L'absence de détection des sons, le peu de sensibilité au toucher, et la déficience de la vue dans l'obscurité de la ruche sont remplacés chez l'abeille par des émissions chimiques comme les phéromones. Ces substances sont produites par tous les individus d'une ruche. La transmission du message chimique induit un changement de comportement des abeilles qui le perçoivent.
La phéromone mandibulaire de la reine
Cette phéromone est composée d'un mélange de 5 espèces chimiques. Une de ces espèces identifiée chez l'abeille domestique, et notamment chez la reine, est l'acide
(2E)-9-oxodéc-2-ènoïque dont la formule semi-développée est représentée ci-dessous. Elle assure la cohésion de la colonie en commandant aux ouvrières de nourrir la reine, de la toiletter.
Acide 9-oxodéc-2-ènoïque
Quels sont les deux groupes caractéristiques portés par l'acide 9-oxodéc-2-ènoïque ?
Les groupes caractéristiques présents et familles des fonctions correspondantes sont :
- Le groupe carbonyle : cétone
- Le groupe carboxyle : acide carboxylique
La molécule d'acide 9-oxodéc-2-ènoïque possède deux stéréoisomères de configuration.
Quelles sont leurs formules ?
La stéréoisomèrie de configuration est due à la liaision double carbone - carbone :
Une autre de ces espèces chimiques, l'acide 9-hydroxydéc-2-èneoïque, de formule relativement semblable à la précédente, est émise lors du vol nuptial par la reine pour attirer les mâles.
Sachant que le groupe caractéristique est \ce{-OH}, quelle est la bonne représentation de l'acide 9-hydroxydéc-2-èneoïque par analogie avec l'acide 9-oxodéc-2-ènoïque ?
Par analogie, on obtient la molécule suivante :
Quelles sont les deux propriétés de la molécule d'acide 9-hydroxydéc-2-èneoïque qui font que celle-ci présente deux types de stéréoisomérie de configuration ?
La présence d'une double liaison \ce{C=C} dans la molécule où chaque atome de carbone impliqué porte deux groupes différents, conduit ainsi à deux diastéréoisomères : isomérie de type Z et E.
Aussi, la présence d'un atome de carbone asymétrique conduit à deux énantiomères.
Phéromone d'alarme et phéromone d'attaque
Une des phéromones d'alarme est l'heptan-2-one. Elle est émise, entre autres, quand un intrus s'approche de la ruche ou qu'une abeille est agressée. La réaction d'alerte est immédiate dans la colonie, mais de courte durée.
Heptan-2-one
La phéromone d'attaque est l'éthanoate d'isoamyle. C'est une espèce chimique volatile qui est produite par des cellules bordant la poche à venin. C'est pourquoi, si une abeille pique, les glandes sécrétant cette phéromone restent avec le dard et continuent à émettre le signal d'attaque.
Éthanoate d'isoamyle
Pour distinguer ces deux phéromones, on peut avoir recours à la spectroscopie infrarouge.
Spectre IR n°1
Spectre IR n°2
Bandes d'absorption IR de quelques types de liaisons chimiques
| Liaison \ce{O-H} | Entre 3100 et 3500 cm-1 | Bande forte et large |
|---|---|---|
| Liaison \ce{O-H} des acides carboxyliques | Entre 2500 et 3300 cm-1 | Bande forte et large |
| Liaison \ce{C-H} | Entre 2900 et 3100 cm-1 | Bande moyenne à forte |
| Liaison \ce{C-H} de \ce{CHO} | Entre 2650 et 2800 cm-1 | Double bande moyenne |
| Liaison \ce{C=O} | Entre 1700 et 1800 cm-1 | Bande forte |
| Liaison \ce{C-O} | Entre 1200 et 1300 cm-1 | Bande forte |
Ces spectres ne peuvent être distingués que grâce aux bandes d'absorption dont le nombre d'onde est compris entre 500 et 1500 cm-1.
Quelle liaison est présente dans l'éthanoate d'isoamyle mais absente dans l'heptan-2-one ?
La liaison qui est présente dans l'éthanoate d'isoamyle mais absente dans l'heptan-2-one est la iaison \ce{C-O}.
Comment peut-on alors identifier les deux spectres infrarouge ?
Les deux phéromones se distinguent dans leur structure par la présence d'une liaison \ce{C-O} pour la phéromone d'attaque (l'éthanoate d'isoamyle).
Sur le spectre 1 :
- Entre 2900 et 3100 cm-1, la bande est caractéristique de la présence d'une liaison \ce{C-H}.
- Entre 1700 et 1800 cm-1, la bande est caractéristique de la présence d'une liaison \ce{C=O}.
Sur le spectre 2 :
- Entre 2900 et 3100 cm-1, la bande est caractéristique de la présence d'une liaison \ce{C-H}.
- Entre 1700 et 1800 cm-1, la bande est caractéristique de la présence d'une liaison \ce{C=O}.
- Entre 1200 et 1300 cm-1, la bande est caractéristique de la présence d'une liaison \ce{C-O}.
Or, seule la phéromone d'attaque (éthanoate d'isoamyle) possède une liaison \ce{C-O}.
Le spectre infrarouge n°2 correspond à l'éthanoate d'isoamyle et le spectre 1 à l'heptan-2-one.
Le spectre RMN de l'éthanoate d'isoamyle est représenté ci-dessous. Il comporte :
- Un doublet à 0,9 ppm
- Un quadruplet à 1,5 ppm
- Un nonuplet (9 pics) à 1,8 ppm
- Un singulet à 2,2 ppm
- Un triplet à 4,1 ppm
Quelle est la bonne attribution des signaux aux groupes de protons équivalents ?
Spectre RMN de l'éthanoate d'isoamyle
D'après le cours, pour un groupe de protons équivalents donné possédant n protons voisins non équivalents, le signal résultant sera un multiplet comportant n+1 pics.
- Le groupe de protons équivalent n°1 ne possède aucun proton voisin : il forme un singulet à 2,2 ppm.
- Le groupe de protons équivalent n°2 possède 2 protons voisins : il forme un triplet à 4,4 ppm.
- Le groupe de protons équivalent n°3 possède 3 protons voisins : il forme un quadruplet à 1,5 ppm.
- Le groupe de protons équivalent n°4 possède 8 protons voisins : il forme un nonuplet à 1,8 ppm.
- Le groupe de protons équivalent n°5 possède 1 proton voisin : il forme un doublet à 0,9 ppm.
Le miel est la substance naturelle sucrée produite par les abeilles Apis mellifera. On distingue principalement :
- Le miel de nectar : miel qui provient des nectars de plantes.
- Le miel de miellat : miel qui provient principalement d'excrétions d'insectes butineurs laissées sur les parties vivantes de plantes ou de secrétions de parties vivantes de plantes.
Les normes alimentaires internationales spécifient que la teneur en sucres réducteurs (glucose, fructose) doit être au minimum de :
- 60 g pour 100 g pour les miels de nectar
- 45 g pour 100 g pour les miels de miellat
On souhaite doser les sucres réducteurs d'un miel de sapin (miel de miellat) par une méthode spectrophotométrique en utilisant un indicateur de présence de sucres réducteurs, le DNS.
Données :
- Le DNS ou acide 3,5-dinitrosalicylique présente une forme oxydée de couleur jaune qui réagit de la même façon avec le fructose ou le glucose et se transforme en une forme réduite de couleur rouge.
- Le spectre d'absorption UV-Visible de la forme réduite du DNS présente un maximum d'absorption à la longueur d'onde \lambda = 530 nm.
Protocole utilisé :
- Préparer des solutions étalons de glucose dans une solution de DNS en excès.
- Mesurer l'absorbance A de solutions étalons de glucose dans une solution de DNS en excès à la longueur d'onde \lambda = 530 nm.
- Réaliser 50,0 mL d'une solution S0, solution aqueuse de miel contenant 0,60 g de miel de sapin.
- Diluer 10 fois la solution S0 dans une solution de DNS en excès ; soit S1 la solution obtenue.
Résultats expérimentaux :
Absorbance de la solution S1 à la longueur d'onde \lambda = 530 nm :
A_{S_1} = 0{,}40
Courbe d'étalonnage
Pour quelle raison le DNS doit-il être introduit en excès ?
Le DNS est introduit en excès de façon à oxyder la totalité du glucose et du fructose, permettant ainsi de minimiser les incertitudes de mesures sur la concentration en sucre.
D'après la courbe d'étalonnage et l'absorbance de la solution S1, quelle est la concentration en masse de glucose dans cette solution ?
La courbe d'étalonnage permet de déterminer la concentration de la solution diluée S1.
D'après les résultats expérimentaux, l'absorbance de la solution S1 AS1 vaut 0,40.
En utilisant l'équation de la droite d'étalonnage, on détermine la concentration de la solution S1,C_m\left(S_1\right) :
C_m\left(S_1\right)=\dfrac{A}{0{,}68}
C_m\left(S_1\right)=\dfrac{0{,}40}{0{,}68}
C_m\left(S_1\right)= 0{,}6 g.L-1
C_m\left(S_1\right)= 0{,}6 g.L-1
La solution S1 ayant été préparée en diluant 10 fois la solution S0, quel calcul donne la concentration en masse de glucose dans la solution S0 ?
D'après le protocole, la solution mère S0 est diluée 10 fois. On en déduit la concentration de la solution mère C_m\left(S_0\right) :
C_m\left(S_0\right)=10 \times C_{m\left(S_{1}\right)}
C_m\left(S_0\right)=10 \times 0{,}6
C_m\left(S_0\right)= 6 g.L-1
La solution mère S0 à une concentration de 6 g.L-1.
Quel est alors le calcul de la masse des sucres réducteurs présents dans 50 mL de solution S0 ?
On détermine la masse de glucose présente dans 50,0 mL de la solution S0 :
m=C_m\left(S_0\right)\times V
m= 6 \times 50 \times 10^{-3}
m=0{,}30 g
La masse de glucose présente dans la solution S0 vaut 0,30 g.
La masse précédente ayant été obtenue à partir de 0,6 g de miel, quelle est la masse de glucose dans 100 g de miel ?
La masse précédente ayant été obtenue à partir de 0,6 g de miel, on en déduit la masse de glucose dans 100 g de miel :
m = \dfrac{0{,}3 \times 100}{0{,}6} = 5 \times 10^1 g
Par proportionnalité, 100 g de miel contiennent 50 g de glucose.
Ce miel satisfait-il à la norme internationale ?
Le miel dosé satisfait à la norme internationale car la masse de glucose dans 100 g de miel est supérieure à 45 g.