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5/17/2018 2 - slidepdf.com

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PARTIE 2 = Chimie de la molécule

A) Synthèse de l’aspartame

L’aspartame s’obtient par l’association méthylique de deux aminoacides : l’acide aspartique etla phénylalanine. A sa découverte, l’aspartame fut fabriqué par synthèse chimique. Cependant, cette

voie fut remplacée par la voie enzymatique. Cette deuxième voie, plus rentable, permettait de

produire plus. Mais par la suite, la voie biotechnologique s’est avérée encore plus efficace.

1) Voie chimique et enzymatique

Ces deux voies posent certains problèmes de rentabilité aux industries. En effet, la voie chimique

génère des « déchets » et la voie enzymatique quoique plus rentable que la voie chimique n’est pas

encore assez rentable.

N’oublions pas que l’aspartame est un dipeptide comprenant deux acides aminés : l’aspartate etl’ester de méthylique de phénylalanine reliés par liaison peptidique.

Pour réaliser cette synthèse, il faut d’abord savoir en quoi consiste le procédé enzymatique et celui

purement chimique. Le premier consiste à catalyser la réaction avec l’aide d’un enzyme nommé

thermolysine. On doit cependant s’assurer de rejoindre les conditions expérimentales nécessaires

au bon fonctionnement de cet enzyme, soit une température de 37 °C et un pH de 7,5. Pour ce qui

est du procédé chimique, il consiste à faire réagir ensemble deux acides aminés, soit l’acide

aspartique et la phénylalanine, pour obtenir l’aspartame. La première méthode permet d’obtenir un

rendement de plus de 95 % du à l’enzyme, en comparaison à la seconde méthode où une perte de 50

% est à remarquer. On comprend alors le choix des industries agroalimentaires.

Synthèse chimique de l’aspartame : Il faut procéder pour commencer à protéger le groupement amine de l’aspartame grâce

au groupement protecteur CBZ et à l’estérification du groupement carboxyle de la phénylalanine. Le couplage peptidique

est ensuite réalisé à l’aide d’une enzyme : la thermolysine. Et enfin, le groupement protecteur de l’amine est dissocié de

l’aspartame par hydrogénolyse. L’hydrogénolyse permet de supprimer le groupement protecteur CBZ afin d’obtenir

l’aspartame en produit final.

2) Voie biotechnologique

Il faut savoir que la synthèse de l’aspartame par la voie chimique est à l’origine d’un isomère qui

possède un goût amer et qui doit ainsi être complètement extrait de la production. Il faudrait seservir d’une enzyme : la thermolysine pour la synthèse. Celle-ci reste stable jusqu’à environ 60°C. La

D-phénylalanine, un des produits non désirés de la réaction, est retiré de la mixture par filtration



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puis réinjecté aux étapes précédentes (voir document ci-après) afin de terminer la réaction. Cette

dernière se déroule dans une solution aqueuse à pH neutre et à la fin de la réaction, on enlève le

groupe de protection pour le méthyle ester en aspartame. Lors de cette synthèse, le rendement est

supérieur à 99.99%.

Synthèse de l’aspartame par voie biotechnologique.

B) Travaux Pratiques

L’hydrolyse de l’aspartame

1) Vue du sachet contenant les sucrettes d’aspartame.



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2) Nous écrasons les 2 comprimés à l’aide d’un mortier.

3) Nous introduisons les comprimés écrasés dans l’erlenmeyer.

4) Vue de l’erlenmeyer avec les 2 comprimés écrasés.



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5) Nous introduisons 20mL d’acide chlorhydrique à 1mol.L-1 dans l’erlenmeyer.

6) Nous introduisons l’erlenmeyer dans le bain-marie à reflux pendant 30 minutes.

7) Nous refroidissons l’erlenmeyer puis nous le transvidons dans un bécher de 100mL. Nous

posons ce bécher sur un agitateur magnétique et nous introduisons un barreau aimanté

dans le bécher.



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8) Dans ce même bécher nous introduisons une solution d’hydrogénocarbonate de sodium à

10% pour neutraliser la solution jusqu’à ce que cesse l’effervescence.

9) Vue de la solution en effervescence. Nous pouvons noter un dégagement de CO2. La

solution obtenue après l’effervescence s’appelle hydrolysât.

10) Nous n’avons pas pu réaliser la chromatographie (en effet, le butanol est Interdit en milieu

scolaire depuis le 13 février 1986).

-CONCLUSION du TP :

On remarque que l’aspartame se dégrade en phénylalanine et en acide aspartique.



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C) CARTE D’IDENTITE DE L’ASPARTAME :

NOM : ASPARTAME

FORMULE BRUTE : C14H18N2O5

CODE : E951

MASSE MOLAIRE : 294 g.mol-1PH OPTIMAL : entre 3,4 et 5

TEMPERATURE OPTIMALE : 25°C

TEMPERATURE DE FUSION : 247°C

SES FONCTIONS : Amide, acide carboxylique, amine et ester.

APPARENCE : Poudre cristalline de couleur blanche



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CHIMIE L'ASPARTAME1

Structure de l'aspartame ; produits

d'hydrolyse

Produits d'hydrolyseEn milieu acide l'aspartame subit une double hydrolyse 2.a) Quelles sont les deux groupes fonctionnels hydrolysables ?

b) Quels sont les produits possibles de ces hydrolyses ; indiquer leurs formules développées et leurs noms dans la

nomenclature systématique (le groupe benzenique est nommé phényl) ?

Attribuer leur nom usuel, phénylalanine et acide aspartique, à deux de ces molécules. Pourquoi s'agit il d'acides a-aminés ?

c) L'hydrolyse de l'amide est totale, celle de l'ester est partielle : quelle est, qualitativement, la composition de l'hydrolysat

Expérimentation

hydrolyse

étape 1 étape 2 étape 3

Erlenmeyer de 150mL :

- deux comprimés (20 mg d'aspartame)

- 20 mL d'acide chlorhydrique1 mol.L-1).

Ecraser les deux comprimés avec une tige

de verre.

Chauffer au bain-marie à reflux

pendant 30 minutes.

Verser dans un becher et laisser refroidir ;

neutraliser par une solution

d'hydrogénocarbonate de sodium à 10%

jusqu'à ce que cesse l'effervescence

(dégagement de CO2)

chromatographie

a) préparation d'aspartame témoin : dissoudre 1 comprimé d'aspartame dans 20 mL d'eau.b) préparation de la chromatographie.

NE PAS TOUCHER LA PLAQUE DE CHROMATOGRAPHIE AVEC LES DOIGTS : METTRE DES GANTS,

même pour le découpage, pour ne pas y déposer des acides aminés de la peau.

- préparer d'abord l'éluant et laisser la

cuve se saturer de vapeurs d'éluant ;

- toujours avec les gants déposer une

tache, LA PLUS PETITE POSSIBLE, de

chaque solution (préparer plutôt deux

plaques)

- laisser bien sécher les taches ;

- laisser éluer (environ 30 à 40 mn ?).

c) révélation de la chromatographie

Les taches d'acides aminés sont incolores : il faudra utiliser un «révélateur» approprié, la ninhydrine. Une fois que le

chromatographie est réalisée marquer le front de l’éluant ; puis sécher au sèche-cheveux. Sous la hotte, toujours avec les

gants, pulvériser la ninhydrine [] sur toute la plaque. Sécher au sèche-cheveux et mettre à chauffer quelques minutes

sur plaque chauffante.

d) exploitation : Déterminer les Rf des constituants. Interpréter le chromatogramme.

1

L’aspartame est un édulcorant synthétique au goût comparable à celui du sucre ; il convient donc aux personnes atteintes du diabète, ousimplement soucieuses de leur “ligne” ; on l’utilise aussi dans les boissons dites “light”.2 Ceci permet d'expliquer le métabolisme de l'aspartame : l'estomac est en effet un milieu très acide. D'autre part les boissons "light" sucrées

à l'aspartame se conservent mal du fait de cette hydrolyse ; noter aussi que le méthanol formé est très toxique !

L’utilisation de divers solvants en chimie organique INTERDIT LE PORT DE LENTILLES DE CONTACT.

Pour les manipulations de substances nocives :

LUNETTES de protection et GANTS obligatoires (procéder sous la hotte aspirante)

cuve

éluant :

- 6 mL de butanol- 2 mL d’acide acétique

- 2 mL d’eau

hydrolysat

aspartamefrais

acide

aspartique

phénylalanine



Cycle benzénique

D) CARACTERISTIQUES E

1) Stabilité :

Il faut savoir que la stabi

température, de pH et de duré

en milieu hydraté et à des

dicétopipérazine, substance sa

perd son goût sucré. Cependant,

Cette zone de pH est celle dans l

à pH inférieur, il est hydrolysé,

(voir partie 3) Dans un cas co

sucrant.

Qu'est-ce qui permet de gara

« lights » ?

Tout au long de sa fabrication, d

situe dans la zone de stabilité o

durabilité est plus courte que

I'aspartame contre 18 mois pour

2) Solubilité :

La solubilité de l’aspartame da

est atteinte lorsque le pH vaut 2

pH vaut 5.3 (13.5 mg/mL à 25°C)

E) L’ASPARTAME ET SON

1) L’aspartame, une moléc

-Un composé aromatique renfer

composé aromatique car il ne co

R=atome ou u groupe chimiq

Cycle aro

PROPRIETES CHIMIQUES :

lité de l’aspartame en solution est fonction

de stockage. En effet, l'aspartame est très sta

températures comprises entre 30 à 80 °C,

s pouvoir sucrant. Il n'est donc pas conseillé p

à température ambiante, sa stabilité est optim

laquelle se situent les boissons gazeuses dites «

et à pH supérieur, il se produit une cyclisation

me dans l'autre, ces modifications entraînent

tir La stabilité de la composition des boisso

ès que l'aspartame est introduit, le produit n'est

ptimale pour I'aspartame en solution (pH entre

pour les boissons gazeuses classiques (6 mois

les boissons sucrées classiques).

s l’eau dépend du pH et de la température. S

.2 (20 mg/mL à 25°C) et la solubilité minimale e

.

GOUT SUCRE

ule aromatique

me un ou plusieurs cycles hexagonaux. Le benzè

mporte qu’un cycle et aucun substituant.

n

e

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atique

des conditions de

ble à l'état sec. Mais

il se dégrade en

our la cuisson, car il

le entre pH 3.4 et 5.

lights ». Néanmoins,

en dicétopipérazine.

la perte du pouvoir

s gazeuses dites

pas chauffé, le pH se

3,4 et 5), la date de

pour les boissons à

solubilité maximale

st atteinte lorsque le

ne est le plus simple



-Un composé aromatique se défile cycle benzénique, mais aussi e

relatifs.

-L’aspartame est un dipeptide, c

goût sucré) s’explique par la ph

2) Détection du goût sucré

La majorité des gens appréc

apprenons à apprécier la saveuappelé lactose. Nous sommes tr

sucrés. C’est la plasticité neuron

La réception du sens gustatif e

cellules sensorielles analyses de

Ces cellules sensorielles contie

analysées par le cortex. Ces réce

information à la fibre nerveuse à

nit donc par sa nature, son nombre de substitun fonction du nombre de cycles et de leurs posi

nstitué d’acide aspartique et de phénylalanine,

nylalanine qui est un acide aminé aromatique

:

ie les aliments et les boissons sucrés. Dès notre

r légèrement sucrée du lait maternel qui contiès nombreux à aimer la sensation de plaisir qu’

ale qui réalise une notion de goût associée à un

t localisée sur la langue, le palais, le pharynx

molécules exogènes.

nnent des récepteurs sensitifs qui traduisen

pteurs sont formés de bourgeons gustatifs, ceu

laquelle ils sont reliés.

Cycle aromatique

Palais

Langue

Pharynx

Epiglotte

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nt(s) présent(s) surtionnements

son aromaticité (le

.

plus jeune âge, nous

ent un sucre naturelapporte les aliments

bien être.

et l’épiglotte où des

t des « sensations »

-ci transmettent une



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Ainsi le goût sucré est reçu par la pointe de la langue, il existe donc une localisation des sensations

chimiques. L’information en réponse à la stimulation sucrée est véhiculée par le nerf facial dans la

région préfrontale du cortex.

-Pour activer les récepteurs linguaux du

g

Goût sucré, une molécule doit présenter trois régions caractéristiques :

Un groupement OH ou NH

Un atome d’oxygène ou d’azote

Un groupement hydrophobe

De plus, il faut que ces régions moléculaires soient espacées d’une certaine distance et ne doivent

peu varier, ce qui est le cas de l’aspartame. (C’est la présence d’un double système de récepteurs

couplés ; cellules sensorielles au dimère osidique au saccharose et à l’aspartame dans lesbourgeons d’interprétation du goût qui analysent la même sensation). Il active donc les mêmes

récepteurs uniquement pour le saccharose qui propagent les mêmes informations, soit les mêmes

neurotransmetteurs, donc par les mêmes neurones afférents de la même région préfrontale du

cortex d’où les mêmes réponses métaboliques.

De plus, nous savons que le pouvoir sucrant de l’aspartame est de 150 à 200 fois plus puissant que le

saccharose. Ceci s’explique par la configuration de la molécule d’aspartame qui permet d’activer plus

de récepteurs donnant l’impression d’un goût plus sucré.



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Conclusion 2ème

partie =

L’aspartame est un édulcorant de synthèse que l’on peut obtenir par voie chimique,

enzymatique ou biotechnologique. Il s’obtient par l’association de l’acide aspartique et de

la phénylalanine ce qui a été démontré grâce au TP réalisé.

L’aspartame se conduit souvent différemment en fonction des conditions dans

lesquelles il se trouve. C’est le cas par exemple de sa stabilité ou de sa solubilité qui sont

modifiées en fonction de la température et du pH.

L’aspartame procure à son consommateur un goût sucré. Il apporte au

consommateur un certain plaisir du à son interaction avec la langue, le palais, l’épiglotte …

qui transmettent grâce aux fibres nerveuses des « sensations » traduites par le cortex.

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