Spectroscopie IR Flashcards
Schéma général d’une synthèse de composé ?
Réaction Chimique => Traitement et Purification => Analyse Structurale
A quoi s’intéresse la chimie ?
Aux transformations de la matière
* Celles visibles au niveau macroscopique
* Celles invisibles au niveau microscopique (échelle atomique ou moléculaire)
Comment fait-on pour observer les transformation invisible ?
Spectroscopies (IR, Masse, RMN) => les « yeux » du chimiste
Utilisation de la spectroscopie ?
La spectroscopie infrarouge est un outil important pour caractériser et identifier
des molécules organiques
Rôle de caractérisation de la spectroscopie IR ?
Mise en évidence des groupes fonctionnels
Rôle d’identification de la spectroscopie IR ?
Méthode couramment utilisée dans la
Pharmacopée Européenne pour identifier un principe actif
Principe de la Spectroscopie d’absorption ?
Interaction entre une onde électromagnétique et la matière
Comment se mesure l’énergie ?
Avec la relation de Planck :
E = hnu = hc/λ = hcnu(barre)
nu(barre) = Nombre d’onde = 1/λ
Exemple de niveau d’énergie ?
- Electronique (atome, molécule)
- Vibration
- Rotation
- Spin électronique
- Spin nucléaire (RMN)
Base de mesure avec la spectro UV ?
Electrons de valence
Base de mesure avec la spectro IR ?
Vibrations
Base de mesure avec la RPE ?
Spin électron
Base de mesure avec la RMN ?
Spin noyau
Quels sont les différents domaines de l’IR ?
Proche IR: 0,78-2,5 µm
IR moyen: 2,5-50 µm
IR lointain: 50 µm-1 mm
En application où se situent les OE absorbées ?
Dans la majorité des applications, les OE absorbées se situent dans l’IR moyen :
* 2,5-25 µm
* 4000-400 cm-1
Sur quoi repose la spectroscopie d’absorption ?
Cette technique repose sur la mesure de la diminution de l’intensité du rayonnement
IR qui traverse un échantillon en fonction de la longueur d’onde
Caractéristiques générales de l’IR ?
- L’OEM (radiation infrarouge) absorbée par un échantillon en tant qu’énergie de vibrations moléculaire
- Méthode d’identification structurale (mise en évidence de la présence de groupes fonctionnels) non destructive
- Technique vérifie la loi de Beer-Lambert
En quoi la spectroscopie IR vérifie la loi de Beer-Lambert ?
Quand une OEM est absorbée par un
échantillon, l’intensité de l’onde absorbée est proportionnelle à l’épaisseur de
l’échantillon, au nombre de molécules absorbantes par unité de volume et à un
coefficient propre à l’échantillon => méthode d’analyse quantitative
Calcul de la transmittance ?
T = I/I0
Calcul de la densité optique/absorbance ?
A = Log10*I0/I
Quelles sont les différentes façons de mesurer l’interaction onde/matière ?
- La transmittance mesure le rapport entre l’intensité du rayonnement transmis et l’intensité incidente
- L’absorbance (ou densité optique) mesure la capacité du milieu à absorber la lumière qui le traverse
- La réflectance mesure la proportion de lumière réfléchie par la surface du matériau
Comment peut on qualifier la vibration des liaison des molécules ?
Permanente
De quoi dépend la fréquence de vibration des liaisons d’une molécule ?
- du type d’atomes de la liaison
- du type de liaison
Quelles sont les seules vibration qui absorbent les radiation IR ?
Seules les vibrations qui font varier le moment dipolaire de la molécule absorbent les radiations infrarouges
Origine de l’absorption de la lumière ?
Atomes au sein des liaisons animés d’1 mouvement de vibration les uns / autres => s’ils sont différents, ils forment un dipôle électrique oscillant à cette même fréquence
Comment une molécule peut absorber la lumière ?
Si l’oscillation du champ électrique de la lumière est en phase avec un des modes de
vibration de la molécule, cette molécule peut absorber la lumière
Que se passe-t-il lorsqu’une molécule absorbe une onde IR ?
L’amplitude des vibrations des liaisons moléculaires augmente, le retour à l’état normal libère de la chaleur
Que se passe-t-il lorsqu’une molécule absorbe une onde IR ?
L’amplitude des vibrations des liaisons moléculaires augmente, le retour à l’état normal libère de la chaleur
Il n’existe qu’un seul mode de variation possible pour un groupe d’atome donné.
Vrai ou Faux ?
FAUX !!
Plusieurs modes de vibrations sont possibles pour un groupe d’atomes donné => A chacun correspond une fréquence caractéristique et donc une bande d’absorption IR caractéristique
Quels sont les deux principaux modes de vibrations moléculaires ?
- Elongation = variation de la distance interatomique
- Déformation angulaire = variation de l’angle entre 2 liens adjacents
Que sont les vibration d’élongation ?
- Mouvement des atomes le long de l’axe de liaison
- Ces vibrations se situent dans la région du spectre allant de 4000 à 1000 cm-1
- Gauche du spectre
Quels sont les différents types de vibration d’élongation ?
- Vibration symétrique
- Vibration antisymétrique :
Vibration symétrique ?
Les 2 atomes d’hydrogène se rapprochent et s’éloignent de l’atome central en concordance de phase => Conservation de la symétrie moléculaire
Vibration antisymétrique ?
Les 2 atomes d’hydrogène se rapprochent et s’éloignent de l’atome central en disconcordance de phase => Perte d’un ou plusieurs éléments de symétrie moléculaire
=> demande plus d’énergie
Que sont les vibration de déformation ?
- Mouvement des atomes en dehors de l’axe de liaison
- Ces vibrations se situent dans la région du spectre allant de 1500 à 400 cm-1
- Empreinte digitale => droite du spectre
Quels sont les différents type de vibration de déformation ?
Déformations dans le plan ou perpendiculaire au plan
Caractéristique des vibration de déformation ?
- Les vibrations de déformations sont d’intensité plus faible que celles des vibrations de valence
- Elles sont nombreuses et beaucoup plus sensibles à l’environnement car elles ont besoin pour se produire d’un volume plus important et risquent donc d’être entravées par la présence d’atomes voisins
- Elles sont souvent difficiles à attribuer
Loi de l’oscillateur harmonique classique ?
Fréquence de vibration (loi de Hooke) :
nu = (1/2π)racine²(k/m)
Quelle forme géométrique décris l’énergie potentielle d’un oscillateur ?
Elle décrit une parabole
Formule de l’énergie potentielle d’un oscillateur ?
ΔEp = -FΔx => Ep = ½kx²
Formule de la fréquence de vibration par l’approche de l’oscillateur harmonique classique ?
nu(barre) = (1/2πc)*racine²(k/µ)
nu : en cm-1
k : en Dyne. cm-1 ou N.kg-1 =constante de force
µ : en kg = masse réduite
c : en cm.s-1
Formule de la masse réduite ?
µ = (m1*m2)/(m1+ m2)
De quoi dépend la fréquence de vibration ?
La fréquence de vibration dépend de :
- la masse des atomes
- la force du lien
Variation de la fréquence en fonction de la masse ?
+ la masse de l’atome est grande + µ augmente et + la fréquence sera faible
Variation de la fréquence en fonction de la force du lien ?
+ la liaison est forte + K augmente et + la fréquence forte
Nitrile ?
C≡N
Imine ?
C=N
Amine ?
C-N
Fréquence de l’empreinte digitale ?
600 à 1500 cm-1
Fréquence de caractérisation des fonctions ?
1600 à 5000 cm-1
Fréquence de C-H ?
2800-3000 cm-1
Fréquence du groupement carbonile (C=O) ?
1600-1800 cm-1
A quoi sert l’empreinte digitale ?
Identifier une molécule organique
Qu’implique le couplage des vibrations ?
L’énergie d’une vibration et donc la longueur d’onde d’absorption peut être influencée par d’autres oscillateurs dans la molécule
De quoi les effets de couplage sont-ils à l’origine ?
Ces effets de couplage sont à l’origine de l’unicité de chaque spectre d’absorption IR, cette propriété est d’une importance capitale dans l’identification d’un composé donné => Méthode d’identification de la Pharmacopée Eur
En combien de parties peut-on diviser le spectre IR ?
On peut diviser le spectre en deux sections:
* Section de droite (<1500cm-1) « emprunte digitale »
* Section de gauche (>1500cm-1) caractéristique des groupes fonctionnels
Utilisation de l’empreinte digitale ?
=> si deux spectres sont identiques dans cette section du spectre, vous pouvez conclure avec certitude qu’il s’agit du même composé
Fréquence de O-H e N-H ?
3000-3500 cm-1
Fréquence des triples liaison ?
≈ 2200 cm-1
Fréquence de C=C, C=N ?
1600-1800 cm-1
Relation entre la polarisation de la liaison et l’intensité du signal en spectroscopie IR ?
Plus une liaison est polarisée, plus l’intensité de son signal IR sera fort => Ainsi avec des molécule non polarisé on a pas de signal
Bandes observée avec alcane (sp^3) ?
Juste avant 3000 cm-1
Bandes observées avec alcène (sp^2) ?
1 à 3000 et 1 autre à 3100
Bandes observées avec alcyne (sp) ?
1 a 3000 et une autre à 3200/3250 cm-1
Avantage et inconvénient de la spectroscopie ?
- IR très utilisé pour mettre en évidence les groupes chimiques
- Ne donne pas ou très peu d’info sur le squelette carbonné
Différence entre le OH d’un acide carboxylique et O-H des alcools ?
OH bcp plus large 3500/3000 cm-1
Différences entre amide primaire et amide secondaire ?
- Amine primaire : 2 bandes proches autour de 3500/3200
- Amine secondaire : 1 bande autour de 3500/3200
