Titre

Exploitation de spectres infrarouges
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1. Généralités sur les spectres infrarouge : 1.1. Découverte d'un spectre IR : 1. Quelle est la particularité de l'axe des abscisses ?
Orienté de la droite vers la gauche
2. Montrer qu'il s'agit bien d'un spectre infrarouge.
?=1/500 = 2.10-3 cm = 2.10-5 m = 20 µm limite supérieure
?=1/4000 = 2,5.10-4 cm = 2,5 µm limite supérieure 3. Que signifie une transmittance égale à 100 % ? Toute l'oem est transmise. Rien n'est absorbé. A 0%, c'est l'inverse !
« bandes d'absorption » : quand la molécule absorbe donc quand T est très
faible donc pics vers le bas. Et une transmittance égale à 0 % ? En déduire pourquoi les bandes
d'absorption pointent vers le bas.
1.2. Les différentes parties d'un spectre IR : Voici ci-dessous les spectres infrarouges du butane et du pentane gazeux.
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1. Quels sont les analogies et différences entre ces deux spectres ?
Après 1500, on a un pic caractéristique de liaisons communes. Avant 1500,
c'est l'empreinte de chaque molécule donc différente de l'une à l'autre.
2. Sachant que la signature de la liaison C-C se trouve dans l'empreinte, à
quelle liaison est due la bande d'absorption vers 3000 cm-1 ? Elles ont
toutes les deux des liaisons Ctetra-H (en plus de la C-C dans l'empreinte).
C'est donc C-H qui est responsable du pic à 3000. 1.3. Les liaisons oxygénées en phase gazeuse dans les spectres IR :
Voici ci-dessous les spectres infrarouges du butan-1-ol et du butan-2-ol en
phase gazeuse.
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1. Ecrire ci-dessus les formules topologiques de ces 2 alcools. [pic] et
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2. Comparer ces 2 spectres à celui du butane. Identifier les deux parties
principales et la bande due à la liaison Ctétra-H.
En dessous de 1500 : empreinte et au dessus, des bandes. On reconnait vers
3000 la liaison C-H
3. A quelle liaison est due la bande vers 3700 cm-1 ? (La liaison C-O se
trouve dans l'empreinte)
Les autres liaisons sont C-C et C-O (dans l'empreinte d'après l'énoncé). Il
reste donc la liaison O-H vers 3700.
4. Peut-on distinguer deux isomères de fonction (isomère dont seule la
position de la fonction change) à l'aide d'un spectre infrarouge ?
Oui et non : pas avec les bandes d'absorption au dessus de 1500 cm-1 car
les 2 molécules ont la liaison O-H. Avec une base de spectres connus, on
veut les distinguer en étudiant l'empreinte de chaque spectre.
5.et 6. Qualifier les deux bandes à 3000 cm-1 et 3700 cm-1 en terme de
« fine » ou « large »
Vers 3000 : celle de C-H : large et intense. Vers 3700 : celle de O-H :
fine et moyennement intense. Voici ci-dessous les spectres infrarouges de l'acide butanoïque et du butan-
2-one en phase gazeuse.
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7. Ecrire les formules topologiques de ces deux molécules et entourer les
liaisons autres que C-C et C-H.
[pic] [pic] [pic] [pic]
8. Identifier à quelle liaison correspond chaque bande située hors de
l'empreinte digitale.
Pour les deux, on a la bande due à Ctetra-H vers 3000 cm-1. Pour l'acide,
on a la bande due à O-H vers 3700.
La bande commune aux deux située vers 1800 cm-1 est due à la liaison C=O
9. En conclusion, une fonction acide carboxylique en phase gazeuse sera
caractérisée par combien de bandes et situées à quel niveau ?
Une due à OH vers 3700 cm-1 et une due à C=O vers 1800 cm-1. 1.4. Les liaisons oxygénées en phase condensées dans les spectres IR :
Voici le spectre du butan-1-ol et de l'acide butanoïque en phase condensée
(c'est à dire liquide)
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Comparer ces spectres à celui du butan-1-ol et de l'acide butanoïque en
phase gazeuse (paragraphe 1.3. ci-dessus). Justifier la modification de
certaines bandes.
Butan-1-ol : on retrouve bien la bande à 3000 (C-H) mais celle due à O-H
est très élargit et décalée vers la droite.
Acide : on retrouve C-H (à 3000) et C=O vers 1800 mais O-H est également
très élargit et décalée vers la droite.
Ceci est du à la liaison hydrogène qui se forme entre le H de O-H et le O
des molécules d'eau. Cete liaison H, comme le dit le texte, élargit la
bande et la décale. 1.5. Résumé : |Liaison |Nombre d'onde (cm-1) |Largeur de la |Intensité |
| | |bande | |
|Ctétra-H |Autour de 3000 |large |Moyenne à forte |
|O-H en phase gazeuse|Vers 3700 |fine |Moyenne |
|O-H en phase |Vers 3300 |Très large |Forte |
|condensée | | | |
|C=O |Vers 1800 |fine |Forte |
|N-H en phase gazeuse|Entre 3300 et 3500 |fine |Faible à Moyenne |
|N-H en phase |Entre 3100 et 3300 |large |Forte |
|condensée | | | |
| | | | |
|[pic]alcène |Autour de 3000 |fine |Moyenne |
|[pic]aldéhyde |Autour de 2800 |variable |Moyenne |
|[pic] |Autour de 1650 |variable |Moyenne |
|C-O des esters |Autour de 1200(dans |fine |Forte |
| |l'empreinte) | | | Autre résumé très simplifié (mieux vaut utiliser la table ci-dessus !) : 2. Exemples d'exploitation de spectres infrarouge :
|Molécule |Molécules proposées correspondantes à celle inconnue (toutes en phase |
|inconnue |gazeuse sauf mention contraire) |
|A |2-methylpropan-2-ol : NON, pas de bande à 3700 OH |
| |Butan-2-one : NON : pas debande à 1800 C=O |
| |Ethanamine : OUI, bande peu intense et fine vers 3300 due à NH |
|B |Pentan-2-ol en phase condensée : OUI : bande large du OH vers 3300 |
| |Acide propanoïque en phase condensée : NON, pas de bande à 1800 C=O |
| |malgré la bande large de OH |
| |Butan-2-ol : en phase gazeuse : NON car bande large de OH |
|C |3-hydroxybutanone (butan-2-one avec OH sur 3ème C) : OUI, pic à 3700 |
| |OH et pic à 1800 C=O |
| |Pentan-2-ol : NON, il y a un pic à 1800 |
| |Pentan-3-one : NON, il y a un pic à 3700 |
|D |3-hydroxypentan-2-one (pentan-2-one avec OH sur 3ème C) : NON pic CO |
| |à 1800 mais pas de OH à 3700 |
| |3-méthylpentan-2-one OUI : pic à 1800 C=O et le C-H à 3000 |
| |2-methylpentan-2-ol : pas de OH à 3700 |
|E |Acide Butanoïque : NON : il y a bien le CO à 1800 mais pas de OH à |
| |3700 |
| |Butan-2-one : ça pourrait mais pic des esters à 1200 ! donc NON |
| |Butanoate d'éthyle : OUI : il y a le CO et en plus le pic à 1200 des |
| |esters |
|F |3-méthylpentanal : OUI : C=O à 1800 + CH à 3000 |
| |Acide 2-méthylpropanoïque : NON, pas de OH à 3700 |
| |Ethanoate de méthyle : NON pas de CO des esters à 1200 | [pic] [pic] [pic] [pic]
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