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Ch 4 Analyse spectrale
1. Quelques familles chimiques et leurs groupes
caractéristiques
2. Spectre UV-visible
3. Spectre infrarouge (IR)
4. Résonance magnétique nucléaire (RMN)
1. Quelques familles chimiques et leurs groupes
caractéristiques
1.1. Alcools
Un alcool est un composé organique dans lequel le
groupe hydroxyle –OH est fixé sur un atome de
carbone tétragonal.
R-CH2-OH
R-CH-OH
R’
R’
R-C-OH
R’’
1.2. Aldéhydes et cétones
Les aldéhydes et les cétones sont des composés
organiques dont le groupe caractéristique est le groupe
carbonyle –CO- . Pour les aldéhydes, ce groupe est en
bout de chaîne.
H
R-C
O
R’
R-C
O
1.3. Les acides carboxyliques
Les acides carboxyliques sont des composés
organiques dont le groupe caractéristique est le
groupe carboxyle -COOH.
OH
R-C
O
1.4. Les alcènes
1.4.1. Formule générale
Un alcène est un hydrocarbure acyclique de formule
brute CnH2n, présentant une seule double liaison C=C.
1.4.2. Nomenclature
Le nom d’un alcène dérive de celui de l’alcane de
même chaîne carbonée en remplaçant la terminaison
ane par ène, précédée de l’indice de position de la
double liaison. Cet indice est toujours le plus petit
possible.
CH2 CH3
Exemple:
CH3 C
3-méthylpent-2-ène
CH CH
3
1.5. Les esters
1.5.1. Formule générale
Les esters sont des composés organiques possédant
le groupe caractéristique ester -COOR .
O
R
R’
C
O
R est une chaîne carbonée ou un hydrogène.
R’ est forcément une chaîne carbonée.
1.5.2. Nomenclature
Le nom d’un ester comporte deux termes:
- Le premier qui se termine en oate, désigne la chaîne
principale R-C. Cette chaîne est numérotée à partir du
carbone fonctionnel.
- Le second qui se termine en yle, est le nom du groupe
alkyle R’. Cette chaîne est numérotée à partir du
carbone fonctionnel.
- Exemples: O CH3
Butanoate de méthyle
C 3H 7 C
O
CH3 CH2
CH3
CH C
CH3
O CH CH3
O
2-méthylbutanoate de 1-méthyléthyle
1.6. Les amines
R - N- R’’
1.6.1. Formule générale
Une amine est un composé de formule R’ générale:
Où R’ et R’’ peuvent être des atomes d’hydrogène,
des groupes alkyles, etc.
1.6.2. Nomenclature
Le nom d’une amine dérive de celui de l’alcane de
même chaîne carbonée en remplaçant la terminaison
ane par amine, précédée de l’indice de position. Si
l’azote est lié à d’autre groupes alkyle, le nom est
précédé de la mention N-alkyl.
CH2 CH3
Exemple:
CH3 CH
N-éthylbutane-2-amine
NH
C2H5
N R’
1.7. Les amides
R C
R’’
1.7.1. Formule générale
Une amide est un composé de formule O générale:
Où R’ et R’’ peuvent être des atomes d’hydrogène,
des groupes alkyles, etc.
1.7.2. Nomenclature
Le nom d’une amide dérive de celui de l’alcane de
même chaîne carbonée en remplaçant la terminaison
ane par amide. Si l’azote est lié à d’autre groupes
alkyle, le nom est précédé de la mention N-alkyl.
Exemple:
CH2 CH3
N-éthylpropanamide
O
C
NH
C2H5
2. Spectre UV-visible
La spectroscopie U.V. (200 – 400 nm) ou Visible (400 –
800 nm) est l’étude quantitative des interactions entre la
matière et la lumière.
Lorsque la lumière traverse une substance, elle est en
partie transmise et en partie absorbée. On définit alors
la transmittance T et l’absorbance A de la substance
comme des grandeurs physiques sans unités, liées à la
proportion de lumière transmise et absorbée.
On mesure l’absorbance A avec un spectrophotomètre.
Lorsqu’une espèce absorbe des radiations du visible, sa
couleur résulte de la synthèse additive des couleurs
complémentaires. (voir doc 1 p 93)
Plus une molécule comporte de doubles liaisons
conjuguées, plus les radiations absorbées ont une
grande longueur d’onde. (voir doc 2 p 93)
Loi de Beer
Lambert: (voir exemple TP bonbon schtroumpf)
L’absorbance A d’une solution peu concentrée, est
proportionnelle à l’épaisseur l de solution traversée par
la lumière et à la concentration c de la substance :
A = ε(λ) × l × c
A : absorbance de la solution (sans unité)
l : épaisseur de solution traversée par la lumière (cm)
c : concentration molaire de la substance dans la
solution (mol.L-1)
ε(λ) : coefficient d’extinction molaire (L.mol-1.cm-1)
3. Spectre infrarouge (IR)
Les atomes d’une molécule ne sont jamais immobiles.
Ces vibrations peuvent correspondre à une élongation
longitudinale ou à une déformation angulaire (doc 10 p
96).
Les énergies associées sont du domaine des
Infrarouges.
Elles diffèrent selon le type de liaison et la nature de ces
atomes. L’absorbance d’un spectre infrarouge
renseigne sur la nature des liaisons présentes dans
une molécule et donc des groupes caractéristiques.
Le spectre infrarouge présente en général la
transmittance T en fonction du nombre d’onde σ = 1/λ
en cm-1 (orientée vers la gauche)
(Faire activité documentaire 3 p 90)
Il permet aussi de détecter des liaisons hydrogène
impliquant les alcools. En présence de liaisons
hydrogène, l’absorption des liaisons O-H donne
une bande plus large. (voir doc 14 et 15 p 97)
4. Résonance magnétique nucléaire (RMN)
4.1. Principe
La RMN utilise le phénomène de résonnance des
atomes d’hydrogène (protons) d’une molécule
placée dans un champ magnétique et soumise à un
rayonnement électromagnétique.
Le spectre résultant, donne des signaux
caractéristiques de l’environnement des protons,
sur un axe de déplacement chimique δ exprimé en
ppm (parties par million) et orienté vers la gauche.
Exemple: (doc 16 p 98)
4.2. Protons équivalents
Lorsque des protons ont un même environnement
chimique, ils sont dits équivalents et leur signaux
ont le même déplacement chimique.
Exemple: (doc 17 et 18 p 98)
Le 1,2-dichloroéthane : Cl-CH2-CH2-Cl
4.3. Courbe d’intégration
CH
O
3
Dans un spectre
RMN,
l’air du signal est
proportionnelle
au nombre de protons équivalents
C
H
associés
à ce signal. La courbe d’intégration permet
de déterminer le nombre de protons équivalent qui
O même déplacement chimique. (voir
résonnent à un
doc 17 et 18)
Méthanoate de méthyle
4.4. Multiplicité du signal
Un proton ayant n protons portés par un atome de
carbone voisin interagissent et donnent par
couplage un signal constitué de n+1 pics.
Exemple: (doc 19 p 99) et (voir doc 20 p 99)
Rq : Des protons équivalents ne se couple pas.
Exemple: Le 1,2-dichloroéthane : Cl-CH2-CH2-Cl
Le signal est un singulet.
Exercices n°1, 2, 3, 4,12, 14, 17, 21, 23, 25, 28, 32,
33, 35, 36, 41 p 101