XX OLYMPIADES DE LA CHIMIE THEME : CHIMIE ET BEAUTE SUJET A PROPOS DES ROUGES A LEVRES TITRE : SOIGNER SON APPARENCE

Transcription

1 XX LYMPIADES DE LA CHIMIE THEME : CHIMIE ET BEAUTE SUJET A PRPS DES RUGES A LEVRES TITRE : SIGNER SN APPARENCE Préambule : L apparence est, avant tout, une question de mode. Les rouges à lèvres, qui font partie du quotidien de la plupart des femmes, n ont pas toujours connu le même succès. Voilà ce que rapportait Baudelaire dans son ouvrage «Curiosités esthétiques» : «Madame Dubarry, quand elle voulait éviter de recevoir le roi [Louis XV, amoureux du beau à l état naturel] avait soin de mettre du rouge à lèvres. C était un signe suffisant. Elle fermait ainsi sa porte. C était en s embellissant qu elle faisait fuir ce royal disciple de la nature.» Les mœurs ont évolué depuis Formulation : Un rouge à lèvres est obtenu par la dispersion de matières colorantes dans un mélange de cires et d huiles, auquel peuvent être ajoutés divers autres composants. Edulcorant utilisé : Voici la formulation d un rouge à lèvres en % en masse : Cires (candelilla, carnauba, abeille, lanoline, ozokérite) 14,2 H Isostéarate d isostéaryle (huile) 12 Pigments 12 Mica xyde de titane (IV) 8 H Myristate de lactyle 6 Huile de paraffine 2 Parfum 0,5 Tocophérol 0,1 Edulcorant qs Huile de castor qsp 100 CH 3 (qs : quantité suffisante qsp : quantité suffisante pour) 1) Sachant que les lèvres sont constituées de papilles dermiques, pourquoi présentent-elles un aspect teinté de rose? 2) utre l aspect esthétique, citer un autre intérêt du rouge à lèvres. 3) La formulation d un rouge à lèvres présente des points communs avec celle d un vernis à ongles ou celle d une peinture. a) Quelles sont les deux grandes familles de composés que l on retrouve à la fois dans les peintures et les produits cosmétiques de façon générale? b) La gomme arabique fut utilisée pour que les pigments des peintures puissent adhérer aux parois : de quel arbre était extraite cette substance? 4) Classer les cires figurant dans la composition du rouge à lèvres en 3 catégories : l une animale, l autre végétale enfin la dernière minérale. Animale végétale minérale

2 5) Deux composés sont cités dans la formulation ci-dessus l isostéarate d isostéaryle et le myristate de lactyle (voir annexe) : a) A quoi servent ces deux composés? b) Quelle est la fonction chimique principale présente dans les deux composés? c) A partir de quelles familles de composés se forme ce type de composés? d) Ecrire la formule semi-développée simplifiée de l isostéarate d isostéaryle? e) Le myristate de lactyle est formé à partir de quels composés? f) Grâce aux renseignements fournis en annexe écrire la formule semi-développée du myristate de lactyle. 6) n considère d abord les 4 premiers colorants cités (voir annexe) : a) Sont-ils de nature minérale ou organique? xyde de titane (IV) xyde de fer (II) xyde de fer (III) xyde de fer (III) et fer (II) Sulfate de baryum b) Indiquer leur formule chimique. Formule chimique Etat d oxydation 5 pts c) Quel est l état d oxydation de l élément métallique dans chacun d eux? (répondre dans le tableau précédent) 2,5 pts 7) La molécule d acide shelloïque (voir annexe) est une molécule plus complexe : a) Combien y a -t-il d atomes de carbone dans la molécule d acide shelloïque 5? b) Combien possède-t-elle de fonctions chimiques? Quelles sont-elles? Préciser le cas échéant la classe de la fonction si le cas.(répondre sur la feuille annexe) 5 pts 8) La molécule d acide aleurique (voir annexe) est un acide trihydroxylé. a) Sur quels atomes de carbone sont positionnées les fonctions alcool? (numéroter et répondre sur la feuille annexe) b) Distinguer la classe de l alcool.

3 c) Comment le nommer en nomenclature internationale (voir annexe)? 9) La fucoxanthine (voir annexe) possède des maxima d absorption à 497 nm et 450 nm. a) Comment mesure-t-on ces maxima? b) Calculer les énergies correspondantes en Joules et électron-volts. Données : Relation d Einstein : E = hυ avec h (constante de Planck) = 6, J.s et υ fréquence exprimée en Hertz ; vitesse de la lumière c = ms pts c) La molécule peut-elle être soluble dans l eau? Justifier ; 10) La tétraiodofluorescéine symbolisée par Al(RC - ) 3 (voir annexe) absorbe principalement à 524 nm : a) Justifier sa coloration. b) Quel est l état d oxydation de l élément métallique aluminium? c) Quelles sont les propriétés acido-basiques de ce composé? d) Ecrire la réaction acide base mettant en évidence cette propriété. 11) Les colorations indiquées correspondent à la dispersion de ces molécules dans la phase cireuse. En ce qui concerne la tétraiodofluorescéine, on note une coloration rose en phase aqueuse. Expliquer la différence. 12) L édulcorant présent dans le rouge à lèvres est la molécule responsable de l arôme de vanille : la vanilline. a) Exprimer sa formule brute. Déterminer la masse molaire. b) Distinguer les divers types d atomes de carbone : carbone tétragonal (T).ou carbone trigonal (t). 5 pts H H CH 3 c) Reconnaître les divers groupes fonctionnels de cette molécule représentée ci-dessus.

4 d) Citer son nom en nomenclature officielle (le groupe CH 3 étant le groupe methoxy, tandis que le groupe H et le groupe hydroxy)). e) Quel est le nom donné au squelette hydrocarboné? f) Quel composé obtiendrait-on si la molécule de vanilline était mise en présence de solution de permanganate de potassium en milieu acide? g) Quel composé obtiendrait-on si la molécule de vanilline était mise en présence de liqueur de Fehling?. n se propose de déterminer la quantité de vanilline présente dans un arôme artificiel de vanille. Cette détermination peut se faire en utilisant les propriétés d'absorption par la vanilline d'une lumière ultra-violette, phénomène identique à celui qui se produit en lumière visible. h) Avec quel appareil pourra-t-on faire les mesures? i) Quelle est la grandeur mesurée? j) Quelle est la relation utilisée? Nom, expression en précisant les grandeurs et les unités, le domaine de validité ; k) n prépare une série de solutions de vanilline de concentrations connues précisément et on mesure leur absorbance. Quelle sera la forme de la courbe que l'on doit obtenir en représentant graphiquement la fonction A = f(c)? l) n dispose d'une solution de vanilline de concentration exacte 5, g.l -1. n en prélève 2,50 ml que l'on introduit dans une fiole jaugé de 50,00 ml et on complète au trait de jauge avec le solvant. Quelle est la concentration de la solution obtenue? En procédant comme décrit précédemment, on prépare 5 solutions de vanilline de concentrations connues et on mesure ensuite leur absorbance. En traçant la courbe A = f(c), on obtient la courbe d'étalonnage suivante :

5 c/mg.l -1 Par ailleurs, on traite un échantillon de 1,00 ml d'arôme artificiel de vanille, afin d'en extraire la vanilline : on obtient 250 ml d'une solution appelée (S). n prélève 2,00 ml de solution (S) que l'on introduit dans une fiole jaugée de 10,00 ml et on complète au trait de jauge avec le solvant : on appelle (S') la solution obtenue. n mesure alors l'absorbance de (S') : on obtient A = 0,661. m) En utilisant la courbe d'étalonnage, déterminer la concentration c' en vanilline de la solution (S'). n) Calculer la concentration c en vanilline de la solution (S). o) En déduire la masse de vanilline contenue dans les 250 ml de solution (S) et donc dans les 1,00 ml d'arôme artificiel de vanille. p) Donner la valeur de la concentration en vanilline de l'arôme de vanille en g.l Analyse chromatographique des colorants d un rouge à lèvres : Mode opératoire n dispose sur la plaque les produits suivants : Extrait de rouge à lèvres en C ; Fucoxanthine en A ; Acide shellaïque en B ; La plaque est placée dans une cuve contenant le mélange de solvant (mélange cyclohexane, acetate d éthyle et ammoniaque), préparée à l avance. Une fois la migration de l éluant achevée, la plaque est séchée. n procède à la révélation du chromatogramme par U.V. a) Citer un autre type de chromatographie.

6 b) L éluant correspond-il à la phase mobile ou à la phase stationnaire? La couche mince correspond alors à quelle phase? c) Pourquoi faut-il préparer la cuve avec l éluant à l avance? d) Parmi les trois schémas ci-dessous lequel est correct? Expliquer pourquoi les deux autres schémas ne conviennent pas e) Le chromatogramme obtenu est le suivant : compléter ce chromatogramme. A B C f) Quel composé a le plus d affinité pour la phase mobile? g) Citer deux autres types de révélation. h) Calculer le rapport frontal R f des deux constituants de la phase organique. Commenter les résultats obtenus sur le chromatogramme..

7 Agent nacrant Le principal agent nacrant utilisé dans les rouges à lèvres est le mica recouvert d une épaisseur e d oxyde métallique. D un point de vue optique, cet agent peut se comporter comme une lame à faces parallèles dont le schéma est représenté ci-dessous, où on a aussi pris le soin de tracer un rayon lumineux incident parvenant sur la surface de l oxyde métallique. n donne les indices de réfraction des trois milieux : Air : n 0 = 1 xyde métallique : n 1 = 1,5 Mica : n 2 = 1,2 Enfin il faut savoir que l effet nacré provient de l épaisseur de la couche métallique recouvrant le mica. Ainsi la lumière réfléchie aura une certaine couleur. Par exemple, la couleur réfléchie est le rouge pour une épaisseur e variant de 80 à 100 nm, le jaune si e varie entre 60 et 80 nm. Air e eeeeeeee xyde métallique Mica

8 13) n s intéresse au dioptre air / oxyde métallique. Enoncer les lois de Descartes pour la réflexion et pour la réfraction et tracer les rayons correspondants sur le schéma de la feuille. n utilisera les notations suivantes : i angle d incidence ; i angle de réflexion ; r angle de réfraction. n comparera i et i ainsi que i et r. 14) n s intéresse maintenant à la réflexion sur le mica et à la réfraction au niveau du dioptre oxyde métallique / air. Tracer, en justifiant, les rayons correspondants. ANNEXE De nombreux colorants sont utilisés pour parvenir à des couleurs aussi variées, dans la formulation des rouges à lèvres. En voici quelques exemples : xyde de titane (IV) xyde de fer (III) xyde de fer (II) xyde de fer (II) et fer (III) Sulfate de baryum Acide shelloïque : colorant rouge brillant Acide aleurique : colorant rouge brillant HC H H H H CH H H 3 C CH 2 H Shikonine : colorant rouge à éclat métallique H Acide myristique : CH 3 (CH 2 ) 12 CH Acide lactique : CH 3 CH(H)CH Acide stéarique : CH 3 (CH 2 ) 16 CH Acide isostéarique : CH 3 CH(CH 3 )(CH 2 ) 15 CH Alcool isostéarique : CH 3 CH(CH 3 )(CH 2 ) 15 CH 2 H H H

9 Fucoxanthine : colorant brun des algues fucus H 3 C CCH 3 H H 3 C CH 3 CH 3 CH 3 H C H 3 C CH 3 H CH 3 CH 3 CH 3 Erythrosine d aluminium ou tétraiodofluorescéine : colorant rouge-rose irisée symbolisé Al(RC - ) 3 I I Al I I C- 3