Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne Chapitre n° 10 : LES GLUCIDES I) Généralités : 1) Importance des glucides : Les glucides sont des composés naturels, ils constituent l'infrastructure des végétaux. Les glucides jouent un rôle dans le stockage de l'énergie. Les glucides constituent un élément fondamental de l'alimentation. Les glucides sont des composés polyfonctionnels qui ont pour formule globale Cn(H2O)n, d'où le nom d'hydrates de carbones. 2) Classification des glucides : Parmi les glucides, on peut distinguer : - Les oses sont des composés de formule brute (CH2O)n, ils comportent 1 groupe carbonyle (C == O) et n − 1 groupes fonctionnels alcool. On classe les oses selon deux critères : * le nombre d'atomes de carbones, par exemple : 3 carbones = triose ; 7 C : heptose. * la nature du groupe carbonyle, il peut constituer un groupe fonctionnel aldéhyde (aldose) ou un groupe fonctionnel cétone (cétose). On fait une combinaison de ces deux critères : exemple : aldohexose (glucose), cétohexose (fructose) - Les osides sont des molécules qui résultent de l'association de plusieurs molécules d'oses avec éventuellement une substance non glucidique. On va avoir : * Les hétérosides résultent de la condensation de plusieurs molécules d'oses avec une fraction non glucidique appelé aglycone. * Les holosides dans lesquels on trouve : + Les oligosides qui sont constitués de l'association de deux à 10 molécules d'oses. + Les polyosides qui sont constitués de l'association de plus de 10 molécules d'oses. En résumé : glucides oses aldoses osides cétoses holosides oligosides hétérosides polyosides II) Les oses ou monosaccharides : 1) Présentation générales : Les sucres, ou monosaccharides, ou oses sont formés de molécules de petites tailles, élément des glucides qui eux sont formés de molécules de grandes tailles. Chaque carbone asymétrique dans une molécule organique est un centre de chiralité. Toute molécule qui possède n carbones asymétriques peut avoir 2n formes isomères qui sont 2 à 2 énantiomères. On peut inverser la configuration absolue d'un carbone, il faut pour cela rompre des liaisons et interchanger au moins deux substituants, la molécule ainsi formée n'est plus superposable à la précédente. Dans une molécule à plusieurs carbones asymétriques, il faut inverser la configuration absolue de TOUS les carbones asymétriques pour avoir l'énantiomère. Une substance chirale est douée d'activité optique et fait tourner le plan de polarisation d'une lumière polarisée qui la traverse une substance chirale possèdent un pouvoir rotatoire. Ecole Européenne de Francfort Page 143 Les glucides Lorsque le plan de la lumière polarisée tournera vers la droite, on dira que la molécule est dextrogyre (d), alors que dans le cas contraire (vers la gauche) elle sera lévogyre (l). Le pouvoir rotatoire d’une molécule chirale est une propriété physique caractéristique de celle-ci au même titre que son point de fusion, son point d’ébullition et sa densité. De plus, si une molécule possède un pouvoir dextrogyre, son énantiomère possédera un pouvoir rotatoire de même valeur, mais de sens contraire. Lorsque deux énantiomères sont présents dans une solution, le pouvoir rotatoire de celle-ci est la somme des pouvoirs rotatoires des espèces présentes. Si les deux énantiomères sont présents à quantité égale, la rotation imposée par l’un des composés sera annulée par le second, et aucune activité optique ne sera observée. De tels mélanges sont appelés mélanges racémiques. L’appareil utilisé pour mesurer le pouvoir rotatoire s’appelle un polarimètre. Exemple : - glucides naturels dextrogyres : glucose, saccharose. - glucides naturels lévogyres : lévulose, fructose. 2) Représentation des sucres, convention de Fischer : La fonction aldéhyde est placée en haut de la ligne verticale, le CH2OH terminal, en bas. Pour tous les oses, la position du OH du (n − 1)ème carbone permet de définir la nomenclature selon Fischer : D si cet OH est à droite de la ligne verticale, et L s’il est à gauche. Remarque : Pour les oses, dans la représentation de Fischer, les carbones asymétriques sont R si OH est à droite, et S si OH est à gauche de cette ligne verticale. Exemple : Le glycéraldéhyde : c’est le plus simple des oses. Un seul carbone asymétrique : deux énantiomères, R et S, représentés en Fischer de la manière suivante : D-glycéraldéhyde R L-glycéraldéhyde (R)-2,3-dihydroxypropanal S (S)-2,3-dihydroxypropanal 3) Le glucose : Le glucose est un glucide naturel composant le sucre des fruits (raisin). C'est un aldohexose, un monosaccharide formé de 6 carbones et d'un groupe fonctionnel aldéhyde, de formule : C6H12O6 ou O == CH ─ CHOH ─ CHOH ─ CHOH ─ CHOH ─ CH2OH La molécule de glucose est formée de 1 groupe fonctionnel alcool primaire, 4 groupes fonctionnels alcool secondaire et 1 groupe fonctionnel aldéhyde. La molécule de glucose possède 4 carbones asymétriques, il existe donc 16 isomères. Page 144 Christian BOUVIER Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne Le glucose naturel est le D-glucose ou (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal : ou (OH du C n° 5 est à droite) représentation de Fischer Le mannose et le galactose sont isomères (pas énantiomères) du D-glucose (naturel) : D-glucose (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal D-mannose (2S,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal D-galactose (2R,3S,4S,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal Dans la nature, en solution aqueuse, les sucres se trouvent plutôt sous une forme cyclique. Dans le cas du glucose de formule brute C6H12O6, la forme cyclique est présente à 99,8 %. La libre rotation autour des liaisons C ─ C permet à la molécule de se replier sur elle-même : la forme cyclique résulte de l'ouverture de la double liaison du groupe carbonyle (C == O) du carbone n° 1 et de l'attaque nucléophile de l'oxygène du groupe hydroxyle ( ─ OH) du carbone n° 5 sur le carbone n° 1 : ← → ← → représentation topologique Les numéros des atomes de carbone sont ceux de la forme linéaire selon Fischer. Ecole Européenne de Francfort Page 145 Les glucides Le carbone n° 5 a perdu son groupe hydroxyle alors que le groupe hydroxyle qui s'est formé sur le carbone n° 1 est nouveau ! Il existe donc deux possibilités pour ce nouveau groupe hydroxyle qui conduisent à deux molécules cycliques épimères : le α-D-glucose et le β-D-glucose. α-D-glucose ou Le groupe hydroxyle ( ─ OH) du carbone n° 1 est en position axiale pour le α-D-glucose. La nomenclature du glucose cyclique passe par l'identification d'un hétérocycle à 6 éléments dont l'un est un atome d'oxygène (portant le n° 1), c'est un cycle "pyrane" ; D'où le nom du αD-glucose : (2S,3R,4S,5S,6R)-6-hydroxyméthyl-2,3,4,5-tétrahydropyran-2,3,4,5-tétrol β-D-glucose ou Le groupe hydroxyle ( ─ OH) du carbone n° 1 est en position équatoriale pour le β-D-glucose. (2R,3R,4S,5S,6R)-6-hydroxyméthyl-2,3,4,5-tétrahydropyran-2,3,4,5-tétrol En solution aqueuse de glucose naturel, ils sont présents en équilibre : 36,4 % de la forme α, 64,4 % de la forme β et 0,2 % de la forme ouverte. 4) Le fructose : Le fructose naturel se trouve dans le miel par exemple. Le fructose est un cétohexose donc un monosaccharide formé de 6 atomes de carbone et d'un groupe fonctionnel cétone, de formule : C6H12O6 ou CH2OH ─ CHO ─ CHOH ─ CHOH ─ CHOH ─ CH2OH Le fructose est isomère de constitution de fonction du glucose. La molécule de fructose est formée de 2 groupes fonctionnels alcool primaire, 3 groupes fonctionnels alcool secondaire et 1 groupe fonctionnel cétone. La molécule de fructose possède 3 carbones asymétriques, il existe donc 8 énantiomères. Page 146 Christian BOUVIER Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne Le fructose naturel est le D-fructose ou (3S,4R,5R)-1,3,4,5,6-pentahydroxyhexan-2-one : ou (OH du C n° 5 est à droite) représentation de Fischer Le fructose prédomine aussi sous forme cyclique. Il existe un cycle à 6 chaînons (comme dans le cas du glucose) qui résulte de l'ouverture de la double liaison du groupe carbonyle (C == O) du carbone n° 2 et de l'attaque nucléophile de l'oxygène du groupe hydroxyle ( ─ OH) du carbone n° 6 sur le carbone n° 2 : ← → Dans de nombreux polysaccharides, le fructose est présent sous forme d'un cycle à 5 chaînons, provenant de la réaction de l'hydroxyle du carbone n° 5 sur le carbonyle en position 2 : ← → 5) Le ribose : Les pentoses (comme les riboses) sont les porteurs de l'information génétique dans les acides nucléiques. On peut distinguer : β-D-désoxyribose D-ribose Ecole Européenne de Francfort Page 147 Les glucides 6) Réactivité : a) Oxydation totale : Identique à une combustion totale, l'oxydation totale peut avoir lieu, en milieu naturel, en présence d’organismes vivants (levures) : C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O b) Oxydation ménagée : Nous avons vu que les aldéhydes étaient oxydés en acides carboxyliques, par le tartrate cuivrique ou Liqueur de Fehling et le nitrate d'argent ammoniacal ou réactif de Tollens. Le glucose présente les propriétés réductrices des aldéhydes. Le glucose réduit le réactif de Tollens (nitrate d’argent ammoniacal) : R ─ CHO + 2 Ag(NH3)2+ + 2 OH− → R ─ COOH + H2O + 2 Ag + 4 NH3 Le glucose réduit la liqueur de Fehling : 2+ R ─ CHO + 2 Cu + 5 OH− → R ─ COO− + 3 H2O + Cu2O c) Réduction : La réduction du glucose est réalisable par les réducteurs habituels des aldéhydes, (H2) qui donnent le sorbitol avec deux fonctions alcools primaires. On nomme alditols les dérivés des aldoses ou cétoses ne portant que des groupes alcool. Le sorbitol est l'alditol du glucose : d) Fermentation : La fermentation alcoolique a lieu en présence de levures : C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 La fermentation lactique a lieu en présence de ferments lactiques : C6H12O6 → 2 CH3 ─ CHOH ─ COOH III) Les disaccharides (oligosides) : 1) Généralités : Les disaccharides résultent de la condensation de deux monosaccharides dans leur forme cyclique avec élimination d'une molécule d'eau. 2) Le saccharose : C'est le disaccharide le plus important. C'est le sucre domestique produit à partir de la canne à sucre ou de la betterave. Une molécule de saccharose résulte de la condensation d'un hydroxyle du carbone n° 1 d'une molécule de glucose avec un hydroxyle du carbone n° 2 d'une molécule de fructose avec élimination d'une molécule d'eau : La réaction inverse de cette formation est l'hydrolyse qui se produit facilement en milieu acide. L'équilibre est atteint lentement à froid. Page 148 Christian BOUVIER ↑ || || ↓ Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne A plus de 200 °C, le saccharose se décompose progressivement : "caramélisation". Le saccharose ne subit pas la fermentation, pour cela, il doit d'abord être hydrolysé par des bactéries (par exemple). 3) Le maltose : C'est un dimère du glucose que l'on trouve dans le malt de l'orge et qui est utilisé en brasserie. Le maltose résulte de la condensation d'un hydroxyle du carbone n° 1 d'une molécule avec un hydroxyle du carbone n° 4 d'une deuxième molécule avec élimination d'eau : ↑ || || ↓ IV) Les polysaccharides (polyosides) : 1) Généralités : Les polysaccharides proviennent de la polycondensation des monosaccharides. Dans les plantes, les monosaccharides sont produits par la synthèse chlorophyllienne suivant le schéma : 6 CO2 + 6 H2O + énergie → C6H12O6 + 6 O2 Mis à part l'eau, les polysaccharides constituent 90 % de la matière organique vivante. Les polysaccharides servent de : - produits de réserve énergétique : amidon, glycogène ... - produits de soutient structurel : cellulose, chitine ... - matière première pour la synthèse des lipides et des protides. 2) L'amidon : a) Structure : C'est une molécule fondamentale pour l'alimentation humaine (blé, riz, maïs, pomme de terre, manioc, igname ...) L'amidon est constitué par des chaînes contenant entre 200 et 300 cycles de glucose reliés par des ponts glucoside 1 − 4 successifs, semblables à ceux du maltose. La chaîne principale s'enroule en spirale dont les spires consécutives sont liées par des ponts hydrogène : la molécule forme un tube. b) Le glycogène : La structure du glycogène est comparable à celle de l'amidon, mais en plus, des cycles relient des chaînes voisines par des ponts glycosides en positions 1 - 6. c) Propriétés : - L'amidon est soluble dans l'eau chaude ou froide. Des molécules d'eau peuvent s'introduire dans les canaux de la spirale, on obtient ainsi une solution plus ou moins visqueuse : un colloïde. Ecole Européenne de Francfort Page 149 Les glucides Ces colloïdes ont de nombreuses applications : pâte à pain, purée de pomme de terre, colle à tapisserie ... - En milieu acide, l'hydrolyse de l'amylose donne le maltose. - L'iode peut s'introduire dans les canaux de l'amidon et donner des complexes qui donnent à la solution une coloration bleue. Cette propriété est utilisée comme méthode d'identification de la présence d'iode. 3) La cellulose : a) Structure : La cellulose est constituée d'un enchaînement de plus de 1000 cycles ─ C6H10O5 ─ . La cellulose provient de la condensation de β-glucose par établissement de ponts glucoside entre les groupes hydroxyle des atomes de carbone 1 et 4. Comme les groupes hydroxyle sont de part et d'autre du cycle, les cycles sont renversés : C'est le constituant de la paroi des cellules végétales. Le coton, comme le papier filtre, est constitué de 98 % de cellulose. Le bois et la paille en contiennent 50 %. Son hydrolyse fournit du glucose. L'homme ne peut l'assimiler, mais les ruminants y arrivent par voie enzymatique. La cellulose est très utilisée sous forme de coton, papier sans grande transformation de sa structure. b) Propriétés : L'hydrolyse est beaucoup plus difficile que celle de l'amidon. Seules certaines bactéries, champignons, insectes, possèdent l'enzyme (cellulase) indispensable. Certains herbivores (ruminants) ont dans leur flore digestive, les bactéries indispensables. c) Applications : - Le papier : les fibrilles de la lignine sont séparées par traitement par l'hydrogénosulfite de sodium (NaHSO3), filtrées, mélangées à des agents collants puis laminées en papier. - Les fibres artificielles : la rayonne (soie artificielle). La cellulose est dissoute dans un solvant convenable ; on obtient de la viscose, de l'acétate de cellulose ... - La nitrocellulose (fulmicoton) : par estérification des hydroxyles avec l'acide nitrique concentré, on obtient le trinitrate de cellulose qui subit une combustion totale très vive et qui est utilisé comme poudre d'arme à feu. Page 150 Christian BOUVIER Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne A RETENIR I) Généralités : 1) Importance des glucides : Les glucides sont des composés naturels, ils constituent l'infrastructure des végétaux. Les glucides jouent un rôle dans le stockage de l'énergie. Les glucides constituent un élément fondamental de l'alimentation. Les glucides sont des composés polyfonctionnels qui ont pour formule globale Cn(H2O)n. 2) Classification des glucides : Parmi les glucides, on peut distinguer : glucides oses aldoses osides cétoses holosides oligosides hétérosides polyosides II) Les oses ou monosaccharides : 1) Présentation générales : Les sucres, ou monosaccharides, ou oses sont formés de molécules de petites tailles, élément des glucides qui eux sont formés de molécules de grandes tailles. Toute molécule qui possède n carbones asymétriques peut avoir 2n formes isomères qui sont 2 à 2 énantiomères. Dans une molécule à plusieurs carbones asymétriques, il faut inverser la configuration absolue de TOUS les carbones asymétriques pour avoir l'énantiomère. Si les deux énantiomères sont présents à quantité égale le mélange est racémique. Exemple : - glucides naturels dextrogyres : glucose, saccharose. - glucides naturels lévogyres : lévulose, fructose. 2) Représentation des sucres, convention de Fischer : La fonction aldéhyde est placée en haut de la ligne verticale, le CH2OH terminal, en bas. Pour tous les oses, la position du OH du (n − 1)ème carbone permet de définir la nomenclature selon Fischer : D si cet OH est à droite de la ligne verticale, et L s’il est à gauche. Remarque : Pour les oses, dans la représentation de Fischer, les carbones asymétriques sont R si OH est à droite, et S si OH est à gauche de cette ligne verticale. Exemple : Le glycéraldéhyde : c’est le plus simple des oses. Un seul carbone asymétrique : deux énantiomères, R et S, représentés en Fischer de la manière suivante : D-glycéraldéhyde R (R)-2,3-dihydroxypropanal L-glycéraldéhyde S (S)-2,3-dihydroxypropanal Ecole Européenne de Francfort Page 151 Les glucides 3) Le glucose : Le glucose est un glucide naturel composant le sucre des fruits (raisin). C'est un aldohexose, un monosaccharide formé de 6 carbones et d'un groupe fonctionnel aldéhyde, de formule : C6H12O6 ou O == CH ─ CHOH ─ CHOH ─ CHOH ─ CHOH ─ CH2OH La molécule de glucose est formée de 1 groupe fonctionnel alcool primaire, 4 groupes fonctionnels alcool secondaire et 1 groupe fonctionnel aldéhyde. La molécule de glucose possède 4 carbones asymétriques, il existe donc 16 isomères. Le mannose et le galactose sont isomères (pas énantiomères) du D-glucose (naturel) : D-glucose (2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal D-mannose (2S,3S,4R,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal D-galactose (2R,3S,4S,5R)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal Dans la nature, en solution aqueuse, les sucres se trouvent plutôt sous une forme cyclique. Dans le cas du glucose de formule brute C6H12O6, la forme cyclique est présente à 99,8 %. ← → ← → représentation topologique Les numéros des atomes de carbone sont ceux de la forme linéaire selon Fischer. 4) Le fructose : Le fructose naturel se trouve dans le miel par exemple. Le fructose est un cétohexose, de formule : C6H12O6 ou CH2OH ─ CHO ─ CHOH ─ CHOH ─ CHOH ─ CH2OH La molécule de fructose est formée de 2 groupes fonctionnels alcool primaire, 3 groupes fonctionnels alcool secondaire et 1 groupe fonctionnel cétone. La molécule de fructose possède 3 carbones asymétriques, il existe donc 8 énantiomères. Le fructose naturel est le D-fructose ou (3S,4R,5R)-1,3,4,5,6-pentahydroxyhexan-2-one : Le fructose prédomine aussi sous forme cyclique. Il existe un cycle à 6 chaînons (comme dans le cas du glucose) ← → Page 152 Christian BOUVIER Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne Dans de nombreux polysaccharides, le fructose est présent sous forme d'un cycle à 5 chaînons, provenant de la réaction de l'hydroxyle du carbone n° 5 sur le carbonyle en position 2 : ← → 5) Le ribose : Les pentoses (comme les riboses) sont les porteurs de l'information génétique dans les acides nucléiques. On peut distinguer : D-ribose β-D-désoxyribose 6) Réactivité : a) Oxydation totale : Identique à une combustion totale : C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O b) Oxydation ménagée : Le glucose réduit le réactif de Tollens (nitrate d’argent ammoniacal) : R ─ CHO + 2 Ag(NH3)2+ + 2 OH− → R ─ COOH + H2O + 2 Ag + 4 NH3 Le glucose réduit la liqueur de Fehling : R ─ CHO + 2 Cu2+ + 5 OH− → R ─ COO− + 3 H2O + Cu2O c) Réduction : La réduction du glucose donne le sorbitol avec deux fonctions alcools primaires. On nomme alditols les dérivés des aldoses ou cétoses ne portant que des groupes alcool. Le sorbitol est l'alditol du glucose : d) Fermentation : La fermentation alcoolique a lieu en présence de levures : C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 La fermentation lactique a lieu en présence de ferments lactiques : C6H12O6 → 2 CH3 ─ CHOH ─ COOH III) Les disaccharides (oligosides) : Le saccharose : C'est le disaccharide le plus important. C'est le sucre domestique produit à partir de la canne à sucre ou de la betterave. Une molécule de saccharose résulte de la condensation d'une molécule de glucose avec molécule de fructose avec élimination d'une molécule d'eau. Ecole Européenne de Francfort Page 153 Les glucides A plus de 200 °C, le saccharose se décompose progressivement : "caramélisation". Le saccharose ne subit pas la fermentation, pour cela, il doit d'abord être hydrolysé. Le maltose : C'est un dimère du glucose que l'on trouve dans le malt de l'orge et qui est utilisé en brasserie. Le maltose résulte de la condensation de deux molécules de glucose et élimination d'eau. IV) Les polysaccharides (polyosides) : 1) Généralités : Dans les plantes, les monosaccharides sont produits par la synthèse chlorophyllienne suivant le schéma : 6 CO2 + 6 H2O + énergie → C6H12O6 + 6 O2 Les polysaccharides servent de : - produits de réserve énergétique : amidon, glycogène ... - produits de soutient structurel : cellulose, chitine ... - matière première pour la synthèse des lipides et des protides. 2) L'amidon : C'est une molécule fondamentale pour l'alimentation humaine (blé, riz, maïs, pomme de terre, manioc, igname ...) L'amidon est constitué par des chaînes contenant entre 200 et 300 cycles de glucose reliés par des ponts glucoside, semblables à ceux du maltose. La structure du glycogène est comparable à celle de l'amidon, mais en plus, des cycles relient des chaînes voisines par des ponts glycosides en positions 1 - 6. - L'amidon est soluble dans l'eau chaude ou froide. On obtient un colloïde - En milieu acide, l'hydrolyse de l'amylose donne le maltose. - L'iode peut donner, avec l'amidon, des complexes qui colorent la solution en bleue. 3) La cellulose : La cellulose est constituée d'un enchaînement de plus de 1000 cycles ─ C6H10O5 ─ . La cellulose provient de la condensation de β-glucose. C'est le constituant de la paroi des cellules végétales. Le coton, comme le papier filtre, est constitué de 98 % de cellulose. Le bois et la paille en contiennent 50 %. L'homme ne peut l'assimiler, mais les ruminants y arrivent par voie enzymatique. L'hydrolyse est beaucoup plus difficile que celle de l'amidon. Seules certaines bactéries, champignons, insectes, possèdent l'enzyme (cellulase) indispensable. Certains herbivores (ruminants) ont dans leur flore digestive, les bactéries indispensables. Page 154 Christian BOUVIER Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne POUR S'ENTRAÎNER I) Taux de glycémie Le glucose a pour formule semi-développée CH2OH – (CHOH)4 – CHO a) Le glucose est un sucre réducteur, car il s'oxyde facilement grâce au groupe fonctionnel qu'il possède en bout de chaîne. Quel est le nom de cette fonction du glucose ? En quelle autre fonction s'oxyde-t-elle ? b) Quels sont les autres groupes fonctionnels du glucose ? c) On peut doser quantitativement ce sucre par la liqueur de Fehling qui contient du cuivre au degré d’oxydation +II (Cu+II on écrira Cu2+). Ecrire les deux demi-équations puis l’équation bilan de la réaction sachant qu’il se forme de l’oxyde de cuivre (Cu2O) et de l’acide gluconique (CH2OH – (CHOH)4 – COOH). d) On appelle taux de glycémie la masse de glucose par litre de sang. Chez l’homme, ce taux doit être inférieur ou égal à 1,0 g.L−1. Quelle serait la masse d’oxyde de cuivre (I) obtenue à partir de 0,5 L de plasma sanguin contenant ce taux limite de 1,0 g.L−1 ? On donne : MH = 1 g.mol−1; MC = 12 g.mol−1; MO = 16 g.mol−1; MCu = 63,5 g.mol−1. II) Stéréochimie de quelques oses. On appelle "ose" un groupe de molécules organiques appartenant à la famille des glucides appelés aussi "hydrates de carbone" car de formule générale Cn(H2O)n. a) Le plus simple des oses est le 2,3-hydroxypropanal (ou glycéraldéhyde). i. Donner la formule semi-développée du glycéraldéhyde. ii. Cette molécule est-elle chirale ? Pourquoi ? iii. Si oui représenter les deux énantiomères de cette molécule. b) Le non scientifique du sucre utilisé en cuisine est le saccharose. Le saccharose s’hydrolyse en milieu acide en fructose et en glucose, dont les formules sont : Fructose : HO – CH2 – CHOH – CHOH – CHOH – CO – CH2OH Glucose : HO – CH2 – CHOH – CHOH – CHOH – CHOH – CHO i. Donner les formules brutes de ces deux oses. ii. Sachant que l’hydrolyse du saccharose (A) peut s’écrire : H3 O + A + H2O → B + C saccharose glucose fructose donner la formule brute du saccharose. iii. Les molécules de glucose et de fructose possèdent-elles des atomes de carbone asymétriques ? Lesquels ? iv. Reconnaître les fonctions (groupes fonctionnels) présentes dans chacune de ces molécules. v. On effectue un test à la liqueur de Fehling avec le glucose et le fructose. - Donner la formule des ions complexes présents dans la liqueur de Fehling. - Dire pour chaque ose si le test est positif ou négatif. Justifier. vi. On numérote les atomes de carbone de la molécule de glucose de la façon suivante : HO – CH2 – CHOH – CHOH – CHOH – CHOH – CHO (6) (5) (4) (3) (2) (1) - En utilisant la représentation de Newman, représenter la molécule de glucose vue par un observateur placé le long de l’axe C(2) – C(3), dans sa conformation la plus stable. - Quelle est la différence entre conformation et configuration ? Ecole Européenne de Francfort Page 155 Les glucides III) Dosage des sucres dans un jus d’orange. Le glucose et le saccharose sont les principaux sucres contenus dans le jus d’orange. On dose les sucres d’un jus d’orange en suivant un protocole expérimental à plusieurs étapes. Etape 1 - On verse 10,0 mL de jus d’orange dans une fiole jaugée de 50 mL et on complète avec de l’eau distillée. On obtient une solution S. On prélève ensuite, à la pipette jaugée, 20,0 mL de solution S que l’on verse dans un bécher puis on ajoute 15,0 mL d’une solution de diiode de concentration molaire 5.10−2 mol.L−1 puis 5 mL environ de solution phosphatée pour fixer le pH vers 12. On laisse ensuite reposer 30 minutes. Etape 2 - On ajoute au milieu réactionnel précédent 8 mL d’acide chlorhydrique de concentration molaire 2 mol.L−1. On dose ensuite, en milieu acide, le diode en excès par une solution de thiosulfate de sodium de concentration molaire 10−1 mol.L−1, en présence d’empois d’amidon. Le volume de thiosulfate versé à l’équivalence est Ve1 = 13,2 mL. Etape 3 - On prélève à la pipette jaugée 10,0 mL de jus d’orange que l’on verse ensuite dans un bécher ; on ajoute 5 mL d’acide chlorhydrique à 2 mol.L−1 et on chauffe le mélange à ébullition pendant 20 minutes. Puis on refroidit la solution, on ajuste le pH à 6 à l’aide d’une solution de soude à 2 mol.L−1, en utilisant un papier pH. On verse ensuite l’ensemble dans une fiole jaugée de 50 mL puis on ajuste avec de l’eau distillée. Soit S’ la solution obtenue. Etape 4 - On prélève dans un bécher 10,0 mL de la solution S’ à l’aide d’une pipette jaugée, puis 15,0 mL de diiode à 0,05 mol.L−1 et 5 mL environ de solution phosphatée. On laisse reposer le tout 30 minutes. On ajoute ensuite 8 mL d’acide chlorhydrique à 2 mol.L−1. On dose l’excès de diiode par la solution de thiosulfate de sodium comme pour l’étape 2. Le volume de thiosulfate versé à l’équivalence est Ve2 = 11,2 mL. a) Sachant que le glucose peut-être oxydé en milieu basique en ion gluconate et que le saccharose s’hydrolyse en milieu acide en fructose (non oxydé par le diiode) et en glucose, donner le principe de ces expériences et nommer les différentes étapes. b) i. Quel sont les couples redox mis en jeu dans ces différentes étapes. ii. Pour chaque couple écrire la demi-équation électronique correspondante. iii. En déduire l’équation-bilan de la réaction qui se produit dans l’étape 1 et du dosage de l’étape 2. c) i. Calculer la quantité de "glucose libre" dosé dans l’étape 2. ii. En déduire la quantité de glucose présent dans les 10 mL de jus d’orange. d) i. Calculer la quantité de "glucose total" dosé dans l’étape 4. ii. En déduire la quantité de "glucose total" présent dans les 10 mL de jus d’orange. Potentiels d’oxydoréduction à pH = 12 : - ion gluconate/glucose : E0 = − 0,95 V - diiode/ion iodure : E0 = 0,54 V - S4O62−/S2O32− : E0 = 0,09 V Page 156 Christian BOUVIER
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