Karamö, le prof virtuelLeçon 3 sur 23
Les glucides
Je sais définir et classer les glucides, écrire leurs formules et réactions d'hydrolyse, les identifier par des tests simples et faire des calculs de masse molaire.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir un glucide et distinguer oses, diholosides et polyholosides
- Écrire les formules brutes et les équations d'hydrolyse des principaux glucides
- Identifier un glucide avec l'eau iodée et la liqueur de Fehling
- Calculer des masses molaires et des masses de produits d'hydrolyse
Avant de commencer : Les leçons sur la cellule ; en chimie, les notions d'atome, de formule brute, de masse molaire (C = 12, H = 1, O = 16 g/mol) et de mole.
1Je découvre
Dans une petite unité de transformation de Kindia, Kadiatou et sa mère préparent du gari à partir de tubercules de manioc. Le professeur de biologie, venu visiter l'atelier avec la classe de 12e, prend un peu de farine de manioc, la mélange à de l'eau et y verse quelques gouttes d'eau iodée : le mélange devient bleu-noir. Il répète l'essai avec du jus de mangue bien mûre : rien de bleu, la couleur reste jaune-orangé. Mais quand il chauffe ce jus avec un réactif bleu, la liqueur de Fehling, un dépôt rouge brique apparaît.
« La farine de manioc et le jus de mangue contiennent tous les deux des sucres, explique-t-il. Mais ce ne sont pas les mêmes. »
Sékou demande : « Le sucre du thé, le sucré de la mangue et la farine de manioc, qui n'est pas sucrée, c'est pourtant la même famille ? »
Que sont les glucides, comment les classe-t-on, et comment les reconnaître au laboratoire ?
2Je comprends
1. Définition et composition
Les glucides (autrefois appelés « sucres » ou « hydrates de carbone ») sont des composés organiques formés de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Beaucoup ont une formule générale de la forme Cn(H2O)p, d'où l'ancien nom d'« hydrates de carbone ».
Chimiquement, un glucide possède plusieurs fonctions alcool (-OH) et une fonction aldéhyde (-CHO) ou cétone (C=O à l'intérieur de la chaîne).
Les glucides sont la principale source d'énergie des êtres vivants. On les trouve dans le riz, le fonio, le maïs, le manioc, l'igname, la patate douce, les fruits, le miel et le lait. Les plantes les fabriquent par photosynthèse.
On classe les glucides selon leur taille :
- 1Oses (monosaccharides) : une seule unité, non hydrolysables ; ex. glucose, fructose, ribose
- 2Diholosides : deux oses liés ; ex. saccharose, maltose, lactose
- 3Polyholosides : un très grand nombre d'oses liés ; ex. amidon, glycogène, cellulose
2. Les oses (sucres simples)
Les oses sont les glucides les plus simples : l'hydrolyse ne peut pas les couper en molécules plus petites. Ils sont solubles dans l'eau, de goût sucré, et traversent la paroi de l'intestin sans digestion.
On les classe selon :
- le nombre d'atomes de carbone : triose (3 C), pentose (5 C), hexose (6 C) ;
- la fonction portée : aldose (fonction aldéhyde) ou cétose (fonction cétone).
| Ose | Formule brute | Nombre de C | Fonction | Où le trouver |
|---|---|---|---|---|
| Glycéraldéhyde | C3H6O3 | 3 (triose) | aldose | intermédiaire dans les cellules |
| Ribose | C5H10O5 | 5 (pentose) | aldose | ARN |
| Désoxyribose | C5H10O4 | 5 (pentose) | aldose | ADN |
| Glucose | C6H12O6 | 6 (hexose) | aldose | sang, fruits, miel |
| Fructose | C6H12O6 | 6 (hexose) | cétose | fruits, miel |
| Galactose | C6H12O6 | 6 (hexose) | aldose | lait (dans le lactose) |
Le glucose, le fructose et le galactose ont la même formule brute mais des structures différentes : ce sont des isomères.
Le glucose est le glucide le plus important : c'est le « carburant » de nos cellules. Sa masse molaire vaut :
M(C6H12O6) = 6 × 12 + 12 × 1 + 6 × 16 = 72 + 12 + 96 = 180 g/mol.
En solution, le glucose se referme surtout en forme de cycle (un anneau de 5 atomes de carbone et 1 atome d'oxygène).
3. Les diholosides
Un diholoside est formé de deux oses unis par une liaison osidique, avec perte d'une molécule d'eau (réaction de condensation). À l'inverse, l'hydrolyse (en milieu acide à chaud, ou par une enzyme) coupe cette liaison en fixant une molécule d'eau.
| Diholoside | Formule | Hydrolyse donne | Source |
|---|---|---|---|
| Saccharose | C12H22O11 | glucose + fructose | sucre de canne, sucre du thé |
| Maltose | C12H22O11 | glucose + glucose | grains germés, digestion de l'amidon |
| Lactose | C12H22O11 | glucose + galactose | lait |
Équation d'hydrolyse du saccharose :
C12H22O11 + H2O longrightarrow C6H12O6 + C6H12O6
(saccharose + eau → glucose + fructose)
Masse molaire : M(C12H22O11) = 144 + 22 + 176 = 342 g/mol. On vérifie la conservation de la masse : 342 + 18 = 360 = 180 + 180.
4. Les polyholosides
Les polyholosides sont de très grosses molécules (macromolécules) formées de centaines ou de milliers d'unités de glucose. Ils ne sont pas sucrés et sont peu ou pas solubles dans l'eau. Leur formule générale est (C6H10O5)n, avec un motif de masse M = 72 + 10 + 80 = 162 g/mol.
| Polyholoside | Rôle | Où le trouver | Avec l'eau iodée |
|---|---|---|---|
| Amidon | réserve des végétaux | manioc, riz, fonio, maïs, igname | bleu-noir |
| Glycogène | réserve des animaux | foie, muscles | brun-acajou |
| Cellulose | constituant de la paroi végétale (soutien) | paroi des cellules, coton, bois | pas de coloration |
L'hydrolyse complète de l'amidon ou du glycogène donne du glucose :
(C6H10O5)n + n H2O longrightarrow n C6H12O6
L'être humain digère l'amidon mais pas la cellulose : elle traverse l'intestin sous forme de « fibres » utiles au transit. Les ruminants, eux, la font digérer par des micro-organismes (leçon sur les régimes alimentaires).
5. Reconnaître les glucides au laboratoire
Test à l'eau iodée (lugol) : l'eau iodée, de couleur jaune-orangé, devient bleu-noir en présence d'amidon et brun-acajou avec le glycogène. Les oses et les diholosides ne donnent pas cette coloration.
Test à la liqueur de Fehling : la liqueur de Fehling est bleue. Chauffée avec un sucre réducteur, elle donne un précipité rouge brique (oxyde de cuivre I). Sont réducteurs : le glucose, le fructose, le galactose, le maltose et le lactose. Le saccharose n'est pas réducteur : il ne donne pas de précipité, sauf si on l'a d'abord hydrolysé (on obtient alors glucose et fructose, qui réagissent).
- Eau iodée (à froid)
- Liqueur de Fehling (à chaud)
- Fehling sur saccharose
- bleu-noir : amidon ; brun-acajou : glycogène
- précipité rouge brique : sucre réducteur
- négatif, sauf après hydrolyse acide
Méthode
Pour identifier un glucide inconnu en solution :
- Je fais le test à l'eau iodée : bleu-noir, c'est de l'amidon ; sinon, je continue.
- Je fais le test à la liqueur de Fehling à chaud : précipité rouge brique, c'est un sucre réducteur (glucose, fructose, maltose, lactose).
- Si les deux tests sont négatifs, j'hydrolyse la solution (acide, à chaud) puis je refais le test de Fehling : s'il devient positif, c'était un sucre non réducteur comme le saccharose.
- Je rédige : « Le test … est positif / négatif, donc la solution contient / ne contient pas … »
Exemple
On dispose de trois tubes : A (farine de manioc dans l'eau), B (sucre de canne dissous), C (jus de mangue). Résultats : A bleu-noir à l'eau iodée ; B négatif à l'eau iodée et au Fehling, puis positif au Fehling après chauffage avec un acide ; C négatif à l'eau iodée, positif au Fehling.
Tube A : l'eau iodée bleu-noir montre la présence d'amidon.
Tube B : ni amidon ni sucre réducteur ; après hydrolyse, apparition d'un sucre réducteur : le tube contenait un diholoside non réducteur, le saccharose, hydrolysé en glucose et fructose.
Tube C : pas d'amidon, mais présence de sucres réducteurs (glucose, fructose) : c'est ce qui donne le goût sucré à la mangue mûre.
Exemple
On hydrolyse complètement 32,4 g d'amidon. Quelle masse de glucose obtient-on ?
Motif de l'amidon : C6H10O5, M = 162 g/mol. Nombre de motifs : 32,4 ÷ 162 = 0,2 mol.
Chaque motif donne une molécule de glucose : n(glucose) = 0,2 mol.
Masse de glucose : 0,2 × 180 = 36,0 g.
La masse augmente (36,0 g contre 32,4 g) car chaque motif a fixé une molécule d'eau : 0,2 × 18 = 3,6 g d'eau, et 32,4 + 3,6 = 36,0 g.
3Je retiens
Je retiens
Glucides : composés de C, H, O ; principale source d'énergie ; formule souvent Cn(H2O)p.
Oses (non hydrolysables) : triose, pentose (ribose, désoxyribose), hexose (glucose, fructose, galactose : C6H12O6, M = 180 g/mol).
Diholosides (C12H22O11, M = 342 g/mol) : saccharose = glucose + fructose ; maltose = 2 glucose ; lactose = glucose + galactose.
Polyholosides (C6H10O5)n : amidon (réserve végétale), glycogène (réserve animale), cellulose (paroi) ; l'hydrolyse complète donne du glucose.
Eau iodée : bleu-noir avec l'amidon, brun-acajou avec le glycogène.
Liqueur de Fehling à chaud : précipité rouge brique avec un sucre réducteur ; le saccharose n'est pas réducteur.
4Erreurs fréquentes
- Dire que le saccharose est réducteur : c'est le seul diholoside courant qui ne réduit pas la liqueur de Fehling ; il faut d'abord l'hydrolyser.
- Confondre les tests : l'eau iodée ne détecte pas le glucose, et la liqueur de Fehling ne détecte pas l'amidon.
- Oublier l'eau dans l'équation d'hydrolyse : hydrolyser, c'est couper une liaison en fixant une molécule d'eau (H2O à gauche de la flèche).
- Croire qu'un glucide est forcément sucré : l'amidon et la cellulose sont des glucides sans goût sucré.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Quels éléments chimiques composent les glucides ?
b) Définis un ose et donne deux exemples d'hexoses.
c) Quelle différence y a-t-il entre l'amidon, le glycogène et la cellulose du point de vue de leur rôle ?
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a) Le carbone, l'hydrogène et l'oxygène.
b) Un ose est un glucide simple qui ne peut pas être hydrolysé en molécules plus petites. Exemples d'hexoses : glucose et fructose (ou galactose).
c) L'amidon est la réserve de glucose des végétaux, le glycogène celle des animaux ; la cellulose n'est pas une réserve, c'est un constituant de soutien de la paroi des cellules végétales.
2Exercice 2
Calcule les masses molaires du ribose (C5H10O5), du glycéraldéhyde (C3H6O3) et du lactose (C12H22O11). (C = 12 ; H = 1 ; O = 16 g/mol.)
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Ribose : 5 × 12 + 10 × 1 + 5 × 16 = 60 + 10 + 80 = 150 g/mol.
Glycéraldéhyde : 3 × 12 + 6 × 1 + 3 × 16 = 36 + 6 + 48 = 90 g/mol.
Lactose : 12 × 12 + 22 × 1 + 11 × 16 = 144 + 22 + 176 = 342 g/mol.
3Exercice 3
Écris l'équation d'hydrolyse du maltose et nomme les produits. Quel test permet de vérifier que le maltose est un sucre réducteur ?
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C12H22O11 + H2O longrightarrow 2 C6H12O6 : le maltose donne deux molécules de glucose.
Le test à la liqueur de Fehling à chaud : un précipité rouge brique montre que le maltose est réducteur.
4Exercice 4
On hydrolyse complètement 68,4 g de saccharose.
a) Calcule la quantité de matière de saccharose.
b) Calcule la masse de glucose et la masse de fructose obtenues.
c) Vérifie la conservation de la masse.
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a) n = 68,4 ÷ 342 = 0,2 mol.
b) L'équation montre qu'une mole de saccharose donne une mole de glucose et une mole de fructose : n(glucose) = n(fructose) = 0,2 mol. Masse de glucose = 0,2 × 180 = 36 g ; masse de fructose = 36 g.
c) Eau consommée : 0,2 × 18 = 3,6 g. Réactifs : 68,4 + 3,6 = 72 g. Produits : 36 + 36 = 72 g. La masse est conservée.
5Exercice 5
(Type examen) Un élève réalise les tests suivants sur quatre solutions notées 1 à 4.
| Solution | Eau iodée | Fehling à chaud | Fehling après hydrolyse acide |
|---|---|---|---|
| 1 | bleu-noir | négatif | positif |
| 2 | jaune-orangé | positif | positif |
| 3 | jaune-orangé | négatif | positif |
| 4 | jaune-orangé | négatif | négatif |
a) Identifie le type de glucide de chaque solution (ou l'absence de glucide), en justifiant.
b) Pourquoi la solution 1 devient-elle positive au Fehling après hydrolyse ?
c) La solution 4 peut-elle contenir de la cellulose en suspension ? Explique.
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a) Solution 1 : l'eau iodée bleu-noir indique de l'amidon (polyholoside, non réducteur tant qu'il n'est pas hydrolysé).
Solution 2 : pas d'amidon, Fehling positif dès le départ : sucre réducteur (glucose, fructose, maltose ou lactose).
Solution 3 : pas d'amidon, Fehling négatif puis positif après hydrolyse : sucre non réducteur hydrolysable, le saccharose.
Solution 4 : tous les tests sont négatifs : pas de glucide détectable (ou un glucide non hydrolysé par ce traitement).
b) L'hydrolyse acide coupe l'amidon en molécules de glucose, sucre réducteur, qui réduisent alors la liqueur de Fehling.
c) Oui, c'est possible : la cellulose ne colore pas l'eau iodée, n'est pas réductrice et n'est pas hydrolysée par une hydrolyse acide rapide ; elle passerait donc inaperçue avec ces tests.
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6Je vérifie
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