Physique chimie, le chitosane pour pi�ger les m�taux lourds.

La chitine est l’un des constituants principaux de l’exosquelette des crustac�s, des animaux � coquilles et des insectes. Elle est le deuxi�me polysaccharide le plus r�pandu dans la nature, apr�s la cellulose. Cependant, la chitine est soluble dans tr�s peu de solvants, ce qui limite ses applications. C’est pourquoi, on la transforme chimiquement en chitosane.

Ce polym�re biod�gradable et biocompatible offre de nombreuses possibilit�s dans les domaines pharmaceutique, biom�dical, agroalimentaire et environnemental.

A. Le chitosane pour pi�ger les m�taux lourds.
Les propri�t�s complexantes du chitosane sont �tudi�es pour extraire des m�taux lourds d’eaux pollu�es.
Q16. Quelles sont les fonctions chimiques pr�sentes dans la chitine et dans le chitosane?
Identifier les sites bases de Lewis qui peuvent complexer un m�tal.

Les fonctions entour�es ci-dessus poss�dent des atomes d'oxyg�ne et d'azote, porteurs de doublets non liants et sont donc des bases de lewis.
Q17. Le monom�re du chitosane est une glucosamine, un glucide de la famille des osamines dont la structure est fond�e sur celle du β-D-glucose.
a) Repr�senter la formule semi-d�velopp�e de la forme ouverte du β-D-glucose, puis en d�duire si le β-D-glucose est un aldose ou un c�tose.
b) Repr�senter en projection de Fischer la forme ouverte du β-D-glucose. Que d�signe la lettre D dans la d�nomination � β-D-glucose � ?

Le β-D-glucose est un aldose, pr�sence d'une fonction aldehyde.
D "dextrogyre" : propri�t� d'une mol�cule de faire d�vier le plan de polarisation de la lumi�re polaris�e vers la droite.
Q18. On dispose de 60 g de carapaces de crevettes. Cette masse de carapaces est-elle suffisante pour ramener 40 mL d’une solution de sulfate de cuivre de concentration initiale �gale � 0,1 mol.L^–1 aux normes environnementales fran�aises de pollution des eaux en cuivre ( 0,5 mg / L)? Si non, quelle est la masse minimale de carapaces de crevettes n�cessaires pour �liminer le cuivre de la solution ?
100 g de carapaces de crevettes conduisent � 4 g de chitosane.
60 g de carapaces de crevettes conduisent � 2,4 g de chitosane.
�volution du rapport d’absorbance A/A₀ (donn� en %) en fonction de la masse de chitosane ajout�e pour 40,0 mL de solution aqueuse � la concentration initiale C₀ = 0,1 mol.L^–1. L’absorbance de la solution initiale a pour valeur A₀ = 1,26.

Concentration de la solution de sulfate de cuivre apr�s traitement : 0,1 *0,025 =2,5 10^-3 mol / L.
Concentration massique en cuivre : 2,5 10^-3 * 65,4 ~0,16 g / L, valeur sup�rieure � 5 mg / L, seuil r�glementaire.
Il faut 3 g de chitosane soit 3 *100 /4 = 75 g de carapaces de crevettes pour �liminer tout le cuivre de la solution.

Q19. Proposer une explication de la solubilit� du chitosane dans l’eau, en conditions acides.
Les fonctions amine et amide sont proton�es. Des interactions �lectrostatiques se cr��ent entre les mol�cules d'eau et ces fonctions.
La spectroscopie de RMN 1H est une technique d’analyse simple permettant d’�valuer le degr� d’ac�tylation DA d’un chitosane. On donne un extrait du spectre RMN 1H 500 MHz r�alis� lors de l’�tude d’un polym�re de chitine issu d’une r�action de d�sac�tylation.

Q20. Expliciter ce que d�signe la fr�quence � 500 MHz � du spectre RMN 1H ?
Il s'agit de la fr�quence de r�sonance ( fr�quence de larmor ) proportionnelle � l'intensit� du champ magn�tique cr��.
Q21. En vous appuyant sur l’exemple de la mol�cule d’�thanol dont le spectre serait enregistr� � l’aide du m�me spectrom�tre RMN, expliquer les notions d’int�gration d’un signal et de multiplicit� spectrale. Pr�ciser la multiplicit� spectrale attendue pour le
signal de l’atome hydrog�ne port� par l’atome de carbone num�rot� 1 du β-D-glucose . Pr�ciser la multiplicit� spectrale attendue pour le signal de l’atome hydrog�ne port� par l’atome de carbone num�rot� 2 du β-D-glucose.

CH₃ : ces protons �quivalents ont 2 protons proches voisins, on observe un triplet. Multiplicit� = 3 et int�gration I = 3.
CH₂ : ces protons �quivalents ont 3 protons proches voisins, on observe un quadruplet. Multiplicit� = 4 et int�gration I = 2.
OH : ce proton n'a aucun proton proche voisin, on observe un singulet. Multiplicit� = 1 et int�gration I = 1.
Le signal de l’atome hydrog�ne port� par l’atome de carbone num�rot� 1 du β-D-glucose est un doublet, multiplicit� = 2 et int�gration I = 1. ( l'atome de carbone 2 porte un hydrog�ne).
Le signal de l’atome hydrog�ne port� par l’atome de carbone num�rot� 2 du β-D-glucose est un triblet, multiplicit� = 3 et int�gration I = 1. ( les atomes de carbone 1 et 3 portent chacun un hydrog�ne).
Q22. Proposer un argument pour expliquer que le signal du groupement m�thyle de la partie � glucosamine ac�tyl�e � du chitosane analys� est un singulet.
L'atome de carbone voisin ne porte pas d'atomes d'hydrog�ne.
Q23. D�terminer le degr� d’ac�tylation (DA) du chitosane analys�. Commenter la qualit� de cette d�termination exp�rimentale.
L'intensit� d'un pic est proportionnelle au nombre de protons qui en est la cause.
Le pic H₇ est uniquement pr�sent dans le chitosane ac�tyl�. Il int�gre pour une valeure de 1,00.
Le pic H₂ et H_2' est pr�sent dans le glycosamine et dans le glucosamine ac�thyl�. Il int�gre pour une valeur de 1,2.
Les protons H₃ � H₆ int�grent pour une valeur de 5,18.
Les 5 protons communs aux deux mol�cules int�grent pour une valeur de 1,2 +5,18 = 6,38.
Int�gration moyenne d'un proton : 6,38 / 5 =1,276
Proportion de glucosamine ac�thyl�e : 1,00 / 1,276 ~0,78 ( 78 %).