A08. Acides amin_ hydrolyse asp

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A08. Acides amin_ hydrolyse asp Powered By Docstoc
					TP A08. Acides aminés, produits d’hydrolyse de l’aspartame

Objectifs
       Montrer, à l’aide la technique de chromatographie sur papier, que l’aspartame, constituant
        d’édulcorants usuels, est synthétisé à partir, entre autres, de deux acides -aminés : la
        phénylalanine et l’acide aspartique.

                       support                            éluant                             révélation
                                                    butan-1-ol/eau/acide
            papier Whatman n°1                          acétique pur                solution de ninhydrine
                                                    30/10/10 en volume


Présentation de la démarche
L’aspartame est hydrolysé à chaud en milieu acide pour obtenir deux acides -aminés : la
phénylalanine (ou acide 2-amino-3-phénylpropanoïque et l’acide aspartique (ou acide 2-
aminobutanedioïque) et du méthanol.
                                                                 1
Équation de la réaction d’hydrolyse de l’aspartame :
                            H
    O                                                                O                       O
        C   CH2   CH    C   N      CH       CH2      +   2 H2O           C   CH2   CH    C        +   H2N    CH     CH2          +   CH3OH
HO                                                                HO                         OH
                  NH2 O            C                                               NH2                       C
                            O           O     CH3                                                       O         OH
                                                                         acide aspartique
                       aspartame                                                                                 phénylalanine


Remarque : la durée de l’hydrolyse est d’environ 30 minutes. Prévoir en conséquence une activité
documentaire ou de commencer la chromatographie à l’aide d’une solution d’aspartame hydrolysée
préalablement préparée.

Les produits de l’hydrolyse sont identifiés par une chromatographie comparée avec des solutions
d’acides -aminés connues.

Protocole

Matériel et produits
Bechers de 100 mL
Erlenmeyer de 100 mL
Bouchon pour erlenmeyer muni d’un réfrigérant à air
Agitateur magnétique et barreau aimanté
Plaque chauffante et grand cristallisoir (servant de bain-marie) ou four à micro-ondes
Papier pH
Matériel pour chromatographie papier
Agrafeuse
Sèche-cheveux
Gants
Masque
                                                                                                        -1
Solution aqueuse de phénylalanine de concentration massique environ 4 g.L
                                                                            -1
Solution aqueuse d’acide aspartique de concentration massique environ 4 g.L
Solution aqueuse d’un acide -aminé au choix (alanine, leucine ou autre) de concentration massique
              -1
environ 4 g.L
Solution d’hydrogénocarbonate de sodium à 10 %
                                                     -1
Acide chlorhydrique de concentration molaire 1 mol.L

1
 L’aspartame est le stéréoisomère de configuration qui conduit par hydrolyse à l’acide (L)-aspartique et à la (L)-
phénylalanine (voir représentation dans l’espace de cette molécule en fin de document).
                                          ®            ®                 ®             ®       2
Comprimés de « sucrette » (Aspasuc , Canderel , Carte blanche , Pouss’suc , etc.)
Éluant : mélange butan-1-ol/eau/acide acétique pur dans le rapport 30/10/10 en volume
Révélateur : solution de ninhydrine à 2 % dans l’acétone, en pulvérisateur

Mode opératoire
1. Hydrolyse de l’aspartame
- Dans un erlenmeyer, placer deux comprimés contenant de l’aspartame et introduire 20 mL d’acide
    chlorhydrique. Agiter pour dissoudre.
- Adapter un réfrigérant à air sur l’erlenmeyer.
                                                  3
- Porter à reflux à l’aide d’une plaque chauffante pendant 30 minutes : solution A.

2. Neutralisation de la solution d’aspartame hydrolysée
- Refroidir l’erlenmeyer contenant la solution préalablement chauffée sous l’eau du robinet puis
    vider son contenu dans un becher.
- Ajouter quelques gouttes de solution d’hydrogénocarbonate de sodium.
- Tout en agitant, continuer d’ajouter progressivement la solution d’hydrogénocarbonate jusqu’à ce
    que l’effervescence provoquée n’ait pratiquement plus lieu : solution A’.
- Vérifier, à l’aide d’un papier pH, que la solution A’ est quasiment neutre.

3. Caractérisation des espèces par chromatographie
Porter des gants pendant toute la durée de la chromatographie pour ne pas toucher le papier
Whatman avec les doigts afin d’éviter que les acides -aminés de la peau ne perturbent la
chromatographie en se déposant sur le papier.
                                    4
-   Réaliser les dépôts suivants :
     solution d’aspartame hydrolysée (A’)
     solution aqueuse d’aspartame (un comprimé dans environ 5 mL d’eau distillée)
     solution de phénylalanine
     solution d’acide aspartique
     solution d’un troisième acide -aminé (selon choix) et éventuellement dépôt des autres acides
        aminés selon produit utilisé (voir note 2).
-   Réaliser l’élution pendant 20 à 30 minutes.
-   La ninhydrine est toxique ; opérer sous la hotte, porter un masque
    Vaporiser la solution de ninhydrine sur le chromatogramme. Sécher au sèche cheveux puis porter
                               5
    sur une plaque chauffante jusqu’à ce que des taches colorées apparaissent.

Exemples de questions (exploitation de la manipulation)
1. Quels sont les dangers encourus, en général, lorsque l’on chauffe de l’acide ? Quel est
   l’inconvénient supplémentaire de l’acide chlorhydrique ? Comment réduire les risques ?

2. Indiquer la nature du gaz formé lors de la neutralisation de la solution hydrolysée d’aspartame par
   la solution d’hydrogénocarbonate de sodium.

3. Déterminer le rapport frontal, Rf, correspondant à chacun des échantillons déposés. Interpréter le
   chromatogramme pour valider ou infirmer les informations portées par la boîte de comprimés.




2
  Au vu de l’étiquette et des acides aminés présents (en particulier, ces édulcorants contiennent souvent de la (L)-
leucine), ajouter, en chromatographie, un essai avec l’acide aminé correspondant.
3
  Le chauffage à l’aide d’une plaque chauffante sur chaque paillasse pendant 30 minutes peut être remplacé par
la mise en service d’un four à micro-ondes (durée de chauffage à déterminer en fonction de l’appareil utilisé).
Procéder de la manière suivante : une grande quantité d’eau est préalablement chauffée dans un grand
cristallisoir. Les erlenmeyers repérés et lestés sont rassemblés dans le grand cristallisoir et maintenus sous un
couvercle. Le chauffage du four en position marche assure la poursuite de l’ébullition de l’eau dont le niveau sera
surveillé afin d’éviter absolument sa vaporisation complète.
4
  Pour la technique de chromatographie sur papier voir par exemple TP A05 : Colorants alimentaires dans un
sirop ou dans des confiseries.
5
  Ou étuve maintenue à un température proche de 105°C.
Commentaires, compléments

Remarques sur la manipulation
Les solutions d’acides -aminés sont incolores. La pulvérisation d’une solution d’un révélateur
spécifique des acides -aminés, la ninhydrine, qui, à chaud, donne, avec chacun des aminoacides, un
composé coloré en pourpre (ou un brun pour certains), permet de rendre observable, sur le
chromatogramme, la place des composés ayant migré.

Les édulcorants intenses
Les édulcorants intenses (du latin dulcor, douceur) sont de plus en plus utilisés du fait de leur fort
pouvoir sucrant et de leur faible, voire nul, apport calorique. Ils entrent donc dans la composition de
nombreuses préparations alimentaires sujettes à la législation telles que certaines boissons « light »
          -1                                   -1                             -1                     -1
(0,05 g.L ), conserves de fruits (0,05 g.kg ) et de légumes (0,2 g.kg ), moutarde (0,3 g.kg ),
                     -1
confiseries (0,1 g.kg ) et aussi dans des plats préparés à base de poissons et de mollusques. Ils font
aussi partie de la composition de médicaments accessibles aux personnes souffrant de diabète.
Outre le miel, un des premiers édulcorants naturels fut découvert par les Aztèques ; l'hernandulcine,
du nom du Dr Hernandez qui la fit connaître en Europe en 1570, est extraite de « l'herbe sucrée ».

Principaux édulcorants naturels et synthétiques ainsi que leurs propriétés, notamment médicales :

                                                            pouvoir
     Nom usuel        formule semi-développée                                 date de découverte ; propriétés
                                                            sucrant
                            O HO
                                                                         • non toxique
hernandulcine                                                 1000
                                                                         • arrière-goût amer

                                                                         • édulcorants nutritifs (avec un apport
sorbitol et xylitol             polyol                                   calorique non négligeable) extraits du maïs
                                                                         et de la betterave
                                                                         • découverts en 1972
                                                                         • protéine extraite d'une plante d'Afrique et
thaumatine ou talin         polypeptide                    2000 - 3000
                                                                         produite par génie génétique
                                                                         • arrière-goût de réglisse
                                          O                              • découverte en 1879
                                                                         • arrière-goût métallique
                                                                         • cancérogène à haute dose ; interdite en
saccharine                                    NH              300
                                                                         France dans l'alimentation, mais pas pour
                                          S
                                                                         l'usage pharmaceutique ; autorisée aux
                                      O       O
                                                                         États-Unis
                                  O                                      • découvert en 1937
cyclamate de                    H
                                                      Na                 • usage pharmaceutique
                                N S O                          35
sodium (sucaryl)                                                         • pas d'arrière-goût
                                      O                                  • cancérogène et tératogène à haute dose
                                  O

                                      NH                                 • découvert en 1967
acésulfame                                                    180
                                                                         • goût amer à forte dose
                                      S O
                                  O
                                          O

                           HN                     O
dulcine ou sucrol      O                                      100        • interdit en France car très toxique
                            NH2
                                                                         • bon profil de goût et résiste bien à la
alitame                                                       2000       chaleur ; possible concurrent de
                                                                         l'aspartame
                                                                         • obtenu par hémisynthèse (hydrogénation
néohespéridine
                                                                         de composés extraits de fruits de la famille
dihydrochalcone                                               1600
                                                                         des citrus)
(NHDC)
                                                                         • arrière-goût mentholé ou de réglisse
Pouvoir sucrant
Le pouvoir sucrant est un paramètre important pour différencier les édulcorants. Il est définit en
                                                                                           -1
référence à une solution aqueuse de saccharose de concentration massique cS = 30 g.L à 20°C à
laquelle on compare une solution aqueuse de l'édulcorant considéré de même goût sucré de
concentration massique cE. Le pouvoir sucrant est alors égal au quotient cS/cE.
De nombreuses études toxicologiques sont menées sur les édulcorants. Il s'est révélé qu'à forte dose,
la saccharine est cancérigène. Pourtant, aux États-Unis, elle est toujours produite dans des quantités
dépassant le millier de tonnes par an.
L'aspartame occupe aujourd'hui une place privilégiée. Il possède un pouvoir édulcorant environ 200
fois supérieur à celui du saccharose sans goût amer ni métallique ; son pouvoir calorique est très
faible, sa tolérance bonne et son innocuité parfaite. La glycémie et l'insulinémie ne sont pas
modifiées ; il ne présente aucun pouvoir mutagène, carcinogène ni tératogène. Il tend à supplanter
d'autres édulcorants, saccharine et cyclamate qui présentent, outre un goût amer et métallique, des
effets cancérigènes et tératogènes. Cependant, une importante consommation d’aspartame peut être
nocive. La DJA (Dose Journalière Admissible) d’aspartame, que chacun peut sans inconvénients
                            -1   -1
absorber, est de : 40 mg.kg .jour .

Découverte de l’aspartame
En 1966, J.M. Davey, A.H. Laird et J.S. Morley, chimistes de la firme ICI (Grande Bretagne) décrivent
la première synthèse de l'ester méthylique de (L)-aspartyl-(L)-phénylalanine (Asp-Phe-OMe) dans un
       6
article concernant l'étude de tétrapeptides dérivés de la gastrine. Le goût très sucré de ce dipeptide
maintenant appelé aspartame a été découvert par hasard à peu près à la même époque dans un
laboratoire américain de la firme Searle.
                                                              7
Lors d'une recristallisation de ce dipeptide, J. M. Schlatter s'est renversé le produit sur la main.
Quelques instants plus tard, en léchant l'extrémité de son index pour attraper une feuille de papier, il a
remarqué le goût sucré intense et a tout de suite compris l'importance économique de sa découverte
en supposant que ce produit ne devait pas être très toxique : en effet, le métabolisme de 20 mg
d'aspartame conduit à un mélange d'acides aminés essentiels (7,6 mg d'acide aspartique et 9,5 mg de
phénylalanine) et une trace de méthanol (1,9 mg). Par comparaison, un verre de lait contient
potentiellement environ 530 mg d'acide aspartique et 540 mg de phénylalanine. Quant au méthanol,
toxique à plus forte dose, on en trouve environ 50 mg dans un verre de jus de tomate.
La firme Searle avait pris la précaution de déposer un brevet avant de publier l'article. Les droits
d'exploitation du brevet ont été achetés par Monsanto pour sa filiale Nutrasweet. Depuis 1992,
l'aspartame est « tombé dans le domaine public », date à laquelle la mode du « light » culminait.

Représentation dans l’espace de la molécule d’aspartame
                     Ph
            O

     H3N                  O
                N

    O           N    O


        O


Source documentaire
De larges extraits de la publication citée ci-dessous sont reproduits dans la rédaction de ce
document :
PREVOST V., LANGRAND C., VIDAL J., L’aspartame, un édulcorant intense, article à au BUP, à
paraître en 2002.




6
    J.M. Davey, A.H Laird, J.S Morley, J. Chem. Soc., p 555-566 (1966)
7
    R.H. Mazur, J.M. Schlatter, A.H. Goldkamp, J. Am. Chem. Soc., p 2684-2691 (1969)

				
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posted:7/23/2011
language:French
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