Stratégie de synthèse

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Structure et transformation de la matière
Type : Exercice | Année : 2014 | Académie : Nouvelle-Calédonie
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Stratégie de synthèse
 
 

Structure et transformation de la matière

pchT_1403_11_02C

Comprendre

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CORRIGE

 

Nouvelle-Calédonie • Mars 2014

Exercice 3 • 5 points

La Met-enképhaline (aussi appelée Tyr-Gly-Gly-Phe-Met) est un petit polypeptide, c’est-à-dire une molécule construite à partir de cinq acides α-aminés. Elle appartient à la famille des enképhalines, molécules ayant une action au niveau des neurones nociceptifs. Ces neurones interviennent dans le mécanisme de déclenchement de la douleur ; la capacité des enképhalines à inhiber ces neurones, c’est-à-dire à diminuer leur activité, leur confère une activité analgésique.

Formule topologique de la Met-enképhaline

 

Le but de cet exercice est de montrer la complexité de la synthèse d’un polypeptide, même court, et de mettre en place une stratégie pour la dernière étape de la synthèse de la Met-enképhaline.

Document 1

Exemples d’acides α-aminés présents dans l’organisme.


 
Document 2

Exemple de séquence de protection/déprotection d’une fonction amine

Protection d’une fonction amine par le tert-butylcarbamate :


 

La déprotection qui permet de retrouver la fonction amine est assurée par la décomposition du produit obtenu en milieu acide à 25 °C.


 
Document 3

Exemple de séquence de protection/déprotection d’une fonction acide carboxylique

Protection d’une fonction acide carboxylique par estérification :


 

Cette réaction est équilibrée. Afin d’obtenir un bon rendement, et pour que la réaction puisse être considérée comme totale, il est nécessaire d’éliminer l’eau au fur et à mesure de sa formation, par exemple à l’aide d’un montage de Dean-Stark.

La déprotection de la fonction est assurée par la réaction inverse, appelée hydrolyse, à l’aide d’un catalyseur acide. Celle-ci est également équilibrée, et on utilise un grand excès d’eau afin de la réaliser avec un bon rendement.

1. Mise en évidence de la difficulté de la synthèse peptidique

1 À quoi reconnaît-on que les molécules du document 1 sont bien des acides aminés ? (0,25 point)

2 Identifier les 4 acides α-aminés différents nécessaires à la synthèse de la Met-enképhaline. (0,5 point)

3 Sur la copie, recopier et compléter l’équation de réaction ci-dessous entre un acide carboxylique et une amine. Entourer et nommer le nouveau groupe fonctionnel. (0,75 point)


 

4 En déduire s’il est possible d’obtenir un seul dipeptide en faisant réagir deux acides α-aminés différents ensemble sans précaution particulière. Justifier simplement. (0,75 point)

2. Dernière étape de synthèse de la Met-enképhaline

On envisage la dernière étape de la synthèse de la Met-enképhaline à partir des deux réactifs suivants.

Réactif A :

que l’on notera plus simplement :

Réactif B :

que l’on notera plus simplement :

1 Il est possible d’obtenir 4 pentapeptides à partir de ces deux réactifs. Les formules topologiques de deux d’entre eux sont données ci-dessous. Donner celles des deux autres. (0,5 point)

Pentapeptide 1 (Met-enképhaline)

 
Pentapeptide 2

 

2 Déduire de la question précédente quelle fonction de chacun des réactifs A et B doit être protégée afin d’obtenir uniquement la Met-enképhaline. (0,5 point)

3 À l’aide des documents, compléter l’annexe présentant la suite de transformations chimiques à mettre en place afin de réaliser la dernière étape de la synthèse de la Met-enképhaline. (0,75 point)

Annexe

1. Protection du réactif B

+ ……………………. → …………………….

2. Protection du réactif A

+ …………………. → ………………….

3. Réaction entre le réactif A protégé et le réactif B protégé

……………. + ……………. →

4. Déprotection de la fonction amine

→ …………………. +

5. Déprotection de la fonction acide carboxylique

……………………. + H2O → ………………………

Suite de transformations chimiques de la dernière étape de la synthèse de la Met-enképhaline

Notions et compétences en jeu

Chimie organique et protection de fonctions • Synthèse peptidique.

Conseils du correcteur

Partie 1

2 Lisez la molécule de la Met-enképhaline de la gauche vers la droite et découpez-la à chaque groupe amide.

3 La liaison peptidique est en fait un groupe amide. Pour la synthétiser, vous devez faire réagir un groupe carboxyle avec un groupe amine.

4 Pensez à la réaction de chacun des groupes COOH sur chaque groupe NH2 et inversement.

Partie 2

1 La réaction du réactif A sur le réactif B n’est pas la même que celle du réactif B sur le réactif A. Faites réagir le NH2 du premier sur le COOH du second, puis le COOH du premier sur le NH2 du second.

2 Vous devez protéger la fonction que vous ne voulez pas modifier dans l’étape principale.

3 Vérifiez que vous obtenez la Met-enképhaline après la dernière réaction.

Corrigé

1. Mise en évidence de la difficulté de la synthèse peptidique

1 Reconnaître un acide aminé

Un acide aminé est une molécule ayant un groupe amine et un groupe carboxyle. Les cinq molécules présentées dans le document 1 ont cette particularité.

2 Identifier les réactifs d’une synthèse

Pour synthétiser la Met-enképhaline, il faut les quatre molécules suivantes : tyrosine, glycine, phénylalanine et méthionine.

3 Déterminer un produit de réaction
et reconnaître un groupe fonctionnel


 

Dans la molécule synthétisée il y a un nouveau groupe fonctionnel :


 

4 Identifier le problème dans la synthèse d’un polypeptide

Le groupe amine est synthétisé par la réaction entre un groupe amine et un groupe carboxyle. Or, dans un acide aminé, il y a ces deux groupes différents. Donc lorsque deux acides aminés réagissent entre eux « sans protection particulière », plusieurs dipeptides seront synthétisés. En effet, le groupe carboxyle du premier peut réagir avec le groupe amine du second mais la réaction peut se produire aussi à l’inverse entre le groupe amine du premier et le groupe carboxyle du second. Un dipeptide peut encore formé par la réaction de deux acides aminés identiques entre eux.

Au total, avec deux acides aminés, on peut obtenir quatre dipeptides différents.

2. Dernière étape de synthèse de la Met-enképhaline

1 Déterminer les dipeptides synthétisés

À partir des acides aminés A et B on synthétise les peptides A-B, B-A mais aussi A-A et B-B comme expliqué dans la question précédente. Le pentapeptide 1 est de type B-A par rapport aux notations des réactifs et le pentapeptide 2 est de type B-B donc il reste le peptide :

de type A-B :

et celui de type A-A :

2 Protéger une fonction

On souhaite obtenir le produit B-A, il faut pour cela que le groupe carboxyle du réactif B réagisse avec le groupe amine du réactif A. Il faut alors protéger les groupes que l’on ne souhaite pas voir réagir : le groupe amine du réactif B et le groupe carboxyle du réactif A.

3 Écrire une équation de réaction de protection/déprotection/synthèse

Suite de transformations chimiques de la dernière étape de la synthèse de la Met-enképhaline

1. Protection du réactif B

2. Protection du réactif A

3. Réaction entre le réactif A protégé et le réactif B protégé

4. Déprotection de la fonction amine

 

Attention

Respecter les « zigzags » de la formule topologique.

5. Déprotection de la fonction acide carboxylique