L'adrénaline contre les piqures de guêpes : un exercice complet de chimie organique

Cet exercice de 10 points, prévu pour environ 1 h 40, représente la moitié de l'épreuve du bac S 2015 en Amérique du Sud. Il suit l'adrénaline de sa synthèse en trois réactions jusqu'à la dose injectée par un stylo auto-injecteur. On y retrouve une grande partie de la chimie organique de l'ancien programme : catégories de réactions, mécanismes, spectroscopie, stéréoisomérie et calcul de quantités de matière.

Partie 1 : la synthèse de l'adrénaline

Pour classer les trois réactions, on compte les espèces. Les réactions 1 et 2 sont des substitutions : un atome est remplacé par un groupe d'atomes, avec formation de chlorure d'hydrogène. La réaction 3 est une addition : deux réactifs donnent un seul produit et la double liaison C=O devient une liaison simple. Répondre « réduction » n'est pas faux chimiquement, mais ce n'est pas une des catégories attendues.

L'étude du mécanisme de la réaction 2 demande d'identifier le site donneur, l'atome d'azote et son doublet non liant, et le site accepteur, le carbone lié au chlore, appauvri en électrons car le chlore est plus électronégatif (3,16 contre 2,55). Les flèches courbes partent toujours d'un doublet et vont vers le site accepteur. La seconde étape, à écrire soi-même, est un transfert d'ion H⁺ vers l'ion chlorure : une réaction acido-basique.

Le palladium fournit un mélange racémique : il n'est donc pas stéréosélectif. Pour le spectre infrarouge, l'argument décisif est l'absence de bande C=O vers 1680-1700 cm^-1 ; la bande O-H seule ne prouve rien, car l'adrénalone porte déjà deux groupes hydroxyle sur son cycle. En RMN, le triplet s'attribue au proton du groupe CH lié au groupe hydroxyle, qui a deux protons voisins, ceux du CH₂. Les protons portés par O et N ne comptent pas parmi les voisins.

Partie 2 : stéréoisomérie et séparation

En dehors du cycle, la molécule porte un groupe hydroxyle (famille des alcools) et un groupe amine (famille des amines). Les groupes OH fixés sur le cycle ne sont pas demandés. Les stéréoisomères A et B ne diffèrent que par la disposition autour du seul carbone asymétrique : ce sont des énantiomères. La séparation exploite une idée clé : deux énantiomères ont les mêmes propriétés physiques, deux diastéréoisomères non. On forme donc deux sels avec l'acide tartrique, on les sépare par filtration grâce à leur différence de solubilité dans l'eau, puis on récupère chaque énantiomère par action du carbonate de potassium.

Partie 3 : la dose injectée

La concentration de l'ampoule vaut c = n/V = 5,5 × 10^-3 mol/L, à condition de convertir les micromoles et les millilitres. Pour une personne de 55 kg, la dose nécessaire est de 0,55 mg, alors qu'une injection apporte 0,30 mg. Il faut donc deux injections. Le piège est de comparer une masse à une quantité de matière : tout doit être exprimé dans la même grandeur avant de conclure.

Conseils pour réussir cet exercice

Justifiez chaque classement par un critère explicite, tracez les flèches courbes avec rigueur et appuyez chaque conclusion spectroscopique sur une bande ou un signal précis. Plusieurs notions, comme la RMN ou les énantiomères, ne figurent plus au programme actuel de spécialité, mais le raisonnement reste formateur. Le corrigé détaillé traite chaque question dans l'ordre du sujet, avec méthodes et pièges.