Chap. N° 04

Analyse spectrale.

Exercices.

 

   

 

Moteur de recherche sur les différents sites
 
 
 

I- Exercice 8 page 104 : Utiliser un spectre pour déterminer une couleur.

II- Exercice 10 page 104 : Reconnaître un groupe caractéristique.

III- Exercice 11 page 105 : Nommer des composés organiques.

IV- Exercice 14 page 105 : écrire une formule topologique à partir d’un nom.

V- Exercice 16 page 105 : Reconnaître des bandes d’absorption.

VI- Exercice 18 page 106 : Utiliser un spectre pour identifier une fonction (tableau).

VII- Exercice 21 page 106 : Attribuer des déplacements chimiques.

VIII- Exercice 23 page 107 : Relier la multiplicité du signal au nombre de voisins.

IX- Exercice 24 page 107 : Reconnaître des signaux par leur multiplicité.

X- Exercice 29 page 108 : Spectres infrarouge et oxydation.

XI- Exercice 31 page 108 : Spectre infrarouge d’acides carboxyliques.

XII- Exercice 34 page 109 : à chacun son rythme.

XIII- Exercice 39 page 111 : analyse élémentaire et spectres.

XIV- Exercice 41 page 112 : identifier une molécule.

Les molécules ont été construites avec le logiciel gratuit ChemSketch

Simulation d'un spectre RMN avec le logiciel HNMR Spectrum
Les spectres colorées ont été réalisés avec le logiciel gratuit CHROMA v.3.6.


 

I- Exercice 8 page 104 : Utiliser un spectre pour déterminer une couleur.

 

En réagissant avec les ions thiocyanate SCN, les ions fer III,

Fe3+ donnent un complexe coloré de formule [Fe(SCN)]2+

qui permet de détecter des traces d’ions Fe3+.

Le spectre UV-visible d’une solution diluée contenant

cet ion est donné ci-dessous.

Quelle est la couleur de la solution ?

 

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Couleur de la solution :

-     On peut déterminer la valeur de λmax.

 

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-     La solution absorbe principalement dans le violet,

le bleu et un peu dans le vert

(principalement entre 380 nm et 500 nm).

 

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-     La solution apparaît jaune-orangé.

 

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Réalisé avec le logiciel gratuit CHROMA v.3.6.

 

II- Exercice 10 page 104 : Reconnaître un groupe caractéristique.

 

Reconnaître les groupes caractéristiques présents dans les molécules,

dont les formules semi-développées sont représentées ci-dessous.

Associer à chacun d’eux une fonction.

a)-   Glycine :

b)-  Sérine :

c)-   Asparagine :

d)-  Phéromone de la reine chez les abeilles :

e)-   Arôme de cannelle :

 

a)-   Glycine :

-     On est en présence d’un acide α-aminé : acide aminoéthanoïque.

b)-  Sérine :

-     On est en présence d’un acide α-aminé possédant un groupe hydroxyle :

-     Acide 2-amino-3-hydroxypropanoïque.

c)-   Asparagine :

-     Acide 2,4-diamino-4-oxobutanoïque.

d)-  Phéromone de la reine chez les abeilles :

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-     Acide (2 E)-9-oxodec-2-énoïque

e)-   Arôme de cannelle :

-     (2 E)-3-phénylprop-2-anal (aldéhyde cinnamique)

III- Exercice 11 page 105 : Nommer des composés organiques.

1)- Repérer les groupes caractéristiques présents dans les composés,

 dont les formules semi-développées sont données ci-après.

      Associer à chacun d’eux une fonction :

a)-  

b)- 

c)-  

d)- 

e)-  

f)-  

g)- 

h)- 

2)- Nommer ces composés.

 

1)- Fonction chimique et nom

a)-  

-     Groupe C = C.

-     Nom : 2-méthylbut-2-ène.

b)- 

-     Groupe hydroxyle : OH : Fonction alcool

-     Nom : 5-méthylhexan-2-ol.

c)-  

-     Groupe amino : – NH2 : Fonction amine

-     Nom : Pentan-2-amine

d)- 

-     Groupe carbonyle  ; Fonction cétone

-     Nom : 4-éthylhexa-2-one.

e)-  

-     Groupe carbonyle  ; Fonction aldéhyde

-     Nom : butanal.

f)-  

-     Groupe amine – NH – ; Fonction amine

-     Nom : N-éthylbutan-2-amine.

g)- 

-     Groupe  : Fonction ester.

-     Nom : 2-méthylbutanoate d’éthyle.

h)- 

-     Groupe  : Fonction amide.

-     Nom : N-méthylbutanamide

 

IV- Exercice 14 page 105 : écrire une formule topologique à partir d’un nom.

1)- Écrire la formule topologique des composés suivants :

a)-   (E)-5méthylhex-3-ène.

b)-  4-méthylpentan-2-ol.

c)-   4-éthyl-2-méthylhexan-3-one.

d)-  Acide 2-éthylpentonoïque.

e)-   Propanoate de 1-méthyléthyle.

f)-   3-méthylpentanoate de 2-méthylpropyle.

g)-  N-méthyl-N-éthylpropan-2-amine.

h)-  N-éthyl-3-méthylpentanamide.

2)- Repérer les groupes caractéristiques présents, en associant à chacun d’eux une fonction chimique.

 

1)- Formule topologique et fonction chimique des composés suivants :

a)-   (E)-2-méthylhex-3-ène.

-     Groupe alcène et fonction alcène.

 

b)-  4-méthylpentan-2-ol.

-     Groupe hydroxyle et fonction alcool.

 

c)-   4-éthyl-2-méthylhexan-3-one.

-     Groupe carbonyle et fonction cétone.

 

d)-  Acide 2-éthylpentanoïque.

-     Groupe carboxyle et fonction acide carboxylique.

 

e)-   Propanoate de 1-méthyléthyle.

-     Groupe ester et fonction ester.

 

f)-   3-méthylpentanoate de 2-méthylpropyle.

-     Groupe ester et fonction ester.

 

g)-  N-méthyl-N-éthylpropan-2-amine.

-     Groupe amine et fonction amine.

 

h)-  N-éthyl-3-méthylpentanamide.

-     Groupe amine et fonction amide.

 

V- Exercice 16 page 105 : Reconnaître des bandes d’absorption.

 

Un extrait du spectre infrarouge de l’hexan-2-ol est donné ci-dessous.

Tableau simplifié

 

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σ (cm–1)

T %

σ (cm–1)

T %

σ (cm–1)

T %

σ (cm–1)

T %

σ (cm–1)

T %

3360

12

1649

86

1249

68

986

74

730

66

2961

4

1644

86

1213

70

943

49

486

79

2930

5

1458

29

1147

37

937

50

 

 

2874

13

1460

29

1113

34

932

49

 

 

2861

11

1413

52

1053

35

880

79

 

 

2733

72

1375

30

1019

50

843

60

 

 

1711

79

1328

53

1009

60

788

77

 

 

1)- Écrire la formule semi-développée de l’hexan-2-ol.

       En déduire le groupe caractéristique et la fonction chimique de ce composé.

2)- Identifier alors les bandes d’absorption notées (a), (b), (c) et (d).

 

 

1)- Formule semi-développée de l’hexan-2-ol.

       En déduire le groupe caractéristique et la fonction chimique de ce composé.

-     Groupe hydroxyle : Fonction alcool : Alcool secondaire

 

 

2)- Bandes d’absorption notées (a), (b), (c) et (d).

-     Bande d’absorption notée (a) :

O Hlié

3200 à 3400

Large, Forte

-     Bande d’absorption notée (b) :

 

2800 à 3000

Fine, Forte

-     Bande d’absorption notée (c) :

 

1415 à 1470

Forte

-     Bande d’absorption notée (d) :

 

1050 à 1450

Forte

 

VI- Exercice 18 page 106 : Utiliser un spectre pour identifier une fonction (tableau).

 

On utilisera pour cet exercice le tableau simplifié.Tableau simplifié

Un extrait du spectre infrarouge d’un composé A est donné ci-dessous.

 

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1)- Les molécules du composé A peuvent-elles, a priori, posséder :

a)-   Une liaison Ctét H ?

b)-  Une liaison Ctri H ?

c)-   Une liaison C – C ?

d)-  Une liaison C = C ?

e)-   Une liaison O – H ?

-     En déduire la fonction du composé A.

2)- Le composé A est l’hex-1-ène. Justifier alors les bandes d’absorption du spectre.

 

1)- Bandes de possède le composé A :

a)-    Liaison Ctét H :

Ctét

2800 à 3000

Forte

Ctét

1415 à 1470

Forte

 

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-     On retrouve bien ces deux bandes sur le spectre.

-   La molécule possède des atomes de carbone tétragonaux liés à des atomes d’hydrogène.

b)-  Liaison Ctri H :

Ctri

3000 à 3100

Moyenne

 

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-     On retrouve bien cette bande sur le spectre.

-      La molécule possède des atomes de carbone trigonaux liés à des atomes d’hydrogène.

c)-   Liaison C – C :

 

1000 à 1250

Forte

 

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-     On retrouve bien cette bande (fine et forte) sur le spectre.

-     La molécule possède des liaisons carbone-carbone.

d)-  Liaison C = C :

 

1625 à 1685

Moyenne

 

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-     On retrouve bien cette bande (fine et moyenne) sur le spectre.

-     La molécule possède une double liaison carbone-carbone.

e)-   Liaison O – H :

O Hlibre

3580 à 3650

Forte

O Hlié

3200 à 3400

Forte

 

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-     On ne retrouve pas ces bandes (forte) dans le spectre.

-     La molécule ne possède pas de liaison O – H.

-     Fonction du composé A.

-     Comme le composé A possède une double liaison C = C, il possède la fonction alcène.

2)- Justification des bandes d’absorption du spectre.

-     Formule semi-développée de l’hex-1-ène.

-     Cette molécule possède

-     Des liaisons CtétH ;

-     Des liaisons CtriH ;

-     Des liaisons C – C ;

-     Et une double liaison C = C.

 

VII- Exercice 21 page 106 : Attribuer des déplacements chimiques.

 

Tableau :

1)- L’éthanoate de méthyle , présente deux signaux correspondant, l’un à δ1 = 2,0 ppm, l’autre à δ2 = 3,7 ppm.

Attribuer à chaque groupe méthyle CH3 son signal.

2)- Les protons des deux groupes méthyle CH3 Br et CH3 CH2 –Br résonnent, l’un à δ1 = 1,7 ppm, l’autre à δ2 = 2,7 ppm.

Attribuer à chaque groupe méthyle CH3 son signal.

3)- Les protons des deux groupes méthylène CH2 de CH3O CH2 CH3 et C6H5O CH2  CH3 résonnent l’un à δ1 = 3,4 ppm, l’autre à δ2 = 4,3 ppm. Attribuer à chaque groupe méthylène CH2  son signal.

4)- Les protons des deux groupes méthyne CH  de (CH3)2 CH – O – H et (CH3)2 CH – O – NH2 résonnent l’un à δ1 = 2,8 ppm, l’autre à δ2 = 3,9 ppm.

      Attribuer à chaque groupe méthyne CH  son signal.

 

 

1)- Groupe méthyle CH3 –.  Tableau : Groupe méthyle CH3

-     On trouve dans le tableau :

 

δ1 = 2,0 ppm

 

 

 

δ2 = 3,7 ppm

 

2)- Groupe méthyle CH3 –. Tableau : Groupe méthyle CH3

-     On trouve dans le tableau :

CH3 – Br

δ2 = 2,7 ppm

CH3 Br

 

δ1 = 1,7 ppm

CH3 CH2 –Br

3)- Groupe méthylène CH2 –. Tableau : Groupe méthylène CH2

C – CH2 – O – R

δ1 = 3,4 ppm

CH3 O CH2 CH3

 

 

δ2 = 4,3 ppm

C6H5 O CH2  CH3

4)- Groupe méthyne CH –. Tableau : Groupe méthyne

 

δ2 = 3,9 ppm

(CH3)2 CH – O – H

 

 

δ1 = 2,8 ppm

(CH3)2 CH – O – NH2

 

VIII- Exercice 23 page 107 : Relier la multiplicité du signal au nombre de voisins.

 

1)- Préciser la multiplicité des signaux correspondant

aux groupes méthyle CH3 présents dans

les extraits de chaînes carbonées suivants :

a)-   CH3 CH2

b)-  (CH3)3 C–

c)-   (CH3)2 CH–

2)- Préciser la multiplicité des signaux correspondant

aux groupes méthylène CH2 présents dans

les molécules suivantes :

a)-   CH3 – CH2 – OH

b)-  (CH3)2 CH – CH2 – Br

c)-   NH2 – CH2 – CH2 – NH2

d)-  HO – CH2 – CH2 – Cl

3)- Préciser la multiplicité des signaux correspondant

aux groupes méthyne CH présents dans

les molécules ci-dessous :

a)-   (CH3)2 CH – Cl

b)-  (CH3)3 CH

c)-   HCCl3

d)-  (CH3) CH Cl2

 

1)- Multiplicité des signaux correspondant

aux groupes méthyle CH3 présents

dans les extraits de chaînes carbonées suivants :

a)-   CH3 CH2

-     Le groupe méthyle possède deux protons équivalents voisins.

-   Le signal observé est un triplet (2 + 1).

b)-  (CH3)3 C–

-     Le groupe méthyle ne possède pas de protons voisins.

-   On observe un singulet (0 + 1).

c)-   (CH3)2 CH

-     Le groupe méthyle possède un proton équivalent voisin.

-   On observe un doublet (1 + 1).

2)- Multiplicité des signaux correspondant

aux groupes méthylène CH2 présents dans

les molécules suivantes :

a)-   CH3 – CH2 – OH

-     Le groupe méthylène possède trois protons équivalents voisins.

-   Le signal observé est un quadruplet (3 + 1).

b)-  (CH3)2 CH – CH2 – Br

-     Le groupe méthylène possède un proton équivalent voisin.

-   Le signal observé est un doublet (1 + 1).

c)-      NH2 – CH2 – CH2 – NH2

-     Le groupe méthylène ne possède pas de proton équivalent voisin.

-   Le signal observé est un singulet (0 + 1).

-   La molécule présente une symétrie.

 

 

d)-  HO – CH2 – CH2 – Cl ou HO – CH2 – CH2 – Cl

-     Chaque groupe méthylène possède

deux protons équivalents voisins.

-   Chaque signal observé est un triplet (2 + 1). .

3)- Multiplicité des signaux correspondant

aux groupes méthyne CH présents dans

les molécules ci-dessous :

a)-   (CH3)2 CH – Cl

-     Le groupe méthyne possède six protons équivalents voisins.

-   Le signal observé est un septuplet ou heptuplet (6 + 1).

b)-  (CH3)3 CH

-     Le groupe méthyne possède neuf protons équivalents voisins.

-   Le signal observé est un décuplet (9 + 1).

c)-      HCCl3

-     Le groupe méthyne ne possède pas de proton équivalent voisin.

-   Le signal observé est un singulet (0 + 1).

d)-      (CH3) CH Cl2

-     Le groupe méthyne possède trois protons équivalents voisins.

-   Le signal observé est un quadruplet (3 + 1).

 

 

IX- Exercice 24 page 107 : Reconnaître des signaux par leur multiplicité.

 

 

On dispose de deux spectres (I) et (II) de RMN ci-dessous.

Ces spectres sont ceux de deux composés choisis parmi les quatre composés suivants :

a)-   (CH3)2 CHNO2

b)-  BrCH2CH2 CN

c)-   CH3CH2OCH2CH3

d)-  CH3 – O – CH3

En exploitant les multiplicités des signaux, attribuer chacun des spectres à son composé.

 

a)-   Molécule de 2-nitropropane :

 

-     Le spectre RMN de cette molécule comprend deux signaux. 

-   Pour des raisons de symétrie, les protons des

deux groupes méthyle sont équivalents et donnent lieu à un seul signal.

 

-     Le proton du groupe (B) possède 6 protons équivalents voisins.

-   Le signal correspondant est un septuplet ou heptuplet (7 pics)

-     Les protons équivalents du groupe (A) possèdent un proton voisin.

-   Le signal correspondant est un doublet (2 pics).

-     Ceci est en accord avec le spectre RMN (II).

 

-     Je n’ai pas trouvé le spectre RMN du 2-nitropropane,

mais le spectre du chloro-2-propane est du même type.

 

 

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b)-  La molécule de 3-bromopropanenitrile :

 

        (A)        (B)  

Br CH2 CH2 CN

-     Cette molécule possède deux groupes de protons équivalents :

-     Les protons équivalents du groupe (A) possèdent

deux protons équivalents voisins.

-   Le signal correspondant est un triplet (3 pics).

-     De même, les protons équivalents du groupe (B) possèdent

deux protons équivalents voisins.

-   Le signal correspondant est un triplet (3 pics).

-     Ceci n’est pas en accord avec les spectres donnés.

c)-   La molécule d’éther diéthylique (éthoxyéthane) :

(A)       (B)              (B)      (A)

CH3 CH2 O CH2 CH3

-     Pour des raisons de symétrie, la molécule possède

deux groupes de protons équivalents.

-     Les protons équivalents du groupe (A) possèdent

deux protons équivalents voisins.

-   Le signal correspondant est un triplet (3 pics).

-     Les protons équivalents du groupe (B) possèdent

trois protons équivalents voisins.

-   Le signal correspondant est un quadruplet (4 pics).

-     Ceci est en accord avec le spectre RMN (I).

 

 

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d)-      Molécule de méthoxyméthane :

 

(A)              (A)

CH3 O CH3

-     Pour des raisons de symétrie, la molécule ne possède

qu’un groupe de protons équivalents.

-     Le spectre RMN ne comprend qu’un seul signal.

-     Ceci n’est pas en accord avec les spectres donnés.

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X- Exercice 29 page 108 : Spectres infrarouge et oxydation.

Utilisation du tableau simplifié :

On réalise l’oxydation du buan-1-ol par une solution acidifiée de permanganate de potassium.

Dans un premier temps, l’oxydant est introduit en défaut ; on admet alors qu’il ne se forme qu’un seul produit A, que l’on extrait et purifie.

Dans un second temps, on utilise un excès d’oxydant ; un seul produit B est alors obtenu, extrait et purifié.

 Oxydation ménagée des alcools

On réalise le spectre infrarouge du butan-1-ol et des produits A et B.

1)- Écrire les formules semi-développées du butan-1-ol et des produits A et B.

2)- Quelles fonctions présentent ces trois espèces chimiques ?

3)- Indiquer les bandes caractéristiques permettant de distinguer le butan-1-ol de ses deux produits d’oxydation, en précisant leurs nombres d’ondes.

4)- En déduire une méthode permettant de vérifier la pureté des produits d’oxydation.

 

 Oxydation ménagée des alcools

1)- Formules semi-développées du butan-1-ol et des produits A et B.

butan-1-ol

 

A

 

B

 

2)- Fonctions des trois espèces chimiques.

butan-1-ol

 

Groupe hydroxyle

Fonction alcool

Alcool primaire

A

Butanal

 

Groupe carbonyle

Fonction aldéhyde

B

Acide

butanoïque

 

Groupe Carboxyle

Fonction acide carboxylique

 

3)- Bandes caractéristiques permettant de distinguer le butan-1-ol des produits A et B.

-     Pour le butan-1-ol

O Hlibre

3580 à 3650

Forte

O Hlié

3200 à 3400

Forte

 

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-     La liaison C – O (1070 cm–1 et 1450 cm–1) est présente dans les alcools, les acides carboxyliques,…

-     Pour le produit A : Aldéhyde

 

1650 à 1730

Forte

 

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-     Pour le produit : Acide carboxylique

O HAcide carb

2500 à 3200

Forte

-     Remarque :

 

1680 à 1710

Forte

 

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-     Cette bande se superpose avec celle des aldéhydes et des cétones.

-     La liaison C = O est présente dans de nombreuses molécules organiques telles que :

-   les aldéhydes, cétones, acide carboxyliques, esters, amides,…

-     La liaison C – O (1070 cm–1 et 1450 cm–1) est présente dans les alcools, les acides carboxyliques,…

4)- Méthode permettant de vérifier la pureté des produits d’oxydation :

-     On peut réaliser le spectre IR des produits de l’oxydation.

-     Le butanal est pur si son spectre RMN ne présente pas

de bande d’absorption entre 3200 cm–1 et 3650 cm–1.

-     Superposition des trois spectres IR.

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XI- Exercice 31 page 108 : Spectre infrarouge d’acides carboxyliques.

 

Les deux extraits de spectres infrarouge, A et B, ci-dessous sont ceux de l’acide butanoïque :

A est le spectre en phase vapeur,

B est le spectre à l’état liquide.

Interpréter la différence.

    

 

    En phase vapeur : spectre A

-     Il n’y a pas de liaisons hydrogène entre les molécules d’acide butanoïque.

-   Dans ce cas on observe une bande fine et forte.

-   La liaison O – H est dite libre, que l’on note O – Hlib.

    En phase condensée : Phase liquide : Spectre B

-     À l’état liquide, il existe des liaisons hydrogène entre les molécules d’acide butanoïque.

-     La liaison O – H se manifeste par une bande d’absorption forte et large de 3200 cm–1à 3400 cm–1.

-     Les liaisons hydrogène établies entre les molécules d’acide butanoïque affaiblissent

les liaisons covalentes O – H et conduisent à un abaissement du nombre d’onde σO – H.

-     De plus, la bande s’élargit, la liaison O – H est dans ce cas dite associée, on la note O – Hassocié.

 

XII- Exercice 34 page 109 : à chacun son rythme.

 

Tableau : Déplacements chimiques

Le spectre RMN d’un composé A, de formule C3H9N, est donné ci-dessous.

Certains signaux ont été zoomés afin de les rendre plus visibles.

 

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1)- Écrire les formules semi-développées de tous les isomères du composé A.

2)- À l’aide de la courbe d’intégration, déterminer

le nombre de protons correspondant à chaque signal.

3)- En appliquant la règle des (n+1)-uplets déterminer, pour chaque signal,

le nombre de protons voisins du (ou des) proton(s) correspondant à ce signal.

4)- Vérifier alors qu’une seule formule est compatible avec ce spectre RMN.

 

1)- Formules semi-développées de tous les isomères du composé A.

 

Propan-1-amine

 

Propan-2-amine

 

N-méthyléthanamine

 

N,N-diméthylméthanamine

2)- Nombre de protons correspondant à chaque signal.

 

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-     Groupe (A) : δA ≈ 3,10. Ce groupe comprend un proton.

-      Groupe (B) : δB ≈ 1,22. Ce groupe comprend deux protons équivalents.

-     Groupe (C) : δC ≈ 1,07. Ce groupe comprend six protons équivalents.

3)- Nombre de protons voisins du (ou des) proton(s) correspondant à ce signal.

-     Signal du groupe A : Ce signal est constitué de 7 pics.

-   Le groupe (A) constitué d’un proton comprend 6 protons équivalents voisins.

-     Signal du groupe (B) :

-   Ce signal est constitué d’un seul pic.

-   Le groupe (B) constitué de 2 protons équivalents ne possède pas

de proton équivalent voisin

(le ou les protons peuvent être portés par un hétéroatome : N, O, S, …)

-     Signal du groupe (C) :

-   Ce signal est constitué de deux pics.

-   Le groupe (C) constitué de 6 protons équivalents comprend 1 proton équivalent voisin.

4)- Formule et spectre RMN.

-     La propan-2-amine est la molécule qui correspond au spectre observé.

 

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XIII- Exercice 39 page 111 : analyse élémentaire et spectres.

 

Tableau déplacements chimiques :        Utilisation du tableau simplifié (IR) :

Les spectres infrarouge en phase vapeur et de RMN d’un composé A sont donnés ci-dessous.

La masse molaire M de ce composé A a été déterminée par spectrométrie de masse et sa composition centésimale par analyse élémentaire.

Ces mesures ont donné, pour le composé A,

M = 136,0 g / mol et un pourcentage de 70,6 % de carbone, 5,90 % d’hydrogène et 23,5 % d’oxygène.

 

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1)- Déterminer la formule brute du composé A.

2)- Quelle hypothèse peut-on faire, sur la nature de la fonction présente dans le composé A, à partir du signal à δ = 12,2 ppm en RMN ? Le spectre infrarouge confirme-t-il cette hypothèse ?

3)- Exploiter toutes les données du spectre de RMN et proposer une formule semi-développée pour le composé A.

4)- Commenter la forme de la bande IR à σ = 3600 cm–1.

 

 1)- Formule brute du composé A.

CxHyOz

C

H

O

100

70,6

5,9

23,5

M = 136,0 g / mol

12 x

y

16 z

-      

-      

-      

-     Formule Brute : C8H8O2

2)- Hypothèse sur la nature de la fonction présente dans le composé A :

-     Signal à δ = 12,2 ppm en RMN :

 

8,5 - 13

 

11 - 17

-     Fonction acide ou fonction énol ?

 

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-     L’étude du spectre IR indique qu’il s’agit d’un acide carboxylique

car il y a une bande d’absorption vers 1800 cm–1

due à la présence de la liaison – C = 0.

3)- Exploitation des données du spectre de RMN et formule semi-développée pour le composé A.

-     Le spectre RMN comprend 3 signaux. Chaque signal comprend un pic.

-     La molécule possède 3 groupes de protons équivalents.

-     Les groupes ne possèdent pas de protons équivalents voisins

(ou ces protons sont portés par un hétéroatome).

-     Avec la courbe d’intégration, on peut déduire que :

-     Le groupe pour lequel δ ≈ 12,2 ppm est constitué d’un proton

-      Le groupe pour lequel δ ≈ 3,7 ppm est constitué de deux protons

-     Le groupe pour lequel δ ≈ 7,4 ppm est constitué de cinq protons.

 

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-     Formule semi-développée :

 

 

-     Nom : Acide phényléthanoïque.

4)- Commenter la forme de la bande IR à σ = 3600 cm–1.

O Hlibre

3580 à 3650

Forte

-     En phase vapeur, il n’y a pas de liaison hydrogène entre

les molécules d’acide phényléthanoïque qui sont toutes identiques (bande fine et forte).

Avec ChemSketch :

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XIV- Exercice 41 page 112 : identifier une molécule.

 

 

Tableau déplacements chimiques :      Utilisation du tableau simplifié (IR) :

A- Utilisation des spectres

Les spectres infrarouges et RMN d’un composé A de formule C8H10O sont donnés ci-dessous.

La multiplicité des signaux a été précisée.

 

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1)- Analyse du spectre infrarouge :

a)-   En justifiant la réponse, indiquer si l’analyse du spectre infrarouge permet d’envisager que le composé A soit un dérivé du benzène C6H6, c’est-à-dire qu’il présente un cycle aromatique.

b)-  Ceci est-il confirmé par le spectre RMN ?

2)- Quelle pourrait être la fonction oxygénée de A ?

3)- Exploiter toutes les données du spectre RMN et proposer une formule semi-développée pour A.

4)- On réalise l’oxydation de A, on obtient B.

a)-   Quelle(s) modification(s) observerait-on pour le spectre infrarouge en passant de A à B ?

b)-  Comment peut-on, à l’aide du spectre infrarouge, vérifier que B ne contient pas A comme impuretés ?

B- Utilisation de données spectrales.

Quatre isomères de même formule brute C5H10O2 sont caractérisés par les caractéristiques spectrales suivantes.

Identifier et nommer ces quatre composés.

1)- Composé A :

RMN

δ = 1,20 ppm

Doublet (6 H)

δ = 2,05 ppm

Singulet (3 H)

δ = 5,00 ppm

Septuplet (1 H)

IR

σ = 1740 cm–1

 

2)- Composé B :

RMN

δ = 1,20 ppm

Doublet (6 H)

δ = 2,60 ppm

Septuplet (1 H)

δ = 3,70 ppm

Singulet (3 H)

IR

σ = 1740 cm–1

 

3)- Composé C :

RMN

δ = 1,40 ppm

Singulet (6 H)

δ = 2,25 ppm

Singulet (3 H)

δ = 3,70 ppm

Singulet (1 H)

IR

σ = 3400 cm–1

Bande large

σ = 1700 cm–1

 

4)- Composé D :

RMN

δ = 1,15 ppm

Triplet (3 H)

δ = 1,30 ppm

Triplet (3 H)

δ = 2,35 ppm

Quadruplet (2 H)

δ = 4,15 ppm

Quadruplet (2 H)

IR

σ = 1740 cm–1

 

 

 

A- Utilisation des spectres :

1)- Analyse du spectre infrarouge :

a)-   Analyse du spectre infrarouge et nature du composé A.

 

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-     Bandes caractéristiques :

Liaison

σ (cm–1)

Intensité

 

3000 à 3100

Moyenne

 

3030 à 3080

Moyenne

 

1450 à 1600

Moyenne

-     L’analyse du spectre infrarouge permet d’envisager que :

-   Le composé A soit un dérivé du benzène C6H6.

b)-  Analyse du spectre RMN :

-     Déplacements chimiques :

Proton

δ (ppm)

 

7,0 – 9,0

-     On observe un signal pour δ ≈ 7,3.

-  Ce signal peut être attribué à un groupe appartenant à un cycle aromatique.

2)- Fonction oxygénée de A :

-     On n’observe pas de bande :

 

1650 à 1730

Forte

-     On observe une bande pour δ ≈ 3300 cm–1.

-     Il se peut que le composé A, de formule brute C8H10O soit un alcool.

-     Soit le 1-phényléthan-1-ol ou le 2-phényléthan-1-ol.

1-phényléthan-1-ol

2-phényléthan-1-ol

 

 

Alcool secondaire

Alcool primaire

3)- Formule semi-développée pour A à l’aide du spectre RMN :

-     Exploitation de la courbe d’intégration :

 

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-     Spectre réalisé avec ACD/Labs :

 

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-     Le spectre RMN comprend 4 signaux :

-     Le groupe (A) pour lequel δ ≈ 7,3 ppm, est constitué de 5 protons.

-     Le groupe (B) pour lequel δ ≈ 4,7 ppm, est constitué d’un proton.

-     Le groupe (C) pour lequel δ ≈ 2,4 ppm, est constitué d’un proton.

-     Le groupe (D) pour lequel δ ≈ 1,4 ppm, est constitué de 3 protons.

 -     Le signal du groupe (A) est un singulet,

les 5 protons équivalents n’ont pas de protons équivalents voisins

-   (Ce sont les 5 protons portés par le cycle benzénique).

-     Le signal du groupe (B) est un quadruplet.

-   Il possède 3 protons équivalents voisins.

-     Le signal du groupe (C) est un singulet.

-   Il ne possède pas de protons équivalents voisins.

-     Le groupe (D) est un doublet. Il possède un proton équivalent voisin.

 

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4)- Oxydation de A en B :

a)-   Modification du spectre infrarouge en passant de A à B :

-     Le composé A : 1-phényléthan-1-ol : alcool secondaire

-     Par oxydation de A, on obtient : une cétone, la 1-phényléthanone ou acétophénone.

 

 

-     La liaison O – H se manifeste par une bande d’absorption forte

-   et large de 3200 cm–1à 3400 cm–1.

O Hlié

3200 à 3400

Forte

-     Lors de l’oxydation du composé A, on obtient une cétone  :

-   Car on est en présence d’un alcool secondaire.

-     La bande due à la liaison O – H disparaît et elle est remplacée par

-   une bande d’absorption forte et fine de 1650 cm–1à 1730 cm–1

-   due à la liaison – C = O.

 

1650 à 1730

Forte

 

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b)-  Vérification de la pureté de B à l’aide du spectre IR.

-     Le composé B est pur, si le spectre IR de B ne présente pas

-  de bande d’absorption vers σ ≈ 1700 cm–1.

B- Utilisation de données spectrales.

-     Identification et nom des quatre composés A, B, C et D de formule brute C5H10O2

-     Quelques  isomères :

Acide pentanoïque

 

Acide 2-méthylbutanoïque

 

Acide 2,2-diméthylrpopanoïque

 

Butanoate de méthyle

 

Propanoate d’éthyle

 

-     Composé A :

-     Il possède 3 groupes de protons équivalents :

-     Le signal (A) comprend 6 protons équivalents et il possède

-   un proton équivalent voisin.

-     Le signal (B) comprend 3 protons équivalents,

-   mais ne possède pas de protons équivalents voisins.

-     On trouve dans le tableau :

 

δ = 2,0 ppm

 

-     Le signal (C) comprend 1 proton équivalent et

-   il possède 6 protons équivalents voisins.

 

Éthanoate de 1-méthyléthyle

-     Composé B :

-     Il possède 3 groupes de protons équivalents :

-     Le signal (A) comprend 6 protons équivalents et il possède

-   un proton équivalent voisin.

-     Le signal (B) comprend 1 proton équivalent et il possède

-  6 protons équivalents voisins.

-     Le signal (C) comprend 3 protons équivalents,

-   mais ne possède pas de protons équivalents voisins,

 

2-méthylpropanoate de méthyle

-     Composé (C) :

-     Il possède 3 groupes de protons équivalents :

-     Le groupe (A) comprend 6 protons équivalents, mais ne possède pas

-   de protons équivalents voisins.

-     Le groupe (B) comprend 3 protons équivalents, mais ne possède pas

-   de protons équivalents voisins.

-     Le groupe (C) comprend 1 proton équivalent, mais ne possède pas

-   de protons équivalents voisins.

-     On trouve bien dans le tableau :

 

δ = 3,7 ppm

 

-     La liaison O – H se manifeste par une bande d’absorption forte et large à 3400 cm–1.

-     La liaison – C = O se manifeste par une bande d’absorption forte et large à 1740 cm–1.

 

3-hydroxy-3-méthylbutan-2-one

-     Composé (D) :

-     Il possède 4 groupes de protons équivalents :

-     Le groupe (A) comprend 3 protons équivalents, et il possède

-   2 protons équivalents voisins.

-     Le groupe (B) comprend 3 protons équivalents, et il possède

-   2 protons équivalents voisins.

-     Le groupe (C) comprend 2 protons équivalents et il possède

-   3 protons équivalents voisins.

-     Le groupe (D) comprend 2 protons équivalents et il possède

-   3 protons équivalents voisins.

-     La liaison – C = O se manifeste par une bande d’absorption forte et large à 1740 cm–1.

 

Propanoate d’éthyle