partie b : diabètes et...
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Paris 7 UE 8 - Spé Pharmacie
Fiche de cours n° 6
Partie B : Diabètes et Insulines Molécules du diabète : les oses
(Thématique abordée en séances 2-3)
Notion tombée 1 fois au concours Notion tombée 2 fois au concours Notion tombée 3 fois ou plus au concours Nouveauté au programme cette année
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I. Introduction
Les glucides sont présents partout dans la biosphère et représentent en poids la classe prépondérante parmi les
molécules organiques : le plus important est le glucose.
Rôle dans les cellules
Stockage chez les animaux et les plantes
Réserve énergétique sous forme polymérisée Animaux : glycogène dans les muscles et le foie Plantes : amidon (forme principale d’accumulation de
l’énergie photosynthétique de la biosphère)
Soutien chez les animaux et les plantes
Structure de la paroi cellulaire : Animaux supérieurs: - mucopolysaccharides (Ex : chitine de
la carapace des Arthropodes) Végétaux : cellulose
Eléments de reconnaissance et de communication entre les cellules
Polyosides des groupes sanguins Polyosides antigéniques des bactéries
Partie intégrante de la structure de nombreuses macromolécules biologiques fondamentales
Glycoprotéines Acides nucléiques (ADN, ARN) Coenzymes Antibiotiques
Classification des glucides, Famille
Glucides ou hydrates de carbones de formule générique de base Cn(H2O)n Caractérisés par des chaînons carbonés porteurs de groupements hydroxyles, de fonctions aldéhydiques ou
cétoniques, et éventuellement de carboxyle ou amine. Divisés en oses et osides
Oses (ou monosaccharides) Osides
Hydrosolubles et réducteurs, non hydrolysables
Portent la plupart du temps de 3 à 7 carbones
Si nombre de carbones n > 2, il y aura : 1 fonction carbonyle, (n-1) alcools et
1 alcool primaire
Hydrolysables
Aldoses Cétoses Holoside Hétéroside
Fonction carbonyle aldéhydique
Aldéhydes polyhydroxylés
Fonction carbonyle cétonique
Cétones polyhydroxylées
Son hydrolyse ne libère que des oses Oligoside : 2 à 10 oses associés par liaisons
osidiques Exemple de diholoside : saccharose : -D-fructofuranosyl(2 1)--D-glucopyranoside (glucose =chaîne principale+ fructose=substituant))
Polyoside : polymère formée de 10 à plusieurs milliers d’oses homogène (homopolyoside) : même ose mixte (hétéropolyoside) : enchaînement
d’unités différentes Exemple de 2 polyholosides de glucose : amidon
(liaisons 1-4) et cellulose (liaisons 1-4)
Son hydrolyse libère oses et composés non glucidiques (aglycone)
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Nomenclature de base
Nombre de carbones Nom
générique
Aldoses Numérotation en commençant
par le C1 aldéhydique
Cétoses Numérotation : le carbonyle
est en C2
3 (oses les + simples) Triose
Aldotriose (= glycéraldéhyde)
Cétotriose (= dihydroxyacétone)
4 Tétrose Aldotétrose Cétotétrose
5 Pentose Aldopentose Cétopentose
6 Hexose Aldohexose Cétohexose
7 Heptose Aldoheptose Cétoheptose
Stéréoisomérie
Chiralité
Objet chiral Ne peut pas être superposé à son image dans un
miroir
Molécule chirale Les molécules de sucres sont chirales
Pas de plan de symétrie Pas de centre de symétrie Pas d’axe alternant d’ordre n (rotation + réflexion)
Carbone asymétrique C*
C* : C sp3 possédant 4 substituants différents Une molécule avec 1 C* possède 2 stéréoisomères non
superposables images l’une de l’autre dans un miroir, soient 2 énantiomères.
Une molécule avec n carbones asymétriques possède 2n stéréoisomères et 2(n-1) couples d’énantiomères
Stéréoisomérie
Enantiomères
Tous leurs centres chiraux sont inversés (Ex : D et L-glucose) Propriétés chimiques et physiques en général identiques sauf le
pouvoir rotatoire (propriété physique) même pouvoir rotatoire en valeur absolue mais de signe contraire
Propriétés chimiques différentes vis-à-vis des molécules chirales propriétés biologiques différentes
Diastéréoisomères 1 ou plusieurs centres chiraux inversés Ne sont pas énantiomères
Epimères Cas particulier de diastéréoisomères pour une même série d’ose :
diffèrent par 1 seul C*
Mesure du pouvoir
rotatoire
Les substances optiquement actives dévient le plan de
polarisation de la lumière polarisée d’un angle (observé avec polarimètre)/
dextrogyre (+) : déviation à droite lévogyre (-) : déviation à gauche
Un mélange racémique (équimolaire de 2 énantiomères) a un pouvoir rotatoire nul, il est optiquement inactif.
Pas de lien entre le pouvoir rotatoire dextrogyre (+) ou lévogyre (-) avec la configuration absolue R ou S d’un carbone asymétrique C*
Calcul du pouvoir rotatoire à
partir de la rotation observée selon:
T : température ; : longueur d’onde, c : concentration de la solution, l :
longueur de la cellule, : rotation observée
T
l.c
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Nomenclature absolue
Règle de Cahn, Ingolg, Prelog (CIP) pour 1 C* : Classer les 4 substituants par ordre de priorité :
a>b>c>d : viser axe C*→d en projection de Newman séquence a, b, c :
- sens des aiguilles d’une montre R - sens inverse des aiguilles d’une montre S
Classement par ordre décroissant du numéro atomique
Z de l’atome lié du substituant. Si égalité, utiliser le Z de l’atome voisin
Classement avec liaisons multiples (« ouvertes ») : lui attribuer son partenaire comme substituant fictif
Représentation en projection
de Fischer
Représentation plus aisée à manipuler pour les oses comportant une longue chaîne carbonée avec un grand nombre de C*
Permet de comparer les configurations (pas des conformations)
Pour une molécule, une seule représentation de Fischer possible
II. Structure des oses
Série des oses
La position du carbone de l’alcool secondaire d’indice le plus élevé détermine la série L ou D. En représentation de Fischer :- OH à gauche : série L -OH à droite : série D Série D : série naturelle des oses (Ex : glucose signifie D-glucose) 2 énantiomères (Ex : L-glucose et D-glucose) ne diffèrent pas uniquement par la configuration absolue du
carbone déterminant la série
Structure « linéaire » Fischer des oses 1)
Aldohexoses Cétohexose Aldopentoses
Glucose Mannose Galactose Fructose Arabinose Ribose 2-désoxyribose
Glucose et mannose sont
épimères en 2
Glucose et galactose sont épimères en 4
5
Structure cyclique des oses 2)
Rappels sur la géométrie des cyclanes
Isomérie cis-trans Cis : substituants du même côté du plan Trans : substituants opposés par rapport au plan
Cas du cyclohexane
Position axiale a: parallèles entre eux et perpendiculaires au plan moyen Position équatoriale e: proche du plan moyen
Equilibre conformationnel du cyclohexane : conformations chaises plus favorables que bateau inversion de chaise : tout ce qui est axial devient équatorial et inversement chaise la moins stable avec le plus d’encombrement stérique : 1,3,5 diaxial
Cyclisation
Formation d’hémi-acétals
Réaction cyclique intramoléculaire (+ facile que même réaction intermoléculaire)
L’alcool se condense avec le carbone du carbonyle Généralement les aldohexoses sont plus stables sous forme pyranique et cétoses sont
plus stables sous forme furanique En solution, ces formes furanoses et pyranoses sont en équilibre entre elles avec la
forme linéaire
Cyclisation en aldopyranose
Hétérocycle à 6 sommets formé à partir d’un aldohexose
Exemple de l’()-D-glucopyranose :
Cyclisation en aldofuranose
Hétérocycle à 5 sommets formé à partir d’un aldopentose ou d’un aldohexose
Exemple de l’()-D-glucofuranose :
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Formation d’anomères
Lors de la cyclisation, il y a formation de deux anomères et :
anomère : OH en C1 et CH2OH série mêmes côtés
anomère : OH en C1 et CH2OH série côtés opposés
Les anomères sont des diastéréoisomères qui diffèrent uniquement par la configuration absolue du carbone anomérique(hémi-acétalique)
Exemples de formation d’anomères
Anomères et du D-glucose
Anomères et du D-Fructose
Anomères et du D-ribose
Règles de cyclisation : Haworth
Pour passer de la forme linéaire (Fischer) à la forme cyclique (Haworth, chaise…) : Les OH positionnés à droite passent en bas Les OH positionnés à gauche passent en haut Le CH2OH situé à l’extrémité passe en dessus du plan (en série D)
Passage de la forme linéaire à la forme cyclique d’un aldohexose : Exemple du ß-D-glucopyranose
Lors de la « bascule », les groupements à gauche se retrouvent au-dessus du plan moyen :
Autres représentations du -D-Glucopyranose :
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Passage de la forme linéaire à la forme cyclique d’un cétohexose : Exemple du ß-D-fructofuranose
III. Propriétés physiques
Solubilité Les oses sont hydrophiles et donc solubles en milieu polaire (solvant protique polaire)
Mutarotation en solution
Evolution du pouvoir rotatoire en solution en fonction du temps : hémiacétalisation réversible Cas du glucose :
Passage à l’équilibre à 36 % α et à 64 % ß en repassant par la forme linéaire (à l’équilibre, très faible quantité de forme linéaire)
Forme ß du glucose: ose le plus stable car tous les substituants sont en équatoriaux (ß-D-glucopyranose : le plus répandu dans la nature)
IV. Réactivité des oses
Réduction du carbonyle des aldoses Oxydation des oses avec acide périodique HIO4
Réduction du carbonyle en alcool primaire :
Clivage et oxydation :
Bilan : Aldohexoses : Glucose ou Mannose 5 HCOOH + 1 HCHO Cétohexose : Fructose 4 HCOOH + 2 HCHO
Réaction avec des composés de type A-NH2
Formation d’oxime (1ère étape
dégradation de Wohl)
Hydroxylamine NH2OH : excellent nucléophile Mécanisme en milieu acide selon 2 étapes : addition nucléophile puis déshydratation :
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Réaction de Maillard
Condensation avec une protéine P-NH2 Exemple : P-NH2 = hémoglobine hémoglobine glyquée Même mécanisme que oxime :
Réaction avec la phénylhydrazine C6H5NHNH2: excellent nucléophile
A Froid
Consommation de 1 molécule de phénylhydrazine
Formation de phénylhydrazones différentes selon les oses : phénylhydrazone du glucose ≠phénylhydrazone du mannose ≠phénylhydrazone du fructose
A Chaud
Consommation de 3 molécules de phénylhydrazine
Comme à froid, la 1ère molécule de phényllhydrazine conduit à la phénylhydrazone de chaque ose
La 2ème molécule oxyde la fonction alcool IIR (alcool IR pour fructose) la plus proche de la phyénylhydrazone
La 3ème molécule se condense pour donner l’osazone, stade auquel s’arrête la réaction (hypothèse de stabilisation par liaison hydrogène H)
2 aldoses épimères en C2 ainsi que cétose conduisent à la même osazone : osazone glucose =osazone mannose =osazone fructose
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V. Filiation des oses
Objectifs
Relier les oses entre eux par des réactions chimiques
4 principaux outils
Synthèse de Kiliani-Fischer : allonge l’ose d’1 carbone Dégradation de Wohl : enlève 1 carbone Mesure du pouvoir rotatoire de composés non osidiques (2 extrémités identiques) Formation d’osazone
Synthèse de Kiliani-Fischer Obtention de 2 aldoses épimères en 2 avec 1 carbone en plus
Formation de cyanhydrines avec HCN (acide cyanhydrique) en présence de NaCN (cyanure de sodium) Hydrolyse acide en acide carboxylique formation de lactones Réduction en aldéhydes
Dégradation de Wohl Obtention d’1 aldose avec 1 carbone en moins
Formation d’oxime en présence de NH2OH (hydroxylamine) Formation de cyanure après déshydratation de l’oxime + estérification des alcools en présence d’excès de (CH3CO)2O (anhydride acétique) Formation de l’aldéhyde en présence de la base Ag2O (oxyde d’argent) : AgCN est un sel qui précipite déplaçant l’équilibre vers sa formation (vers la droite).
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Filiation des oses : formation de composés non osidiques
Les composés possédant un plan de symétrie ne dévient pas la lumière polarisée, ils ont 1 pouvoir rotatoire nul
Kiliani-Fischer + oxydation nitrique
Dégradation de Wohl + réduction
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ANNALES CLASSEES CORRIGEES [Notion non traitée dans ce chapitre et corrigée sur la base du cours de l’année précédente] Item modifié pour correspondre au programme du concours de cette année
2016
Question n° 12
Un D-aldopentose (a) soumis à l’action d’acide nitrique conduit à un produit (b). Le produit
(b) présente un pouvoir rotatoire non nul. Par ailleurs la dégradation de Wohl sur (a) conduit
au produit (c). Le produit (c) soumis à l’oxydation nitrique donne (d) qui est inactif sur la
lumière polarisée.
Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (ou sont) EXACTE(S) ?
A. Le produit (a) et le produit (b) sont diastéréoisomères.
B. Les produits (a) et (c) sont des diacides carboxyliques.
C. Le produit (a) est le D-ribose.
D. Le carbone 2 du D-aldopentose (a) est de configuration absolue (S).
E. Le produit (d) est l’acide meso-tartrique.
Question n° 13 Un D-aldopentose (a) soumis à l’action d’acide nitrique conduit à un produit (b). Le produit
(b) présente un pouvoir rotatoire non nul. Par ailleurs la dégradation de Wohl sur (a) conduit
au produit (c). Le produit (c) soumis à l’oxydation nitrique donne (d) qui est inactif sur la
lumière polarisée.
D’autre part, on considère les structures suivantes numérotées de 1 à 4.
Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (ou sont) EXACTE(S) ?
A. La structure 2 correspond au produit (b).
B. Les produits 2 et 3 sont des diacides carboxyliques.
C. Le produit représenté selon Fischer par la formule 3 présente un centre de symétrie.
D. L’acide meso-tartrique est représenté par la structure 3.
E. Le produit (c) est représenté par la structure 4.
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Question n° 14 On considère les structures suivantes numérotées de 1 à 4.
Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (ou sont) EXACTE(S) ?
A. Les structures 1 et 3 sont des diastéréoisomères.
B. Les structures 1 et 3 sont énantiomères.
C. Le carbone 1 de la molécule 1 est R (1R).
D. Le produit 2 est le -D-glucopyranose.
E. Les structures 3 et 4 forment un couple d’isomères.
2015
Question n°12
Parmi les propositions suivantes concernant les oses 1 à 5 représentés selon Fischer, laquelle
(lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?
A. L’ose 1 est le glucose.
B. Par dégradation de Wohl de l’ose 1, on forme l’ose 2.
C. Les oses 2 et 4 sont épimères au niveau du carbone 2.
D. Par dégradation de Wohl de l’ose 2 et de l’ose 4, on obtient deux oses différents.
E. Les oses 3 et 4 sont épimères au niveau du carbone 3.
13
Question n°13
Parmi les propositions suivantes concernant les oses 1 à 5 représentés selon Fischer, laquelle
(lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?
A. Les oses 2, 3 et 4 sont diastéréoisomères.
B. Le carbone 2 de l’ose 3 est (R).
C. La molécule 5 est le L-glucose.
D. Les oses 1 et 5 sont diastéréoisomères.
E. Les oses 2 et 4 peuvent être obtenus par synthèse de Kiliani-Fischer à partir du D
thréose.
Question n°14 Parmi les propositions suivantes concernant les deux formes cycliques suivantes 1 et 2,
laquelle (lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?
A. Les oses 1 et 2 sont énantiomères.
B. Les oses 1 et 2 possèdent le même pouvoir rotatoire en valeur absolue mais de signe
contraire.
C. La configuration absolue du carbone 1 de l’ose 2 est (R).
D. Les oses 1 et 2 sont des pyranoses.
E. La molécule 1 est l’-(D)-ribofuranose.
14
2014
Question n° 12
Parmi les affirmations suivantes concernant les trois oses 1, 2 et 3, laquelle (ou lesquelles) est
(sont) EXACTE(S) ?
A. L’ose 1 est formé par dégradation de Wohl à partir du glucose.
B. Les oses 1 et 2 sont anomères.
C. Le carbone 3 de l’ose 1 est de configuration absolue 3S.
D. 1 est épimère en 2 du ribose.
E. L’ose 1 peut être obtenu par synthèse de Kiliani-Fischer à partir du D-thréose.
Question n° 13
Parmi les affirmations suivantes concernant les oses de façon générale ou les trois oses 1, 2 et
3, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?
A. Les deux oses 1 et 2 conduisent à la même osazone.
B. L’ose 3 est un anomère .
C. La configuration du carbone 1 de 3 1R.
D. La structure 3 est une forme -furanose de 1.
E. Les deux anomères d’un ose ont le même pouvoir rotatoire en valeur absolue mais de
signe contraire.
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2013
Question n° 12
Parmi les propositions suivantes concernant l'hexose ci-dessous, laquelle (ou lesquelles) est
(sont) EXACTE(S) '?
A. Cet ose est un aldohexose naturel.
B. Cet ose est l'énantiomère du L glucose.
C. Cet ose est un épimère du D glucose.
D. Cet ose est un constituant du saccharose.
E. Cet ose est un diastéréoisomère du D galactose.
16
Question n° 13
On désire connaître la structure chimique d'un aldopentose A. Une réaction d'oxydation par
l'acide nitrique conduit à la formation du produit B qui ne dévie pas la lumière polarisée.
Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?
A. Le produit B pourrait être :
B. Le composé A pourrait être le D-glucose.
C. Le produit B pourrait être :
D. Le composé A pourrait être :
E. Le composé A pourrait être :
17
Question n° 14
Parmi les propositions suivantes concernant les oses A, B, C et D, laquelle (ou lesquelles) est
(sont) EXACTE(S) ?
A. Les aldohexoses A et B sont diastéréoisomères.
B. La dégradation de Wohl de A et B conduit au même pentose.
C. La dégradation de Wohl de A conduit au même pentose que celui formé par
dégradation de Wohl du glucose.
D. Le produit C est formé par dégradation de Wohl de A.
E. Par synthèse de Kiliani Fischer sur C, on forme un mélange des deux hexoses A et B.
18
2012
Question n° 16
Soit les structures des 4 oses A, B, C et D :
Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?
A. A et D représentent deux formes différentes d'un même sucre.
B. B et C représentent deux formes différentes du glucose.
C. L'ose A est un -D-pyranose.
D. Les oses A et B sont épimères.
E. L'ose C est le -D-glucofuranose.
Question n° 17
Parmi les propositions suivantes concernant l'hexose ci-dessous, laquelle (ou lesquelles) est
(sont) EXACTE(S) ?
A. Cette molécule est chirale et possède 3 carbones asymétriques.
B. La structure de cet hexose est le L-glucose.
C. La série L permet de déterminer le signe du pouvoir rotatoire.
D. La configuration absolue du carbone 2 est S.
E. La configuration absolue du carbone 3 est S.
19
Question n° 18
On désire connaître la structure chimique d'un D-aldopentose A. Une réaction de réduction
conduit à la formation du produit B qui ne dévie pas la lumière polarisée.
Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?
A. Le produit B pourrait être
B. Le composé A pourrait être le D-ribose.
C. Le produit B pourrait être
D. Le composé A pourrait être
E. Le composé A pourrait être le D-Fructose.
20
Question n° 19
On désire connaître la structure chimique d'un D-aldopentose A. Une première réaction de
réduction de A conduit à la formation d'un produit B qui ne dévie pas la lumière polarisée.
Toutefois, cette réaction ne permet pas de déterminer avec exactitude toutes les configurations
absolues des centres asymétriques.
La suite de réactions proposée a pour but de lever toutes les incertitudes.
Parmi les propositions suivantes, laquelle (ou lesquelles) est (sont) EXACTE(S) ?
A. La réaction permettant la préparation de C est la réaction d'allongement de chaîne de
Kiliani-Fischer.
B. Le produit D possède un plan de symétrie.
C. La structure du produit D est :
D. Le produit C est :
E. Le composé A est le D-ribose.
21
2011
Question n°16
Parmi les affirmations suivantes concernant la notation D, L des oses, laquelle est
INEXACTE ?
A. D et L se réfèrent à la stéréochimie de centre chiral au numéro le plus élevé.
B. L’isomère D est toujours dextrogyre et L est lévogyre.
C. Le D-glycéraldéhyde est l’isomère (+).
D. En écriture de Fischer, l’isomère D a le groupe hydroxyle qui détermine la
série orienté vers la droite.
E. La configuration des autres centres chiraux est indiquée par le nom du
composé.
Question n°18
La question concerne les structures 1 à 4 suivantes ou des considérations plus
générales.
Parmi les propositions suivantes, laquelle est EXACTE ?
A. L’ose 1 est le mannose.
B. Le glucose et le fructose sont diastéréoisomères.
C. Le glucose et l’ose 4 sont anomères en 4.
D. Le L-glucose est l’ose 2.
E. Par réduction du carbonyle de 4, en alcool primaire, on obtient un produit qui
possède un pouvoir rotatoire.
22
Question n°19
La question concerne les structures 1 à 4 présentées dans la question 18
précédente ou des considérations plus générales.
Parmi les propositions suivantes, laquelle est EXACTE ?
A. Les oses 1 et 4 sont énantiomères.
B. Les oses 3 et 4 donnent la même osazone.
C. Les oses 3 et 4 conduisent au même ose par dégradation de Wohl.
D. Le carbone 2 de l’ose 3 est de configuration S (ou 2S).
E. Les oses 1 et 3 sont diastéréoisomères.
Question n°20
La question concerne les structures 1 et 2 présentées ci-dessous ou des
considérations plus générales.
Laquelle des 5 propositions suivantes est EXACTE ?
A. L’ose 1 est un furanose.
B. L’ose 1 est un anomère ß (beta).
C. L’ose 1 est le ß-D-glucopyranose.
D. Les oses 1 et 2 sont énantiomères.
E. Le carbone 2 de l’ose 2 est de configuration absolue S (2S).
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Question n°21
La question concerne les structures 1 à 3 présentées dans la question 20
précédente ou des considérations plus générales. Laquelle des 5 propositions
suivantes est EXACTE ?
A. La configuration du carbone 1 de l’ose 1 est S (1S).
B. La configuration absolue du carbone 1 de l’ose 1 est la même que celle du
carbone 1 de l’ose 2.
C. Tous les substituants de la molécule 1 sont équatoriaux.
D. L’ose 3 est le ß-D-2-désoxyribose.
E. Le carbone 1 de l’ose 3 est de configuration R (1R).
24
CORRECTION
2016 2015 2014 2013 2012 2011
Q12 : DE Q12 : ABCE Q12 : AD Q12 : AC Q16 : BC Q16 : B
Q13 : B Q13 : ABD Q13 : C Q13 : ADE Q17 : E Q18 : A
Q14 : AC Q14 : CE Q14 : AC Q18 : BC Q19 : E
Q19 : BDE Q20 : B
Q21 : E
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