Spectroscopie infrarouge

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1 Spectroscopie infrarouge SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 1

2 I- INTERPRÉTATION DES SPECTRES Comment faire l approche de l analyse d un spectre IR Quand on veut faire l analyse du spectre d un composé inconnu il faut concentrer ses efforts sur la présence ou l absence de pic pour les groupements fonctionnels. Les pics pour les absorptions des liens C=O, O-H, N-H, C-O, C=C, C C et C N sont assez caractéristiques. 1- Y a-t-il une bande pour un C=O? Bande forte entre cm S il y a une bande C=O vérifiez si vous avez : Acide carboxylique bande OH large cm -1. Amides NH présent bande vers 3500 cm -1 Esters C-O aussi présent cm -1 Anhydrides deux bandes C = O 1810 et 1760 cm -1 Aldéhydes pic CH présent 2850 et 2750 cm -1 Cétones tous les choix ci haut ont été éliminés cm S il n y a pas de C = O Alcools et phénols bande large cm -1 bande C-O cm -1 Amines N-H 3500 cm -1 Éthers bande pour C-O cm -1 et pas de O-H 4- Liaisons doubles et cycles aromatiques C = C bande vers 1650 cm -1 Cycle aromatique cm -1 Confirmer avec des bandes vers cm Liaisons triples 6- Groupement nitro C N bande vers 2250 cm -1 C C bande vers 2150 cm -1 C CH bande vers 3300 cm -1 pour le lien C-H Deux bandes intenses à cm -1 et cm Hydrocarbures Aucune des situations citées plus haut C-H vers 3000 cm -1 CH cm -1 CH cm -1 SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 2

3 Dans ce cours, deux cas peuvent se présenter : ou On connaît la structure de la molécule et on a le spectre IR (c'est la situation la plus favorable). On connaît la formule brute et on a le spectre IR. ON CONNAÎT LA STRUCTURE DE LA MOLÉCULE 1- On dessine la molécule dans sa forme développée. 2- On énumère toutes les liaisons retrouvée dans la molécule. 3- On les reporte dans le tableau sous la rubrique identification. 4- On identifie les bandes caractéristiques correspondantes à partir du spectre et à partir des tables que l on vous a fournies. 5- On reporte les valeurs dans le tableau. Exemple :. CH3-CH2-CH3 Tableau 2. Interprétation du spectre I.R. du propane : CH3-CH2-CH3 attendue observée Identification cm -1 cm CH aliphatiques 1375 et et 1450 CH CH2 ON CONNAÎT LA FORMULE BRUTE 1- Il faut trouver l indice de défaut en hydrogène (I.D.H.) : I.D.H. : il est nulle dans le cas d un composé saturé. Chaque I.D.H. indique un manque de 2 H. Formule générale : alcane : CnH2n + 2 alcène : CnH2n alcyne : CnH2n-2 I.D.H. = (2n+2)-m 2 où n = C et m = H (+ -X, -NO2) SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 3

4 Un I.D.H.= présence d une double liaison (-C=C-) ou d un cycle Deux I.D.H.= présence d une triple liaison ou de deux doubles liaisons ou une double liaison + un cycle ou deux cycles, etc 4 I.D.H. = indique souvent la présence d un cycle benzénique (3 doubles + 1 cycle). 2- Déterminer le ou les possibilités de groupes fonctionnels contenus dans la molécule. Avec la formule brute, on doit l exploiter avant toute tentative d'interprétation. Elle indique la présence de tel et tel élément, et on peut faire les déductions suivantes : Il n'y a pas d'azote => composés azotés éliminés. Il n'y a pas d'oxygène => composés oxygénés éliminés. Il y a UN seul oxygène => composés di, tri oxygénés éliminés. Il y a moins de 6 carbones => cycles en C6 éliminés. Pour trouver le groupe fonctionnel, on peut essayer de répondre à des questions du type : Si la formule brute contient un oxygène, existe-t-il une élongation -OH (alcool, phénol, acide)? Oui? Non, etc 3- Proposer une structure. SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 4

5 SPECTRES IR CARACTÉRISTIQUES DE QUELQUES FONCTIONS Les C-H aliphatiques ou cycliques: C 6H 14 2,3-diméthylbutane CH aliphatiques ou cycliques Les C-H aromatiques ou alcéniques: C 9H 7N Cinnamonitrile Bandes CH Les O-H (alcool): -Ce sont des bandes intenses et larges. -Leurs positions et leurs formes varient avec la présence de liaisons hydrogènes. (note : un groupement lié absorbe à une fréquence plus faible et donne un pic plus large). CH3-(CH2)5-OH C 6H 14O Hexanol Bande OH Les O-H (acide) : SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 5

6 -Ce sont des bandes très larges. C 9H 10O 2 Acide 2-phénylpropanoïque Bande -OH Les -NH2 (amine et dérivés) : CH3-(CH2)4-NH2 C 5H 13N Pentaneamine Bande amine Les carbonyles C=O : -Ce sont des bandes caractéristiques (longues et fines) dans la région de 1550 à 1800 cm On les retrouvent à différentes positions dépendant de leur environnement : cétone (R2- C=O), aldéhyde (R-HC=O), acide (R-COOH) et s ils sont conjugés ou non-conjugés. SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 6

7 Exercice 1 Voici trois isomères du diméthylbenzène: identifier lequel est lequel? A B C SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 7

8 EXERCICE 2 Identifier à quelle fonction chimique appartiennent les composés A, B, C, D et E. (Indice : Il y a un acide carboxylique, un alcool secondaire, un aldéhyde, une cétone et un hydrocarbure aromatique monosubstitué). Identifier pour chacun les pics caractéristiques qui vous permettent de les reconnaître. SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 8

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10 EXERCICE 3 Les spectres IR ci-dessous représentent trois isomères fonctionnels ayant comme formule chimique C3H6O. Pouvez-vous donner une structure à chacun d eux (ou tout au moins identifier à quel groupe fonctionnel il appartient). A) B) C) SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 10

11 EXERCICE 4 Attribuez autant de bandes que possibles dans le spectre I.R. de la limonène (un des constituants de l huile essentielle d orange). SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 11

12 EXERCICE 5 Un laborantin maladroit a mélangé les 3 étiquettes de trois produits. Il effectue une analyse IR, et il doit remettre les étiquettes en place. Aidez-le! Solution 1 : hexane Solution 2 : hexan-1-ol Solution 3 : acide hexanoïque HO O OH A) B) C) SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 12

13 CORRIGÉ DES EXERCICES SUR L IDENTIFICATION DES SPECTRES IR QUESTION 1 LES TROIS ISOMÈRES DU DIMÉTHYLBENZÉNE SONT : Pour répondre à cette question, il faut s intéresser aux zones correspondant au nombres d onde situés entre 1700 et 1950 cm -1 ainsi que entre 700 et 900 cm -1. Soit les zones encerclées sur le premier spectre. Ces patrons de franges sont caractéristiques aux composés aromatiques ( ). 1,2-diméthylbenzène lbenzene 1,3-diméthylbenzène m-dimethylbenzene SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 13

14 p-dimethylbenzene 1,4-diméthylbenzène QUESTION 2 LES TROIS ISOMÈRES DU DIMÉTHYLBENZÉNE SONT : Composé A (figure 22.15) : cétone La présence d une forte bande d absorption aux environs de 1720 cm -1 est caractéristique de la présence d une liaison C=O (liaison carbonyle). Composé B (figure 22.16) : aldéhyde La présence d une forte bande d absorption aux environs de 1720 cm -1 est caractéristique de la présence d une liaison C=O. De plus, pour les aldéhydes, la bande correspondant à la présence de la liaison C-H dans le groupe fonctionnel est plus prononcée et elle apparaît aux environs de 2750 cm -1. Composé C (figure 22.17) : acide carboxylique La bande très large et évasé entre 2500 et 3500 cm -1 est caractéristique des liaisons O-H dans un acide carboxylique. De plus, on voit clairement la bande correspondant à la présence d une liaison carbonyle aux environs de 1720 cm -1. Composé D (figure 22.18) : alcool secondaire Dans les alcools, la bande des liaisons O-H, apparaissant aux environs de cm -1 est moins large que dans le cas des acides carboxyliques. Il est difficile de distinguer entre alcool primaire, secondaire ou tertiaire, à moins d avoir de très bons tracés et d avoir l œil bien exercé. Composé E (figure 22.19) : hydrocarbure aromatique monosubstitué La présence de petits pics entre 3000 et 3100 cm -1 indique la présence de liaisons =C- H. On sait qu il s agit d un composé aromatique à cause de la présence de petits pics entre entre 1700 et 1950 cm -1 ainsi que entre 700 et 900 cm -1. Le nombre et l intensité de ces petits nous renseignent sur le type de substitution du cycle aromatique (mono, di, tri ou polysubstitué). QUESTION 3 LES TROIS ISOMÈRES DU C3H6O SONT : a) Propanal O propanal O SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 14

15 b) Propanone c) Prop-2-én-1-ol HO SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 15

16 Corrigé QUESTION 5 LES TROIS SPECTRES CORRESPONDENT AUX COMPOSÉS SUIVANTS : A) Acide hexanoïque B) Hexane C) Hexan-1-ol SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 16

17 TABLE SIMPLIFIÉE DES ABSORBANCES IR DES PRINCIPAUX GROUPES SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 17

18 Bandes d absorption des C-H du cycle benzénique en IR selon le type de substitution 1,2,4 trisubst d SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 18

19 SPECTROSCOPIE INFRAROUGE - page 19

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