OLYMPIADES DE LA CHIMIE 2010

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1 OLYMPIADES DE LA CHIMIE 2010 ACADEMIE DE CLERMONT-FERRAND Thème des Olympiades de la Chimie : Chimie et agro-ressources Sujet du TP : colle à caséine Epreuve de 3 heures La caséine est un mélange complexe de protéines du lait. Une protéine est constituée d assemblages acides aminés. La caséine entre dans la composition de la colle sous forme de poudre à laquelle on ajoute de la chaux (oxyde ou hydrate de calcium) pour la solubiliser. Le pouvoir collant de la caséine solubilisée est exceptionnel et connu depuis des siècles : comme liant pour les peintures bien sûr, mais on la trouve aussi dans la composition des mortiers utilisés pour les murs des châteaux et les remparts des cités. C est seulement avec l industrialisation que les produits à base de caséine ont cédé la place aux produits chimiques. Cette colle à la caséine a survécu pendant plus de 35 années dans une petite niche sur le marché gigantesque des colles. Sa fabrication a été reprise par Kreidezeit d après la même recette qui a fait ses preuves pendant plus de 35 ans : la durée de vie de ce produit et le collage sans problème de millions de m² de linoléum sont les meilleures garanties qu on puisse obtenir. caséine : Lors de la 1 ère guerre mondiale, les avions allemands ont été assemblés à la colle de caséine Ce TP comporte trois parties : Hydrolyse de la caséine en milieu acide et identification de quelques acides aminés présents Extraction de la caséine du lait et identification par le test du biuret Préparation de la colle à partir de faisselle et de chaux Stéphanie Mortier- Olympiades de Chimie Clermont FD Page 1

2 DONNEES Caractéristiques : Caractéristiques physiques et chimiques Données toxicologiques caséine solide blanc Produit non toxique et biodégradable acide chlorhydrique concentré 37% de HCl en solution Provoque brulures ; irritant pour voies aqueuse respiratoires 5% dans de l acétone Eviter contact peau, yeux ; hotte ventilée ninhydrine Soude 3 mol/l Soude : NaOH Corrosif, risque de graves brulures, éviter Acide formique Acétate d éthyle Liquide incolore à odeur piquante Liquide incolore, volatile, odeur fruitée Chaux (hydroxyde de calcium) Solide très soluble dans l eau, réagit vivement avec les acides contact peau et Ventilation, éviter contact peau, yeux Très inflammable, éviter contact peau, yeux Irritant pour la peau, les yeux, par inhalation IMPORTANT - PORTER DES GANTS ET DES LUNETTES, MANIPULER SOUS LA HOTTE INDIVIDUELLE PENDANT TOUT LE TP. - RINCER LE MATERIEL APRES CHAQUE UTILISATION. - COMPTE-RENDU : LES OBSERVATIONS FAITES TOUT AU LONG DU TP SERONT CONSIGNEES DANS LA PARTIE A. PENDANT LES TEMPS D ATTENTE, COMMENCER A REPONDRE AUX QUESTIONS DE LA PARTIE B. Stéphanie Mortier- Olympiades de Chimie Clermont FD Page 2

3 I) Hydrolyse de la caséine La caséine est une protéine qui, par hydrolyse acide, donne les différents acides aminés qui la constituait. Placer environ 0,5 g de caséine chimique dans un erlen à fond plat puis ajouter deux grains de pierre ponce et environ 10 ml d eau distillée. Fixer du parafilm sur le col de l erlen et aller sous la hotte pour prélever de l acide chlorhydrique concentré. Sous la hotte, percer le parafilm avec l extrémité de la pipette graduée puis verser doucement 10 ml d acide chlorhydrique concentré à travers cet orifice, en agitant manuellement. Retourner à votre place et préparer le montage à reflux ( support élévateur, plaque chauffante, erlen + mélange, réfrigérant à eau, rôdage de l erlen graissé) ; il faut fixer l erlen et le réfrigérant à l aide de 2 pinces. Chauffer pendant environ 35 min (dès l observation de l ébullition du solvant dans le ballon); le mélange brunit pendant le chauffage. Tout en surveillant le chauffage à reflux, effectuer les manipulations des parties III et IV Le temps de chauffage terminé, laisser refroidir la solution à l air ambiant pendant 10 minutes puis dans un bain d eau froide 10 minutes ( l erlen sera toujours tenu fixé au réfrigérant ). Ajouter au mélange réactionnel trois spatules de charbon actif ainsi qu un barreau aimanté ; refixer le ballon au réfrigérant et agiter à l aide d un agitateur magnétique pendant 10 minutes. Filtrer la solution à l aide d un entonnoir et de papier filtre ; l entonnoir sera maintenu sur l anneau fixé à l aide d une pince. On obtient la solution hydrolysée ( notée H ). II) Identification des acides aminés provenant de la caséine Vous allez séparer les acides aminés par chromatographie sur couche mince. Placer dans la cuve chromato précisément : 7 ml d acétate d éthyle, 2 ml d acide formique et 1 ml d eau puis recouvrir la cuve à l aide d une boite de pétri pendant 15 min. Stéphanie Mortier- Olympiades de Chimie Clermont FD Page 3

4 Trois solutions d acides aminés dans l eau sont préparées : acide aspartique ( noté As ), l alanine ( notée Al ), la phénylalanine ( notée P ). Préparer une plaque CCM en effectuant 4 dépôts : une goutte de la solution As, une goutte de solution Al, une goutte de solution P et un dépôt de la solution H ( vous effectuerez pour la solution H uniquement 3 dépôts successifs en séchant au sèche cheveux entre chaque dépôt ). Repérer chaque dépôt par la lettre indiquée ci-dessus au crayon de papier en bois!! Bien sécher les dépôts au sèche-cheveux puis déposer la plaque dans la cuve et refermer le couvercle ( ne toucher plus à la cuve pendant l élution ). Quand le front du solvant est à environ 1 cm du haut de la plaque, la sortir ; repérer tout de suite le front du solvant à l aide d un crayon papier ; sécher la plaque au sèche-cheveux. Sous une hotte ventilée, muni de GROS gants et de lunettes, pulvériser de la ninhydrine sur toute la plaque ; égoutter l excès de ninhydrine sur du papier filtre. Toujours sous la hotte ventilée, déposer la plaque sur une plaque légèrement chaude ; des tâches violettes apparaissent assez vite. Ne laisser pas les taches devenir marron!!! Quand la plaque n est plus imbibée de ninhydrine, la retirer du chauffage et la placer sur du papier filtre pour la transporter jusqu à votre poste de travail. Eviter de mettre les doigts sur la plaque. Coller la plaque dans le compte rendu ( question 7, partie A du compte-rendu ). III) Extraction de la caséine du lait Placer environ 40 ml de lait dans un bécher puis le chauffer un peu ( environ 40 C ) en agitant à l aide de la tige en verre. Ajouter alors doucement et en agitant lentement, à l aide de la pipette graduée 10 ml, de l acide acétique ( 10% en volume ) de sorte que le ph du lait soit compris entre 4 et 5 ( vérifier le ph à l aide d un papier ph ). Le volume d acide à verser est environ 5 ml. Noter vos observations dans le compte-rendu: observation 1. Fixer la fiole à vide à l aide d une pince ; installer le robinet trois voies ; tester le vide ; placer de la gaze afin de tapisser tout le fond du büchner. Stéphanie Mortier- Olympiades de Chimie Clermont FD Page 4

5 Filtrer sous vide le mélange ( le filtrat est appelé petit lait ). Essorer le produit extrait en appuyant à l aide de la spatule et toujours sous vide. La liaison peptidique présente dans une protéine est mise en évidence par le test du biuret : Préparer 4 tubes à essai dans un portoir et les numéroter de 1 à 4. Dissoudre un peu de caséine chimique dans le 1 er tube à essai contenant un peu d eau distillée puis ajouter 10 gouttes de solution de soude 3 mol/l puis 5 gouttes de solution de sulfate de cuivre à 2% ( en masse ) ; faire les ajouts dans cet ordre ; agiter puis laisser au repos quelques minutes. Noter vos observations dans le compte-rendu: observation 2. Dissoudre un peu de produit extrait dans le 2 ème tube à essai contenant un peu d eau distillée puis ajouter de la même façon 10 gouttes de solution de soude 3 mol/l puis 5 gouttes de solution de sulfate de cuivre à 2% ( en masse ) ; agiter puis laisser au repos qq min. observation 3. Faire de même en prenant à la place de la caséine 5 gouttes de l hydrolysat dans le 3 ème tube à essai. observation 4. Dans le 4 ème tube à essai, ajouter 10 gouttes de solution de soude 3 mol/l puis 5 gouttes de solution de sulfate de cuivre à 2% ( en masse ). Observation 5. IV) Préparation de la colle à caséine Prélever environ 25 g de faisselle ( à l aide d un bécher ) et la mélanger dans un mortier avec environ 5 g de chaux ( chaux prélevée à l aide de la coupelle ). Mélanger de manière à avoir une pâte homogène. Répartir cette mixture, à l aide de la spatule, au niveau de la partie centrale d un morceau de carton, en évitant les bords. Placer par-dessus l autre morceau de carton puis appuyer en effectuant des pressions du centre vers les bords. Si la mixture déborde, laver tout de suite la paillasse à l aide d une éponge que vous rincerez abondement. Laver à grande eau le mortier et le pilon en gardant les gants. Jeter ensuite les gants à la poubelle et en prendre de nouveaux. Laisser sécher 10 minutes puis essayer de décoller les 2 morceaux de carton. Noter vos observations : observation 6. Stéphanie Mortier- Olympiades de Chimie Clermont FD Page 5