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MATHIOT Jessica

L3 BBCP

BIZIOREK Leo

Groupe TP2

Compte-rendu de TP de chimie organique : Les sucres, caractérisation des mon osaccharides et monosaccharides disaccharides

Introduction : Les glucides, aussi appelés hydrate de carbone, sont naturellement produit par les plantes vertes par photosynthèse pour être utilisé comme source d’énergie (soit par oxydation soit sous forme de réserve amylacé par exemple). Mais, les glucides sont aussi primordiaux pour nous car ils constituent les blocs de construction des graisses et des acides nucléiques et jouent également un rôle dans les signaux de reconnaissance biologiques par le biais des glycanes des glycoprotéines par exemple. Les sucres ou monosaccharides sont les éléments de base de ces glucides dont le plus important est le D-glucose. Deux molécules de sucres peuvent se lier entre eux pour former des disaccharides (saccharose, maltose, maltose), mais un grand nombre d’unités de base peuvent se lier pour former des polysaccharides tels que l’amidon, la cellulose...etc. Les sucres peuvent porter soit une fonction cétone (-C=O, cétose) soit une fonction aldéhyde (-CHO, aldose), leur conférant ainsi des propriétés qui permettent de les caractériser de façon assez simple. Le but du TP est donc d’étudier quelques réactions de caractérisation des monosaccharides et disaccharides. Nous allons ainsi étudier les propriétés réductrices des sucres, l’oxydation des sucres, la réaction avec la phénylhydrazine et enfin l’hydrolyse d’un disaccharide.

Matériel et méthodes : •

Propriétés réductrices des sucres :

Réactif de BENEDICT : Dans 5 tubes à essais sont versés 5ml du réactif de Bénédict (17,3g de CuSO4,5 H2O ; 100g de Na2CO3 ; 175g de citrate de sodium dans 1L d’eau) puis dans chaque tube 5ml d’un des produits suivants : glucose à 10%, formaldéhyde, saccharose à 10%, lactose à 10% et maltose à 10%. Les tubes sont ensuite portés à ébullition au bain-marie. Ce réactif permet de détecter la présence d’ose réducteur qui vont réduire les ions Cu2+ en Cu+ qui sont insoluble dans l’eau et ainsi former un précipité rouge. Réactif de SCHIFF :

5 tubes à essais contenant 1ml du réactif de Schiff sont préparés puis dans chaque tube est ajouté 1ml d’un des sucres et aldéhydes précédemment utilisés. Le réactif de Schiff permet quant à lui de mettre en évidence la présence de fonction aldéhydes libres. En effet, les amines aromatiques de la fuchsine réagissent avec le bisulfite pour donner des groupes acides N-sulfiniques, cette réaction va rendre le réactif incolore. En présence d’un aldéhyde, ce dernier va réagir avec le réactif incolore et former des sulfamides qui vont colorer la solution en magenta ou pourpre.

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Oxydation des sucres :

On met dans 2 béchers de 100ml : 15ml d’eau (et avons repéré le volume avec un trait pour la suite), 40ml d’eau, 22ml d’HNO3, puis dans le premier bécher est pesé 7g de lactose et dans le deuxième 3,5g de galactose. Les 2 béchers sont mis à évaporer jusqu’à ce que le liquide atteigne le trait précédemment fait. Les tubes à essai sont ensuite laissés refroidir puis dilués avec 25ml d’eau et enfin filtrés, lavé et les précipités sont séchés à l’étuve à 100°C. Les précipités sont pesés et leur point de fusion est pris. L’acide nitrique permet d’oxyder les sucres pour former des acides aldariques (deux fonctions acide carboxylique sur les carbones 1 et 6).

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Formation de composés caractéristiques :

Il faut commencer par préparer le réactif en mélangeant 2ml de phénylhydrazine, 2ml d’acide acétique pure et 18ml d’eau distillée. Ensuite, 1ml d’une solution à 10% des sucres suivants est prélévé : glucose, fructose, galactose que nous avons placé dans un tube à essais. Puis dans chaque tube à essai sont introduit 5ml du réactif qui a été précédemment préparé. Les 3 tubes sont ensuite placés au bain-marie bouillant pendant 15 à 30min, puis on les laisse refroidir, on les filtre, lave et on sèche les précipités à l’étuve à 100°C et enfin on prend le point de fusion des 3 précipités. La phénylhydrazine en présence d’acide acétique permet de former une osazone. Le mécanisme de la réaction entre la phénylhydrazine et le glucose est détaillé en annexe.

• Hydrolyse des saccharides : 4 tubes à essai sont préparés avec dans le premier 1ml de fructose à 1%, dans le deuxième 1ml de saccharose à 1% et dans les deux derniers 1ml de glucose à 1%. Dans un des tubes comportant du glucose est également mis 0,5ml de NaOH à 1M. Puis dans chaque tube 5ml de réactif de Seliwanoff est introduit puis les tubes sont placés au bain-marie bouillant jusqu’à ce que la réaction soit achevée. Le réactif de Seliwanoff permet de distinguer les aldoses des cétoses. En effet, en milieu acide chaud les cétoses se déshydratent plus rapidement que les aldoses et vont donner des dérivés furfuraliques comme l’hydroxyméthylfurfural. Ce dernier va réagir avec le résorcinol présent dans le réactif de Seliwanoff pour donner une coloration rouge cerise.

Résultats : •

Propriétés réductrices des sucres :

Réactif de BENEDICT :

Chauffage

Ainsi on peut voir que le glucose, le lactose ainsi que le maltose ont bien réagit. Le saccharose a un petit peu réagit mais le formaldéhyde n’a pas du tout réagi. On peut noter le fait que les tubes n’ont pas été mélangé. Réactif de SCHIFF : Tube 1 : glucose 10%

Tube 2 : formaldéhyde 10%

Tube 3 : saccharose 10%

Tube 4 : lactose 10%

1

2

3

4

5

Tube 5 : maltose

On peut voir que le formaldéhyde à très bien réagis avec le réactif de Schiff et le lactose à un peu réagit mais les autres tubes n’ont pas du tout réagi. •

Oxydation des sucres :

Poids du précipité obtenu à partir du lactose : 0,67g Point de fusion du diacide obtenu à partir du lactose : 215°C Poids du précipité obtenu à partir du galactose : 0,83g Point de fusion de l’acide galactarique (ou acide mucique): 219°C

•

Formation de composés caractéristiques :

Point de fusion de la glucosazone : 209°C Point de fusion de la fructosazone : 203°C Point d fusion de la galactosazone : 195°C

• Hydrolyse des saccharides :

Figure 1 : T0

Figure 2 : T = 4min

Figure 3 : T = 7 min

Figure 5 : T = 15min

Figure 4 : T = 10min

Figure 6 : T= 23 min

Ainsi, on peut voir que deux tubes, celui avec du fructose et du saccharose, réagissent rapidement et arrivent à une coloration rouge foncé assez rapidement. Les deux autres tubes, ceux comprenant du glucose et du glucose+NaOH réagissent mais beaucoup plus lentement.

En effet, une légère coloration jaune apparaît très tardivement par rapport aux deux autres tubes.

Discussion : Le réactif de Bénédict permet de distinguer les sucres réducteurs de ceux qui ne le sont pas. Tous les monosaccharides sont réducteurs il est donc normal d’avoir formation d’un précipité avec le glucose et le maltose. Le lactose réagit également car c’est un disaccharide qui présente une liaison C1-C4 et il a donc une fonction aldéhyde libre (grâce à l’équilibre qui existe entre la forme cyclique et ouverte des sucres), fonction réductrice qui donne un test positif. Le saccharose réagit légèrement malgré le fait que ce n’est pas un sucre réducteur, il y a donc eu rupture de la liaison osidique surement à cause du chauffage. Le formaldéhyde ne réagit pas du tout avec le réactif de Bénédict car ce n’est pas un ose. Le réactif de Schiff permet la mise en évidence de fonction aldéhydes libres. Ainsi, il est normal que le formaldéhyde donne un test positif avec une coloration violette foncé. Les sucres se trouvant sous forme cyclique, leur fonction aldéhyde n’est pas libre et ne donne donc pas de test positif. C’est pourquoi le glucose, saccharose et le maltose donne des tests négatifs. Le lactose aurait du donner également un test négatif car sa fonction aldéhyde n’est pas libre mais pris dans une fonction hémiacétalique cyclique, ce tube a surement dû être contaminé par du formaldéhyde ou un autre composé présentant une fonction aldéhyde libre. L’oxydation des sucres nous a donné des points de fusion très proche, 215°C et 219°C et nous avons obtenue sensiblement la même quantité de précipités pour les deux composés alors que nous avions mis le double de lactose par rapport au galactose. Ces résultats s’expliquent par le fait que le lactose est un disaccharide composé d’un glucose et d’un galactose et ainsi, lorsque le lactose va être mis à chauffer en présence d’HNO3 et d’eau celui-ci va se dissocier et donner deux monosaccharides. Le glucose étant très soluble dans l’eau, il va être éliminé en partie lors des différents lavages. Ainsi, les précipités que l’on obtient sont majoritairement les mêmes (de l’acide glucarique peut persister dans le précipité d’acide mucique obtenue à partir du lactose), ce qui explique les points de fusion très proche et que nous n’avons pas eu beaucoup plus de précipités issus du lactose que de celui issue du galactose. Nous savons que les osazones ont un point de fusion compris entre 180°C et 190°C, ainsi les produits obtenus étaient bien des osazones mais elles n’étaient pas pures et surement pas assez sèche. Le réactif de Seliwanoff permet de distinguer les aldoses des cétoses qui réagissent très vite. Les résultats obtenus sont cohérents car le tube contenant le fructose qui est une cétose à réagit tout de suite. Il en est de même pour le tube contenant le saccharose qui à été dissocié en glucose et en fructose assez rapidement et a donc réagit avec le réactif. Les tubes contenant du glucose et du glucose+NaOH ont mis beaucoup plus de temps à un peu réagir. En effet, le glucose est un aldose mais il existe un équilibre entre la faction cétone et la fonction aldéhyde, d’où la présence d’une légère coloration car l’équilibre est déplacé

largement vers la fonction aldéhyde mais quelques fonctions aldéhydes vont devenir des cétones et donc réagir avec le réactif.

Les réactions caractéristiques vue en TP peuvent permettre de caractériser certains des 4 monosaccharides naturels les plus courants : D-glucose, D-mannose, D-fructose, D-galactose. En effet, le test de Seliwanoff permet de caractériser le fructose très facilement car il réagit avec les cétones et c’est la seule des 4. L’oxydation des aldoses, par HNO3 à chaud, restant permettrai de caractériser le galactose assez facilement car son oxydation donne de l’acide mucique insoluble dans l’eau alors que l’oxydation du glucose et du mannose conduit à des diacides solubles dans l’eau. Enfin, pour caractériser les deux aldéhydes restants, le glucose et le mannose c’est un peu plus compliqué car ils sont très proche au niveau de leur structure (vient du fait qu’il dérive tous les deux du même aldose, l’arabinose). Les deux composés ont des points de fusion différents, 146°C pour le glucose et 133°C pour le mannose, ce qui peut permettre de les caractériser facilement. Ces mêmes réactions peuvent également permettre de caractériser les 3 disaccharides suivant : saccharose, lactose, maltose. Il est très facile de caractériser le saccharose car il n’est pas réducteur et donneras donc un test négatif au réactif de Bénédict tandis que les deux autres donneront des résultats positifs. Pour ce qu’il en est des deux autres, ont peut les faires réagir avec la phénylhydrazine et regarder au microscope les cristaux qu’ils donnent pour les caractériser. En effet, l’osazone du maltose donne des cristaux en tournesols tandis que l’osazone du lactose donne des cristaux qui ressemblent à des boules d’aiguilles serrés. Une technique plus simple serait de les différencier de part leur point de fusion qui est très éloigné : 102°C pour le maltose et 223°C pour le lactose.

Conclusion : Ainsi, lors de ce TP nous avons pu étudier quelques réactions de caractérisation des sucres simples et des disaccharides.

ANNEXE : 1) Réaction entre la phénylhydrazine et le glucose :...