close

Se connecter

Se connecter avec OpenID

Chap 1 : ONDES ET PARTICULES

IntégréTéléchargement
OBSERVER : Ondes et matières
Chapitre 4(2) : Analyse spectrale
Une espèce chimique est susceptible d’interagir
avec un rayonnement électromagnétique.
1
L’étude de l’intensité du rayonnement (absorbé
ou réémis) en fonction des longueurs
d’onde
2
s’appelle l’analyse spectrale.
Selon
les
longueurs
d’onde
considérées,
différentes informations sur la structure de
l’espèce étudiée peuvent être collectées.
3
Dans ce chapitre nous étudierons trois
spectroscopies
couramment
utilisées
au
laboratoire.
Certaines molécules absorbent des radiations électromagnétiques dans le
domaine des UV et dans le visible
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.
Remarque: Une étude de spectres UV-visible
consiste à tracer une telle courbe A = f(λ) et à obtenir
une valeur de λmax du maximum d’absorption.
Connaitre la valeur λmax du maximum d’absorption ne permet pas de renseigner
l’intensité de l’absorption. Pour cela, on utilise la loi suivante:
LA LOI DE BEER-LAMBERT
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)
Remarque: Connaitre le couple (λmax ; ε (λ)) permet de caractériser une espèce
chimique absorbante dissoute dans un solvant donné, à une température
donnée.
Couleur perçue et structure chimique :
Une espèce incolore n’absorbe aucune radiations du visible
Lorsqu’une espèce absorbe des radiations du visible, sa couleur résulte de la
synthèse additive des couleurs complémentaires
Plus une molécule comporte de doubles liaisons conjuguées, plus les radiations
absorbées ont une grande longueur d’onde.
II- Spectres IR (InfraRouge)
Origine du spectre :
Les atomes d’une molécule, liquide, solide ou gazeuse, sont toujours en
mouvement: ils vibrent. Ces vibrations correspondent à des vibrations
longitudinales ou à des déformations angulaires.
Quand une lumière IR traverse un échantillon, certaines liaisons absorbent de
l’énergie pour changer de fréquence de vibration, faisant apparaître des
bandes dans le spectres IR.
L’absorbance d’un spectre IR varie selon le type de liaison et la nature des
atomes  Un spectre IR nous renseigne donc sur la nature des liaisons
présentes dans une molécule et par conséquent sur ses groupes
caractéristiques.
Présentation d’un spectre IR :
Bande d’absorption
Zone 1
Zone 2
Axe gradué de droite à gauche
Transmittance (%) : intensité
lumineuse
transmise
par
Zone
1 4000Une
> σ transmittance
> 1500 cm-1 :
l’échantillon.
Cette
zone comporte
des types
de 100%
signifie qu’il
n’y a de
pas
liaisons
particuliers
d’absorption.
Nombre d’ondes σ (cm-1) :
inverse de la longueur d’onde
Zone 2
1500 > σ > 400 cm-1 :
Cette zone est très riche en bandes
d’absorption
et
est
appelée
« empreinte digitale » de la molécule
Méthode d’analyse d’un spectre
Pour analyser un spectre IR, il faut dans l’ordre: :
• repérer les liaisons chimiques grâce à leurs nombres d’onde.
• rechercher les groupes caractéristiques possédant ces
liaisons. Certaines liaisons appartiennent à plusieurs groupes
• Utiliser éventuellement les valeurs précises des nombres
d’onde pour départager deux groupes.
Exemple 1:
Exemple 2:
III- Spectres RMN
Dans cette partie, nous allons étudier la spectroscopie RMN
(Résonance
Magnétique
Nucléaire)
du
noyau
d’atome
d’hydrogène 1H, qui est la plus utilisée en chimie organique. On
l’appelle couramment spectroscopie de RMN du proton. En
effet, en RMN, les noyaux des atomes d’hydrogène d’une
molécule sont appelés protons car le noyau 1H n’est constitué que
d’un proton.
Comment obtenir un spectre de RMN ?
Un noyau d’atome d’hydrogène 1H d’une molécule placée dans un
champ magnétique peut absorber un quantum d’énergie lorsqu’il
est exposé à certaines ondes électromagnétiques : la fréquence
associée à ce quantum est appelée fréquence de résonance.
La fréquence de résonance dépend du champ magnétique intense
produit par l’aimant supraconducteur du spectromètre.
Principe
État initial
un échantillon est
placé dan un champ
magnétique B0
Excitation par une onde radio
Enregistrement
et Traitement
mathématique
Résonance
un Noyau d’hydrogène
Résonne à une
fréquence umes
Relaxation
le retour à l’équilibre
provoque l’émission
d’une onde de
fréquence umes
Allure de la courbe
Le spectre RMN est constitué d’un ensemble de signaux, amas
de pics fins. Chaque signal correspond à un atome ou un
groupe d’hydrogène.
L’environnement de l’atome ou du groupe
d’atome d’hydrogène influe sur :
- La position du signal, repérée en abscisse par
une grandeur
appelée
déplacement
Chaque signal
constitué
d'un ou chimique d.
plusieurs
pics
traduit
une
Le déplacement
chimique par
d d'un
absorption
d'énergie
les atome d'hydrogène dépend des
atomes
présents
sonalors
environnement.
Son unité est la ppm
protons.
Ceux cidans
entre
en
résonnance.
(partie
par million). Il dépend de la fréquence de résonnance de
l'atome d'hydrogène.
- sa multiplicité (nombre de pics le composant)
- son aireL'axe
représenté
sur chimique
le spectre
par une
courbe
des déplacements
δ est orienté
de
d’intégrationdroite
ou un
chiffre
sur un (ou
unà 15
groupe
à gauche,
généralement
de 0
ppm de) pic.
Protons équivalents
Dans le cas des molécules simples, les protons sont dit
équivalents (ils ne donnent alors qu'un seul signal sur le
spectre) dans les cas suivants:
• les protons sont portés par un même atome de
carbone.
si la molécule
présente
symétrie,
qui
Exemple: • dans
la molécule
de une
propane
CH3les
-CHprotons
2-CH3 sont
équivalents :se correspondent sont équivalents.
- les 3 atomes d'hydrogène du premier carbone
Exemples:
2 la
atomes
du second
- les
dans
molécule
de méthoxyméthane CH3-O-CH3 il y a une
- les 3 tous
atomes
troisième
symétrie
lesduatomes
d'hydrogène sont équivalents. Le
D²e plus
il yneasera
une constitué
symétrieque
pard'un
rapport
au carbone 2 par
spectre
RMN
seul signal.
conséquent les 3 protons du premier carbone sont équivalent aux
- Dans la molécule de pentan-3-one CH3-CH2-CO-CH2-CH3, il
trois protons du carbone 3
y a une symétrie. Les 6 protons liés aux carbones situés aux
Le spectre RMN sera constitué de 2 signaux
extrémités sont équivalents. Les 4 protons liés aux carbones
situés de part et d'autre de la liaison carbonyle sont
équivalents. Le spectre RMN sera constitué de deux signaux.
Multiplicité du signal
Dans une molécule les protons liés à un atome de carbone
interagissent avec les protons portés par les atomes de
carbone voisins : il y a couplage entre les atomes (les protons
équivalents ne se couplent pas). Un proton ou un groupe de
protons équivalents ayant n protons équivalents voisins (porté
par des carbone voisins) donne un signal constitué de (n+1)
pics appelé multiplet.
Les protons non liés à des
atomes de carbone ne donnent
qu'un seul pic (1 singulet).
Ils ne peuvent se coupler à
d'autres atomes d'hydrogène.
Il s'agit des protons des
groupes hydroxyle -OH,
carboxyle -CO2H,
amine -NH2 ou -NH
Exemple: spectre de l'éthanol CH3-CH2-OH
- l'hydrogène lié à l'atome d'oxygène forme 1 seul pic c'est
un singulet. En effet il n'est pas lié à un atome de carbone.
- les protons du groupe CH3 sont équivalents (porté par le
même atome de carbone). Ils ont n = 2 protons équivalents
voisins, ils donnent un signal constitué de n+1 = 3 pics
appelé triplet.
- les protons du groupe CH2 sont équivalents. Ils ont n = 3
protons équivalents voisins, ils donnent un signal constitué de
n+1 =4 pics appelé quadruplet.
Intégration du signal
On superpose parfois sur les spectres une courbe
d'intégration. Elle est constituée de paliers successifs. La
hauteur séparant deux paliers successifs est proportionnelle
aux nombre de protons qui résonnent.
Exemple : 2,2-diméthylpropanol.
- Dans le groupement OH il y a un proton h1 =1;
- dans le groupement CH2 il y a 2 protons équivalents
résonnent donc h2 = 2.h1 = 2;
qui
- dans le groupement C(CH3) il y a 9 protons équivalents qui
résonnent donc h3 = 9.h1 = 9
Auteur
Document
Catégorie
Uncategorized
Affichages
4
Taille du fichier
1 806 KB
Étiquettes
1/--Pages
signaler