Bac S 2020 Centres étrangers, exercice 1 : la gomme arabique

Ce premier exercice, noté sur 7,5 points, part d'un additif alimentaire bien connu, la gomme arabique, un polysaccharide que l'on hydrolyse pour libérer trois glucides : l'arabinose, le galactose et le rhamnose. Il balaie une grande partie du programme de chimie organique de Terminale S : catégories de réactions, mécanisme réactionnel, groupes caractéristiques, énantiomérie, spectroscopies, chromatographie, puis un dosage par étalonnage à concevoir soi-même. Comptez environ 1 h 20 pour le traiter.

Partie 1 : l'hydrolyse et les molécules obtenues

La question 1.1.1 demande la catégorie de la réaction : un groupe -OR est remplacé par un groupe -OH, aucune liaison multiple n'apparaît ni ne disparaît, c'est une substitution. En 1.1.2, l'ion H⁺ est consommé à l'étape a puis régénéré à l'étape d et n'apparaît pas dans le bilan : c'est un catalyseur. La question 1.1.3 porte sur la flèche courbe de l'étape a. Le site donneur est l'atome d'oxygène du groupe -OR, qui porte des doublets non liants et une charge partielle négative ; le site accepteur est l'ion H⁺. Le piège classique consiste à tracer la flèche de H⁺ vers l'oxygène, alors qu'une flèche courbe part toujours d'un doublet d'électrons.

La question 1.2.1 fait entourer les groupes caractéristiques de l'arabinose : un groupe carbonyle en bout de chaîne, dont le carbone porte un atome d'hydrogène (famille des aldéhydes, et non des cétones), et quatre groupes hydroxyle (famille des alcools). En 1.2.2, l'arabinose possède trois atomes de carbone asymétriques et n'a pas de plan de symétrie : elle est chirale et forme avec son image dans un miroir un couple d'énantiomères. Attention : inverser les liaisons sur un seul carbone asymétrique donnerait un diastéréoisomère. La question 1.2.3 compare les spectroscopies : l'infrarouge ne distingue pas les trois glucides, qui portent les mêmes groupes caractéristiques, tandis que la RMN du proton les distingue, notamment grâce au signal du groupe CH₃ du rhamnose, un doublet intégrant pour 3 H.

Partie 2 : choisir le protocole d'hydrolyse

Après la formule semi-développée de l'acide méthanoïque (2.1) et l'intérêt du chauffage à reflux, qui accélère la réaction sans perte de matière (2.2), la question 2.3 demande les dépôts de la chromatographie sur couche mince : le mélange réactionnel, les trois glucides purs comme témoins et la gomme arabique non hydrolysée. Une CCM s'interprète toujours par comparaison avec des témoins. La question 2.4 exploite le tableau des quatre protocoles : le protocole 3, avec l'acide méthanoïque à 25 %, donne une hydrolyse complète sans dégradation des glucides.

Partie 3 : un dosage par étalonnage à rédiger

La dernière question est ouverte : proposer un protocole complet pour doser l'arabinose. Le corrigé détaille une gamme étalon de cinq solutions filles préparées par dilution de la solution S₀, dont les concentrations encadrent la valeur attendue, la formation du complexe orange dans des tubes identiques, le réglage du spectrophotomètre sur la couleur complémentaire (vers 480 nm), puis la lecture sur la droite d'étalonnage issue de la loi de Beer-Lambert. Deux erreurs coûtent des points : régler l'appareil sur la couleur perçue et choisir une gamme qui n'encadre pas la concentration de l'échantillon.

Conseils pour réussir

Justifiez chaque réponse de chimie organique par un critère précis : nature de la modification pour la catégorie de réaction, électronégativité pour les sites donneur et accepteur, définition du carbone asymétrique pour la chiralité. Pour la question de protocole, structurez votre réponse en étapes numérotées avec la verrerie, les volumes et la justification de la longueur d'onde. Enfin, certaines notions de cet exercice, comme la RMN du proton et l'énantiomérie, ne figurent plus au programme actuel : le corrigé le signale pour vous aider à cibler vos révisions.