Problème de chimie. Document 1 : « Quoi, il est pas frais mon ...

Problème de chimie. Document 1 : « Quoi, il est pas frais mon poisson ? » Cétautomatix, le forgeron du
village d'Astérix et d'Obélix, adore mettre en cause la fraîcheur des
produits du poissonnier Ordralfabétix. La raison ? Une odeur. Mais pas
n'importe laquelle. L'odeur de poisson avarié fait partie de ces effluves
nauséabonds et tenaces que l'on frémit de rencontrer. Les substances chimiques responsables de la mauvaise odeur du poisson sont
des composés azotés, les amines, comme la triméthylamine. Celle-ci est
produite à la mort du poisson lors de la décomposition des protéines de
l'animal par des bactéries. Les « recettes de grand-mère » ne manquent pas
pour atténuer ou se débarrasser des odeurs de poisson. La plupart d'entre
elles tournent autour d'ajout de citron ou de vinaigre dans la poêle, la
casserole ou sur les mains. Extraits de « Histoires de Savoir », 27 février 2008, Figaro.fr/Sciences. Document 2 : Le vinaigre à usage alimentaire que l'on utilise sera
considéré comme étant une solution aqueuse d'acide éthanoïque de formule
CH3COOH. Document 3 : données et notations . produit ionique de l'eau à 25 °C :Ke = [H3O+]éq × [HO-]éq = 1,0 × 10-14 . pKa du couple CH3COOH (aq) / CH3COO- (aq) à 25 °C : pKa1 = 4,8. . pKa du couple acide / base : ion triméthylammonium / triméthylamine, soit
: TH+(aq) / T (aq) : pKa,2. . solubilité dans l'eau : élevée pour l'ion triméthylammonium, faible pour
la triméthylamine. . si y = log(x) alors x = 10 y. Document 4 : spectre RMN de la triméthylamine. [pic] Document 5 : extrait des tables des spectres RMN [pic] Document 6 : données théoriques Les concentrations d'un acide AH et de sa
base conjuguée A sont liées à celle des ions oxonium et à la constante
d'acidité Ka du couple AH / A par la relation : KA= [pic] ou encore la relation de Henderson-Hasselbach : pH=pKA-log[pic]
où log désigne le logarithme à base 10. Dans cet exercice, on s'intéresse tout d'abord à la triméthylamine, puis à
son comportement dans l'eau et enfin à l'intérêt d'ajouter du vinaigre dans
l'eau de cuisson d'un poisson. On admet que l'odeur nauséabonde du poisson
ne provient que de la triméthylamine. Les trois parties sont largement indépendantes. 1. La triméthylamine
1.1. Donner la formule semi-développée de la triméthylamine ( ou N,N-
.diméthylméthanamine)
1.2. Donner tous les arguments qui justifient l'allure du spectre RMN de la
triméthylamine du document 4. 2. Titrage de la solution Stma et exploitation
On dispose d'une solution aqueuse Stma de triméthylamine de concentration C
à vérifier, obtenu en écrasant un poisson importé directement par char à
b?ufs de Lutèce, comme les poissons d'Ordralfabétix, puis en le filtrant.
On prélève un volume V1 = 10 mL de la solution puis on réalise un dosage pH-
métrique de la solution Stma par une solution titrante S2 d'acide
chlorhydrique (H3O+ + C?-) de concentration
C2 = 8,00 × 10-3 moI.L-1.
On mesure le pH de la solution Stma. Le pH-mètre indique pHtma = 10,9.
On notera par la suite la triméthylamine T et l'ion triméthylammonium TH .
Le graphique du document 7 en annexe représente la variation de pH de la
solution en fonction du volume VB de solution titrante versé. L'équation de
la réaction support du dosage est : T(aq) + H3O+(aq) > TH+(aq) + H2O (?) . 2.1.a) Citer un paramètre influençant l'évolution temporelle de cette
réaction chimique.
b) Proposer un protocole permettant de vérifier que l'acide
sulfurique est un catalyseur de cette réaction.
2.2. Déterminer graphiquement sur le document 7 en annexe le volume V2,E
d'acide chlorhydrique versé à l'équivalence. On fera apparaître les tracés
nécessaires à la détermination.
2.3. Définir l'équivalence. En déduire que la concentration molaire en
triméthylamine dans la solution Stma vaut C = 1,0 × 10-2 moI.L-1.
2.4. A partir de la relation d'Henderson-Hasselbach, montrer que, lorsque
V2=[pic] alors pH = pKa,2. On pourra éventuellement s'aider du tableau d'évolution de la réaction du
document 8 en annexe
2.5. En déduire la valeur de pKa,2 , pKa du couple ion triméthylammonium /
triméthylamine.
On fera apparaître les tracés nécessaires à la détermination.
2.6. Tracer le diagramme de prédominance du couple ion triméthylammonium /
triméthylamine.
En déduire quelle est la forme prédominante du couple dans la solution
Stma.
2.7. Pourquoi Cétautomatix fait-il des remarques désobligeantes à
Ordralfabétix bien qu'il ait jeté l'eau de cuisson du poisson ? 3. Intérêt d'ajouter du vinaigre à l'eau de cuisson du poisson
On ajoute du vinaigre à la solution aqueuse de triméthylamine. Le pH de la
solution vaut alors 6,5.
La réaction entre la triméthylamine et l'acide éthanoïque du vinaigre est
:
T (aq) + CH3COOH (aq) = TH+(aq) + CH3COO-(aq)
3.1. Exprimer le rapport R=[pic]en fonction de pKa,2 et de pH puis le
calculer.
3.2. Pourquoi Ordralfabétix devrait-il conseiller à ses clients d'ajouter
du vinaigre à l'eau de cuisson de ses poissons avant de la jeter ? 4. Vérifier la fraîcheur d'un poisson
Pour vérifier la fraîcheur d'un poisson, on peut mesurer sa teneur en acide
lactique. En effet sa quantité augmente au cours du temps après la mort du
poisson. L'acide lactique a pour formule :
1) Cette molécule est chirale. Justifier
2) Donner la représentation de Cram de l'acide lactique mettant en évidence
cette chiralité. Que représentent les traits pointillés et les traits
épais ?
3) Retrouver un stéréoisomère de configuration de la molécule précédente.
4) Ces molécules sont-elles des conformères, des diastéréoisomères ou des
énantiomères ? (A justifier)
5) a) Donner la formule topologique de cet acide.
b) Entourer sur la représentation précédente les groupes
caractéristiques présents dans la molécule et les nommer.
6) a) Parmi les spectres IR proposés dans le document 9 ci-après, choisir
en justifiant celui correspondant à l'acide lactique.
b) Prévoir, en justifiant la réponse, le nombre de signaux présents
dans le spectre RMN de l'acide lactique ainsi que leur multiplicité. Donnée : bandes d'absorption en spectroscopie IR |Liaison |C-C |C=O |O-H (acide |C-H |O-H |
| | | |carboxylique| |(alcool) |
| | | |) | | |
|Nombre |1000 - |1700 - |2500 - 3200 |2800 - |3200 - |
|d'onde |1250 |1800 | |3000 |3700 |
|(cm-1) | | | | | |
[pic]
Document 8 : tableau d'évolution de la réaction de titrage.
| |T(aq) + H3O+(aq) > |
| |TH+(aq) + H2O(?) |
|Etat |x= 0 | | | |Excès |
|initial | | | | | |
|Etat |xf | | | |Excès |
|Final | | | | | |
|(V2= | | | | | |
|V2,E/2) | | | | | |
|Etat |X'f =xE | | | |Excès |
|Final | | | | | |
|(V2= | | | | | |
|V2,E) | | | | | |
Document 9 : Spectres IR Spectre IR n°1
Spectre IR n°2