La vitamine C : un exercice complet de chimie organique et de titrage

Deuxième exercice du sujet de rattrapage de Polynésie 2015, « La vitamine C » est le plus lourd de l'épreuve avec 9 points, soit environ 1 h 30 de travail. Il balaie une grande partie du programme de chimie de l'ancienne Terminale S : stéréoisomérie, spectroscopie infrarouge, groupes caractéristiques, catalyse, catégories de réactions, puis titrage acido-basique avec évaluation de l'incertitude. La chiralité et les carbones asymétriques ne figurent plus au programme actuel de la spécialité, mais la spectroscopie IR, les titrages et le traitement des incertitudes restent incontournables.

Partie 1 : structure de l'acide L-ascorbique

On commence par repérer les carbones asymétriques : la molécule en compte deux. Le corrigé rappelle un point souvent oublié : le décompte des carbones asymétriques ne suffit pas à prouver la chiralité, l'argument attendu est la non-superposition de la molécule à son image dans un miroir. Avec deux carbones asymétriques, il existe quatre stéréoisomères : l'acide L-ascorbique, son énantiomère et deux diastéréoisomères.

La spectroscopie infrarouge suit. Il faut convertir les nombres d'onde en longueurs d'onde : de 400 à 4000 cm⁻¹, on obtient un domaine de 2,5 à 25 µm, bien au-delà de la limite du visible. Le piège : avec σ en cm⁻¹, λ sort en centimètres. On identifie ensuite deux bandes caractéristiques, les liaisons O-H entre 3200 et 3550 cm⁻¹ environ et la liaison C=O vers 1670 cm⁻¹. Les stéréoisomères ayant exactement les mêmes liaisons, le spectre IR ne permet pas de les distinguer.

Partie 2 : synthèse à partir du glucose

Le D-glucose porte cinq groupes hydroxyle (famille des alcools) et un groupe carbonyle en bout de chaîne (famille des aldéhydes). La question demande à la fois le nom du groupe et celui de la famille. Le nickel de Raney est un catalyseur : il accélère l'hydrogénation sans modifier l'état final, et la catalyse est hétérogène car le catalyseur solide n'est pas dans la même phase que les réactifs.

L'étape (a) est une modification de groupe caractéristique par addition de dihydrogène sur la double liaison C=O. L'étape (b), qui transforme le D-sorbitol en L-sorbose, est une élimination : deux atomes d'hydrogène partent d'atomes voisins et une double liaison se forme. Le site donneur de doublets est l'oxygène du groupe hydroxyle concerné, porteur de doublets non liants et d'une charge partielle négative. Enfin, le D-glucose et le L-sorbose sont des isomères de constitution, et non des stéréoisomères malgré les lettres D et L.

Partie 3 : titrage d'un comprimé

Le choix de l'indicateur coloré se fait en comparant les zones de virage au saut de pH, centré vers pH 8. La phénolphtaléine, dont la zone 8,2 - 10 est dans la partie verticale du saut, convient ; le corrigé signale que le BBT, bien argumenté, est aussi recevable. La question 3.2 demande un vrai traitement statistique : moyenne de 14,125 mL, écart-type σ(n-1) = 0,167 mL, incertitude arrondie à 0,2 mL, d'où l'encadrement 13,9 mL ≤ V ≤ 14,3 mL. La masse d'acide ascorbique est alors comprise entre 489 et 503 mg : les 500 mg annoncés sont dans l'intervalle.

Pièges et conseils

Prenez σ(n-1) et non σ(n) sur la calculatrice, divisez par la racine de n, convertissez les volumes en litres et arrondissez toujours une incertitude par excès. Pour améliorer la précision, on peut multiplier les titrages, repérer l'équivalence par pH-métrie ou diluer la solution titrante. Le corrigé détaille chaque étape de raisonnement.