TP n°8 : Molécule organique de la matière colorée Document 1 Comme pour les atomes, les électrons participant aux liaisons covalentes dans les molécules se rangent sur des niveaux d’énergie.

TP n°8 : Molécule organique de la matière colorée

Document 1

Comme pour les atomes, les électrons participant aux liaisons covalentes dans les molécules se rangent sur des niveaux d’énergie.

Un électron situé sur une des couches les plus hautes peut interagir avec la lumière et absorber un photon pour passer sur des couches supérieures. Si le rayonnement absorbé appartient au domaine visible, l’espèce chimique éclairée en lumière blanche sera alors colorée.

On note λm la longueur d’onde correspondant au maximum d’absorption

Document 2 : Liaisons conjuguées

Deux doubles liaisons (=) sont dites conjuguées si elles ne sont séparées que par une liaison simple (-).

Une espèce chimique est dite conjuguée si elle présente une alternance ininterrompue de simples et de doubles liaisons. (- = - = - = - ….).

Le degré de conjugaison d’une espèce chimique est le nombre de doubles liaisons conjuguées de son système conjugué le plus grand.

Document 4 : Correspondance longueur d’onde et couleur :

Couleur Violet

magenta Bleu Cyan Vert Jaune Orange Rouge

 ( nm) 380 450 500 520 570 590 620 780

Document 5 : formule topologique

La formule topologique est une représentation moléculaire simplifiée.

Elle fait abstraction de la représentation des atomes d'hydrogène et de carbone pour ne montrer que la structure du squelette.

Seules les liaisons sont représentées, ainsi que les atomes autres que C et H.

Exemples :

Formule semi-développée Formule topologique

C H₃ C

CH₃

CH₃ CH₃

Un atome de carbone qui a 4 voisins échange 4 liaisons

covalentes simples

C CH₂ C

H₃

C H₃

Un atome de carbone qui a 3 voisins échange 1 liaison double et 2 liaisons simples

Les atomes autres que C et H sont représentés Cl

CH3 – CH – CH = CH2 Cl

CH3 – CH – CH2 – CH –CH2OH

OH CH3

OH

OH

Absorbance

Longueur d’onde

λm

I. Influence du nombre de liaisons conjugués.

Les polyènes sont des molécules possédant une succession de simple et double liaison conjuguées On donne dans le tableau ci-dessous la longueur d’onde au maximum d’absorption pour chacune de ces molécules :

Formule

brute Formule semi-développée Formule topologique λm

(nm)

C4H6 CH2 = CH – CH = CH2 220

C6H8 CH2 = CH – CH = CH – CH = CH2 258

C8H10 CH2 = CH – CH = CH – CH = CH– CH = CH2 296

C10H12 335

C14H16 385

C20H22 415

C28H30 515

C30H32 547

1. Donner la formule topologique des molécules de formules brutes C10H12 et C14H16.

2. Construire un tableau dans lequel dans lequel on trouve pour chaque formule brute le degré de conjugaison et la couleur de chaque molécule.

Formule

brute Formule topologique Degré de

conjugaison

Longueur d’onde absorbée

(nm)

couleur

C4H6 2 220 Incolore

C6H8 3 258 Incolore

C8H10 4 296 Incolore

C10H12 5 335 Incolore

C14H16 7 385 Vert

C20H22 10 415 Jaune

C28H30 14 515 Rouge

C30H32 15 547 Magenta/violet

3. Comment évolue λm lorsque le degré de conjugaison augmente.

Lorsque le degré de conjugaison augmente, λm augmente.

4. A partir de quel degré de conjugaison une molécule comportant des liaisons conjuguées est-elle colorée ? Quelle est alors sa couleur ?

Il faut au minimum 7 liaisons conjuguées. La molécule est alors verte.

5. Quelle serait la couleur d’une molécule qui absorberait les longueurs d’ondes les plus grandes du spectre visible ?

Les longueurs d’ondes les plus grandes absorbées correspondent à de la lumière rouge. La couleur de la molécule serait alors bleu/cyan.

6. Déterminer comment évolue la couleur d’une molécule en fonction de son degré de conjugaison ? La couleur évolue du vert au bleu/cyan lorsque le degré de conjugaison augmente.

7. On donne ci-dessous les représentations topologiques de deux molécules A et B.

L’une d’elle correspond au lycopène pigment donnant sa couleur rouge aux tomates, l’autre est le squalène espèce chimique incolore présente dans le foie de requin.

A

B

Attribuer son nom à chacune des molécules en justifiant la démarche.

Donner la formule brute du squalène.

II. Influence du pH sur la cyanidine :

La cyanidine (dérivée des cyanines étudiées précédemment) est un pigment qui se rencontre dans de nombreux fruits rouges comme le raisin, la myrtille, la mûre, la cerise mais aussi dans les oignons rouges et le chou rouge.

En fonction du pH, la structure de la cyanidine change et sa couleur aussi.

1. Partie expérimentale :

On cherche à observer la couleur d’une solution de chou rouge en fonction du pH de la solution.

Pour cela, on va ajouter à une solution obtenue par macération de chou rouge, une solution acide Sa. Le pH de la solution alors obtenu sera d’environ 1. On augmentera peu à peu ce pH en ajoutant de petits volumes de solution basique Sb de soude à l’aide d’une burette graduée. Le pH du mélange sera mesuré à l’aide d’un pH qui devra être préalablement étalonné (réglé).

Mode opératoire :

- Introduire dans un bécher haut, à l’aide d’une éprouvette graduée, environ 20 mL de jus de chou rouge.

- Introduire dans le même bécher, à l’aide d’une éprouvette graduée, 40 mL de solution acide Sa. - Procéder à l’étalonnage du pH-mètre (suivre la notice d’utilisation).

- Mesurer le pH du mélange réalisé précédemment. Reporter la valeur du pH et la couleur de la solution dans le tableau ci-dessous (0 mL de Sb versé).

- Prélever à l’aide d’un compte-goutte environ 3 mL de la solution pour l’introduire dans un tube à essai.

- Remplir la burette de solution Sb.

- Disposer les éléments comme sur le schéma ci-contre, à légender. Laisser en permanence l’agitation magnétique.

- Ajouter de la solution Sb dans le bécher jusqu’à obtenir un changement de couleur.

- Reporter alors le pH et la couleur de la solution dans le tableau ci-dessous.

- Prélever alors 3 mL du mélange à introduire dans un autre tube à essai. Et ainsi de suite…

Construire un tableau donnant la couleur en fonction du pH mesuré :

pH 1,5 5,6 6,9 8,3 11,8 12,8

Couleur perçue Rouge Magenta Bleu Bleu Vert Vert Jaune

2. La couleur de la molécule de cyanidine dépend de sa structure. Voici trois exemples de structure que prend la cyanidine selon le pH de la solution dans lequel se trouve cette molécule. On a précisé pour chacune des structures la couleur perçue de la solution.

a. Recopier et compléter le tableau suivant :

Forme pH Couleur perçue Degré de conjugaison

1 1,5

2 8 – 9

3 12 - 13

Forme pH Couleur perçue Degré de conjugaison

1 1,5 Rouge 6

2 6 – 8 Bleu 7

3 12 - 13 Jaune 5

b. Expliquez en quoi les couleurs observées sont ou ne sont pas en accord avec les règles établies dans les questions I.3. et I.5. ?

Les formes 1 et 3 devraient être incolores.

L’évolution des couleurs en fonction du degré de conjugaison est respectée : la couleur évolue bien du jaune au bleu lorsque le degré de conjugaison augmente.

O⁺ O

OH

OH

OH OH

Forme 1

O

O

OH OH

O H

OH Forme 2 Forme 3

O O H

OH

OH OH

OH

c. Cette molécule présente de nombreux groupes oxygénés (hydroxyle « – OH » ou « – O – ») appelés groupes auxochrome (du grec auxein qui signifie accroître et chromos qui signifie couleur). Ces atomes ou groupes d’atomes présentes des doublets non liant qui influent sur λm

(longueur d’onde au maximum d’absorption).

Montrer à partir des résultats expérimentaux que la présence de groupes auxochrones sur les formes 1 et 3 a pour effet d’augmenter λm.

Les formes 1 et 3 qui devraient être incolores (λm dans les UV) apparaissent colorées grâce à la présence de groupes auxochrones (λm dans le visible).

Les groupes auxochrones ont bien pour effet d’augmenter λm.

d. L’une des molécules suivantes est

Xanthophylle : molécule de couleur jaune présentes dans les chloroplastes ou les

chromoplastes des cellules végétales, notamment dans les pétales de certaines fleurs de couleur jaune, orange ou rouge

Carotène : molécule de couleur rouge ; la coloration des plumes du flamant rose est due à l'accumulation de carotène contenu dans son alimentation.

Montrer que la présence de groupes auxochrones sur la molécule de xanthophylle a pour effet de diminuer les longueurs d’onde absorbées.

Les molécules X et C ont le même degré de conjugaison.

La molécule X contient deux groupes auxochrones « – OH » ; la molécule C n’en contient pas.

Comme X apparait jaune, alors λmX appartient au bleu.

Comme C est rouge, alors λmC appartient au cyan.

On a donc λmX < λmC

Les groupes – OH ont pour effet de diminuer les longueurs d’onde absorbées.

III. Conclusions :

Recopier et compléter la conclusion suivante :

 Les molécules organiques sont essentiellement composées d’atomes de Carbone et Hydrogène.

 La couleur des molécules organiques dépend : - de la présence de liaisons doubles conjuguées

- de la présence de groupes auxochrones ( - OH ; - O - ; = O ; - NH - ; - SO3H ; ….)

 Pour les molécules organiques ne contenant que des atomes d’hydrogène et de carbone, il faut au moins 7 liaisons doubles conjuguées pour que la molécule apparaisse colorée.

 On peut changer la nature ou le nombre des groupes auxochrones en faisant varier le pH du milieu dans laquelle se trouve la molécule.