L'adrénaline
contre les piqûres de guêpes. Bac S Amérique du sud 2015
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Certaines personnes souffrent d’allergies aux piqûres de guêpes ou d’autres insectes. Dans
certains cas de réactions allergiques exacerbées, on parle de choc anaphylactique, syndrome
clinique grave, qui met en jeu le pronostic vital. Le principal traitement du choc anaphylactique est
l’adrénaline qui est administrée par voie intramusculaire à l’aide de dispositifs auto-injectables.
L’adrénaline, représentée ci-dessous, est une hormone sécrétée par le système nerveux central et
par les glandes surrénales qui entrainent notamment une accélération du rythme cardiaque. Elle
produit cet effet en se fixant sur les récepteurs cibles, comme une clé dans une serrure.
Description d’une synthèse de l’adrénaline.
L'adrénaline peut être synthétisée à partir du catéchol (1). Celui-ci réagit avec le chlorure de
chloroacétyle (2), pour donner la 3,4-dihydroxychloracétophénone (3). La molécule (3) réagit avec
la méthylamine pour donner l'adrénalone (4). La molécule (4) est ensuite réduite par
dihydrogénation en présence de palladium et conduit à un mélange racémique d'adrénaline (5).
Un des deux stéréoisomères de l’adrénaline étant douze fois plus actif d’un point de vue biologique
que l’autre, il est nécessaire de séparer les stéréoisomères obtenus.
On rappelle qu’un catalyseur est dit stéréosélectif si son usage privilégie la formation d’un des
stéréoisomères.
1.1. À quelle catégorie de réaction appartient chacune des réactions intervenant dans la synthèse
de l’adrénaline ? Justifier.
Réaction 1 : substitution sur le cycle, un hydrogène du cycle est remplacé par le groupe CO-CH2Cl.
Réaction 2 : substitution, le chlore est remplacé par NH-CH3.
Au départ, il y a deux réactifs, finalement on obtient deux produits.
Réaction 3 : addition de H2, une liaison double est remplacée par une liaison simple. Au départ, il y a deux réactifs et finalement un seul produit.
1.2. Le mécanisme réactionnel de la réaction 2 de la synthèse est modélisé par deux étapes
successives se déroulant au niveau microscopique. La première est représentée ci-dessous.
Recopier cette première étape du mécanisme. Identifier, en les
entourant, le ou les sites donneurs de doublets d’électrons et le ou
les sites accepteurs de doublets d’électrons impliqués dans cette étape
du mécanisme. Justifier.Représenter les flèches courbes qui rendent
compte de cette étape.
Les atomes porteurs de
doublets non liants ( azote, chlore et oxygène ) sont des sites
donneurs d'électrons. L'atome de carbone situé en alpha de l'oxygène et
du chlore est déficitaire en électrons, c'est un site accepteur
d'électrons.
Écrire la seconde étape du mécanisme de la réaction 2 et identifier sa catégorie de réaction.
Un échange de proton se produit dans une réaction acide base.
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1.3. Dans le cas de la synthèse de l’adrénaline, peut-on dire que le palladium Pd est un catalyseur
stéréosélectif ? Expliciter votre raisonnement.
La
dihydrogénation en présence de palladium conduit à un mélange racémique
d'adrénaline. On obtyient un mélange des deux énantiomères en
proportion identique. Le palladium n'est pas un catalyseur
stéréosélectif.
1.4.
Le spectre IR du produit obtenu nous permet-il de vérifier que la
transformation de l’adrénalone en adrénaline a bien eu lieu ?
Argumenter votre réponse.
Oui : le spectre IR de l'adrénaline ne possède pas le pic caractéristique du groupe C=O vers 1700 cm-1.
1.5. À partir du spectre RMN du produit obtenu, est-il possible d’attribuer à un proton ou à un
groupe de protons de la chaine carbonée de l’adrénaline le signal agrandi ? Justifier.
Oui : le signal agrandi
correspond à un triplet, c'est à dire à un proton ou groupe de protons
ayant un carbone en position alpha porteur de deux atomes d'hydrogène.
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La molécule d’adrénaline et sa structure.
2.1. Représenter la
molécule d’adrénaline et entourer les groupes caractéristiques en
dehors du cycle. Préciser les familles de composés qui leur sont
associées.
2.2. Les stéréoisomères A et B de l’adrénaline sont-ils des diastéréoisomères ou des énantiomères ? Justifier.
A et B sont énantiomères
: ils ne se différencient que par la disposition spatiale des groupes
fixés sur le carbone asymétrique. A et B sont image l'un de l'autre
dans un miroir plan.
2.3. Expliquer en
quelques lignes les différentes étapes de la méthode mise en oeuvre
pour séparer les stéréoisomères de l’adrénaline.
- Formation de deux
diastéréoisomères ( aux propriétés chimiques et physiques différentes :
solubilité différente dans l'eau ) à partir du mélange racémique
d'adrénaline par réaction avec l'acide tartrique optiquement actif.
- Séparation par filtration, l'un des diastéréoisomères étant peu soluble dans l'eau.
- Réaction acide base permettant le passage de la forme acide -NH2+ à la forme acide NH.
L’auto-injection d’adrénaline.
3.1. Déterminer la valeur de la concentration molaire d’adrénaline dans la solution contenue dans l’ampoule d’auto-injection.
1,64 µmol d'adrénaline de masse molaire M = 183 g/mol dans une dose de 0,30 mL.
1,64 10-6 / (0,30 10-3) =5,467 10-3 ~5,5 10-3 mol/L.
3.2. Une personne
de masse corporelle 55 kg est victime d’une piqûre de guêpe. Ayant des
antécédents de chocs anaphylactiques, elle décide de pratiquer une
auto-injection suivant le protocole fourni par le fabriquant. Une seule
auto-injection est-elle suffisante ? Si non, combien
devrait-elle en faire ? Justifier votre démarche.
La dose habituellement
efficace est de l’ordre de 0,010 mg d’adrénaline par kilogramme de
masse corporelle, soit 0,010 *55 =0,55 mg pour cette personne.
Masse d'adrénaline dans une dose : 1,64 10-3*183 = 0,30 mg.
Il faut faire deux injections.
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