TP n°1
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TP n°8 Titrages de la glycine Introduction La glycine est un acide α-aminé. Les acides α-aminés, sont des acides carboxyliques portant une fonction amine (−NH2) sur le carbone n°2 (carbone « en α » du groupe COOH) : H2N COOH R H Le groupe R est communément appelé le « reste » de l’acide aminé. Ce peut être un groupe alkyle ou aryle ; il peut inclure des groupes hydroxyle, amine, carboxylique… Il existe ainsi près de cinq cents acides aminés naturels, mais seulement vingt d’entre eux entrent dans la composition des protéines de la plupart des espèces vivantes. Quelques acides aminés : H2N H3C COOH H2N H2N _ OOC COOH H COOH HO H sérine glutamate COOH HS H H alanine H2N cystéine Les acides aminés ont la propriété de pouvoir s’enchaîner les uns aux autres pour former des polypeptides (que l’on nomme « protéines » lorsqu’il y a au moins 50 acides aminés enchaînés). Ceci est possible par condensation des fonctions amine et acide carboxylique en une fonction amide, que les biochimistes nomment la liaison peptidique : liaison peptidique O H2N R1 OH H O O + H2N R2 OH H2N R1 H O H N H R2 OH + H2O H Dans les cellules vivantes, la liaison peptidique est formée dans des sites enzymatiques appelés ribosomes, lors de la traduction du code génétique. Page 1 sur 5 La glycine La glycine est le plus simple des acides aminés et le seul à être achiral, puisque le reste est un atome d’hydrogène : H2N COOH H H glycine Étant donné que les acides aminés contiennent à la fois une fonction acide carboxylique et une fonction amine, ce sont des espèces amphotères, c’est-à-dire qu’ils se comportent comme des acides et comme des bases. De plus, un acide carboxylique étant plus acide qu’un ion ammonium, les acides aminés existent en fait en solution aqueuse sous forme d’ammonium-carboxylates : H H + H N C H H O O Une telle espèce, neutre, mais aussi à la fois cation et anion, est appelée un amphion. En solution aqueuse, on assiste à l’établissement de divers équilibres acido-basiques dus aux groupes fonctionnels concernés. Selon le pH du milieu, la glycine peut exister principalement sous forme de cation diprotonné AH2+ , sous forme d’amphion AH± , ou sous forme d’ion 2-aminocarboxylate A− : H H AH2+ H H H + H N H H + H N C O OH H H AH± H C O O N C H H O O A− Les couples acido-basiques AH2+ /AH ± et AH ± /A− sont caractérisés par la valeur de leurs p𝐾𝑎 respectifs, que l’on notera p𝐾1 et p𝐾2 . On donne : p𝑲𝟏 = 𝟐, 𝟒 et p𝑲𝟐 = 𝟗, 𝟖 pour la glycine. Expérience 1 : Titrage de la glycine acidifiée Vous disposez d’une solution aqueuse (S), contenant : - de la glycine, à la concentration 𝐶0 ; - de l’acide nitrique (rappel : acide fort de formule HNO3 ), à la concentration 𝐶1 > 𝐶0 . L’objectif de votre titrage est de déterminer le plus précisément possible les valeurs des concentrations 𝐶0 et 𝐶1 . On procédera pour cela au titrage d’un prélèvement de 𝑉0 = 50 mL de solution (S) par une solution de soude de concentration fournie. Le titrage sera suivi simultanément par pH-métrie et conductimétrie. Pour faciliter la compréhension du titrage, on fournit en ANNEXE une simulation informatique d’un titrage similaire. Page 2 sur 5 Compte-rendu Votre compte-rendu devra contenir : a) Une présentation du titrage, avec notamment l’écriture des équations des réactions support de titrage et la définition des volumes équivalents associés. b) Une exploitation du titrage par pH-métrie classique c) Une exploitation du titrage par la méthode de Gran On rappelle que les équations des droites de Gran sont : - pour la quantité de H3 O+ : 10−pH × (𝑉0 + 𝑉) = 𝑓(𝑉) ; - pour la quantité de HO− : 10pH−14 × (𝑉0 + 𝑉) = 𝑔(𝑉) ; - pour l’acidité de AH ± dosée seule : 10−pH × (𝑉 − 𝑉𝐸2 ) = ℎ(𝑉). d) Une exploitation par la méthode conductimétrique N.B. Pour chaque exploitation (b,c,d), on interprétera avec concision l’allure des courbes tracées et on discutera des volumes équivalents que l’on peut déterminer et avec quelle précision. e) Une conclusion, où vous déterminerez les concentrations 𝐶0 et 𝐶1 , en indiquant la précision de votre détermination. f) Quelques questions supplémentaires : 1) Auquel des deux p𝐾𝑎 de la glycine peut-on accéder par lecture graphique simple sur la courbe pH = 𝑓(𝑉) ? En quel volume faut-il se placer ? Justifier que l’approximation d’Henderson est applicable en ce point. 2) En quel point du titrage la solution est-elle, au niveau acido-basique, équivalente à une solution de glycine AH ± ? Quel est alors le pH attendu ? Justifier la réponse. Pourquoi qualifie-ton ce point de point isoélectrique ? Expérience 2 :Titrage de la glycine par la méthode de Sorensen On dispose maintenant d’une solution de glycine de concentration 𝐶0 inconnue, ainsi que d’une solution titrante de soude, de concentration fournie. On souhaite procéder au titrage de la glycine en suivant ce dosage uniquement par pH-métrie. a) Question préliminaire Tracer l’allure de la courbe de titrage pH = 𝑓(𝑉) attendue. Expliquer pourquoi la pH-métrie ne permet pas de déterminer l’équivalence avec précision. Le formaldéhyde (méthanal) a la propriété de transformer les amines en imines : R − NH2 + HCHO → R − N = CH2 + H2 O L’imine est une base moins forte que l’amine de départ, ce que l’on vérifiera en mesurant le p𝐾𝑎 correspondant lors du titrage. Ce changement de p𝐾𝑎 va également rendre le saut de pH beaucoup plus marqué, ce qui va rendre possible le titrage avec exploitation pH-métrique classique. On réalise donc un dosage indirect : on transforme l’intégralité de la glycine en l’imine correspondante en apportant un excès de formaldéhyde, puis on dose l’imine. Page 3 sur 5 Prélever 𝑉0 = 50,0 mL de solution de glycine à doser et les introduire dans un bécher forme haute. Ajouter environ 5 mL de formol (solution aqueuse de méthanal) dans le bécher. Attention, le formol est une solution toxique ! Agiter pendant quelques minutes. Procéder alors au titrage avec la soude en le suivant par pH-métrie. On pourra faire un dosage « rapide » préalable pour localiser le saut. Utiliser pour cela la phénolphtaléine comme indicateur coloré. b) Exploiter les résultats du titrage par pH-métrie classique c) Exploiter les résultats du titrage par méthode de Gran d) Conclure, déterminer 𝐶0 et la précision e) Déterminer le p𝐾𝑎 du couple iminium/imine et conclure quant à l’intérêt de la méthode de Sorensen. Page 4 sur 5 ANNEXE : Titrage par de la soude d’une solution de glycine acidifiée, simulé avec le logiciel Simultit Bécher :100 mL ; glycine protonnée : AH2+ à 0,100 mol⋅L−1 + acide nitrique : H3 O+ à 0,050 mol⋅L−1 Burette : soude : HO− à 1,00 mol⋅L−1 Page 5 sur 5