280nm : elle est incolore.

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1 L absorbance A d une espèce chimique en solution suit la loi de BEER-LAMBERT A=ε λ l ù l est l épaisseur de la solution traversée dans la cuve, sa concentration molaire et ε λ le coefficient d absorption molaire (ou coefficient d extinction molaire). L acétone n absorbe que dans l ultraviolet, avec 280nm : elle est incolore. Une espèce chimique incolore n absorbe aucune radiation dans le domaine visible. Les ions cuivre (II) ( 700nm ) absorbent dans le rouge-orangé : ils ont une couleur bleu-vert. Lorsqu une espèce chimique n absorbe que dans un seul domaine de longueurs d onde du visible, sa couleur perçue est la couleur complémentaire de celles des radiations absorbées. Les ions chrome (III) ont deux ima d absorption : 700nm (violet) et 700nm (orangé). Leur couleur perçue est la synthèse additive des deux couleurs complémentaires de celles absorbées : jaune + bleu, ce qui donne du vert. Lorsqu une espèce chimique absorbe dans plusieurs domaines de longueurs d onde, sa couleur résulte de la synthèse additive des couleurs complémentaires des radiations absorbées. 750nm IR UV 400nm Rouge Violet 600nm range Bleu 480nm Jaune Vert 580nm 530nm Benzène (incolore) Naphtalène (incolore) Anthracène (jaune) 254nm 314nm 380nm Naphtacène (orange) Pentacène (violet) 254nm 254nm Plus une molécule comporte de doubles liaisons conjuguées, et plus les radiations absorbées ont une grande longueur d onde. Partie I - bserver

2 Familles de molécules organiques déjà vues en 1 ère S : FNTIN Alcool Aldéhyde étone Acide carboxylique GRUPE ARATERISTIQUE D autres familles organiques à connaître en terminale S : R ydroxyle arbonyle arbonyle arboxyle FNTIN Alcène Ester Amine Amide GRUPE R R N ARATERISTIQUE N Alcène Ester Amine Amide R a.nomenclature des alcènes Un alcène non-cyclique a pour formule brute générale n 2n. La nomenclature des alcènes dérive de celle des alcanes : on remplace la terminaison «ane» par la terminaison «ène» des alcènes, en précisant, juste devant, la position de la double liaison = (cette position doit être la plus petite possible en numérotant la chaîne carbonée principale). La fonction alcène est prioritaire sur les ramifications. Exemples : Prop-1-ène 2-méthylbut-2-ène Remarque : à cause de la double liaison, il peut apparaître une isomérie Z / E. dans ce cas, il est indispensable de préciser s il s agit de l isomère Z ou E. Exemples : (E)-pent-2-ène (Z)-pent-2-ène (E)-4-méthylpent-2-ène (E)-3,4-diméthylhex-3-ène 3-éthyl-4,4-diméthylpent-1-ène Partie I - bserver

3 b.nomenclature des esters Un ester est une molécule de formule générale : R Le nom d un ester est un nom composé de deux termes, «carboxylate d alkyle» : La première partie du nom se termine par «oate», il s agit du nom de la partie de la molécule dérivant de l acide carboxylique (la base conjuguée étant l ion carboxylate» ; R La deuxième partie du nom se termine en «yle», elle correspond au nom de la partie qui vient s accrocher sur le carboxylate. Exemples : 3 R Méthanoate de méthyle éthanoate de méthyle méthanoate d éthyle 3-méthylbutanoate de méthyle 4,4-diméthylpentanoate de propyle Les esters sont en général des molécules très odoriférantes, on trouve nombre d arômes (naturels ou artificiels) qui font partie de cette famille de molécules : L arôme d ananas provient du butanoate d éthyle, celui de poire est dû à l éthanoate de 3-méthylbutyle. c. Nomenclature des amines Une amine a pour formule générale : R N R N R N R" Amine primaire Amine secondaire Amine tertiaire Partie I - bserver

4 N 2 N 2 N 2 Lycée Paul EZANNE Aix-en-Provence Terminale S Réforme Pour une amine primaire, le nom dérive de l alcane correspondant, auquel on ajoute la terminaison «amine» en précisant sa position sur la chaine carbonée juste avant : Éthanamine pentan-3-amine 3,4-diméthylhexan-2-amine Lorsque l amine est secondaire ou tertiaire, il faut déterminer la chaine carbonée principale, les autres chaînes carbonées sont des ramifications en position «N» : N N N-éthyléthanamine N-éthyl-N,2-diméthylbutan-1-amine En vieillissant, les poissons dégagent des odeurs nauséabondes dues à la N,N-diméthylméthanamine et à la butane-1,4-diamine : N d.nomenclature des amides Un amide a pour formule générale : R 2 N N R" N 2 ù R, R et R peuvent être des groupes alkyles ou des hydrogènes. Lorsque les amides sont non-substitués en N, leur nom dérive de celui de l alcane de même chaîne carbonée en remplaçant la terminaison «ane» par la terminaison «amide» : N 2 N 2 N 2 Méthanamide 2-méthylpropanamide 3,3-diméthylbutanamide N N-éthyl-N-méthylpropanamide Remarque : le groupe amide est toujours en bout de chaîne, sa position est donc toujours sur le premier carbone (il est alors inutile de la préciser). Partie I - bserver

5 Lorsque les amides sont substitués en N, on fait comme pour les amines (les groupes alkyles sont précisés en position «N») : N N N N-méthyléthanamide N,N-diméthyléthanamide N-éthyl-N,3,4-triméthyl-hexanamide Le document ci-dessous présente le spectre infrarouge de l hexan-1-ol : En abscisse, on trouve le nombre d onde σ inverse de la longueur d onde λ ( 1 ) : ce nombre s exprime généralement en cm -1 ; En ordonnée est reportée la transmittance exprimée en pourcentage : une transmittance de 100% signifie qu il n y a pas d absorption. Quel que soit l état physique des molécules, leurs atomes ne sont jamais fixes, ils vibrent. Il existe différent modes de vibration : Élongation (symétrique et antisymétrique) : Partie I - bserver

6 Déformations angulaires dans le plan (cisaillement et bascule) : Déformations angulaires hors du plan (torsion et agitation) : Un spectre infrarouge renseigne sur la nature des liaisons présentes dans une molécule, et donc sur les groupes caractéristiques. haque type de liaison a une bande d absorption correspondant à un nombre d onde caractéristique. Bandes d absorption caractéristiques : LIAISN NMBRE D'NDE (cm -1 ) INTENSITÉ à 3650 F N à 3500 M tri à 3100 M tét à 3000 F = 1650 à 1750 F = 1625 à 1685 M tét à 1470 F à 1450 F Partie I - bserver

7 L association des molécules d alcools par liaison hydrogène provoque la diminution de la valeur du nombre d onde du imum d absorption de la liaison - et l élargissement de la bande d absorption. Partie I - bserver

8 La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire ou RMN est basée sur l énergie que possèdent certains noyaux lorsqu ils sont déplacés dans un champ magnétique et soumis à un rayonnement électromagnétique. Bien que de très nombreux éléments puissent être étudiés en RMN, on se limitera à la RMN de l hydrogène 1 ou RMN du proton (le noyau d un atome 1 est constitué d un seul proton). L énergie des protons d une molécule dépend de leur environnement électronique : la RMN permet par exemple de distinguer, dans la molécule d éthanol, les protons du groupe méthyle 3 de ceux du groupe méthylène 2 et de celui du groupe hydroxyle. Spectre RMN de l éthanol dans Dl 3 : Dans un spectre de RMN, chaque signal, quasi symétrique, est caractérisé par sa position sur un axe orienté de droite à gauche appelé déplacement chimique et exprimé en ppm (parties par million). Spectre RMN de l éthanol : 3 2 Ainsi, dans l éthanol, les protons du groupe méthyle résonnent vers 1,2ppm, ceux du groupe méthylène vers 3,6ppm et celui du groupe hydroxyle vers 2,6ppm. Partie I - bserver

9 Les valeurs des déplacements chimiques sont le plus souvent comprises entre 0 et 10ppm. Le proton du groupe carboxyle (qui résonne entre 8,5ppm et 13ppm), et celui lié au groupe carbonyle des aldéhydes (qui résonne entre 9ppm et 10ppm) sont des exceptions remarquables. Il est intéressant de savoir que les protons du benzène 6 6 ou de ses dérivés résonnent vers 7-8ppm, valeur relativement élevée et donc facilement repérable dans le spectre. Spectre RMN du toluène : 3 Les déplacements chimiques des protons des groupes méthyle de l éthanoate de méthyle illustrent l importance de l environnement des protons considérés : 3 3 eux du méthyle accroché directement au carbone résonnent à 2ppm, alors que ceux du méthyle accroché à l oxygène résonnent à 3,7ppm. Partie I - bserver

10 Des protons équivalents résonnent pour la même valeur de déplacement chimique qui ont le même environnement chimique dans une molécule sont équivalents. ; des protons Ainsi, les 4 protons des méthylènes du 1,2-dichloroéthane sont équivalents et résonnent à 3,8ppm, par contre ils ne le sont pas pour le 1-chloro-2-iodoéthane (les protons près du chlore résonnent à 3,8ppm alors que ceux près de l iode résonnent à 3,4ppm). Spectre RMN du 1,2-dichloroéthane : 2 2 l l Spectre RMN du 1-chloro-2-iodoéthane : l I 2 2 Sur des spectres RMN on peut superposer une courbe d intégration des signaux : cette courbe présente des paliers. La hauteur séparant deux paliers successifs est proportionnelle au nombre de protons résonant au déplacement chimique correspondant. Dans un spectre RMN, la courbe d intégration permet de déterminer le nombre de protons équivalents résonant pour une valeur donnée du déplacement chimique. Partie I - bserver

11 Spectre RMN du toluène : h 2 h 1 Un proton (ou un groupe de protons équivalents) ayant pour voisins n protons équivalents, donne par couplage avec ceux-ci un signal constitué de (n + 1) pics. e signal est appelé multiplet. Des protons équivalents ne se couplent pas entre eux. Les protons des groupes hydroxyle (-), carboxyle (-) et amine (-N 2 ou -N-) ne peuvent pas se coupler avec d autres protons : ils donnent des singulets. Spectre RMN de la butanone : Partie I - bserver

12 Les spectres UV-visible, infrarouge ou de RMN dont dispose aujourd hui un chimiste dans son laboratoire lui permettent : D identifier un composé inconnu ; De vérifier la pureté d un produit connu, par absence de bandes (IR) ou des signaux (RMN) dus à des impuretés ; De suivre une réaction en étudiant l apparition ou la disparition de réactifs, de produits ou d espèces intermédiaires ; De doser un mélange à partir de l intensité des pics ou des courbes d intégration ; La spectroscopie a de nombreuses applications aujourd hui, dans l industrie, la médecine, etc. Partie I - bserver