CAPES physique chimie ( d'après concours interne 2002 ) acide a-aminé : nomenclature (RS) et (DL) ; acide base

On rappelle la formule semi-développée d'un acide a-aminé.

Les différentes fonctions chimiques présentes dans la molécule d'un acide a-aminé :

-COOH : acide carboxylique ; -NH₂ : amine

alanine ou acide 2-aminopropanoïque :

le carbone asymétrique ( carbone tétragonal lié à 4 groupes différents ) est responsable de l'isomérie optique.

les deux énantiomères ne sont pas superposables à leur image dans un miroir ( molécule chirale)

numéroter de façon décroissante chacun des quatre substituants selon son numéro atomique.

NH₂ (1) ; COOH (2) ; CH₃ (3) ; H (4).

On place alors l'atome (ou le groupement) de numéro le plus élevé derrière.

On regarde dans quel sens, sens horaire ou trigonométrique, on passe du numéro 1, au 2, au 3.

- Si le sens de rotation est le sens horaire (ou anti-trigonométrique), le carbone est Rectus (R),

- Si le sens de rotation est le sens trigonométrique (ou anti-horaire), le carbone est Sinister (S).

Lévogyre :

qui a la propriété de faire dévier le plan de polarisation de la lumière polarisée dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. (vers la gauche)

Il n'existe pas de relation générale entre les configurations D et L d'une molécule et le signe (+) ou (-) de son pouvoir rotatoire. L'alanine naturelle appartient à la série L et est dextrogyre. 

H₂C(NH₃⁺) COOH / H₂C (NH₃⁺) COO^- pK_a1 = 2,4

H₂C (NH₃⁺) COO^- / H₂C (NH₂) COO^- pK_a2 = 9,7.

HOOC-CH₂-NH₃⁺ + H₂O = ^-OOC-CH₂-NH₃⁺ + H₃O⁺ pKa₁= 2,4
^-OOC-CH₂-NH₃⁺ + H₂O = ^-OOC-CH₂-NH₂ + H₃O⁺ pKa₂ = 9,7
Diagramme de prédominance des espèces d'une solution aqueuse de glycine de concentration 0,10 mol/L :

calcul de la valeur du pH :

On note AH⁺ : HOOC-CH₂-NH₃⁺ ; AH^{(+ -)} noté A : ^-OOC-CH₂-NH₃⁺ ; A^- : ^-OOC-CH₂-NH₂ et [H₃O⁺] : h

AH⁺ + H₂O = A+ H₃O⁺ ; K_a1 = [A] h / [AH⁺] = 10^-2,4 = 3,98 10^-3.

A + H₂O = A^- + H₃O⁺ ; K_a2 = [A^-]h / [A]= 10^-9,7 = 2 10^-10

conservation A : [AH⁺]+[A]+[A^-]=0,1 ; or A majoritaire dans l'eau : [A] voisin 0,1 mol/L

solution électriquement neutre : h+ [AH⁺] = [OH^-]+[A^-]

hypothèse : h et [OH^-] négligeable devant [AH⁺] et [A^-] alors [AH⁺] =[A^-]

K_a1 * K_a2 = h²[A^-] / [AH⁺] = 7,96 10^-13

h²= 7,96 10^-13 ; pH= 6,05.

si on calcule [AH⁺] et [A^-] on trouve : [AH⁺] = [A] h/Ka₁ = 0,1 * 10^-6,05 / 3,98 10^-3 = 2,24 10^-5 alors que h= 7,8 10^-7

[A^-] =Ka₂[A]/h= 2 10^-10*0,1/ 10^-6,05 = 2,24 10^-5 ; hypothèse confirmée

Dans un becher, on verse un volume V₀=50,0 mL de solution de glycine à environ 0,1 mol/L et on ajoute un volume V_a= 60,0 mL d'acide chlorhydrique de concentration c_a=1,00 10^-1 mol/L. On dose le mélange à l'aide d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration c_b=1,00 mol/L et on trace les courbes pH=f(V) et g= f(V) où g représente la conductivité de la solution et V le volume d'hydroxyde de sodium versé.
Espèces majoritaires dans la solution acidifiée de glycine avant ajout de la solution d'hydroxyde de sodium :

les ions oxonium apportés par l'acide chlorhydrique réagissent avec l'amphion et donnent HOOC-CH₂-NH₃⁺ ;

l'acide chlorhydrique étant en excès il reste des ion oxonium.

espèces majoritaires : HOOC-CH₂-NH₃⁺ ; H₃O⁺ ;
Equations des réactions qui se produisent si : 0<V<V_equi1

H₃O⁺ + HO^- = 2H₂O

HOOC-CH₂-NH₃⁺ + HO^- = H₂C (NH₃⁺) COO^- + H₂O

et si V_equi1<V<V_equi2 :

H₂C (NH₃⁺) COO^- + HO^- = H₂C (NH₂) COO^- + H₂O
Quantité d'acide chlorhydrique introduite et la concentration de la solution aqueuse de glycine :

à la première équivalence, ( dosage de l'acide chlorhydrique sous forme H₃O⁺ et HOOC-CH₂-NH₃⁺ )

la quantité d'ion hydroxyde ajouté vaut : c_bV_{équi 1} = 1*6 10^-3 = 6 10^-3 mol.

6 10^-3 = V_ac_a = n _HCl

à la seconde équivalence ( dosage de la seconde acidité de la glycine): c_b(V_{équi 2} -V_{équi 1} ) = 1(11-6) 10^-3 = 5 10^-3 mol.

  5 10^-3 = V₀c₀ = 0,05 c₀ d'où c₀ = 0,1 mol/L.