques présentes dans la molécule d'un acide a-aminé ?
  2. L'alanine est l'acide a-aminé le plus simple présentant un carbone asymétrique. Ecrire sa formule semi-développée et écrire son nom en nomenclature systématique.
    - Représenter dans l'espace les différents isomères de l'alanine. Les nommer en utilisant la nomenclature (R S). Quelle relation stéréochimique y a t-il entre eux ?
    - En biochimie on préfère utiliser la notation de Fischer pour ces molécules. Représenter les différentes molécules d'alanine avec cette notation. Préciser la correspondance entre les nomenclature (L, D) et (R, S) pour l'alanine.
  3. Dans les protéine naturelle on rencontre la L-alanine. Après avoir rappelé la définition du mot lévogyre, préciser si l'on peut attribuer à cette molécule le caractère lévogyre.
  4. La glycine ( ou acide 2-aminoéthanoïque) se trouve essentiellement sous forme de zwitterion ou amphion H3N+-CH2-COO- noté AH(+ -). On lui associe deux constante d'acicité pKa1= 2,4 ( associé au groupe acide carboxilique) et pKa2= 9,7 ( associé au groupe amine).
    - Ecrire les équilibres acido-basiques faisant intervenir l'eau et l'amphion.
    - Proposer un diagramme de prédominance des espèces d'une solution aqueuse de glycine de concentration 0,10 mol/L ; calculer la valeur de ce pH.
  5. La glycine est dosée par l'hydroxyde de sodium en présence d'acide chlorhydrique. Le dosage est suivi par conductimétrie et par pHmétrie. L'acide chlorhydrique est en excès par rapport à la glycine.
    Dans un becher, on verse un volume V0=50,0 mL de solution de glycine à environ 0,1 mol/L et on ajoute un volume Va= 60,0 mL d'acide chlorhydrique de concentration ca=1,00 10-1 mol/L. On dose le mélange à l'aide d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration cb=1,00 mol/L et on trace les courbes pH=f(V) et g= f(V) où g représente la conductivité de la solution et V le volume d'hydroxyde de sodium versé.
    - Indiquer quelles sont les espèces majoritaires dans la solution acidifiée de glycine avant ajout de la solution d'hydroxyde de sodium.
    - Ecrire les équations des réactions qui se produisent si : 0<V<Vequi1 et si Vequi1<V<Vequi2.
    - Montrer que la détermination des deux points d'équivalence permet de retrouver la quantité d'acide chlorhydrique introduite et de déterminer la concentration de la solution aqueuse de glycine.
 


 corrigé

Les différentes fonctions chimiques présentes dans la molécule d'un acide a-aminé :

-COOH : acide carboxylique ; -NH2 : amine

alanine ou acide 2-aminopropanoïque :

le carbone asymétrique ( carbone tétragonal lié à 4 groupes différents ) est responsable de l'isomérie optique.

les deux énantiomères ne sont pas superposables à leur image dans un miroir ( molécule chirale)

numéroter de façon décroissante chacun des quatre substituants selon son numéro atomique.

NH2 (1) ; COOH (2) ; CH3 (3) ; H (4).

On place alors l'atome (ou le groupement) de numéro le plus élevé derrière.

On regarde dans quel sens, sens horaire ou trigonométrique, on passe du numéro 1, au 2, au 3.

- Si le sens de rotation est le sens horaire (ou anti-trigonométrique), le carbone est Rectus (R),

- Si le sens de rotation est le sens trigonométrique (ou anti-horaire), le carbone est Sinister (S).

Lévogyre :

qui a la propriété de faire dévier le plan de polarisation de la lumière polarisée dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. (vers la gauche)

Il n'existe pas de relation générale entre les configurations D et L d'une molécule et le signe (+) ou (-) de son pouvoir rotatoire. L'alanine naturelle appartient à la série L et est dextrogyre.

La glycine ( ou acide 2-aminoéthanoïque) se trouve essentiellement sous forme de zwitterion ou amphion H3N+-CH2-COO- noté AH(+ -). On lui associe deux constante d'acicité pKa1= 2,4 ( associé au groupe acide carboxilique) et pKa2= 9,7 ( associé au groupe amine).
Equilibres acido-basiques faisant intervenir l'eau et l'amphion :

H2C(NH3+) COOH / H2C (NH3+) COO- pKa1 = 2,4

H2C (NH3+) COO- / H2C (NH2) COO- pKa2 = 9,7.

HOOC-CH2-NH3+ + H2O = -OOC-CH2-NH3+ + H3O+ pKa1= 2,4
-OOC-CH2-NH3+ + H2O = -OOC-CH2-NH2 + H3O+ pKa2 = 9,7
Diagramme de prédominance des espèces d'une solution aqueuse de glycine de concentration 0,10 mol/L :

calcul de la valeur du pH :

On note AH+ : HOOC-CH2-NH3+ ; AH(+ -) noté A : -OOC-CH2-NH3+ ; A- : -OOC-CH2-NH2 et [H3O+] : h

AH+ + H2O = A+ H3O+ ; Ka1 = [A] h / [AH+] = 10-2,4 = 3,98 10-3.

A + H2O = A- + H3O+ ; Ka2 = [A-]h / [A]= 10-9,7 = 2 10-10

conservation A : [AH+]+[A]+[A-]=0,1 ; or A majoritaire dans l'eau : [A] voisin 0,1 mol/L

solution électriquement neutre : h+ [AH+] = [OH-]+[A-]

hypothèse : h et [OH-] négligeable devant [AH+] et [A-] alors [AH+] =[A-]

Ka1 * Ka2 = h²[A-] / [AH+] = 7,96 10-13

h²= 7,96 10-13 ; pH= 6,05.

si on calcule [AH+] et [A-] on trouve : [AH+] = [A] h/Ka1 = 0,1 * 10-6,05 / 3,98 10-3 = 2,24 10-5 alors que h= 7,8 10-7

[A-] =Ka2[A]/h= 2 10-10*0,1/ 10-6,05 = 2,24 10-5 ; hypothèse confirmée

La glycine est dosée par l'hydroxyde de sodium en présence d'acide chlorhydrique. Le dosage est suivi par conductimétrie et par pHmétrie. L'acide chlorhydrique est en excès par rapport à la glycine.
Dans un becher, on verse un volume V0=50,0 mL de solution de glycine à environ 0,1 mol/L et on ajoute un volume Va= 60,0 mL d'acide chlorhydrique de concentration ca=1,00 10-1 mol/L. On dose le mélange à l'aide d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration cb=1,00 mol/L et on trace les courbes pH=f(V) et g= f(V) où g représente la conductivité de la solution et V le volume d'hydroxyde de sodium versé.
Espèces majoritaires dans la solution acidifiée de glycine avant ajout de la solution d'hydroxyde de sodium :

les ions oxonium apportés par l'acide chlorhydrique réagissent avec l'amphion et donnent HOOC-CH2-NH3+ ;

l'acide chlorhydrique étant en excès il reste des ion oxonium.

espèces majoritaires : HOOC-CH2-NH3+ ; H3O+ ;
Equations des réactions qui se produisent si : 0<V<Vequi1

H3O+ + HO- = 2H2O

HOOC-CH2-NH3+ + HO- = H2C (NH3+) COO- + H2O

et si Vequi1<V<Vequi2 :

H2C (NH3+) COO- + HO- = H2C (NH2) COO- + H2O
Quantité d'acide chlorhydrique introduite et la concentration de la solution aqueuse de glycine :

à la première équivalence, ( dosage de l'acide chlorhydrique sous forme H3O+ et HOOC-CH2-NH3+ )

la quantité d'ion hydroxyde ajouté vaut : cbVéqui 1 = 1*6 10-3 = 6 10-3 mol.

6 10-3 = Vaca = n HCl

à la seconde équivalence ( dosage de la seconde acidité de la glycine): cb(Véqui 2 -Véqui 1 ) = 1(11-6) 10-3 = 5 10-3 mol.

  5 10-3 = V0c0 = 0,05 c0 d'où c0 = 0,1 mol/L.



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