FICHE 1 Fiche à destination des enseignants TS 10 Spectroscopie ...

FICHE 1
Fiche à destination des enseignants TS 10
Spectroscopie RMN
|Type |Exercice bilan |
|d'activité | |
| |Notions et contenus du |Compétences exigibles du programme de |
| |programme de Terminale S |Terminale S |
| | | |
| |Spectres RMN du proton |Relier un spectre RMN simple à une |
| |Identification des molécules |molécule organique donnée, à l'aide de |
| |organiques à l'aide : |tables de données ou de logiciels. |
| |du déplacement chimique |Identifier les protons équivalents. |
| |de l'intégration |Relier la multiplicité du signal au |
| |de la multiplicité du signal :|nombre de voisins. |
| |règles des (n+1)-uplets |Connaître les règles de nomenclature |
| |Théorie de Brönsted : acides |des squelettes carbonés. |
| |faibles, bases faibles ; | |
| |domaines de prédominance (cas | |
| |des acides carboxyliques, des |Identifier l'espèce prédominante d'un |
| |amines, des acides ?-aminés). |couple acide- base connaissant le pH du|
| | |milieu et le pKa du couple. |
|Commentaires|Il s'agit d'une proposition d'exercice de type tâche complexe : à |
|sur |l'aide de ses connaissances, l'élève est invité à mettre au point une |
|l'exercice |méthode pour attribuer les spectres aux espèces. |
|proposé | |
| |Cette activité illustre le thème |
| |« OBSERVER » |
| |Analyse spectrale |
| |et le sous thème |
| |Spectres RMN du proton |
| |en classe de terminale S. |
|Conditions |Cette évaluation peut se situer en fin de chapitre. |
|de mise en | |
|?uvre | |
|Pré requis |Représentation des molécules organiques (programme de 1ère S) |
| |Fonctions chimiques |
|Remarques |Les spectres RMN sont disponibles sur |
| |http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi |
| |ou http://www.nmrdb.org/predictor | Fiche 2
Enoncé à destination des élèves TS 10
Spectroscopie RMN Vous êtes technicien de laboratoire au sein d'une équipe de recherche :
votre rôle est de réaliser et d'interpréter des analyses pour aider les
chercheurs à avancer dans leurs recherches. La spectroscopie RMN est un des
outils privilégiés pour l'analyse des molécules. On peut par exemple
utiliser la RMN pour identifier un produit inconnu.
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 : Acides aminés et protéines (d'après Wikipédia) Les acides aminés (ou aminoacides) sont une classe de composés chimiques
possédant deux groupes fonctionnels : à la fois un groupe carboxyle -COOH
et un groupe amine -NH2. Parmi ceux-ci, les acides ?-aminés se définissent
par le fait que leur groupe amine est lié à l'atome de carbone adjacent au
groupe acide carboxylique, ce qui leur confère la structure générique H2N-
CHR-COOH, où R représente la chaîne latérale, qui identifie l'acide ?-
aminé. Les acides ?-aminés jouent un rôle fondamental en biochimie comme
constituants élémentaires des protéines : ils polymérisent en formant des
liaisons peptidiques qui aboutissent à de longues chaînes macromoléculaires
appelées peptides : H2N-CHRa-COOH + H2N-CHRb-COOH > H2O + H2N-CHRa-CO-NH-CHRb-COOH,
où Ra et Rb sont deux chaînes latérales. Les protéines et les enzymes sont en premier lieu constituées de chaînes
polypeptidiques où des dizaines, voire des centaines, d'acides aminés se
suivent linéairement dans un ordre précis, appelé séquence peptidique.
Chaque protéine possède une séquence peptidique précise qui lui est
caractéristique. Toutes les protéines de tous les êtres vivants connus ne sont constituées -
à quelques exceptions près - que de 20 acides aminés différents. Ces acides aminés, représentés ci-dessous, possèdent chacun un nom qui est
en général abrégé en trois lettres (ou une seule). Par exemple, la glycine
peut être notée gly (ou g). [pic] Document 4 : Table de déplacements chimiques en RMN
[pic] Un chercheur, spécialisé en biochimie, c'est à dire en chimie des molécules
présentes dans le vivant, synthétise des protéines par voie chimique. Ceci
consiste en l'assemblage d'acides aminés dans un ordre donné afin de
reconstituer la séquence peptidique de la protéine.
Il a prévu de synthétiser le fragment suivant :
Gly Ile Leu Val Ala Leu Val Les acides aminés sont identifiés par leur abréviation en trois lettres
(voir le document 3).
Il avait donc préparé cinq flacons contenant chacun un acide aminé
différent :
Glycine (gly)
Isoleucine (Ile)
Leucine (Leu)
Valine (Val)
Alanine (Ala) Malheureusement il a oublié de noter sur chaque flacon l'acide aminé qu'il
contient. Il vous charge de replacer les étiquettes. Question 1 Quelles sont les deux fonctions chimiques présentes dans tous les acides
aminés ? Comment se comportent ces deux fonctions d'un point de vue acido-
basique ? Question 2 On donne les pKA associés aux couples acido-basiques dans le cas de la
glycine :
pKA1 = 2,3
pKA2 = 9,6
Ecrire les demi-équations correspondant à ces deux couples. Tracer le
diagramme de prédominance de la glycine en indiquant le domaine de
prédominance de chacune des formes envisageables en fonction du pH.
Le pH du sang est de 7,5. Identifier la forme prédominante de la glycine à
ce pH.
Afin de replacer les étiquettes sur les flacons, vous réalisez les spectres
RMN des acides aminés contenus dans les cinq flacons.
Question 3 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.
Ces spectres sont réalisés en ajoutant un peu d' « eau lourde » à
l'échantillon. On appelle « eau lourde » l'eau deutérée D2O. L'objectif de
cet ajout est de permettre le remplacement des protons acides par des
atomes de deutérium, c'est à dire les protons des fonctions amine et acide
carboxylique. Le deutérium ne provoquant aucun signal en RMN 1H, la
conséquence de cet ajout est de faire disparaître les signaux dus aux
protons des fonctions amine et acide carboxylique. Vous obtenez les résultats suivants : Flacon 1 :
(1) Un doublet de déplacement chimique ?=0,8 ppm, intégrant pour 3H.
(2) Un triplet de déplacement chimique ?=0,9 ppm, intégrant pour 3H.
(3) Un multiplet (non résolu) de déplacement chimique ?=1,2 ppm intégrant
pour 2H.
(4) Un multiplet (non résolu) de déplacement chimique ?=1,7 ppm intégrant
pour 1H.
(5) Un doublet de déplacement chimique ?=3,4 ppm, intégrant pour 1H.
Flacon 2 :
[pic] Flacon 3 :
(1) Un doublet de déplacement chimique ?=0,9 ppm, intégrant pour 6H.
(2) Un multiplet (non résolu) de déplacement chimique ?=1,5 ppm intégrant
pour 1H.
(3) Un doublet de doublet de déplacement chimique ?=1,6 ppm intégrant pour
2H.
(4) Un triplet de déplacement chimique ?=3,4 ppm, intégrant pour 1H. Flacon 4 :
[pic]
Flacon 5 :
[pic] Question 4 A l'aide des informations fournies, représenter, aussi fidèlement que
possible, l'allure des spectres RMN des produits contenus dans les flacons
1 et 3