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14 | P a g e
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
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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
21 | P a g e
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
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-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.