Acides $\alpha$ amines
Exercice 1
1. La glycine est un acide amino $-\alpha -$ acide.
Écrire sa formule semi développée.
La molécule de glycine a-t-elle une activité optique ? Dire pourquoi ?
2. Qu'appelle-t-on liaison peptidique ?
Par quels groupes d'atomes est-elle représentée ?
A quelle fonction chimique correspond-t-elle ?
3. Comment peut-on bloquer une fonction acide carboxylique ? Une fonction amine ?
4. Comment peut-on activer une fonction acide carboxylique ?
5. Donner le schéma de synthèse d'un dipeptide.
L’appliquer à la synthèse des dipeptides Gly-Ala et Val-Gly.
Exercice 2
La valine est un acide α-aminé dont la formule développée peut s'écrire : $R-CH\left(NH_{2}\right)-COOH$
1. On effectue une décarboxylation et il se forme, entre autres, un composé organique $B.$
Écrire l'équation bilan de la réaction et préciser la fonction ainsi que la classe de $B.$
2. On dissout $m=13\,mg$ de $B$ dans très peu d'eau.
Écrire l'équation de l'interaction entre $B$ et l'eau et préciser les couples acido-basiques en présence.
3. La solution obtenue est neutralisée par une solution d'acide chlorhydrique de $V_{A}=12\,mL.$
Calculer le nombre de mole de $B$ $\left(n_{B}\right)$ ayant réagi et en déduire la masse molaire $M_{B}$ de $B$, sa formule brute et sa formule semi-développée.
4. Donner la formule brute de la valine et préciser les formules semi développées correspondantes.
Sachant que le radical alkyle de la valine est ramifié, déduire la formule développée de la valine et donner son nom systématique.
Exercice 3
L'alanine est un acide alpha aminé à chaine carboné aliphatique de masse molaire $M=89\,g/mol$
1.1. Écrire la formule semi développée de l'alanine
1.2. Montrer que l'alanine est une molécule chirale
2. Donner le nom de l'alanine en nomenclature officielle.
Justifier l'appellation acide alpha aminé
3 Quelles sont les groupes caractéristiques de l'alanine
4. Donner la représentation de Fischer, nommer les deux énantiomères obtenus
5. Les $pKa$ de l'alanine sont respectivement $pKa_{1}=2\;,pKa_{2}=9.3$
5.1. Attribuer ces valeurs aux couples acides base de l'alanine
5.2. Quelle est l'espèce chimique prédominante à $pH=2$, à $pH=11$
5.2. Écrire la réaction entre l'ion mixte et une solution d'hydroxyde de sodium
5.3. Écrire la réaction entre l'ion mixte et une solution d'acide chlorhydrique
5.4. Conclure.
Exercice 4
1. Écrire la formule semi-développée de l'acide $2-$ aminopropanoïque (alanine).
2. Les acides $\alpha$-aminés, à une exception près, sont des molécules chirales.
Justifier cette affirmation.
Quelle est l'exception ?
3. Donner la projection de Fischer des deux énantiomères de l'alanine, en précisant leurs noms respectifs.
4.1. Donner la formule générale et le nom de l'ion dipolaire contenu dans les solutions aqueuses d'acide $\alpha$ -aminé.
5.2. Écrire les deux couples acide/base caractérisant cet ion dipolaire et préciser dans chaque cas, le rôle joué par celui-ci (acide ou base).
5. Écrire la formule de l'espèce chimique majoritaire de la glycine $H_{2}N-CH_{3}-COOH$ en solution aqueuse, dans les trois cas suivants : $pH=1.8$ ;
$pH=8$ ;
$pH=11$
On donne : $pKa_{1}=2.3$ pour le couple : acide conjuguée du zwitterion/zwitterion $pKa_{2}9.7$
pour le couple : zwitterion/base conjuguée du zwitterion
6. Écrire les formules semi développées des deux dipeptides que l'on peut obtenir à partir des deux acides $\alpha$ aminés :
7. Qu'appelle –t-on les liaisons peptidiques ?
Par quel groupe d'atomes est-elle représentée ?
Exercice 5
Le diététicien conseille à Madame $D$ l'usage d'édulcorant de synthèse comme l'aspartame pour son café afin de supprimer le sucre de son alimentation.
Une « sucrette » d'édulcorant remplace gustativement un morceau de sucre de $5\,g$
La formule semi-développée de l'aspartame figure ci-dessous :
1. Entourer et nommer les groupes caractéristiques présents dans l'aspartame, à l'exception du groupe $C_{6}H_{5}$ qui n'est pas étudié.
2. Compléter l'équation de l'hydrolyse de l'aspartame, qui a lieu dans l'organisme, une fois le produit ingéré
3. Préciser à quelle famille appartient la molécule $B.$
Justifier la réponse.
4. Nommer la molécule $C$
Exercice 6
Les protéines entrent dans la constitution des organismes vivants et
participent à leur fonctionnement en intervenant dans un grand nombre de réactions biochimiques.
Ce sont des macromolécules constituées par association d'acides aminés par liaison peptidique.
On se propose d'identifier un dipeptide noté $D$, résultant de la réaction entre deux acides aminés $A$ et $B.$
1. Des méthodes d'analyse quantitative ont permis de déterminer les pourcentages massiques de carbone, d'hydrogène et d'azote du composé $A$ ; soient : $\%C=40.45\%H=7.87\%N=15.72$
1.1. Le composé $A$ ne contenant qu'un atome d'azote par molécule, vérifier que sa formule brute s'écrit : $C_{3}H_{7}NO_{2}$
1.2. Le composé $A$ est précisément un acide a -aminé.
Écrire sa formule semi-développée et donner son nom dans la nomenclature officielle.
2. Par réaction de $A$ avec un autre acide $\alpha$-aminé $B$ de formule $H_{2}N-CH\left(C_{4}H_{9}\right)-COOH$, on obtient le dipeptide $D.$
2.1. Écrire la formule semi-développée de $B$ sachant que sa molécule contient deux atomes de carbone asymétriques et donner son nom dans la nomenclature officielle.
-aminé $N$–terminal.
Entourer la liaison peptidique. $\alpha$
2.2. Écrire, à l'aide de formules développées, l'équation-bilan traduisant la synthèse du dipeptide $D$ sachant que $A$ est l'acide
3. On effectue une décarboxylation de $A$, par chauffage.
Le composé organique azoté $E$ obtenu est dissout dans de l'eau pour donner une solution $(S).$
3.1. Écrire l'équation-bilan de la réaction de décarboxylation de $A.$
Nommer le produit $E$
3.2. La concentration molaire de $(S)$ est $C=0.15\,mol\cdot L^{-1}$ et son $pH=12$
Déterminer le $pKa$ du couple acide-base correspondant à $E.$
Exercice 7
La leucine et l'isoleucine sont deux acides $\alpha$-aminés de même formule : $R-CH\left(CH_{2}\right)-COOH$ dont les groupes alkyles différent. Le groupe alkyle de la leucine est noté $R_{L}$, celui de l’isoleucine $R_{I}.$
1. La masse molaire des deux acides $\alpha $ aminés est : $M=131\,g mol^{-1}$
En déduire la formule brute du groupe alkyle.
2. Les groupes $R_{L}$ et $R_{I}$ possèdent chacun une seule ramification.
La leucine comporte un carbone asymétrique et l'isoleucine en comporte deux.
2.1. Écrire la formule développée de chacun des deux acides $\alpha$-aminé.
2.1. Donner la représentation de Fischer des deux énantiomères de la leucine et préciser ses isomères $L$ et $D.$
3. Montrer que la réaction de condensation de la leucine sur l'isoleucine conduit formellement à deux dipeptides $P_{1}$ et $P_{2}$
4. En fait, la réalisation expérimentale de la réaction entre la leucine et l'isoleucine conduit à quatre dipeptides.
Pourquoi ? On désire synthétiser un des dipeptides $P_{1}$ ou $P_{2}$
Indiquer succinctement quels sont les moyens expérimentaux qui permettent de n’obtenir que $P_{1}$ $\text{(ou } P_{2}).$
Exercice 8
Les acides $\alpha$ aminés jouent un rôle important dans la vie, en particulier en biochimie.
Ce sont les éléments constitutifs des protéines.
2.1. L'acide $\alpha$ aminé $A$, de formule semi-développée $CH_{3}$- $CH\left(CH_{3}\right)$ - $CH\left(NH_{2}\right)$- $CO_{2}H$ fait partie des vingt principaux acides $\alpha$ aminés des organismes vivants.
2.1.1 Donner, dans la nomenclature officielle, le nom de l'acide $\alpha$ aminé $A.$
2.1.2 Donner la représentation de Fischer des deux énantiomères de cet acide α aminé.
2.2 On réalise la réaction de condensation d'un acide $\alpha$ aminé $B$ de formule semi-développée $R-CH\left(NH_{2}\right)$ - $CO_{2}H$
sur l'acide $\alpha$ aminé $A$ (R est un radical alkyl ou un atome d'hydrogène).
On ne tiendra pas compte, dans cette question, de l'isomérie optique et on ne considèrera que les réactions possibles entre $A$ et $B.$
2.2.1. Combien de dipeptides peut-on alors obtenir ?
Écrire les équations des réactions mises en jeu.
2.2.2. Encadrer la liaison peptidique pour chaque dipeptide obtenu.
2.2.3. Sachant que chaque dipeptide a une masse molaire $M=174\,g\cdot mol^{-1}$, déterminer la formule semi-développée et le nom de l'acide $\alpha$ aminé $B.$
2.3 L'acide $\alpha$ aminé $B$ ressemble beaucoup, quand il est pur, à un corps à structure ionique.
Il se présente en effet sous la forme d'un ion bipolaire (amphion ou zwitterion).
2.3.1. Écrire la formule semi développée de cet ion bipolaire.
2.3.2. Justifier son caractère amphotère.
2.3.3. En déduire les couples acide/base qui lui sont associés.
2.3.4. Les $pKa$ de ces couples acide/base ont pour valeur $pKa_{1}=2.3$ et $pKa_{2}=9.6$
2.3.4.1. Associer à chaque couple acide/base un $pKa.$
2.3.4.2. Compléter le diagramme ci-dessous en y indiquant les espèces acido-basiques majoritaires de l'acide $\alpha$ aminé $B$ pour chaque domaine de $pH$
Exercice 9
Étude d'un acide aminé.
On se propose d'étudier l'alanine $CH_{3}$ ─ $CHNH_{2}$ ─ $COOH$ qui est un acide $\alpha$-aminé.
Cet acide peut se présenter sous trois formes en solution aqueuse :
On donne : $pK_{A1}=2.35$ et $pK_{A2}=9.87$
1.1. Donner le nom général de chacune de ces trois formes.
1.2. Donner la définition du $pH$-isoélectrique $\left(pH_{i}\right)$ et déterminer sa valeur.
1.3. Définir, sous forme de diagramme, des domaines de prédominance et de coexistence de
ces trois formes en fonction du $pH$ de la solution dans laquelle se trouve l'alanine.
2. Deux de ces trois formes sont en équilibre à $pH=pK_{A1}=2.35$
2.1. Écrire l'équation de l'équilibre.
2.2. Exprimer le $pH$ en fonction de la concentration des deux formes et de $pK_{A1}$
3. Le $pK_{2}$ du deuxième couple est égal à $9.87$
3.1. Écrire l'équation d'équilibre.
3.2. Exprimer le $pH$ en fonction de la concentration et de $pK_{A2}$
4. On considère une solution d'alanine de concentration $C=0.1\,mol\cdot L^{-1}$
Calculer les concentrations des trois formes :
4.1. lorsque $pH=2.60$
4.2. Puis lorsque $pH=9.2$