LA MATIÈRE
Stratégies en synthèse organique
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pchT_2000_00_21C
La matière
Synthèse d'une hormone : l'ocytocine
Intérêt du sujet • L'objectif de ce sujet est d'étudier le mécanisme de la synthèse d'une hormone et d'identifier les groupes caractéristiques des molécules mises en jeu lors de la synthèse.
En 1955, Vincent du Vigneaud obtient le prix Nobel de chimie pour ses travaux sur les hormones. Il a déterminé la structure et réalisé pour la première fois la synthèse d'une hormone polypeptidique : l'ocytocine qui agit sur les contractions de l'utérus.
L'ocytocine est un polypeptide constitué à partir de neuf acides α-aminés tels que la cystéine (Cys), la proline (Pro), l'asparagine (Asn), la glycine (Gly), la leucine (Leu), etc.
La représentation de l'ocytocine est la suivante :
La première étape de la synthèse de l'ocytocine correspond au couplage de deux acides α-aminés : la glycine (par son groupe NH2) avec la leucine (par son groupe COOH). Ce couplage permet de former le dipeptide Leu-Gly.
▶ 1. À quoi reconnaît-on que les molécules de glycine et de S‑Leucine sont bien des acides aminés ?
▶ 2. Recopier l'équation de réaction ci-dessous, entre un acide carboxylique et une amine. Entourer et nommer le nouveau groupe fonctionnel.
▶ 3. Indiquer les différents dipeptides qu'il est possible d'obtenir en faisant réagir la glycine avec la S‑Leucine sans précaution particulière. Justifier simplement.
▶ 4. En déduire la formule topologique du dipeptide Leu‑Gly. Justifier.
▶ 5. Les différents dipeptides potentiellement obtenus sont-ils isomères ?
Pour synthétiser exclusivement le dipeptide Leu‑Gly, certains groupes caractéristiques de la glycine et de la S‑Leucine doivent être momentanément protégés. Le document 1 présente la succession simplifiée des étapes de la synthèse de ce dipeptide.
▶ 6. Recopier les formules de la leucine et de la glycine, puis entourer sur chacune d'elles le (ou les) groupe(s) caractéristique(s) nécessitant une protection.
▶ 7. Identifier la (les) étape(s) de la synthèse du dipeptide Leu‑Gly correspondant à des étapes de protection. Dans chaque cas, préciser quel acide α-aminé est concerné.
▶ 8. Identifier la (les) étape(s) de la synthèse du dipeptide Leu‑Gly correspondant à des étapes de déprotection.
▶ 9. Quel est le nom de la famille chimique correspondant au groupe caractéristique formé à l'étape 1 ?
Document 1Étapes de la synthèse du dipeptide Leu-Gly
Les clés du sujet
Le lien avec le programme
Les conseils du correcteur
▶ 1. Identifiez dans le nom de la famille de ces molécules les groupes fonctionnels que vous connaissez et retrouvez-les dans la formule semi-développée.
▶ 2. Une équation de réaction doit vérifier la conservation de la matière et de la charge électrique.
▶ 3. Souvenez-vous que les acides aminés contiennent une fonction carboxylique, comme un des réactifs de l'équation (1), et une fonction amine, comme l'autre réactif de l'équation (1). Deux acides aminés qui réagissent ensemble suivent l'équation de réaction donnée précédemment pour former un dipeptide.
▶ 4. Identifier les groupes notés R et R1 dans les molécules de glycine et de leucine.
▶ 7. et ▶ 8. Souvenez-vous que, lors d'une étape de protection, une fonction est modifiée afin qu'elle ne réagisse plus. L'étape de déprotection permet de retrouver la fonction modifiée lors de la protection.
▶ 1. Identifier les fonctions contenues dans une molécule
Ces molécules possèdent une fonction acide carboxylique (entourée en vert) et une fonction amine (entourées en orange) :
On peut donc les qualifier d'acides aminés.
▶ 2. Identifier un groupe fonctionnel
mots clés
Les amines et les amides possèdent tous deux un atome d'azote, mais :
dans les amines, l'azote est lié à au moins un atome de carbone et à des atomes d'hydrogène ;
dans les amides, l'azote est lié à un groupe carbonyle et à des atomes d'hydrogène ou des atomes de carbone.
Le groupe fonctionnel du produit de cette réaction est un groupe amide.
▶ 3. Déterminer le nombre de produits possibles lors d'une synthèse
D'après l'équation précédente, en faisant réagir une molécule contenant une fonction amine avec une molécule contenant une fonction carboxylique, on obtient un seul produit. Or, les acides aminés mis en jeu contiennent chacun à la fois une fonction amine et une fonction carboxylique.
Il y a donc quatre combinaisons possibles :
la fonction amine de la glycine réagit avec la fonction carboxylique de la leucine pour former le dipeptide Leu‑Gly ;
la fonction amine de la glycine réagit avec la fonction carboxylique de la glycine pour former le dipeptide Gly‑Gly ;
la fonction amine de la leucine réagit avec la fonction carboxylique de la leucine pour former le dipeptide Leu‑Leu ;
la fonction amine de la leucine réagit avec la fonction carboxylique de la glycine pour former le dipeptide Gly‑Leu.
▶ 4. Déterminer la formule semi-développée d'une molécule
D'après la réponse précédente, nous savons que pour obtenir le dipeptide Leu‑Gly, ce sont la fonction amine de la glycine et la fonction carboxylique de la leucine qui réagissent. Ainsi nous pouvons identifier les groupes R et R1 de ces molécules et en déduire la formule semi-développée de Leu‑Gly :
Glycine
Leucine
Ainsi, le dipeptide Leu-Gly a pour formule :
▶ 5. Savoir reconnaître des isomères
Les différents dipeptides potentiellement obtenus n'ont pas les mêmes formules brutes : ils ne sont donc pas isomères. Pour qu'ils le soient, il aurait fallu que la glycine et la leucine aient le même nombre d'atomes de carbone dans leurs squelettes carbonés.
▶ 6. Identifier les fonctions à protéger pour favoriser la synthèse désirée
Pour obtenir le dipeptide Leu‑Gly, il faut protéger la fonction carboxylique de la glycine et la fonction amine de la leucine :
▶ 7. Identifier les étapes de protection des fonctions de molécules
Dans l'étape 1, la fonction carboxylique de la glycine est protégée.
Dans l'étape 2, la fonction amine de la leucine est protégée.
▶ 8. Identifier les étapes de déprotection des fonctions de molécules
Dans l'étape 4, la fonction amine issue de la leucine est déprotégée.
Dans l'étape 5, la fonction carboxylique issue de la glycine est déprotégée.
▶ 9. Reconnaître une famille de molécules
La molécule formée lors de l'étape 1 contient un groupe carbonyle C=O dont l'atome de carbone est également lié à un groupe alkyle R et à un atome d'oxygène lui-même lié par une liaison simple à un groupe alkyle R′ : il s'agit d'un ester.
