Terminale S Partie : Observer Enseignement spécifique

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Terminale S
Partie : Observer
Enseignement
spécifique
Spectroscopie
infrarouges et étude des
composés organiques
1.Spectroscopie infrarouge
a. Principe
Les molécules subissent des mouvements de ………………… internes (d'élongation
et de déformation).
Lorsqu' une lumière IR traverse un échantillon, certaines liaisons absorbent de
l'énergie pour changer de fréquence de vibration, faisant apparaître des bandes dans
le spectre.
L’énergie du photon est E =
b. Spectres infrarouge
Définition : On appelle nombre d’onde l’inverse σ de la longueur d’onde
σ= …………………. avec { σ : nombre d'onde (……………….. )
λ: longueur d'onde (m)
Un spectre infrarouge représente la transmittance en fonction du nombre d’onde.
Spectre IR de la butanone
2. Bandes d'absorption caractéristiques
Sauf à de rares exceptions, telles que la bande C — O vers 1070 cm-1, seules les
bandes d'absorption correspondant à des nombres d'ondes supérieurs à σ=1400 cm −1
sont utilisées pour ……………………..les liaisons et les groupes caractéristiques.
L'analyse des spectres montre que plus une liaison est forte, plus le nombre
d'ondes d'absorption σ est élevé.
Bandes C-H
Pour la liaison C — H, le nombre d'ondes σ C−H , voisin de ………………cm-1,
dépend de la nature du carbone: il est plus faible pour un atome de carbone
tétragonal (Ctét) que pour un atome trigonal (Ctri). Ceci permet de repérer un groupe
alcène de type H-C=C.

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Remarque : Le spectre des alcanes, présente aussi une absorption intense vers
1460 cm-1 ; elle est liée à la déformation angulaire des liaisons C-H.
Bande C = C
La liaison C-C donne une très faible absorption vers 1150cm-1 généralement non
exploitable. En revanche, la liaison C=C des alcènes tels se repère par sa bande
d'absorption intense vers 1640cm-1.
Propène

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Bande C=O
La liaison C=O est présente dans de nombreuses molécules organiques (aldéhydes,
cétones, acide carboxyliques, esters, amides, etc.); la position de la bande
d'absorption dépend de la nature de la fonction. Elle est généralement comprise
entre …………………..cm-1 et ……………………cm-1.
Bande C-O
La liaison C-O se rencontre dans les alcools, les acides carboxyliques, etc… Sa
bande d'absorption se situe entre 1070cm-1 et 1450cm-1.
Bande N-H
La liaison N-H, présente dans certaines amines et certains amides, absorbe entre
3100cm-1 et 3500cm-1.
Cas de la liaison O-H
Ethanol gazeux
Ethanol liquide
Ci-dessus les spectres infrarouge de l'éthanol à l'état gazeux et à l'état liquide.
À l'état gazeux, la liaison O-H donne une bande d'absorption ………………..et fine
vers ………………………….cm-1.
À l'état gazeux, il n'existe pas de liaison hydrogène entre les molécules d'éthanol et
la liaison O-H n'est pas affaiblie, elle est dite libre. Il en est de même lorsque l'alcool
est, en solution, très ………………….. dans un solvant ne pouvant établir de liaison
hydrogène.

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Liaison hydrogène
À l'état liquide, la liaison O-H se manifeste par une bande d'absorption forte et
……………………….de 3200cm-1 à 3400cm-1. Les liaisons hydrogène établies entre
les molécules d'alcool affaiblissent les liaisons covalentes O-H et conduisent à
l'abaissement du nombre d'ondes σ O−H et à un élargissement de la bande. La
liaison O-H est dans ce cas dite associée.
Remarque : Pour les acides carboxyliques en solution relativement concentrée, le
déplacement de la bande O-H dû aux liaisons hydrogène est si important que l'on
observe le chevauchement des bandes d'absorption des liaisons O-H et C-H
conduisant à un aspect très caractéristique du spectre dans le domaine 2600cm-1-
3200cm-1.
Acide butanoïque

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3. Méthode d’étude d’un spectre IR
1. Rechercher la présence d’un groupe C=O
Présence d’une bande intense vers 1700 - 1800 cm – 1. Si oui, continuer ci-dessous,
sinon, passer au paragraphe 2.
a. Essayer de trouver d’autres bandes caractéristiques des fonctions comprenant
un C=O :
doublet σ C−H des aldéhydes entre 2650 et 2800 cm – 1.
bande large et forte σ O−H des acides entre 2500 et 3300 cm – 1.
bande très forte σ C−O des esters à 1200 cm – 1.
bande attenante au σ C−O de la fonction amide primaire et secondaire: vers
1650 cm – 1 et bande(s) σ N−H vers 3300 cm – 1 (2 bandes pour les primaires
et une pour les secondaires).
b. Vérifier la fréquence d’absorption du σ C=O en fonction des autres bandes
trouvées :
1660-1685 pour les amides.
1700 pour les acides.
1715 pour les cétones.
1720-25 pour les aldéhydes.
1740-55 pour les esters.
1800-1870 pour les halogénures d’acide.
Passer au paragraphe suivant.
2. Rechercher la présence de bandes fortes et pas trop larges vers 3250 – 3500
cm – 1
Il s’agit d’élongations σ O−H des alcools (3350), σ N−H des amines (2 bandes
pour les primaires et une pour les secondaires), σ C−H des alcynes vrais (vers
3250).
3. Il reste les fonctions particulières
Pour tous ceux-là, voir le tableau des valeurs IR.
4. Enfin, étude des liaisons C – H autres que celles vues auparavant.
σ C−H pour les alcanes : 2850 à 2950 cm – 1.
σ C−H pour les alcènes : 3050 à 3080 cm – 1, avec les σ C−C à 1640 cm – 1.
σ C−H pour les aromatiques : 3020 à 3050 cm – 1, avec les σ C−C vers 1450 –
1600 cm−1.