Pour passer d'un état d'énergie à l'autre, un noyau d'atome d'hydrogène 1H doit absorber un photon transportant le quantum d'énergie : ΔE = h.

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1 1. a. Le pénomène de RMN implique-t-il le noyau et/ou les électrons de certains atomes? Le pénomène de RMN implique le noyau de certains atomes.. Quelle est la nature du camp utilisé pour oserver le pénomène de RMN? est un camp magnétique qui est utilisé pour oserver le pénomène de RMN. c. Pourquoi le noyau cité dans le document 1 est-il intéressant pour l utilisation de la RMN en cimie organique? Le noyau 1 de l atome d ydrogène est sensile à la présence d un camp magnétique, d où son utilisation de la RMN en cimie organique. 2. a. La différence d énergie ΔE entre les niveaux d énergie d un noyau d atome d ydrogène du métane 4 dans un camp magnétique est proportionnelle à la valeur B de ce camp magnétique : ΔE = k. B, avec k = 2, J.T -1 alculer la fréquence de résonance ν d un noyau d ydrogène si B = 4,70 T. Faire une recerce pour savoir à quel domaine de longueurs d onde électromagnétique appartient cette radiation. Donnée : le quantum 2 d énergie ΔE est associé à une radiation de fréquence ν par la relation ΔE =. ν (La valeur de la constante de Planck est = 6, J.s). On a : ΔE = k. B, avec k = 2, J.T -1 Pour passer d'un état d'énergie à l'autre, un noyau d'atome d'ydrogène 1 doit asorer un poton transportant le quantum d'énergie : ΔE =. ν k. B ΔE = k. B =. ν ν = 26 2, ,70 ν = ν = 2, z = 200 Mz 34 6,63.10 ette fréquence appartient au domaine des ondes radio.. Quel peut être l inconvénient de travailler avec une grandeur comme la fréquence de résonance d un noyau d atome d ydrogène? D'après le texte, la fréquence de résonance d'un noyau dépend du camp magnétique du spectromètre utilisé, ce qui rend difficile les comparaisons entre les mesures effectuées avec des appareils différents. c. En analysant l expression de ν trouvée à la question a., par quelle grandeur faudrait-il diviser ν pour otenir une grandeur qui ne dépend pas du coix du spectromètre? La relation précédente montre que la fréquence ν est proportionnelle au camp magnétique de l appareil de mesure. On peut donc diviser ν par B appareil pour otenir une grandeur qui ne dépend pas de l appareil de mesure. Document 4 les informations d un spectre de RMN 1. a. Quelle est la particularité de l orientation de l axe des ascisses d un spectre RMN? L axe des ascisses d un spectre RMN est orienté de la droite vers la gauce.. Mesurer la auteur a du plus grand saut de a la coure d intégration et celle, du plus petit saut. alculer le rapport. La mesure du plus grand saut de la coure d intégration : a = 15 mm et celle du plus petit saut de la a 15 coure d intégration : = 5 mm. Le rapport vaut : = = 3 5

2 O Les trois atomes d ydrogène en rouge sur la molécule du métanoate de métyle ont un environnement cimique analogue, ce sont donc des atomes d ydrogène équivalents. O PROTONS EQUIVALENTS L atome d ydrogène en leu sur la molécule du métanoate de métyle a un environnement cimique différent aux trois autres atomes d ydrogène de la molécule. Le déplacement cimique d un proton dépend de la densité électronique autour de lui. Des protons qui ont le même environnement dans la molécule sont équivalents : ils ont le même déplacement cimique.. e résultat est-il coérent avec le nomre de signaux oservés sur le spectre? Les atomes d ydrogène en leu et en rouge ont des déplacements cimiques différents, car ils ont des environnements cimiques différents. D où la présence de deux pics sur le spectre RMN. c. Utiliser la coure d intégration pour associer à caque signal un groupe d atomes d ydrogène de la molécule. Nous avons deux pics et un rapport pour la coure d intégration a = 3. On retrouve le nomre d atomes d ydrogène équivalents. Donc le pic correspondant aux trois atomes en rouge sur la molécule est celui qui a la plus grande auteur a, et celui qui a une auteur correspond à l atome d ydrogène en leu sur la molécule. PRINIPE DE LA OURBE D INTEGRATION Sur le spectre RMN, pour caque groupe de protons équivalents, l intensité des pics, donc l aire se situant sous caque multiplet, est proportionnelle au nomre de protons entrant en résonance. L intensité des pics est déterminée grâce à une coure appelée coure d intégration, tracée au-dessus du spectre RMN. Elle est constituée d autant de paliers que de groupes de protons équivalents. La auteur relative des paliers de la coure d intégration indique les proportions de protons dans caque groupe de protons équivalents. Remarque : la auteur des paliers de la coure d intégration est parfois directement inscrite à côté des multiplets ,dimétylpropane Tous les atomes d ydrogène de la molécule de 2-2,dimétylpropane ont un environnement cimique analogue, ce sont donc des atomes d ydrogène équivalents. Le spectre aura donc un pic unique à environ 0,8 ppm.

3 O 2-métoxy-2-métylpropane Les trois atomes d ydrogène en leu, sont des atomes d ydrogène équivalents car ils ont un environnement cimique analogue. Les neuf atomes d ydrogène en rouge, sont des atomes d ydrogène équivalents car ils ont un environnement cimique analogue. Le spectre aura donc deux pics dont l un aura un saut d intégration 3 fois plus importants. Le pic à 1,3 ppm correspond aux 9 atomes d ydrogène équivalents en rouge et le pic à 3,2 ppm correspond aux 3 atomes d ydrogène équivalents en leu. 3 N 3 3 trimétylamine Tous les atomes d ydrogène de la molécule de trimétylamine ont un environnement cimique analogue, ce sont donc des atomes d ydrogène équivalents. Le spectre aura donc un pic unique à environ 2,2 ppm.. Quelle est l influence de la présence d un atome électronégatif sur le déplacement cimique d un noyau d atome d ydrogène 1 situé à proximité de celui-ci? Données : et ont des électronégativités voisines. Atomes classés par ordre d électronégativité croissante : ; N ; O. Plus les atomes présents dans la molécule sont électronégatifs, plus le déplacement cimique d un noyau d atome d ydrogène sera important : N O δ = 0,8 ppm δ = 1,3 ppm δ = 2,2 ppm δ = 3,2 ppm

4 1. a. Pourquoi peut-on attriuer le signal à 4,1 ppm aux noyaux des atomes d ydrogène ()? On peut attriuer le signal à 4,1 ppm aux noyaux des atomes d ydrogène () en oservant le saut de la coure d intégration, le plus petit saut étant associé aux atomes d ydrogène équivalents les moins importants en nomre.. Le signal à 1,3 ppm est formé de trois pics : un tel signal est appelé triplet. Oserver les deux autres signaux et proposer un nom pour cacun. Le signal à 2 ppm est constitué d un seul pic, c est donc un singulet. Le signal à 4,1 ppm présente 4 pics, c est donc un quadruplet. c. Des atomes d ydrogène séparés par trois liaisons (simples ou multiples) sont dits voisins. Identifier les atomes d ydrogène voisins deux à deux. On oserve qu il y a deux groupes d atomes d ydrogène voisins, identifier ces deux groupes. Les atomes d ydrogène (a), n ont pas d atomes d ydrogène voisins séparés par trois liaisons. Les atomes d ydrogène () ont les atomes d ydrogène (c) comme voisins car ils sont séparés de trois liaisons, de même les atomes d ydrogène (c) ont les atomes d ydrogène () comme voisins. d. On peut montrer que si un atome d ydrogène n a pas d atomes d ydrogène voisins, le signal de son noyau est un pic fin et unique. Attriuer le pic oservé à 2,0 ppm aux noyaux d atomes d ydrogène responsales de ce signal, et en déduire l attriution du signal à 1,3 ppm Les atomes d ydrogène (a), n ont pas d atomes d ydrogène voisins séparés par trois liaisons, le signal de leurs noyaux sera un pic fin et unique avec un saut d intégration 3 fois plus important. Donc le signal oservé à 2,0 ppm peut être attriué aux trois atomes d ydrogène (a). Les atomes d ydrogène () étant associés au signal à 4,1 ppm, le triplet à 1,3 ppm sera donc associé aux trois atomes d ydrogène (c). 2. a. Recopier et compléter le taleau suivant. Atomes d ydrogène notés (a) notés () notés (c) Déplacement cimique 2,0 ppm 4,1 ppm 1,3 ppm Nomre de pics dans le signal Nomres d atomes d ydrogène équivalents voisins 0 3 2

5 . Proposer une relation simple entre le nomre d atomes d ydrogène voisins, d un noyau d atome d ydrogène et le nomre de pics du signal de ce noyau. MULTIPLIITE DU SIGNAL Lorsque des protons non équivalents sont voisins, c est-à-dire portés par des atomes de carone directement liés, caque groupe de protons équivalents présente un signal constitué de plusieurs pics, appelé multiplet. Un groupe de protons équivalents possédant n voisins non équivalents à ce groupe de protons est caractérisé par un multiplet de n + 1 pics. Nomre de voisins n Nomre de pics : n + 1 Nom du multiplet Intensité relative des pics = 1 singulet = 2 doulet = 3 triplet = 4 quadruplet La multiplicité du signal RMN permet d accéder au nomre de voisins équivalents du groupe de protons considéré. DETERMINATION DE LA FORMULE D UNE MOLEULE Des tales fournissent des fourcettes de valeurs de déplacements cimiques de protons dans un environnement donné. A partir du spectre RMN d une molécule, il est possile de déterminer sa formule développée, connaissant sa formule rute. Pour cela, on exploite trois types d informations : les valeurs des déplacements cimiques, la multiplicité des différents signaux et la coure d intégration.