TS11 Oxydation alcools RMN ( DOC - 411.5 ko)

FICHE 1
Fiche à destination des enseignants TS 11
Spectroscopie RMN
|Type |Exercice bilan ou évaluation. |
|d'activité | |
| |Notions et contenus du |Compétences exigibles du programme |
| |programme de Terminale S |de Terminale S |
| | | |
| |Spectres RMN du proton |Relier un spectre RMN simple à une |
| |Identification des molécules|molécule organique donnée, à l'aide |
| |organiques à l'aide : |de tables de données ou de |
| |du déplacement chimique |logiciels. |
| |de l'intégration |Identifier les protons équivalents. |
| |de la multiplicité du |Relier la multiplicité du signal au |
| |signal : règles des |nombre de voisins. |
| |(n+1)-uplets |Connaître les règles de nomenclature|
| | |des squelettes carbonés. |
| |Compétences d'après le préambule du cycle terminal |
| | |
| |Démarche scientifique |
| |Mettre en ?uvre un raisonnement |
| |Formuler des hypothèses pertinentes |
| |Confronter des hypothèses aux résultats expérimentaux |
| |Mobiliser ses connaissances |
| |Présenter des résultats obtenus |
|Commentaires|Cette activité illustre le thème |
|sur |« OBSERVER » |
|l'exercice |Analyse spectrale |
|proposé |et le sous thème |
| |Spectres RMN du proton |
| |en classe de terminale S. |
|Conditions |Cet exercice peut tenir lieu d'exercice récapitulatif en fin de |
|de mise en |chapitre, ou constituer une évaluation. |
|?uvre | |
|Pré requis |Oxydation des alcools (pgm de 1èreS) |
| |Représentation des molécules organiques (pgm de 1èreS) |
|Remarques |Dans cet exercice, l'élève est invité à se placer dans la peau |
| |d'un technicien de laboratoire. Il doit analyser des résultats |
| |d'expériences, et présenter ses conclusions sous forme de |
| |compte-rendu d'analyse |
| |Les spectres RMN sont disponibles sur |
| |http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cg|
| |i ou http://www.nmrdb.org/predictor | Fiche 2
Fiche à destination des élèves TS 11
Spectroscopie RMN Vous êtes technicien de laboratoire. Vous travaillez au sein d'un
laboratoire de recherche : votre rôle est de réaliser des analyses pour
aider les chercheurs à avancer dans leurs recherches. La spectroscopie RMN
est un des outils privilégiés pour l'analyse de produits. Document 1 : Protocole pour la réalisation d'un spectre RMN Diluer le réactif dans un solvant deutéré (CDCl3, DMSO-d6, D2O) (quelques
mg de produit dans 1mL de solvant) dans un tube à essai.
Placer la solution dans un tube RMN.
Placer le tube dans la machine.
Acquérir le spectre.
Document 2 : Matériel pour la réalisation de spectres RMN a. Spectromètre RMN b. Tube pour placer
l'échantillon (http://www.icmcb.u-bordeaux.fr/services/rmn.html)
(http://www.icmpe.cnrs.fr/spip.php?article238)
Document 3 : Table de déplacements chimiques en RMN [pic]
Document 4 : Exemple de compte-rendu réalisé pour présenter les résultats
d'une précédente expérience. Compte rendu du 6/11/11 - Echantillon 1 Composé supposé : Propan-1-ol
Spectre RMN :
[pic]
Observations :
(1) Un triplet de déplacement chimique ?=3,3 ppm, intégrant pour 2H.
(2) Un multiplet (non résolu) de déplacement chimique ?=2,7 ppm,
intégrant pour 2H.
(3) Un singulet de déplacement chimique ?=2,3 ppm intégrant pour 1H.
(4) Un triplet de déplacement chimique ?=0,9 ppm, intégrant pour 3H. Attribution des pics :
[pic]
a : 3H équivalents ayant 2 voisins équivalents : (4)
b : 2H équivalents ayant 3 voisins (a) et 2 voisins (c): (2)
c : 2H équivalents ayant 2 voisins équivalents : (1)
d : 1H lié a un O (aucun voisin) : (3) Conclusion :
Il s'agit bien du propan-1-ol. Document 5 : Températures d'ébullition (sous pression p°=105 Pa) |Butanal |75°C |
|Acide |164°C |
|butanoïque | |
Problématique Aujourd'hui, un chercheur vient vous voir. Il est synthésiste, son rôle est
de mettre au point des méthodes pour synthétiser des molécules. Il a besoin de réaliser l'oxydation d'alcools par le permanganate. Il
souhaite vérifier que les réactions chimiques ont bien eu lieu. Le chercheur vous déclare : « Je souhaite faire l'oxydation de deux
alcools : le butan-1-ol et le butan-2-ol.
J'ai retrouvé un flacon sans étiquette, je pense qu'il s'agit de butan-1-
ol. Pouvez-vous réaliser le spectre RMN de ce produit, pour vérifier qu'il
s'agit bien du butan-1-ol ? » Vous réalisez le spectre RMN du produit inconnu.
Question 1 Il est indiqué dans le protocole pour la réalisation d'un spectre RMN
(document 1) qu'il est recommandé d'utiliser un solvant « deuteré ». Un
solvant deutéré est un solvant dans lequel les atomes d'hydrogène ont été
remplacés par le deutérium, un isotope de l'hydrogène (D= 2H). Par exemple, le choloroforme deutéré est l'espèce suivante :
[pic]
Le deutérium ne provoque aucun signal en RMN 1H. A l'aide de vos connaissances sur la spectroscopie RMN, expliquer ce qu'on
observerait si on utilisait un solvant possédant des atomes d'hydrogène 1H,
et pourquoi on utilise préférentiellement des solvants deutérés.
Vous obtenez le spectre suivant (document 6) : Document 6 : Spectre RMN du produit inconnu, supposé être du butan-1-ol. Question 2 À l'aide de vos connaissances et de la table de déplacements chimiques
(document 3), interpréter le spectre obtenu et rédiger un compte-rendu pour
le chercheur. Vous vous inspirerez du modèle proposé dans le document 4. Le chercheur a la réponse qu'il attendait concernant le réactif, il peut
commencer sa manipulation.
Il revient vous voir un peu plus tard : « J'ai réalisé les expériences suivantes : Manipulation n°1 : oxydation du butan-1-ol.
Dans un ballon, j'ai introduit :
> 15 mL d'une solution oxydante de permanganate de potassium
2,0.10-2 mol.L-1 dans une solution d' acide sulfurique de
concentration 5,0. 10-1 mol.L-1.
> 5,0 mL de butan-1-ol. J'ai utilisé le dispositif expérimental ci-dessous. [pic]
J'ai porté le mélange à ébullition très douce et recueilli le produit dans
un tube à essai. La température dans le tube à dégagement était de 75°C.
Manipulation n°2 : oxydation du butan-2-ol.
J'ai repris le même protocole expérimental que pour la 1ère manipulation en
remplaçant le butan-1-ol par le butan-2-ol. Pouvez-vous réaliser le spectre RMN 1H des produits obtenus et les
interpréter ? »
Vous réalisez les deux spectres. Voici les résultats que vous obtenez :
- pour le produit d'oxydation du butan-1-ol : Document 7 (1)
- pour le produit d'oxydation du butan-2-ol : Document 7 (2) Document 7 (1) : spectre de RMN 1H du produit d'oxydation du butan-1-ol
Document 7 (2) : spectre de RMN 1H du produit d'oxydation du butan-2-ol
Question 3 A l'aide de vos connaissances, indiquer quel est le produit probablement
formé au cours de l'oxydation du butan-2-ol.
Dans le cas de l'oxydation du butan-1-ol, deux produits peuvent être
obtenus. Quels sont ces produits ? A l'aide des données du document 5,
indiquer quel est le produit qui est obtenu ici, et le rôle de la
distillation. Question 4 Analyser les spectres (document 7(1) et 7(2)), et conclure quant aux
produits obtenus à l'issue de ces réactions. Rédigez deux comptes rendus
pour le chercheur sur le modèle du document 4.
Fiche 3
Fiche correction à destination des enseignants TS 11
Spectroscopie RMN Question 1 Pour réaliser un spectre RMN, on dilue le composé d'intérêt dans un
solvant. Si ce solvant possède des atomes d'hydrogène, il provoquera
l'apparition de signaux sur le spectre.
Le solvant étant en excès, les signaux provoqués par celui-ci seront très
intenses (intégration grande).
Pour éviter ce phénomène, on utilise un solvant deutéré : les atomes
d'hydrogène sont remplacés par des atomes de deutérium. Un solvant deutéré
ne provoque donc l'apparition d'aucun signal sur le spectre RMN.
L'utilisation de solvants deutérés permet donc de n'observer que le spectre
du composé d'intérêt.
Question 2 Remarque : l'attribution peut se faire sans utiliser la table de
déplacement chimique. Compte rendu du ... - Echantillon 1 Compo