La cinquième saveur : chimie organique autour de l'acide glutamique

Le troisième exercice du bac S 2017 Inde (Pondichéry), noté sur 5 points et prévu pour environ 50 minutes, est réservé aux candidats qui n'ont pas choisi la spécialité physique-chimie. Il est consacré à l'acide glutamique, molécule associée à la cinquième saveur. Il mobilise la représentation de Cram et la stéréoisomérie, les mécanismes réactionnels, la synthèse peptidique avec protection de groupes, les diagrammes de prédominance et la spectroscopie infrarouge. Un exercice court, mais qui demande des justifications précises.

Partie 1 : structure et synthèse de l'acide glutamique

En 1.1, il suffit de repérer sur la formule un groupe amino et un groupe carboxyle pour justifier qu'il s'agit d'un acide aminé ; il faut nommer les deux. La question 1.2 porte sur trois représentations de Cram. Le carbone central, lié à quatre groupes différents, est le seul carbone asymétrique. On passe de A à B par deux échanges de groupes : les molécules sont identiques. On passe de A à C par un seul échange : elles sont énantiomères. Avec un seul carbone asymétrique, aucune diastéréoisomérie n'est possible.

La question 1.3 identifie d'abord le groupement R par comparaison des formules : il s'agit de HOOC-CH2-CH2-. Il faut ensuite tracer les flèches courbes d'une étape du mécanisme. Le doublet non liant de l'azote, site donneur, attaque le carbone appauvri en électrons, site accepteur ; une seconde flèche fait basculer le doublet de la double liaison C=O vers l'oxygène. Deux espèces donnent une seule : c'est une addition. Une flèche part toujours d'un doublet, jamais d'une charge.

Partie 2 : du dipeptide à la séparation

L'équation de formation du dipeptide GLU-SER associe le carboxyle de l'acide glutamique voisin du groupe amino et le groupe amino de la sérine, avec libération d'une molécule d'eau (2.1). La fonction créée est une fonction amide, appelée liaison peptidique (2.2). En 2.3, il faut entourer les groupes à protéger : le groupe amino et le carboxyle terminal de l'acide glutamique, le carboxyle et l'hydroxyle de la sérine. Sans protection, on obtiendrait un mélange de dipeptides.

La question 2.4 est une petite résolution de problème : choisir le tampon de l'électrophorèse. Pour chaque pH proposé, on détermine la forme prédominante de chaque espèce, sa charge globale, puis le sens de migration. À pH 7,0, la sérine est globalement neutre et reste au dépôt, tandis que l'acide glutamique, sous forme d'anion, migre vers le pôle positif : c'est le bon choix. À pH 2,0 ou 12,0, les deux espèces migrent dans le même sens. Le piège consiste à ne regarder la charge que d'un seul groupe.

Enfin, en 2.5, la sérine possède une liaison O-H d'alcool que l'acide glutamique n'a pas. Mais sa bande, entre 3200 et 3400 cm^-1, se superpose à celle des liaisons N-H : avec la seule table fournie, la distinction par spectroscopie infrarouge n'est pas assurée.

Conseils pour réussir cet exercice

Apprenez la règle des échanges autour d'un carbone asymétrique, vérifiez la conservation des atomes dans chaque équation, et raisonnez toujours sur la charge globale d'une espèce. En spectroscopie, une bande n'est exploitable que si elle se trouve dans une zone libre du spectre : pensez à le dire.