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Paris 7 UE 8 - Spé Pharmacie

Fiche de cours n° 6

Partie B : Diabètes et Insulines Molécules du diabète : les oses

(Thématique abordée en séances 2-3)

Notion tombée 1 fois au concours Notion tombée 2 fois au concours Notion tombée 3 fois ou plus au concours Nouveauté au programme cette année

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I. Introduction

Les glucides sont présents partout dans la biosphère et représentent en poids la classe prépondérante parmi les

molécules organiques : le plus important est le glucose.

Rôle dans les cellules

Stockage chez les animaux et les plantes

Réserve énergétique sous forme polymérisée Animaux : glycogène dans les muscles et le foie Plantes : amidon (forme principale d’accumulation de

l’énergie photosynthétique de la biosphère)

Soutien chez les animaux et les plantes

Structure de la paroi cellulaire : Animaux supérieurs: - mucopolysaccharides (Ex : chitine de

la carapace des Arthropodes) Végétaux : cellulose

Eléments de reconnaissance et de communication entre les cellules

Polyosides des groupes sanguins Polyosides antigéniques des bactéries

Partie intégrante de la structure de nombreuses macromolécules biologiques fondamentales

Glycoprotéines Acides nucléiques (ADN, ARN) Coenzymes Antibiotiques

Classification des glucides, Famille

Glucides ou hydrates de carbones de formule générique de base Cn(H2O)n Caractérisés par des chaînons carbonés porteurs de groupements hydroxyles, de fonctions aldéhydiques ou

cétoniques, et éventuellement de carboxyle ou amine. Divisés en oses et osides

Oses (ou monosaccharides) Osides

Hydrosolubles et réducteurs, non hydrolysables

Portent la plupart du temps de 3 à 7 carbones

Si nombre de carbones n > 2, il y aura : 1 fonction carbonyle, (n-1) alcools et

1 alcool primaire

Hydrolysables

Aldoses Cétoses Holoside Hétéroside

Fonction carbonyle aldéhydique

Aldéhydes polyhydroxylés

Fonction carbonyle cétonique

Cétones polyhydroxylées

Son hydrolyse ne libère que des oses Oligoside : 2 à 10 oses associés par liaisons

osidiques Exemple de diholoside : saccharose : -D-fructofuranosyl(2 1)--D-glucopyranoside (glucose =chaîne principale+ fructose=substituant))

Polyoside : polymère formée de 10 à plusieurs milliers d’oses homogène (homopolyoside) : même ose mixte (hétéropolyoside) : enchaînement

d’unités différentes Exemple de 2 polyholosides de glucose : amidon

(liaisons 1-4) et cellulose (liaisons 1-4)

Son hydrolyse libère oses et composés non glucidiques (aglycone)

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Nomenclature de base

Nombre de carbones Nom

générique

Aldoses Numérotation en commençant

par le C1 aldéhydique

Cétoses Numérotation : le carbonyle

est en C2

3 (oses les + simples) Triose

Aldotriose (= glycéraldéhyde)

Cétotriose (= dihydroxyacétone)

4 Tétrose Aldotétrose Cétotétrose

5 Pentose Aldopentose Cétopentose

6 Hexose Aldohexose Cétohexose

7 Heptose Aldoheptose Cétoheptose

Stéréoisomérie

Chiralité

Objet chiral Ne peut pas être superposé à son image dans un

miroir

Molécule chirale Les molécules de sucres sont chirales

Pas de plan de symétrie Pas de centre de symétrie Pas d’axe alternant d’ordre n (rotation + réflexion)

Carbone asymétrique C*

C* : C sp3 possédant 4 substituants différents Une molécule avec 1 C* possède 2 stéréoisomères non

superposables images l’une de l’autre dans un miroir, soient 2 énantiomères.

Une molécule avec n carbones asymétriques possède 2n stéréoisomères et 2(n-1) couples d’énantiomères

Stéréoisomérie

Enantiomères

Tous leurs centres chiraux sont inversés (Ex : D et L-glucose) Propriétés chimiques et physiques en général identiques sauf le

pouvoir rotatoire (propriété physique) même pouvoir rotatoire en valeur absolue mais de signe contraire

Propriétés chimiques différentes vis-à-vis des molécules chirales propriétés biologiques différentes

Diastéréoisomères 1 ou plusieurs centres chiraux inversés Ne sont pas énantiomères

Epimères Cas particulier de diastéréoisomères pour une même série d’ose :

diffèrent par 1 seul C*

Mesure du pouvoir

rotatoire

Les substances optiquement actives dévient le plan de

polarisation de la lumière polarisée d’un angle (observé avec polarimètre)/

dextrogyre (+) : déviation à droite lévogyre (-) : déviation à gauche

Un mélange racémique (équimolaire de 2 énantiomères) a un pouvoir rotatoire nul, il est optiquement inactif.

Pas de lien entre le pouvoir rotatoire dextrogyre (+) ou lévogyre (-) avec la configuration absolue R ou S d’un carbone asymétrique C*

Calcul du pouvoir rotatoire à

partir de la rotation observée selon:

T : température ; : longueur d’onde, c : concentration de la solution, l :

longueur de la cellule, : rotation observée

T

l.c

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Nomenclature absolue

Règle de Cahn, Ingolg, Prelog (CIP) pour 1 C* : Classer les 4 substituants par ordre de priorité :

a>b>c>d : viser axe C*→d en projection de Newman séquence a, b, c :

- sens des aiguilles d’une montre R - sens inverse des aiguilles d’une montre S

Classement par ordre décroissant du numéro atomique

Z de l’atome lié du substituant. Si égalité, utiliser le Z de l’atome voisin

Classement avec liaisons multiples (« ouvertes ») : lui attribuer son partenaire comme substituant fictif

Représentation en projection

de Fischer

Représentation plus aisée à manipuler pour les oses comportant une longue chaîne carbonée avec un grand nombre de C*

Permet de comparer les configurations (pas des conformations)

Pour une molécule, une seule représentation de Fischer possible

II. Structure des oses

Série des oses

La position du carbone de l’alcool secondaire d’indice le plus élevé détermine la série L ou D. En représentation de Fischer :- OH à gauche : série L -OH à droite : série D Série D : série naturelle des oses (Ex : glucose signifie D-glucose) 2 énantiomères (Ex : L-glucose et D-glucose) ne diffèrent pas uniquement par la configuration absolue du

carbone déterminant la série

Structure « linéaire » Fischer des oses 1)

Aldohexoses Cétohexose Aldopentoses

Glucose Mannose Galactose Fructose Arabinose Ribose 2-désoxyribose

Glucose et mannose sont

épimères en 2

Glucose et galactose sont épimères en 4

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Structure cyclique des oses 2)

Rappels sur la géométrie des cyclanes

Isomérie cis-trans Cis : substituants du même côté du plan Trans : substituants opposés par rapport au plan

Cas du cyclohexane

Position axiale a: parallèles entre eux et perpendiculaires au plan moyen Position équatoriale e: proche du plan moyen

Equilibre conformationnel du cyclohexane : conformations chaises plus favorables que bateau inversion de chaise : tout ce qui est axial devient équatorial et inversement chaise la moins stable avec le plus d’encombrement stérique : 1,3,5 diaxial

Cyclisation

Formation d’hémi-acétals

Réaction cyclique intramoléculaire (+ facile que même réaction intermoléculaire)

L’alcool se condense avec le carbone du carbonyle Généralement les aldohexoses sont plus stables sous forme pyranique et cétoses sont

plus stables sous forme furanique En solution, ces formes furanoses et pyranoses sont en équilibre entre elles avec la

forme linéaire

Cyclisation en aldopyranose

Hétérocycle à 6 sommets formé à partir d’un aldohexose

Exemple de l’()-D-glucopyranose :

Cyclisation en aldofuranose

Hétérocycle à 5 sommets formé à partir d’un aldopentose ou d’un aldohexose

Exemple de l’()-D-glucofuranose :

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Formation d’anomères

Lors de la cyclisation, il y a formation de deux anomères et :

anomère : OH en C1 et CH2OH série mêmes côtés

anomère : OH en C1 et CH2OH série côtés opposés

Les anomères sont des diastéréoisomères qui diffèrent uniquement par la configuration absolue du carbone anomérique(hémi-acétalique)

Exemples de formation d’anomères

Anomères et du D-glucose

Anomères et du D-Fructose

Anomères et du D-ribose

Règles de cyclisation : Haworth

Pour passer de la forme linéaire (Fischer) à la forme cyclique (Haworth, chaise…) : Les OH positionnés à droite passent en bas Les OH positionnés à gauche passent en haut Le CH2OH situé à l’extrémité passe en dessus du plan (en série D)

Passage de la forme linéaire à la forme cyclique d’un aldohexose : Exemple du ß-D-glucopyranose

Lors de la « bascule », les groupements à gauche se retrouvent au-dessus du plan moyen :

Autres représentations du -D-Glucopyranose :

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Passage de la forme linéaire à la forme cyclique d’un cétohexose : Exemple du ß-D-fructofuranose

III. Propriétés physiques

Solubilité Les oses sont hydrophiles et donc solubles en milieu polaire (solvant protique polaire)

Mutarotation en solution

Evolution du pouvoir rotatoire en solution en fonction du temps : hémiacétalisation réversible Cas du glucose :

Passage à l’équilibre à 36 % α et à 64 % ß en repassant par la forme linéaire (à l’équilibre, très faible quantité de forme linéaire)

Forme ß du glucose: ose le plus stable car tous les substituants sont en équatoriaux (ß-D-glucopyranose : le plus répandu dans la nature)

IV. Réactivité des oses

Réduction du carbonyle des aldoses Oxydation des oses avec acide périodique HIO4

Réduction du carbonyle en alcool primaire :

Clivage et oxydation :

Bilan : Aldohexoses : Glucose ou Mannose 5 HCOOH + 1 HCHO Cétohexose : Fructose 4 HCOOH + 2 HCHO

Réaction avec des composés de type A-NH2

Formation d’oxime (1ère étape

dégradation de Wohl)

Hydroxylamine NH2OH : excellent nucléophile Mécanisme en milieu acide selon 2 étapes : addition nucléophile puis déshydratation :

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Réaction de Maillard

Condensation avec une protéine P-NH2 Exemple : P-NH2 = hémoglobine hémoglobine glyquée Même mécanisme que oxime :

Réaction avec la phénylhydrazine C6H5NHNH2: excellent nucléophile

A Froid

Consommation de 1 molécule de phénylhydrazine

Formation de phénylhydrazones différentes selon les oses : phénylhydrazone du glucose ≠phénylhydrazone du mannose ≠phénylhydrazone du fructose

A Chaud

Consommation de 3 molécules de phénylhydrazine

Comme à froid, la 1ère molécule de phényllhydrazine conduit à la phénylhydrazone de chaque ose

La 2ème molécule oxyde la fonction alcool IIR (alcool IR pour fructose) la plus proche de la phyénylhydrazone

La 3ème molécule se condense pour donner l’osazone, stade auquel s’arrête la réaction (hypothèse de stabilisation par liaison hydrogène H)

2 aldoses épimères en C2 ainsi que cétose conduisent à la même osazone : osazone glucose =osazone mannose =osazone fructose

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V. Filiation des oses

Objectifs

Relier les oses entre eux par des réactions chimiques

4 principaux outils

Synthèse de Kiliani-Fischer : allonge l’ose d’1 carbone Dégradation de Wohl : enlève 1 carbone Mesure du pouvoir rotatoire de composés non osidiques (2 extrémités identiques) Formation d’osazone

Synthèse de Kiliani-Fischer Obtention de 2 aldoses épimères en 2 avec 1 carbone en plus

Formation de cyanhydrines avec HCN (acide cyanhydrique) en présence de NaCN (cyanure de sodium) Hydrolyse acide en acide carboxylique formation de lactones Réduction en aldéhydes

Dégradation de Wohl Obtention d’1 aldose avec 1 carbone en moins

Formation d’oxime en présence de NH2OH (hydroxylamine) Formation de cyanure après déshydratation de l’oxime + estérification des alcools en présence d’excès de (CH3CO)2O (anhydride acétique) Formation de l’aldéhyde en présence de la base Ag2O (oxyde d’argent) : AgCN est un sel qui précipite déplaçant l’équilibre vers sa formation (vers la droite).

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Filiation des oses : formation de composés non osidiques

Les composés possédant un plan de symétrie ne dévient pas la lumière polarisée, ils ont 1 pouvoir rotatoire nul

Kiliani-Fischer + oxydation nitrique

Dégradation de Wohl + réduction

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ANNALES CLASSEES CORRIGEES [Notion non traitée dans ce chapitre et corrigée sur la base du cours de l’année précédente] Item modifié pour correspondre au programme du concours de cette année

2016

Question n° 12

Un D-aldopentose (a) soumis à l’action d’acide nitrique conduit à un produit (b). Le produit

(b) présente un pouvoir rotatoire non nul. Par ailleurs la dégradation de Wohl sur (a) conduit

au produit (c). Le produit (c) soumis à l’oxydation nitrique donne (d) qui est inactif sur la

lumière polarisée.

Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (ou sont) EXACTE(S) ?

A. Le produit (a) et le produit (b) sont diastéréoisomères.

B. Les produits (a) et (c) sont des diacides carboxyliques.

C. Le produit (a) est le D-ribose.

D. Le carbone 2 du D-aldopentose (a) est de configuration absolue (S).

E. Le produit (d) est l’acide meso-tartrique.

Question n° 13 Un D-aldopentose (a) soumis à l’action d’acide nitrique conduit à un produit (b). Le produit

(b) présente un pouvoir rotatoire non nul. Par ailleurs la dégradation de Wohl sur (a) conduit

au produit (c). Le produit (c) soumis à l’oxydation nitrique donne (d) qui est inactif sur la

lumière polarisée.

D’autre part, on considère les structures suivantes numérotées de 1 à 4.

Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (ou sont) EXACTE(S) ?

A. La structure 2 correspond au produit (b).

B. Les produits 2 et 3 sont des diacides carboxyliques.

C. Le produit représenté selon Fischer par la formule 3 présente un centre de symétrie.

D. L’acide meso-tartrique est représenté par la structure 3.

E. Le produit (c) est représenté par la structure 4.

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Question n° 14 On considère les structures suivantes numérotées de 1 à 4.

Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (ou sont) EXACTE(S) ?

A. Les structures 1 et 3 sont des diastéréoisomères.

B. Les structures 1 et 3 sont énantiomères.

C. Le carbone 1 de la molécule 1 est R (1R).

D. Le produit 2 est le -D-glucopyranose.

E. Les structures 3 et 4 forment un couple d’isomères.

2015

Question n°12

Parmi les propositions suivantes concernant les oses 1 à 5 représentés selon Fischer, laquelle

(lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?

A. L’ose 1 est le glucose.

B. Par dégradation de Wohl de l’ose 1, on forme l’ose 2.

C. Les oses 2 et 4 sont épimères au niveau du carbone 2.

D. Par dégradation de Wohl de l’ose 2 et de l’ose 4, on obtient deux oses différents.

E. Les oses 3 et 4 sont épimères au niveau du carbone 3.

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Question n°13

Parmi les propositions suivantes concernant les oses 1 à 5 représentés selon Fischer, laquelle

(lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?

A. Les oses 2, 3 et 4 sont diastéréoisomères.

B. Le carbone 2 de l’ose 3 est (R).

C. La molécule 5 est le L-glucose.

D. Les oses 1 et 5 sont diastéréoisomères.

E. Les oses 2 et 4 peuvent être obtenus par synthèse de Kiliani-Fischer à partir du D

thréose.

Question n°14 Parmi les propositions suivantes concernant les deux formes cycliques suivantes 1 et 2,

laquelle (lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?

A. Les oses 1 et 2 sont énantiomères.

B. Les oses 1 et 2 possèdent le même pouvoir rotatoire en valeur absolue mais de signe

contraire.

C. La configuration absolue du carbone 1 de l’ose 2 est (R).

D. Les oses 1 et 2 sont des pyranoses.

E. La molécule 1 est l’-(D)-ribofuranose.

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2014

Question n° 12

Parmi les affirmations suivantes concernant les trois oses 1, 2 et 3, laquelle (ou lesquelles) est

(sont) EXACTE(S) ?

A. L’ose 1 est formé par dégradation de Wohl à partir du glucose.

B. Les oses 1 et 2 sont anomères.

C. Le carbone 3 de l’ose 1 est de configuration absolue 3S.

D. 1 est épimère en 2 du ribose.

E. L’ose 1 peut être obtenu par synthèse de Kiliani-Fischer à partir du D-thréose.

Question n° 13

Parmi les affirmations suivantes concernant les oses de façon générale ou les trois oses 1, 2 et

3, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?

A. Les deux oses 1 et 2 conduisent à la même osazone.

B. L’ose 3 est un anomère .

C. La configuration du carbone 1 de 3 1R.

D. La structure 3 est une forme -furanose de 1.

E. Les deux anomères d’un ose ont le même pouvoir rotatoire en valeur absolue mais de

signe contraire.

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2013

Question n° 12

Parmi les propositions suivantes concernant l'hexose ci-dessous, laquelle (ou lesquelles) est

(sont) EXACTE(S) '?

A. Cet ose est un aldohexose naturel.

B. Cet ose est l'énantiomère du L glucose.

C. Cet ose est un épimère du D glucose.

D. Cet ose est un constituant du saccharose.

E. Cet ose est un diastéréoisomère du D galactose.

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Question n° 13

On désire connaître la structure chimique d'un aldopentose A. Une réaction d'oxydation par

l'acide nitrique conduit à la formation du produit B qui ne dévie pas la lumière polarisée.

Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?

A. Le produit B pourrait être :

B. Le composé A pourrait être le D-glucose.

C. Le produit B pourrait être :

D. Le composé A pourrait être :

E. Le composé A pourrait être :

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Question n° 14

Parmi les propositions suivantes concernant les oses A, B, C et D, laquelle (ou lesquelles) est

(sont) EXACTE(S) ?

A. Les aldohexoses A et B sont diastéréoisomères.

B. La dégradation de Wohl de A et B conduit au même pentose.

C. La dégradation de Wohl de A conduit au même pentose que celui formé par

dégradation de Wohl du glucose.

D. Le produit C est formé par dégradation de Wohl de A.

E. Par synthèse de Kiliani Fischer sur C, on forme un mélange des deux hexoses A et B.

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2012

Question n° 16

Soit les structures des 4 oses A, B, C et D :

Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?

A. A et D représentent deux formes différentes d'un même sucre.

B. B et C représentent deux formes différentes du glucose.

C. L'ose A est un -D-pyranose.

D. Les oses A et B sont épimères.

E. L'ose C est le -D-glucofuranose.

Question n° 17

Parmi les propositions suivantes concernant l'hexose ci-dessous, laquelle (ou lesquelles) est

(sont) EXACTE(S) ?

A. Cette molécule est chirale et possède 3 carbones asymétriques.

B. La structure de cet hexose est le L-glucose.

C. La série L permet de déterminer le signe du pouvoir rotatoire.

D. La configuration absolue du carbone 2 est S.

E. La configuration absolue du carbone 3 est S.

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Question n° 18

On désire connaître la structure chimique d'un D-aldopentose A. Une réaction de réduction

conduit à la formation du produit B qui ne dévie pas la lumière polarisée.

Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?

A. Le produit B pourrait être

B. Le composé A pourrait être le D-ribose.

C. Le produit B pourrait être

D. Le composé A pourrait être

E. Le composé A pourrait être le D-Fructose.

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Question n° 19

On désire connaître la structure chimique d'un D-aldopentose A. Une première réaction de

réduction de A conduit à la formation d'un produit B qui ne dévie pas la lumière polarisée.

Toutefois, cette réaction ne permet pas de déterminer avec exactitude toutes les configurations

absolues des centres asymétriques.

La suite de réactions proposée a pour but de lever toutes les incertitudes.

Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?

A. La réaction permettant la préparation de C est la réaction d'allongement de chaîne de

Kiliani-Fischer.

B. Le produit D possède un plan de symétrie.

C. La structure du produit D est :

D. Le produit C est :

E. Le composé A est le D-ribose.

21

2011

Question n°16

Parmi les affirmations suivantes concernant la notation D, L des oses, laquelle est

INEXACTE ?

A. D et L se réfèrent à la stéréochimie de centre chiral au numéro le plus élevé.

B. L’isomère D est toujours dextrogyre et L est lévogyre.

C. Le D-glycéraldéhyde est l’isomère (+).

D. En écriture de Fischer, l’isomère D a le groupe hydroxyle qui détermine la

série orienté vers la droite.

E. La configuration des autres centres chiraux est indiquée par le nom du

composé.

Question n°18

La question concerne les structures 1 à 4 suivantes ou des considérations plus

générales.

Parmi les propositions suivantes, laquelle est EXACTE ?

A. L’ose 1 est le mannose.

B. Le glucose et le fructose sont diastéréoisomères.

C. Le glucose et l’ose 4 sont anomères en 4.

D. Le L-glucose est l’ose 2.

E. Par réduction du carbonyle de 4, en alcool primaire, on obtient un produit qui

possède un pouvoir rotatoire.

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Question n°19

La question concerne les structures 1 à 4 présentées dans la question 18

précédente ou des considérations plus générales.

Parmi les propositions suivantes, laquelle est EXACTE ?

A. Les oses 1 et 4 sont énantiomères.

B. Les oses 3 et 4 donnent la même osazone.

C. Les oses 3 et 4 conduisent au même ose par dégradation de Wohl.

D. Le carbone 2 de l’ose 3 est de configuration S (ou 2S).

E. Les oses 1 et 3 sont diastéréoisomères.

Question n°20

La question concerne les structures 1 et 2 présentées ci-dessous ou des

considérations plus générales.

Laquelle des 5 propositions suivantes est EXACTE ?

A. L’ose 1 est un furanose.

B. L’ose 1 est un anomère ß (beta).

C. L’ose 1 est le ß-D-glucopyranose.

D. Les oses 1 et 2 sont énantiomères.

E. Le carbone 2 de l’ose 2 est de configuration absolue S (2S).

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Question n°21

La question concerne les structures 1 à 3 présentées dans la question 20

précédente ou des considérations plus générales. Laquelle des 5 propositions

suivantes est EXACTE ?

A. La configuration du carbone 1 de l’ose 1 est S (1S).

B. La configuration absolue du carbone 1 de l’ose 1 est la même que celle du

carbone 1 de l’ose 2.

C. Tous les substituants de la molécule 1 sont équatoriaux.

D. L’ose 3 est le ß-D-2-désoxyribose.

E. Le carbone 1 de l’ose 3 est de configuration R (1R).

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CORRECTION

2016 2015 2014 2013 2012 2011

Q12 : DE Q12 : ABCE Q12 : AD Q12 : AC Q16 : BC Q16 : B

Q13 : B Q13 : ABD Q13 : C Q13 : ADE Q17 : E Q18 : A

Q14 : AC Q14 : CE Q14 : AC Q18 : BC Q19 : E

Q19 : BDE Q20 : B

Q21 : E