Chimie Réaction photochimique - Chimie de la vision  Chap.9

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11/09/2017 C09_Isomerisation_photochimique.doc 1/4

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1^ère S Thème : Lumière et Couleurs TP n°2

Chimie Réaction photochimique - Chimie de la vision  Chap.9

Notions et contenus Compétences attendues

 Réaction photochimique

 Mécanisme chimique de la vision

 Réaliser des réactions photochimiques

 Se familiariser aves l’écriture topologique des molécules

 Préambule :

 Les réactions qui se déroulent sous l’action de la lumière sont appelées réactions photochimiques. Plus

précisément, on peut appeler « photochimiques » toutes les réactions dans lesquelles l’énergie nécessaire à leur déclenchement ou à leur déroulement parvient au système chimique sous forme d’ondes électromagnétiques des domaines visible, UV et plus rarement IR.

 Dans la nature, les réactions photochimiques sont d’importance fondamentale pour l’origine et la préservation de la vie. La photosynthèse naturelle selon la réaction : 6 CO2 + 6 H2O + lumière (h)  C6H12O6 + 6 O2 est d’une portée toute particulière.

 La plupart des réactions atmosphériques liées à la pollution de l’air sont de fait déclenchées par la lumière. Les processus photochimiques constituent de plus la base du mécanisme de la vision comme nous allons le voir.

I. Réactions photochimiques

1. Noircissement du chlorure d’argent

 Dans deux tubes à essais, verser environ 5mL de solution de chlorure de sodium (Na⁺(aq) + Cl ^-(aq)). Ajouter quelques gouttes de nitrate d’argent (Ag⁺(aq)+ NO3

-

(aq)). Garder le premier tube entouré par une feuille d’aluminium qui le protègera de la lumière et placer le second tube sur le portoir placé au bureau sur lequel brille une lampe. Au bout d’une vingtaine de minutes, comparer vos deux tubes et conclure quant à l’impact de la lumière sur le précipité. (Ce phénomène était exploité en photographie argentique).

2. Photo-isomérisation de l’acide maléique Introduction

 Le rétinal est une molécule contenue dans les cellules rétiniennes de l’œil. Il existe sous deux formes aux propriétés chimiques différentes. Sous l’action de la lumière, le rétinal passe d’une forme à l’autre. D’autres molécules, comme l’acide maléique, possèdent un comportement similaire.

Expérience

 Noter sur un tube à essais An et sur l’autre Bn où n est votre numéro de paillasse.

 Préparer les deux tubes à essais A et B contenant chacun 1,5 g d’acide maléique solide et 5 mL d’eau distillée. Boucher les tubes et agiter jusqu’à dissolution complète de l’acide.

 Dans chaque tube, ajouter avec précaution et à l’aide d’une pipette 0,5 mL d’eau de dibrome.

 Boucher et agiter pour mélanger.

 Placer le tube A à l’obscurité (l’envelopper de papier d’aluminium) et exposer le tube B environ 20 min à la lumière UV.

 Des cristaux blancs se forment dans le tube B : les récupérer par filtration (filtration Buchner faite sur quelques paillasses), les laver à l’eau froide.

 À l’aide du banc Köfler. déterminer la température de fusion de ces cristaux.

Manipuler avec des gants : l’eau de dibrome est irritante pour la peau.

Qu’observez-vous ? Ecrire l’équation de la réaction :

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Exploitation

 L’acide maléique et l’acide fumarique ont pour formules semi-développées HOOC-CH=CH-COOH.

Les noms officiels de ces acides sont : l’acide (E)-but-2-ène-1,4-dioïque et l’acide (Z)-but-2-ène-1,4-dioïque.

2.1. Compléter le tableau suivant :

Acide maléique, isomère Z Acide fumarique, isomère E Nom officiel

Formule brute

Formule semi-développée

Formule topologique

Solubilité dans l’eau à

25°°C en g.L^-1 780 6,3

Température de fusion 131 °C 287 °C

2.2. Rappeler la définition de la solubilité.

2.3. Justifier alors que les 1,5 g d’acide maléique peuvent se dissoudre dans 5 mL d’eau.

2.4. De quoi sont constitués les cristaux du tube B ? Justifier.

2.5. Quelle transformation chimique a eu lieu dans le tube B ?

2.6. Quelle propriété de l’acide fumarique permet d’expliquer l’apparition de cristaux ?

2.7. Le tube A contient-il des cristaux ? En déduire le paramètre expérimental indispensable à la réalisation de la transformation.

Pour conclure

 La transformation de l’acide maléique en acide fumarique ne peut se produire à l’obscurité et nécessite un apport d’énergie.

2.8. Sous quelle forme l’énergie est-elle apportée ?

2.9. Justifier le nom de réaction photochimique ou d’isomérisation photochimique.

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II. Isomérie Z/E et vision Mécanisme de la vision

 Le mécanisme de la vision fait intervenir deux types de photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets. Ces cellules tapissent la rétine. Les bâtonnets sont sensibles à la luminosité : un signal

nerveux y est émis sous l’effet d’un signal lumineux.

 Les bâtonnets contiennent de la rhodopsine, assemblage d’une protéine, l’opsine, et d’une molécule, le rétinal, emboîté dans l’opsine.

 A l’obscurité, le rétinal est nommé « rétinal Z » à cause de la liaison entre les atomes de carbone 4 et 5.

 Il est lié par l’atome de carbone 1 à l’extrémité d’un acide -aminé de l’opsine et sa forme s’ajuste à celle de l’opsine.

 Sous l’effet de la lumière, les doubles liaisons C= C du rétinal se déplacent.

La liaison entre les atomes de carbone 4 et 5 devient alors momentanément une liaison simple. Le rétinal peut s’isomériser en rétinal «tout E», dont la

forme n’est plus adaptée à celle de l’opsine : il s’en détache donc Cette isomérisation s’accompagne de la création d’un influx nerveux.

 Le rétinal tout E est ensuite transformé en rétinol, puis en rétinal Z, qui peut de nouveau se combiner à la molécule d’opsine : la rhodopsine est régénérée en quelques millisecondes.

 Dans l’organisme, le rétinal provient de la vitamine A (vitamine présente dans l’oseille, la carotte, l’huile de poisson…). Le manque de vitamine A peut entraîner des troubles visuels comme l’héméralopie (diminution anormale de la vision dans l’obscurité).

Document 2

1) Quelle molécule, présente dans la rétine est sensible à la lumière ?

2) Quelle différence existe-t-il entre le (Z)-rétinal et le (E)-rétinal ? En quoi cela permet-il la vision ?

3) Quel type d’énergie est nécessaire à l’isomérisation ?

4) Schématiser le cycle de la vision.

5) Pourquoi le manque de vitamine A peut-il entrainer l’héméralopie ?

Les cellules photosensibles qui tapissent la rétine ont une dimension de l’ordre de 5 µm

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III. Ecriture topologique

 Une convention, appelée écriture topologique, permet de représenter rapidement des molécules. L’écriture topologique se base sur la notion de squelette carboné.

 On passe d’un squelette carboné à une écriture topologique en ne traçant que les liaisons chimiques entre les atomes de carbone du squelette carboné. C’est une ligne brisée constituée de segments de droites de même

longueur. Les extrémités et les intersections des segments correspondent à la position d’un atome de carbone. Si la molécule présente un élément différent du carbone, on le représente explicitement.

 Ecrire les formules topologiques de : C3H8 ; CH3-CH=CH2 ; (Z) CH3-CH=CH-CH2-CH3 ; (E) CH3-CH=CH-CH2-CH3 ; CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - COOH et CH2 = CH-CH2 -OH