Saveur sucrée : synthèse de documents et chimie de l'aspartame
Le troisième exercice du bac S 2013 en Métropole vaut 5 points et se traite en 50 minutes environ. Il commence par une synthèse de documents sur les espèces à saveur sucrée, puis se recentre sur l'aspartame : groupes caractéristiques, carbone asymétrique, énantiomères et stratégie de protection en synthèse organique. La première partie exige surtout de la méthode et de l'esprit critique, la seconde des connaissances précises de chimie organique.
Partie 1 : l'étude comparée des espèces sucrantes
Il s'agit de rédiger une vingtaine de lignes comparant trois catégories : les sucres (glucose, fructose, saccharose), les polyols (xylitol, sorbitol) et les édulcorants (aspartame, acésulfame). Le corrigé organise la réponse selon des critères annoncés : origine et structure, pouvoir sucrant et énergie, santé. Sucres et polyols sont naturels, les édulcorants sont des molécules de synthèse. Le saccharose sert de référence avec un pouvoir sucrant de 1,0 ; sucres et polyols vont de 0,5 à 1,2, les édulcorants atteignent 200.
Le passage qui fait la différence consiste à exploiter les chiffres au lieu de les recopier : en divisant l'apport énergétique par le pouvoir sucrant, on compare les produits à saveur égale. On obtient 17 kJ pour le saccharose, 23 kJ pour le glucose, 10 kJ pour le xylitol, mais 26 kJ pour le sorbitol, plus que le sucre ordinaire, et seulement 8,5 × 10-5 kJ pour l'aspartame. Le regard critique porte sur le caractère subjectif du pouvoir sucrant, évalué par un panel de goûteurs. Le piège majeur est d'affirmer que le sucre provoque l'obésité : le document 3 précise que ce lien n'est pas établi. Une affirmation non soutenue par les documents coûte des points.
Partie 2, question 1 : les groupes caractéristiques
Dans la formule de l'aspartame, les groupes a et c sont des groupes carboxyle, b est un groupe amine et d un groupe amide, qui correspond ici à la liaison peptidique. La confusion la plus fréquente oppose carboxyle et carbonyle : le carbonyle est la double liaison C=O seule, qui devient carboxyle avec un groupe hydroxyle et amide avec un atome d'azote.
Partie 2, question 2 : carbone asymétrique et représentation de Cram
L'acide aspartique possède un seul carbone asymétrique, celui qui porte le groupe amine : il est lié à quatre groupes différents, H, NH2, COOH et CH2-COOH. Les carbones des groupes carboxyle et celui du CH2 ne le sont pas. En représentation de Cram, deux liaisons sont dans le plan, une vers l'avant et une vers l'arrière ; le second énantiomère s'obtient par symétrie dans un miroir ou en échangeant deux substituants. Ces notions relèvent de l'ancien programme.
Partie 2, question 3 : pourquoi protéger les fonctions a et b
L'aspartame se forme par réaction entre le groupe carboxyle c de l'acide aspartique et le groupe amine de l'ester méthylique de la phénylalanine. Sans protection, le carboxyle a pourrait réagir à la place de c et donner un isomère, et l'amine b d'une molécule pourrait réagir avec le carboxyle d'une autre molécule d'acide aspartique. La synthèse ne serait pas sélective : mélange de produits, faible rendement, purification difficile. On protège donc a et b, on effectue la réaction, puis on déprotège.
Conseils pour réussir
Pour la synthèse de documents, annoncez vos critères, citez les documents, calculez quand c'est possible et concluez en répondant à la question. En chimie organique, justifiez chaque affirmation par la structure de la molécule plutôt que par un simple nom.