Un peu de chimie chez les abeilles

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Economiser les ressources et respecter l'environnement
Type : Sujet complet | Année : 2016 | Académie : Asie


Asie • Juin 2016

Exercice 1 • 5 points • 50 min

Un peu de chimie chez les abeilles

Les thèmes clés

Représentation spatiale des molécules

Analyse spectrale (IR et RMN du proton)

Contrôle de qualité par dosage par étalonnage (spectrophotométrie)

 

1. la communication chez les abeilles 30 min

pchT_1606_05_00C_01

Ph© Éric Tourneret/Biosphoto

Deux abeilles sur des cellules de miel

L’absence de détection des sons, le peu de sensibilité au toucher et la déficience de la vue dans l’obscurité de la ruche sont remplacés chez l’abeille par des émissions chimiques comme les phéromones. Ces substances sont produites par tous les individus d’une ruche.

La transmission du message chimique induit un changement de comportement des abeilles qui le perçoivent.

1 La phéromone mandibulaire de la reine

Cette phéromone est composée d’un mélange de cinq espèces chimiques. Une de ces espèces identifiée chez l’abeille domestique, et notamment chez la reine, est l’acide (2E)-9-oxodéc-2-ènoïque dont la formule semi-développée est représentée ci-dessous. Elle assure la cohésion de la colonie en commandant aux ouvrières de nourrir la reine, de la toiletter.

pchT_1606_05_00C_02

Acide 9-oxodéc-2-ènoïque

1. Recopier la molécule de l’acide 9-oxodéc-2-ènoïque, encadrer les groupes caractéristiques présents et nommer les familles des fonctions correspondantes. (0,5 point)

2. La molécule d’acide 9-oxodéc-2-ènoïque possède deux stéréoisomères de configuration. Les représenter. (0,5 point)

3. Une autre de ces espèces chimiques, l’acide 9-hydroxydéc-2-èneoïque, de formule relativement semblable à la précédente, est émise lors du vol nuptial par la reine pour attirer les mâles.

Le groupe caractéristique « hydroxy » étant −OH, représenter l’acide 9-hydroxydéc-2-èneoïque par analogie avec l’acide 9-oxodéc-2-ènoïque. (0,25 point)

4. La molécule d’acide 9-hydroxydéc-2-ènoïque présente deux types de stéréoisomérie de configuration. Justifier. (0,25 point)

2 Phéromone d’alarme et phéromone d’attaque

Une des phéromones d’alarme est l’heptan-2-one. Elle est émise, entre autres, quand un intrus s’approche de la ruche ou qu’une abeille est agressée. La réaction d’alerte est immédiate dans la colonie, mais de courte durée.

pchT_1606_05_00C_03

La phéromone d’attaque est l’éthanoate d’isoamyle. C’est une espèce chimique volatile qui est produite par des cellules bordant la poche à venin. C’est pourquoi, si une abeille pique, les glandes sécrétant cette phéromone restent avec le dard et continuent à émettre le signal d’attaque.

pchT_1606_05_00C_04

Pour distinguer ces deux phéromones, on peut avoir recours à la spectroscopie infrarouge.

pchT_1606_05_00C_05

Spectre IR n° 1

pchT_1606_05_00C_06

Spectre IR n° 2

Bandes d’absorption IR de quelques types de liaisons chimiques :

Liaison O–H

Entre 3 100 et 3 500 cm–1

Bande forte et large

Liaison O–H des acides carboxyliques

Entre 2 500 et 3 300 cm–1

Bande forte et large

Liaison C–H

Entre 2 900 et 3 100 cm–1

Bande moyenne à forte

Liaison C–H de CHO

Entre 2 650 et 2 800 cm–1

Double bande moyenne

Liaison C=O

Entre 1 700 et 1 800 cm–1

Bande forte

Liaison C–O

Entre 1 200 et 1 300 cm–1

Bande forte

Ces spectres ne peuvent être distingués que grâce aux bandes d’absorption dont le nombre d’onde est compris entre 500 et 1 500 cm–1.

1. Attribuer à chaque spectre la molécule de phéromone correspondante, en expliquant votre choix. (0,5 point)

2. Le spectre RMN de l’éthanoate d’isoamyle est représenté ci-après. Il comporte :

un doublet à 0,9 ppm ;

un quadruplet à 1,5 ppm ;

un nonuplet (9 pics) à 1,8 ppm ;

un singulet à 2,2 ppm ;

un triplet à 4,1 ppm.

Repérer et numéroter les groupes de protons équivalents de la molécule d’éthanoate d’isoamyle, comme débuté ci-dessous avec l’exemple du groupe n° 1, et justifier que le spectre correspond bien à la phéromone d’attaque. (1 point)

pchT_1606_05_00C_07

Spectre RMN de l’éthanoate d’isoamyle

2. le miel : source de nourriture 20 min

Le miel est la substance naturelle sucrée produite par les abeilles Apis mellifera. On distingue principalement :

le miel de nectar qui provient des nectars de plantes ;

le miel de miellat qui provient principalement d’excrétions d’insectes butineurs laissées sur les parties vivantes de plantes ou de sécrétions de parties vivantes de plantes.

Les normes alimentaires internationales spécifient que la teneur en sucres réducteurs (glucose, fructose) doit être au minimum de :

60 g pour 100 g pour les miels de nectar ;

45 g pour 100 g pour les miels de miellat.

On souhaite doser les sucres réducteurs d’un miel de sapin (miel de miellat) par une méthode spectrophotométrique en utilisant un indicateur de présence de sucres réducteurs, le DNS.

Données

Le DNS ou acide 3,5-dinitrosalicylique présente une forme oxydée de couleur jaune qui réagit de la même façon avec le fructose ou le glucose et se transforme en une forme réduite de couleur rouge.

Le spectre d’absorption UV-Visible de la forme réduite du DNS présente un maximum d’absorption à la longueur d’onde λ = 530 nm.

Protocole utilisé

Préparer des solutions étalons de glucose dans une solution de DNS en excès.

Mesurer l’absorbance A de solutions étalons de glucose dans une solution de DNS en excès à la longueur d’onde λ = 530 nm.

Réaliser 50,0 mL d’une solution S0, solution aqueuse de miel contenant 0,60 g de miel de sapin.

Diluer 10 fois la solution S0 dans une solution de DNS en excès ; soit S1 la solution obtenue.

Résultats expérimentaux

Absorbance de la solution S1 à la longueur d’onde λ = 530 nm :

AS1 = 0,40.

Courbe d’étalonnage :

pchT_1606_05_00C_08

1 Expliquer pourquoi le DNS doit être introduit en excès. (0,25 point)

2 Ce miel satisfait-il à la norme internationale ? (1,75 point)

Les clés du sujet

Partie 1

1 2. L’énoncé évoque la présence de deux stéréoisomères de configuration. Pour les représenter, vous devez chercher l’éventuelle présence d’un atome de carbone asymétrique ou d’une double liaison carbone-carbone.

4. Rappelez-vous que les deux types de stéréoisomérie de configuration sont : l’énantiomérie due à la présence d’au moins un atome de carbone asymétrique et la diastéréoisomérie Z/E due à la présence d’une double liaison carbone-carbone.

2 1. L’énoncé présente les deux formules semi-développées des molécules auxquelles on doit attribuer un spectre IR. Vous devez repérer les liaisons caractéristiques qui diffèrent entre les deux molécules et utiliser le tableau de données fourni pour associer à chaque liaison sa bande d’absorption correspondante.

2. Vous devez justifier que le spectre proposé correspond bien à celui de l’éthanoate d’isoamyle. Pour cela, vous devez identifier les groupes de protons équivalents. Pour chaque groupe de protons équivalents, vous devez dénombrer le nombre de protons voisins, puis appliquer la règle des (n + 1)-uplets afin d’en déduire la multiplicité du signal associé.

Partie 2

C’est une résolution de problème, n’oubliez pas de présenter votre raisonnement en plusieurs étapes. Le problème à résoudre consiste à déterminer la masse de glucose présente dans 100 g de miel. Pour ce faire, il faut procéder à un dosage spectrophotométrique par étalonnage.

Déterminez la concentration massique en glucose de la solution S1 à partir de la courbe ou de l’équation de la droite d’étalonnage donnée.

Déterminez la concentration massique en glucose de la solution S0 en prenant en compte le facteur de dilution.

Déduisez la masse de glucose contenu dans 50,0 mL de solution S0 préparée à partir de 0,60 g de miel de sapin.

Calculez la masse de glucose contenu dans 100 g de miel de sapin puis rédigez une conclusion.