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-OHR’

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.

HR-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.

OHR-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.

Exemple:

3-méthylpent-2-ène

CH2 CH3

CH3 C CH CH3

1.5. Les esters

1.5.1. Formule générale

Les esters sont des composés organiques possédant le groupe caractéristique ester -COOR .

R est une chaîne carbonée ou un hydrogène.

R’ est forcément une chaîne carbonée.

O R’R C

O

1.5.2. NomenclatureLe 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

C3H7 C O

CH3 CH3 O CH CH3

CH3 CH2 CH C O

Butanoate de méthyle

2-méthylbutanoate de 1-méthyléthyle

1.6. Les amines

1.6.1. Formule générale

Une amine est un composé de formule 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.

Exemple:

N-éthylbutane-2-amine

CH2 CH3

CH3 CH NH C2H5

R - N- R’’

R’

1.7. Les amides

1.7.1. Formule générale

Une amide est un composé de formule 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:

N-éthylpropanamide CH2 CH3

O C NH C2H5

N R’ R C R’’

O

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. PrincipeLa 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 équivalentsLorsque 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’intégrationDans un spectre RMN, l’air du signal est proportionnelle au nombre de protons équivalents associés à ce signal. La courbe d’intégration permet de déterminer le nombre de protons équivalent qui résonnent à un même déplacement chimique. (voir doc 17 et 18)Méthanoate de méthyle

4.4. Multiplicité du signalUn 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-ClLe signal est un singulet.

Exercices n°1, 2, 3, 4,12, 14, 17, 21, 23, 25, 28, 32, 33, 35, 36, 41 p 101