LC12 : Caractérisations par spectroscopie en synthèse organique
Bibliographie
-Term-S,programme 2012, Nathan chap6-7 -Chimie, PCSI/MPSI,de boeck p260
Prérequis
Intro
On prend l’exemple de l’ester de poire tout au long de la leçon On a synthétisé un ester de poire l’acétate d’isoamyle et on veut vérifier qu’il s’agit bien de cette espèce. On a vu dans un cours précédent le principe de la spectroscopie UV-Visible, or ici l’ester de poire n’absorbe pas dans ces domaines de longueurs d’onde. On va voir d’autres types de spectroscopie qui vont nous permettre de remonter à la caractérisation de ce produit.
I. Spectroscopie Infrarouge
1) Principe
Une liaison d’une molécule sont susceptible de vibrer en se déformant ou en s’allongeant. Animation pour montrer les molécules vibrer
On ne s’interesse ici qu’à des modes d’élongation.
C’est une spectroscopie d’absorption comme la spectro UV-visible.
On étudie l’absorption du rayonnement infrarouge par les molécules. En effet ce rayonnement va être absorber par les liaisons de ces molécules et convertir cette énergie en vibration. Chaque type de liaison vibre à des fréquences différentes et donc vont absorber des fréquences différentes. Cette fréquence est reliée à un nombre d’onde différents. σ=1/λ dans le domaine IR : 750nm<λ<0,1mm.
Le spectre va alors représenter la transmittance (en %) en fonction du nombre d’onde (en cm-1)
Transition : On va pouvoir utiliser le fait que chaque type de liaison n’absorbe pas au même nombre d’onde pour caractériser nos échantillons.
2) Identification d’une molécule
La présence d’une liaison se manifeste par la présence d’une bande d’absorption caractéristique que l’on reconnaît par son allure et son nombre d’onde. On va référencer dans des tables les plages de nombres d’onde dans laquelle va vibrer une liaison.
Dans un spectre IR on distingue deux parties. La première pour σ>1500cm-1 est la zone que nous allons exploiter. Et la zone pour σ<1500cm-1. C’est une zone d’empreinte digitale c’est une zone très riche et difficilement interprétable, on ne cherchera pas à analyser ses bandes.
On prend l’exemple de l’acide éthanoïque pour expliquer sur un exemple simple.
3) Spectre IR de l’ester de poire
Expérience : On a fait la synthèse de l’ester de poire au micro-onde. On avait fait en sorte d’avoir de l’acide éthanoïque en excès. On fait un spectre en direct. On voit qu’il reste une bande OH. l’ester de poire n’est pas pur, il reste de l’acide éthanoïque. On va réaliser une extraction basique pour créer l’éthanoate et qu’il parte en phase aqueuse. On refait un spectre. L’ester est pur.
Transition : La spectro IR permet de renseigner sur les différents groupes fonctionnels de la molécule. Mais on a besoin d’autres informations pour avoir accès à des information sur la structure carbonnée. Pour cela on va utiliser un autre type de spectroscopie : la RMN.
II. Spectroscopie RMN (Résonance magnétique nucléaire)
1) Principe
On va étudier ici la RMN du proton, mais il peut exister aussi des RMN du carbone 13 par exemple. On va comparer le noyau des atomes d’hydrogène à des aiguilles aimantées. En l’absence de champ magnétique elles ont une direction quelconque. Si maintenant on les plonge dans un champ magnique, elles vont s’alligner avec celui-ci. Si on applique un second champ variable dans le temps avec des fréquences réglables on va pouvoir inverser l’orientation. Pour cela il faut que la fréquence soit égale à la fréquence de résonnance du proton. Si l’on coupe le second champ, les protons retrouvent leur orientation initiale en émettant un signal à leur fréquence de résonance. C’est ce signal que l’on représente sur un spectre RMN.
2) Spectre RMN
L’idée est de représenter sur un graph les différents signaux des protons émis à leur fréquence de résonnance.
On part d’un spectre Pour repérer un signal sur un spectre, on va utiliser comme grandeur en abscisse le déplacement chimique δ. C’est une grandeur sans dimension exprimée en partie par million (ppm). La position d’un signal d’un proton va dépendre de sa fréquence de résonnance. Et celle-ci va dépendre de son environnement. Si elle est proche d’un atome électronégatif comme l’oxygène elle aura un déplacement chimique plus grand. L’environnement proche de H rentre en compte dans le déplacement chimique.
Certains atome H ont le même environnement. On appelle cela des atomes équivalents, ils auront le même signal, ainsi l’aire sous la courbe intégration va donner le nombre d’atome H équivalent.
On voit qu’il y a des multiplés, cela est dû à l’intéraction avec les protons voisins. Règle : m=proton voisin +1
Méthode : 1) Compte le nombre de signaux pour déterminer le nombre de groupe de protons équivalent. 2) On utilise la courbe d’intégration pour déterminer la proportion de chaque protons associés à un signal. 3) On analyse la multiplicité d’un signal pour dénombrer le nombre de protons voisins aux protons responsables du signal. 4) On utilise une table de valeur des déplacement chimique pour vérifier la formule déterminée précédement ou pour lever les ambiguïtés.
3) Spectre de l’ester de poire
On peut examiner le spectre de l’ester de poire