La tyrosine

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Synthétiser des molécules et fabriquer de nouveaux matériaux
Type : Sujet complet | Année : 2016 | Académie : Antilles, Guyane


Antilles, Guyane • Septembre 2016

Exercice 2 • 9 points • 1 h 30

La tyrosine

Les thèmes clés

Représentation spatiale des molécules (chiralité et stéréoisomérie)

Transformation en chimie organique (aspects macroscopique/microscopique)

Stratégie de synthèse (calcul d’un rendement)

Contrôle de qualité par dosage par étalonnage (spectrophotométrie)

 

pchT_1609_04_00C_01

© Solgar

Flacon de L-Tyrosine 500 mg

Les protéines, assemblage tridimensionnel d’acides aminés, sont omniprésentes dans notre organisme. Elles assurent une multitude de fonctions biologiques. La synthèse de ces macromolécules est réalisée « in vivo » (dans l’organisme) mais aussi « in vitro » (au laboratoire). Dans le corps humain, vingt acides aminés différents participent à l’élaboration des protéines. Parmi eux, on trouve la tyrosine.

La tyrosine est présente dans de nombreux aliments (amande, avocat, banane, graine de citrouille, fève de Lima, etc.).

Elle peut être consommée en compléments alimentaires sous forme de gélules (photo ci-contre) pour lutter contre le stress et l’anxiété.

La formule topologique de la tyrosine, de masse molaire 181,0 g · mol–1, est donnée ci-dessous :

pchT_1609_04_00C_02

1. étude de la molécule de tyrosine 15 min

1 Recopier la formule de la molécule de tyrosine. Entourer les groupes caractéristiques présents. Justifier la famille de composés à laquelle elle appartient. (0,75 point)

2 La L-tyrosine est un stéréoisomère de la tyrosine. Justifier que la molécule de tyrosine possède des stéréoisomères. (0,25 point)

pchT_1609_04_00C_03

3 En utilisant la formule simplifiée de la tyrosine représentée ci-contre, donner en représentation de Cram les stéréoisomères de la tyrosine. (0,5 point)

2. étude de la première étape de la synthèse 
de la L-tyrosine au laboratoire  35 min

L’équation de la réaction de la première étape de la synthèse de la L-tyrosine est la suivante :

pchT_1609_04_00C_04

On réalise cette première étape au laboratoire en faisant réagir 10,0 mL d’aniline avec un excès de chlorure d’éthanoyle. La masse d’acétanilide obtenue est alors de 11,2 g.

Données

Données physico-chimiques :

Espèce chimique

Masse molaire (g · mol–1)

Température

d’ébullition (°C)

Température

de fusion (°C)

Aniline

93,0

184

– 6

Chlorure d’éthanoyle

78,5

51

– 112

Acétanilide

135,0

304

114

Masse volumique de l’aniline : ρ = 1,02 g · mL–1.

Électronégativité de quelques éléments :

Élément chimique

N

H

C

O

CI

Électronégativité

3,0

2,2

2,6

3,4

3,2

Table des données IR :

Liaison

σ (cm–1)

Intensité

O–H alcool libre

3 580-3 670

Forte  large

N–H amine primaire (R–NH2)

3 100-3 500

2 bandes moyennes  fines

N–H amide

3 100-3 500

Moyenne  fine

C=O ester

1 700-1 740

Forte  fine

C=O acide

1 680-1 710

Forte  fine

C=O amide

1 650-1 700

Forte  fine

N–H amine primaire

1 610-1 630

Forte  fine

1 Aspect macroscopique de la première étape de la synthèse

1. Indiquer la catégorie de la réaction correspondant à la première étape de la synthèse de la L-tyrosine. (0,25 point)

2. À partir de l’état physique des espèces mises en jeu dans la réaction, proposer une méthode expérimentale pour récupérer l’acétanilide du milieu réactionnel. (0,5 point)

3. À l’issue de la première étape, on réalise les spectres IR de l’aniline et du produit obtenu (représentés ci-après). Montrer que l’aniline a bien été transformée intégralement en acétanilide. (1 point)

pchT_1609_04_00C_05

Spectre IR de l’aniline

pchT_1609_04_00C_06

Spectre IR du produit obtenu à l’issue de la première étape

4. Montrer que le rendement de cette première étape, noté r, est de l’ordre de 75 %. Proposer une explication expérimentale pour rendre compte d’une valeur de rendement inférieure à 100 %. (1 point)

2 Aspect microscopique de la 1re étape de la synthèse

1. Sur la 1re étape du mécanisme réactionnel de la synthèse proposé sur le document réponse 1, ci-dessous, repérer en les entourant le site donneur et le site accepteur de doublets d’électrons qui interviennent dans cette étape. (0,25 point)

pchT_1609_04_00C_09

Document réponse 1 – Première étape du mécanisme de la synthèse de la tyrosine

2. Compléter cette étape par des flèches courbes. Qu’indiquent ces flèches ? (0,5 point)

3. contrôle de qualité d’une gélule 
de L-tyrosine 25 min

L’étiquette mentionne des gélules de L-tyrosine contenant 500 mg de principe actif. On désire vérifier cette information par un dosage spectrophotométrique.

Protocole expérimental suivi

Dissoudre totalement une gélule de L-tyrosine dans un volume de 2,00 L d’eau. La solution obtenue est notée S.

Préparer une solution aqueuse de L-tyrosine de concentration c0 = 2,5 × 10–3 mol · L–1 à partir d’un flacon de produit pur du laboratoire. Cette solution est notée S0.

À partir de la solution mère S0, préparer quatre solutions filles dont les concentrations sont fournies dans le tableau suivant :

Solution fille

S1

S2

S3

S4

c (mol · L–1)

5,0 × 10–4

1,0 × 10–3

1,5 × 10–3

2,0 × 10–3

Mesurer l’absorbance de chaque solution et tracer le graphe A = f(c).

Mesurer l’absorbance de la solution S.

Résultats expérimentaux

La courbe d’étalonnage obtenue est représentée sur le document réponse 2, ci-dessous.

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Document réponse 2 – Courbe d’étalonnage de l’absorbance A en fonction des concentrations molaires des solutions de L-tyrosine

La mesure de l’absorbance de la solution S est A = 1.

Donnée

pchT_1609_04_00C_07

Spectre d’absorption UV visible d’une solution aqueuse de L-tyrosine à pH = 7

Aucune absorbance n’est observée dans un autre domaine de longueur d’onde.

1 Quels réglages faut-il effectuer sur le spectrophotomètre pour réaliser le contrôle qualité ? (0,5 point)

2 Déterminer le volume de solution mère à prélever pour préparer 100,0 mL de solution S1. Nommer la verrerie utilisée pour préparer cette solution. (0,75 point)

3 La teneur en L-tyrosine de la gélule est-elle conforme à l’indication de l’étiquette du médicament ? (1,25 point)

Tout élément de la démarche sera valorisé même si celle-ci n’aboutit pas.

4. de la tyrosine à une protéine 15 min

La tyrosine (TYR) entre dans la composition de protéines appartenant à la famille des endorphines.

Ces composés sont sécrétés, par exemple, lors d’activités physiques intenses. Ils possèdent des capacités à éliminer la sensation de douleur et à procurer une sensation de bien-être.

Une première liaison peptidique est créée par réaction de condensation entre la tyrosine et un autre acide aminé, la glycine (GLY) afin de former dans un premier temps un dipeptide TYR-GLY suivant l’équation générale :

pchT_1609_04_00C_08

1 Sans aucune précaution particulière prise lors de cette synthèse, combien de dipeptides différents peut-on obtenir à partir de la tyrosine et de la glycine ? Utiliser une notation du type TYR-GLY pour rédiger votre argumentation. (0,5 point)

2 La stratégie adoptée pour la synthèse peptidique utilise la protection et la déprotection de fonctions. Proposer, en quelques phrases, une stratégie qui permette de synthétiser uniquement le dipeptide TYR-GLY. (1 point)

Les clés du sujet

Partie 1

2 L’énoncé indique que la molécule possède des stéréoisomères. Pour justifier leur existence, vous devez chercher l’éventuelle présence d’un atome de carbone asymétrique.

3 Placez l’atome de carbone asymétrique au centre de la représentation de Cram et utilisez un miroir plan pour construire le deuxième énantiomère.

Partie 2

1 1. Vous pouvez surligner les parties des molécules qui diffèrent avant et après réaction.

3. Identifiez les liaisons qui diffèrent entre l’aniline et l’acétanilide. Recherchez, dans les deux spectres, les bandes d’absorption correspondant à ces liaisons.

4. Le chlorure d’éthanoyle a été introduit en excès, donc l’aniline est le réactif limitant.

2 1. Un site donneur de doublets d’électrons est un site riche en électrons. Un site accepteur est un site pauvre en électrons : identifiez-le grâce aux électronégativités, il est engagé dans des liaisons polarisées et est porteur d’une charge partielle négative.

2. Identifiez les liaisons formées et rompues au cours de la première étape du mécanisme, puis représentez les flèches courbes permettant d’en rendre compte.

Partie 3

1 Pour faire des mesures d’absorbance le plus précisément possible, pensez qu’il faut régler le spectrophotomètre à la longueur d’onde pour laquelle l’absorbance de la L-tyrosine est maximale.

2 Identifiez bien la solution mère et la solution fille à considérer pour cette dilution.

3 Il s’agit d’une résolution de problème : présentez votre raisonnement en plusieurs étapes. L’objectif à atteindre est de déterminer la masse de L-tyrosine présente dans la gélule analysée.

Déterminez la concentration molaire en L-tyrosine de la solution S à partir de la courbe d’étalonnage donnée en annexe.

Déduisez-en la masse de L-tyrosine présente dans 2,00 L de solution S soit dans une gélule, puis concluez.

Partie 4

1 Pour former une liaison peptidique, il faut faire réagir un groupe carboxyle d’un acide aminé avec un groupe amino d’un autre acide aminé.

2 Pour identifier les groupes à protéger, vous devez comparer la structure du dipeptide souhaité avec la structure des deux acides aminés utilisés. Déduisez-en quelles sont les fonctions à protéger et quelles sont les fonctions à faire réagir ensemble.