DS2 analyse spectrale
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DEVOIR SURVEILLE N°2 PHYSIQUE-CHIMIE Série S DURÉE DE L’ÉPREUVE : 2h00 L’usage d'une calculatrice EST autorisé Ce sujet comporte un exercice présenté sur 4 pages numérotées de 1 à 8. Exercice 1 Synthèse organique Le chimiste dispose de plusieurs stratégies de synthèse pour fabriquer des alcools. Deux voies sont envisagées à partir du même réactif de départ, mais conduisent-elles au même produit ? A. On réalise l’hydratation du but-1-ène en milieu acide On veut s’assurer que le produit obtenu lors de la réaction suivante est bien celui attendu. Des analyses spectrales ont été réalisées : infrarouge et RMN. Spectre IR du but-1-ène Spectre IR du produit formé 1 Spectre RMN du produit 1 obtenu. Les chiffres correspondent aux résultats de la courbe d’intégration. Questions : - 1. Quelle sont les fonctions présentes sur le réactif et le produit de la réaction ? - 2. Rechercher dans les tables les bandes caractéristiques de chacune de ces fonctions. - 3. Que doit-on observer sur le spectre Infrarouge du produit attendu ou, que ne doit-on plus observer ? - 4. A partir de l’étude des spectres infrarouges du but-1-ène et du produit obtenu que pouvez-vous conclure ? - 5. Interpréter le spectre RMN du produit, confirme-t-il les conclusions précédentes ? B. La réaction est réalisée dans d’autres conditions (hydroboration BH3 puis action de H2O2 en milieu basique). La chaine carbonée n’est pas modifiée. Obtient-on le même produit ? La réaction est réalisée dans d’autres conditions (hydroboration BH3 puis action de H2O2 en milieu basique).(la chaine carbonée n’est pas modifiée) Questions : - 6. Quels renseignements nous donne le spectre infrarouge ci-dessous du produit formé. 7. S’agit-il du même produit que dans la réaction 1 ? Justifier. 8. Proposer une formule semi-développée pour ce composé isomère du précédent. 9. Cette structure est-elle compatible avec le spectre RMN du composé obtenu ? 10. Conclure sur l’influence des conditions opératoires lors d’une synthèse ? 2 δ (ppm) 0,94 1,39 1,53 2,24 3,6 intégration signaux 3H t 2H M 2H M 1H s 2H t s= singulet / t= triplet /M= multiplet Exercice 2 Synthèse de la vanille 3 4 Exercice 3 On considère la molécule de formule brute C5H10O On examine son spectre IR 5 puis on examine son spectre RMN (reconstitué): En détaillant votre raisonnment, déduire de l’analyse des spectres la formule semi-développée semi de cette molécule. Exercice 4 Le foin (5 points) 6 7 8 CORRECTION DEVOIR SURVEILLE N°3 Terminale S le 9 novembre 2015 PHYSIQUE-CHIMIE Exercice 1 CORRECTION Synthèse organique 1. Analyse des spectres : 1,2 3 et 4 A partir des tables, identification des bandes caractéristiques : - Présence d’une bande vers 3080 cm-1correspondant à la liaison =CH et vers 1640 cm-1pour la liaison C=C pour l’alcène. - Pour la fonction alcool on doit avoir : o une bande large vers 3340 cm-1 pour la liaison OH d’un alcool secondaire o une bande vers 1100 cm-1 pour la liaison C-O. - On attend la formation d’un alcool et la disparition de la liaison C=C, donc doit apparaitre sur le spectre les bandes vers 3340 cm-1 (liaison OH) et vers 1100 cm1 (C-O). Par contre doit disparaitre les bandes à 3080 cm-1 (la liaison =CH) et vers 1640 cm-1(la liaison C=C) pour l’alcène. - C’est bien ce que l’on constate sur le spectre du produit. On peut affirmer que la réaction conduit bien à un alcool puisque l’on retrouve les bandes qui caractérisent cette fonction. Mais on n’est pas certain de sa structure. 5. Le spectre RMN montre 5 signaux donc 5 types de protons que l’on retrouve sur la molécule CH3-CH2-CH(OH)-CH 3 Un triplet à 0,9 ppm pour 3H, donc couplé à un CH2 , Un doublet vers 1,2 ppm pour 3H du méthyle ; couplé à un voisin le CH. Un multiplet vers 1,46 ppm pour une intégration de 2H ; il s’agit de CH2 d’après les tables (CH2 couplé au CH et CH3) Un singulet (intégration 1) à 2,4 ppm correspond au H de OH d’après les valeurs des tables. Il reste un multiplet à 3,7 ppm pour une intégration de1 correspondant au CH couplé avec CH2 CH3 et OH, d’où la multiplicité du signal. Ce spectre RMN permet de valider la structure du produit attendu. 9 - - B La réaction est réalisée dans d’autres conditions : Question 6 Le spectre infrarouge du produit formé montre une bande caractéristique vers 3350 cm-1, bande large caractéristique de la fonction alcool. La comparaison des deux spectres des deux produits obtenus montre que les bandes dans le domaine 1300-500 cm-1, sont différentes. Or il s’agit du domaine qui caractérise un composé, c’est son empreinte digitale. Il s’agit donc de deux composés différents. Questions 7 8 Il s’agit donc d’un alcool isomère du butan-2-ol. La chaine carbonée n’est pas modifié la seule possibilité est d’avoir la fonction alcool en bout de chaine : le butan-1-ol. Question 9 D’après les intégrations des différents signaux, on doit avoir CH3, 3 CH2 et un signal pour 1H pour OH → Ce qui se confirme avec le butan-1-ol. De plus un CH2 lié à O à un déplacement chimique entre 3,6 et 3,7ppm ce qui se confirme ici. Ce CH2 est couplé avec les protons du CH2 suivant et sort sous forme d’un triplet. Le CH3 est couplé avec 2H donc sort sous forme d’un triplet vers 0,9 ppm. Les deux autres CH2 ont plusieurs voisins (4 ou 5 et donnent des multiplets (différentes constantes de couplage). Question 10 Suivant les conditions opératoires, et les réactifs utilisés à partir du but-1-ène on pourra obtenir soit un alcool primaire (butan-1-ol) soit un alcool secondaire (butan-2-ol). Le chimiste aura donc la possibilité d’obtenir le produit désiré en jouant sur ces paramètres. Il faudra donc réfléchir à une stratégie efficace pour obtenir le produit voulu. 10 Exercice 2 CORRECTION Synthèse de la vanille Exercice 3 CORRECTION - Du spectre IR on déduit que cette molécule porte une fonction cétone. - Spectre RMN: signaux RMN: On distingue deux groupes de protons, l'un qui résonne à 1ppm environ et qui forme un triplet, l'autre qui résonne à 2,5ppm environ et qui forme un quadruplet. Le premier correspond à des H éloignés de la fonction cétone tandis que le second correspond à des H voisins de la fonction cétone (voir tableau des glissements chimiques). Le triplet veut dire que les protons qui résonnent à 1ppm sont couplés avec deux protons voisins, tandis que le quadruplet veut dire que les H qui résonnent à 2,5ppm sont couplés avec a 3 H voisins. courbe intégrale: La somme des hauteurs des "marches" a+b+c+a'+b'+c'+d' donne 28mm qui correspondent à 10H (déduit de la formule brute) soit 10/28 = 0,357 H par mm. On en déduit que a+b+c correspond à 16,8x0,357 = 6H a'+b'+c'+d' correspond spond à 11,2x0,357 = 4H Il en résulte que le groupe de protons qui résonnent à 1ppm est formé de deux CH3- et celui des protons qui résonnent à 2,5ppm est formé de deux CH2Conclusion:En :En regroupant ces renseignements on trouve que la molécule de formule brute C5H10O a comme formule semi-développée: C'est la pentan-3-one. 5-4) Conclusion - L'étude du spectre RMN permet lors de l'étude de la structure d'une molécule d'apporter un certain nombre de renseignements relatifs à la formule développée et parfois à sa stéréochimie. - Cette technique est utilisée depuis quelques dizaines d'années dans le domaine médical. Elle porte alors le nom de I.R.M. Imagerie par Résonance Magnétique. 11 12
