1/ Représentation d un spectre IR :

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1 Compétences travaillées : - Exploiter un spectre IR pour déterminer ses caractéristiques à l aide de tables de données. Les rayonnements infrarouges ont été découverts en 1800 par l astronome William Herschel puis au 19 ème s, de nombreux physiciens se sont intéressés à leur interaction avec la matière. Ce n est qu à la fin des années 1930 que l intérêt de cette technique d analyse pour la chimie organique fut perçue durant la seconde guerre mondiale notamment grâce à l étude des carburants utilisés par l armée adverse, des caoutchoucs de pneus, de médicaments comme la pénicilline. Cette technique qui permet l analyse aussi bien des solides, des liquides que des gaz trouve aujourd hui des applications dans l industrie : contrôle de qualité dans l agroalimentaire, recherche de polluants dans l atmosphère et au laboratoire pour l identification d espèces chimiques synthétisées avec près de 63 millions de molécules recensées. 1/ Représentation d un spectre IR : Tout comme la spectroscopie UV-visible, la spectroscopie IR est une spectroscopie d absorption (voir annexe 1). Voici quelques exemples simplifiés de spectres IR : Document 1 : Cinq spectres infrarouge simplifiés en phase gazeuse

2 Q1 : Que représentent ces graphiques? Q2 : Quelle est l unité de la grandeur portée en abscisse? Q3 : Quelle est la particularité de l axe des abscisses? Le nombre d onde, noté σ, est l inverse de la longueur d onde λ. Q4 : Justifier l appellation : «spectre infrarouge». Q5 : Dans quel sens est orientée la bande d absorption sur le spectre IR? En spectroscopie IR, chaque bande d absorption est caractéristique d une liaison particulière. Q6 : Identifier la nature de la liaison responsable de la bande d absorption commune à tous les spectre précédents? Expliquer votre raisonnement. Q7 : Déduire de la comparaison des specres les valeurs approchées des nombres d onde caractéristiques des absorptions relatives aux liaisons C = O, C = C et O H. Vérifier vos valeurs en vous aidant de l annexe 2. 2/ Spectre IR de deux alcools isomères : Document 2 : Spectres infrarouge en phase gazeuse de deux alcools isomères Q8 : Rappeler la définition de l isomérie. De quel type d isomérie s agit-il ici? Q9 : Comparer les spectres F et G. Quelles sont leurs points communs et leurs différences. Q10 : Comparer les avec le spectre simplifié E. Qu observez-vous? Q11 : Un spectre IR peut-il suffire à déterminer la structure d une molécule? 3/ Spectre IR de deux même alcools en phase liquide, solide ou en solution dans un solvant : H I Document 3 : (H) Spectres infrarouge en phase liquide du butan-1-ol (I) Spectres infrarouge dans un solvant (CCl 4 ) du butan-1-ol

3 Q12 : Les trasnmittances sont souvents exprimées en pourcentage. Que signifie une transmittance de 100%? De 0%? Q13 : En comparant les spectres F, H et I, dire quelle est l influence de l état physique de l échantillon sur la bande d absorption attribuée à la liaison O H. Q14 : Quelle intéraction, présente en phase condensée mais pas en phase gazeuse, pourrait être à l origine de ce phénomène? 4/ Entrainez-vous : Q15 : Associez chaque molécule à son spectre IR et justifier Molécules de : - pental-1-ol - pentanamide - pentan-3-one - pent-1-ène - pentanal - acide pentanoïque - propanoate d éthyl - pentan-1-amine

4 Document 1 : Fonctionnement simplifié de la spectroscopie IR Les ondes électromagnétiques interagissent avec les liaisons covalentes de la molécule. Pour cette raison la spectroscopie IR permet de repérer la présence de certaines liaisons et d'en déduire les groupes caractéristiques présents dans la molécule. Pourquoi l'espèce chimique absorbe les IR? Les atomes de la molécule peuvent se déplacer dans toutes les directions. Par exemple les atomes du groupe CH 2 peuvent vibrer de 6 manières différentes : étirements (stretching), symétrique et anti symétrique, cisaillement (scissoring), bascule (rocking), agitation hors du plan (wagging) et torsion (twisting). A chaque vibration correspond une énergie. Lorsque les IR correspondant à cette énergie interagissent avec l'espèce chimique, ils sont absorbés, leur transmittance est alors faible. Document 2 : table de données spectroscopiques IR

5 Document 3 : Méthode d étude d un spectre IR 1. Rechercher la présence d un groupe carbonyle C=O : présence d une bande intense vers cm 1. Si oui, continuer ci-dessous, sinon, passer au Essayer de trouver d autres bandes caractéristiques des fonctions comprenant un C=O : Doublet σ C H des aldéhydes entre 2650 et 2800 cm 1. bande large et forte σ O H des acides entre 2500 et 3300 cm 1 bande très forte σ C O des esters à 1200 cm 1 bande attenante au σ C=O de la fonction amide primaire et secondaire : σ N H vers 1650 cm 1 et bande(s) σ N H vers 3300 cm 1 (F ; deux bandes pour les primaires et une pour les secondaires) 1.2. Vérifier la fréquence d absorption du σ C=O en fonction des autres bandes trouvées : cm 1 pour les amides 1700 cm 1 pour les acides 1715 cm 1 pour les cétones cm 1 pour les aldéhydes cm 1 pour les esters 2. Rechercher la présence de bandes fortes et pas trop larges vers cm 1. - Il s agit d élongations σ O H des alcools. (TF) - Ou d une amine σ N H (MF; deux bandes pour les primaires et une pour les secondaires). 3. Etude des liaisons C H autres que celles vues auparavant (empreinte): σ C H : alcanes : 2850 à 2950 cm 1 σ C H : alcènes : 3050 à 3080 cm 1, avec les σ C=C à 1640 cm 1 σ C H : aromatiques : 3020 à 3050 cm 1 et les σ C=C vers cm -1.