TS-C10 Exercices

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C10 : spectroscopie RMN
Ex.1 - Interpréter un spectre RMN
Interpréter le spectre RMN de la 3-chlorobutan-2-one de formule :
O
H3 C
C
CH
CH3
Cl
Données : bandes d’absorption en spectroscopie IR (en cm-1)
C–C : 1000-1250
C=O : 1700-1800
O–H (acide carboxylique) : 2500-3200
C–H : 2800-3000
O–H (alcool) : 3200-3700
2.2. Prévoir, en justifiant la réponse, le nombre de signaux présents dans
le spectre RMN de l’acide lactique ainsi que leur multiplicité.
Ex.3 - Spectroscopie de l’éthanol et éthanal
Extrait de « Amérique du Sud 2013 »
On se propose d’étudier la structure et les fonctions organiques de ces
molécules par spectroscopie.
Document 1 : spectres IR
%T
50
30
6
5
4
3
2
1
0 δ (ppm)
Ex.2 - Acide lactique
10
Extrait de « Liban 2013 »
4000
2000
3000
1000
Document 1a : Spectroscopie Infrarouge en phase liquide. Spectre IR1
La formule semi-développée de l’acide lactique est la suivante :
H3 C
%T
O
CH
HO
Nombre d’onde (cm-1)
60
C
OH .
40
1.1. Donner la formule topologique de cet acide.
1.2. Entourer sur la représentation précédente les
caractéristiques présents dans la molécule et les nommer.
groupes
1.3. Justifier la chiralité de la molécule d’acide lactique et représenter
ses stéréoisomères. Préciser le type de stéréoisomérie.
Analyse spectroscopique
2.1. Parmi les spectres IR proposés ci-après, choisir en justifiant celui
correspondant à l’acide lactique.
20
Nombre
d’onde (cm-1)
4000
2000
3000
1000
Document 1b : Spectroscopie Infrarouge en phase liquide. Spectre IR2
Liaison
C–C
C=O
(carbonyle)
C–O
Document 1 : spectres IR
100
Transmittance
C–H
O–H
Nombre
d’onde 1000-1250 1050-1450 1650-1740 2800-3000 3200-3700
(cm-1)
Spectre IR n°1
80
Document 2c : Table de données pour la spectroscopie IR
Document 2 : Spectre RMN de l’éthanol
60
40
h1
Courbe d’intégration
20
h2
h3
4000
100
3000
Transmittance
2000
1500
500
1000
Nombre d’onde (cm-1)
Spectre IR n°2
80
4
3
2
1
0 δ (ppm)
60
1. Représenter en formule semi-développée les molécules d’éthanol et
d’éthanal et encadrer leurs fonctions caractéristiques.
40
2. Quel est le nom du groupe fonctionnel porté par l’éthanol ? À quelle
famille appartient cette molécule ?
20
3. Quel est le nom du groupe fonctionnel porté par l’éthanal ? À quelle
famille appartient cette molécule ?
4000
3000
2000
1500
500
1000
Nombre d’onde (cm-1)
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4. En utilisant les données spectroscopiques du document 1, associer
chaque spectre infrarouge (IR) à la molécule correspondante en
justifiant.
5. Le document 2 présente le spectre RMN de l’éthanol. En utilisant la
courbe d’intégration, calculer les rapports h1 / h2 et h3 / h2.
6. Utiliser les rapports calculés pour associer aux trois massifs du
spectre, les groupes de protons équivalents de l’éthanol.
7. Le massif de pics situé au déplacement chimique 1,25 ppm se
présente sous la forme d’un triplet. En utilisant la règle des (n+1)-uplets,
justifier cette multiplicité en évoquant le nombre d’atomes d’hydrogène
voisins.
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6. Il y a trois groupes de protons équivalent dans cette molécule : CH3 (3
protons), CH2 (2 protons), et OH (1 seul proton). Massif correspondant à
h3 : CH2 ; Massif correspondant à h2 : OH ; Massif correspondant à h1 :
CH3
Correction
Ex.1
• Nombre de signaux : Il y a trois signaux sur le spectre RMN (sans
compter le signal de référence) car il y a trois groupes d’hydrogène
équivalents, représentés en rouge, bleu et vert.
O
H3 C
7. Le groupe voisin de CH3 est CH2, qui possède 2 hydrogènes et
entraîne donc la présence d’un triplet pour le massif correspondant à
CH3
C
CH
CH3
Cl
• Multiplicité des signaux : le signal proche de 4 ppm est un
quadruplet. Il correspond donc à un groupe d’hydrogène ayant 3 voisins.
Il s’agit donc du H en bleu.
Le signal proche de 2 ppm est un singulet. Il s’agit donc d’un groupe
d’H n’ayant aucun voisin, donc les H en vert.
Le signal entre 1 et 2 ppm est double. Il s’agit donc des H en rouge car
ils ont un voisin.
• Position des signaux : le H en bleu est proche d’un Cl et d’un carbone
ayant une double liaison. Son déplacement chimique est donc assez
important.
Il est par contre difficile de prévoir quel est le groupe d’H aura le
déplacement chimique le plus important, entre ceux en rouge et ceux en
vert, car ils sont tous les deux voisins d’un carbone lié à un élément
électronégatif.
• Courbe d’intégration : le premier palier est trois fois plus petit que
les deux autres. C’est parce qu’il correspond à un H unique, alors que les
deux autres signaux correspondent à des groupes de 3 H.
Ex.2
1.1. / 1.2. Formule topologique et groupes caractéristiques
O
*
HO
OH
groupe hydroxyle
groupe carboxyle
1.3. Le carbone marquée d’une astérisque est lié à 4 groupes différents.
Il est donc asymétrique et c’est le seul de la molécule. Cette molécule est
donc chirale. Elle possède 2 énantiomères.
COOH
HO
H
COOH
C
C
CH3
OH
H
H3 C
2.1. Sur le spectre n°2, il n’y a aucune bande correspondant au -OH de la
fonction carboxyle. C’est donc le spectre n°1.
2.2. Il y a 4 types de protons équivalent, il y aura donc 4 signaux.
• Les 2 signaux des 2 hydrogène portés par des oxygène seront des
singulets (car ils sont portés par des oxygène, justement).
• Le signal dû à l’hydrogène porté par le carbone asymétrique sera un
quadruplet car le carbone voisins porte 3 hydrogène.
• Le signal dû au -CH3 sera un doublet, à cause de l’unique hydrogène
porté par le carbone asymétrique voisin.
Ex.3
1. Formules semi-développées et fonctions caractéristiques
O
H3C CH2 OH
H3 C
C
H
éthanol
éthanal
2. Groupe hydroxyle, famille des alcools
3. Groupe carbonyle, famille des aldéhydes
4. Le spectre n°2 absorbe entre 3200 et 3600 cm-1, bande caractéristique
du groupe -OH. C’est donc le spectre de l’éthanol. Donc le spectre n°1
est celui de l’éthanal.
5. h1 / h2 = 3 et h3 / h2 = 2
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