Un peu de chimie chez les abeilles : ce que demande l'exercice

Le premier exercice du Bac S 2016 Asie, noté sur 5 points, explore la chimie de la ruche. La partie A étudie les phéromones : celle de la reine, l'acide 9-oxodéc-2-ènoïque, puis l'acide 9-hydroxydéc-2-ènoïque, et enfin deux phéromones d'alarme identifiées par spectroscopie. La partie B quitte les molécules pour le miel : on dose les sucres réducteurs d'un miel de sapin par spectrophotométrie afin de savoir s'il respecte la norme internationale. L'exercice mobilise donc la chimie organique, la lecture de spectres et un dosage par étalonnage.

Les passages clés, question par question

Groupes caractéristiques et isomérie Z/E

Dans l'acide 9-oxodéc-2-ènoïque, on encadre deux groupes : un groupe carbonyle porté par le carbone n° 9, lié à deux carbones, donc une cétone, et un groupe carboxyle en bout de chaîne, donc un acide carboxylique. La double liaison C=C n'est pas un groupe caractéristique attendu. Chaque carbone de cette double liaison porte deux groupes différents, et la rotation est bloquée : la molécule existe sous deux formes, Z et E. La phéromone de la reine est l'isomère E.

Remplacer « oxo » par « hydroxy »

Pour l'acide 9-hydroxydéc-2-ènoïque, le carbone n° 9 porte un groupe hydroxyle à la place du C=O, et donc aussi un atome d'hydrogène. Ce carbone devient lié à quatre groupes différents : H, OH, CH₃ et le reste de la chaîne. C'est un carbone asymétrique. La molécule cumule alors deux types de stéréoisomérie : la diastéréoisomérie Z/E de la double liaison et l'énantiomérie due au carbone asymétrique, soit 2 × 2 = 4 stéréoisomères de configuration.

Spectres IR : chercher la liaison qui fait la différence

L'heptan-2-one et l'éthanoate d'isoamyle possèdent toutes deux des liaisons C–H et une liaison C=O. Seul l'ester possède des liaisons simples C–O, qui donnent une bande forte entre 1200 et 1300 cm^-1. Le spectre n° 1 montre une bande forte et large vers 1240 cm^-1 : c'est l'éthanoate d'isoamyle ; le spectre n° 2 est celui de l'heptan-2-one.

Spectre RMN : cinq groupes, cinq signaux

L'éthanoate d'isoamyle compte cinq groupes de protons équivalents. La règle des n + 1 pics donne un singulet, un triplet, un quadruplet, un nonuplet et un doublet : exactement les signaux du spectre. Le triplet à 4,1 ppm est le plus déplacé, car son CH₂ est lié à l'oxygène.

Partie B : le miel est-il conforme ?

Le DNS est introduit en excès pour que tous les sucres réducteurs réagissent : l'absorbance de l'espèce rouge formée est alors proportionnelle à leur concentration. Avec la droite d'étalonnage A = 0,68 × C_m, on obtient 0,59 g·L^-1 dans la solution diluée, donc 5,9 g·L^-1 dans la solution mère, puis 0,29 g de sucres dans 0,60 g de miel. La teneur vaut 49 g pour 100 g, au-dessus des 45 g exigés pour un miel de miellat : le miel est conforme.

Les pièges à éviter

Ne pas découper le groupe carboxyle en une cétone et un alcool. Ne pas compter six groupes de protons en séparant les deux CH₃ portés par le même carbone. En IR, la bande vers 1170 cm^-1 du spectre n° 2 est hors de l'intervalle des liaisons C–O. Dans le dosage, oublier le facteur de dilution 10 conduit à 4,9 g pour 100 g et à une conclusion fausse ; il faut aussi comparer à 45 g (miellat) et non à 60 g (nectar).

Conseils pour réussir

En spectroscopie, liste les liaisons de chaque molécule, écarte celles qui sont communes et cherche la bande de celle qui n'appartient qu'à une seule. Dans un dosage, écris chaque étape (solution diluée, solution mère, masse, teneur) et garde les valeurs non arrondies dans la calculatrice. Le résultat final s'exprime avec deux chiffres significatifs. Note enfin que la stéréoisomérie de configuration et la RMN ne figurent plus au programme actuel de la spécialité : l'exercice reste un très bon entraînement pour les spectres IR et le dosage par étalonnage.