TD : Etude des glucides
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TD : Etude des polysaccharides Les réactions photosynthétiques suivies de transformations biosynthétiques diverses et complexes génèrent chaque année approximativement 170 milliards de tonnes de molécules et macromolécules glucidiques (glucose, fructose, saccharose, amidon, cellulose, pectines, hémicelluloses, inuline, alginates, chitine, lactose...), ainsi que les triglycérides et des terpènes... À peine 3 % de cette biomasse est mise à profit par les êtres humains, essentiellement à des fins alimentaires. Voici des exemples de macromolécules issues de végétaux, d’animaux et d’algues dont on cherche à valoriser l’utilisation : la Cellulose est un composant structural majeur de la paroi des cellules végétales. Elle est également présente dans le bois. A ce titre elle représente 50% de la masse de matière vivante dans la biosphère. C'est de loin le biopolymère le plus abondant sur terre. la Chitine (3C-2), probablement le second composé organique le plus abondant sur terre après la cellulose, est l'homoglycane constitutif de l'exosquelette des insectes et des crustacés. l’amidon composé de maltose, présent dans la pomme de terre, la banane : les alginates issus des algues noires : Toutes ces molécules ont en commun un enchaînement de cycles provenant de petites molécules appelées oses. Olympiades de chimie 2008/2009 – Académie de Clermont-Ferrand – Stéphanie Mortier 1 I. Etude des oses Le plus simple des glucides (ou oses) est le glycéraldéhyde (ou 2,3-dihydroxypropanal) de formule : CHO-CHOH-CH2OH On peut représenter cette molécule : suivant la représentation de Cram : ou CHO HO 1. CHO CHO C H suivant la projection de Fischer : H OH H OH CH2 OH CH2OH CH2OH Encadrez les différentes fonctions chimiques présentes dans cette molécule, nommez-les en précisant la classe des alcools. 2. Pourquoi le glycéraldéhyde fait-il partie de la famille des trioses ? et des aldoses ? 3. Montrez que le glycéraldéhyde possède un carbone asymétrique. Quand le groupement fonctionnel alcool porté par le carbone asymétrique le plus éloigné de la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) est à droite sur la projection de Fischer, la molécule est appelée Dglycéraldéhyde ; dans le cas où ce groupement fonctionnel alcool est à gauche, il est appelé Lglycéraldéhyde. 4. Certains glucides ont un goût sucré ; c’est le cas du D-glucose dont la projection de Fischer est : CHO H a) Donnez la formule brute du glucose. b) Repérez les carbones asymétriques. OH HO H H OH H OH c) Le glucose est fabriqué par les plantes ; quel est le nom de ce phénomène ? Donnez l’équation chimique de la réaction de synthèse du glucose par les plantes. CH2OH 5. Dans la famille des cétoses, il y a le fructose ; qu’est ce qu’un cétose ? Le fructose dérive du glucose, donnez la représentation de Fischer du D-fructose. Olympiades de chimie 2008/2009 – Académie de Clermont-Ferrand – Stéphanie Mortier 2 II. Etude de la mutarotation de certains oses Les hexoaldoses ne se trouvent pas dans la nature sous forme linéaire comme le propose Fischer ; il existe un équilibre entre deux structures cycliques appelées pyranoses ; ce phénomène est appelé mutarotation. Exemple du D-glucose : Cette forme cyclique provient d’une réaction chimique entre la fonction aldéhyde et une des fonctions alcool ( réaction d’hémiacétalisation ) dont l’équation chimique est : R1 R1 C O + 1. C R2OH H OR2 OH H Dans la forme linéaire du D-glucose, l’atome de carbone de la fonction aldéhyde étant le carbone numéro 1, en déduire le numéro de l’atome de carbone qui porte la fonction alcool engagée dans la réaction de cyclisation du D-glucose. 2. Montrez qu’il y a un atome de carbone asymétrique supplémentaire dans la forme cyclique de Dglucose (ce carbone est appelé carbone anomérique). 3. Quelle relation d’isomérie existe-t-il entre les deux formes cycliques (notées ou ) ? Des cétoses présentent aussi cette mutarotation mais la molécule obtenue possède un cycle à 5 atomes (forme furanose). 4. Donner la formule semi développée liée à la forme cyclique du fructose. III. Etude des osides Les osides sont des glucides qui par hydrolyse acide donnent des oses ; en effet, les osides proviennent de la condensation d’oses suivant le schéma : ose1 OH + HO ose2 ose1 O ose2 + H2O La liaison obtenue est appelée liaison osidique ou glycosidique. Olympiades de chimie 2008/2009 – Académie de Clermont-Ferrand – Stéphanie Mortier 3 Voici trois osides en représentation cyclique : * cellobiose : * lactose : * saccharose : 1. On hydrolyse ces osides ; pour chacun d’entre eux, nommez les oses obtenus (précisez l’isomère ou ). 2. L’atome de carbone de la fonction aldéhyde est notée 1 et celui de la fonction cétone noté 2, indiquez le numéro des deux atomes de carbone engagés dans la liaison osidique pour ces trois osides. 3. Quel(s) oses(s) obtient-on par hydrolyse acide de l’amidon ? et de la cellulose ? On pense donc utiliser l’amidon et la cellulose pour préparer le bioéthanol, c’est ce qu’on appelle des biocarburants de 2ème génération. Les microalgues permettent d’envisager des rendements à l'hectare 30 à 100 fois supérieurs à ceux des espèces oléagineuses terrestres. (photo : Chlrorella vulgaris ) Les termites possèdent des bactéries capables de transformer de manière efficace et économique les déchets de bois en sucres pour la production d'éthanol. Olympiades de chimie 2008/2009 – Académie de Clermont-Ferrand – Stéphanie Mortier 4
