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Exercices MathSpé PC 2013-2014
Chapitre O.1
Notions de spectroscopies IR et RMN
Exercice 1 : Etude IR de cétones
1. Attribuer un spectre à l'acétone (propanone) et l'autre à la 4-méthylpent-3-ène-2-one.
2. commenter la position de la bande C=O dans chaque cas.
3. Quelle serait, selon vous, l'allure du spectre RMN de la propanone ?
Spectre 2
Spectre1
1620 cm-1
1690 cm-1
1720 cm-1
Exercice 2 : Capes externe sciences physiques 2007
On étudie maintenant les propriétés spectroscopiques des alcools et en particulier la spectroscopie
infrarouge.
1. Donner la définition de la transmittance T correspondant à la grandeur portée en ordonnée sur un
spectre infrarouge.
2. Quelle est la relation entre la transmittance T et l’absorbance A ?
3. Comment appelle-t-on la région du spectre infrarouge comprise entre 1300 et 900 cm-1 ?
4. On considère le spectre infrarouge de l’éthanol pur qui est représenté ci-après.
Associer les bandes d’absorption situées dans la région comprise entre 4000 et 1300 cm-1,
appelée région des groupes fonctionnels, à des modes de vibration de liaison.
Spectre 1 :
4600 420
0
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3800 34
00
300
0
260
0
220
0
18
00
140
0
10
00
80
0
60
0
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5. On considère les documents ci-après. Ils représentent tous les deux un extrait du spectre infrarouge
de l’éthanol soit en phase vapeur, soit en solution dans le tétrachlorométhane.
Attribuer à chacun des spectres l'état de l'alcool correspondant en expliquant les différences
observées, en particulier l’évolution de la forme et du nombre d’onde de la bande située le plus à
gauche sur le spectre.
spectre 2 :
On considère maintenant la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du proton.
6.
Donner la définition du déplacement chimique .
7.
A quelle condition concernant le noyau peut-on observer un signal en résonance magnétique
nucléaire ?
8.
Le spectre de l’éthanol pur montre habituellement pour le proton du groupe hydroxyle un pic
légèrement élargi à  = 5,35 ppm.
A une concentration comprise entre 5 et 20%, dans un solvant comme CCl4 ou CDCl3 , le pic
hydroxylique se trouve entre 2 et 4 ppm.
On montre également qu’un changement de solvant déplace le pic hydroxylique.
Expliquer pourquoi le déplacement chimique du proton hydroxyle dépend du solvant et de la
concentration de l’alcool.
9 Le pic du proton hydroxyle apparaît généralement sous forme d’un singulet.
Par contre, dans le DMSO ou l’acétone deutérés purifiés, le proton hydroxyle donne un signal dont la
multiplicité dépend de la classe de l’alcool.
Composé
Méthanol
Ethanol
Propan-2-ol
Résonance du proton hydroxyle dans le DMSO
Déplacement chimique  (ppm)
4,08
4,35
4,35
Multiplicité
Quadruplet
Triplet
Doublet
Justifier la multiplicité du signal hydroxylique dans le cas des trois alcools mentionnés dans le tableau.
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Exercice 3 :
1) Spectre RMN 1H - C8H8O2
3H
1H
1H
1H
2H
Zoom de la zone 7 ppm :
2) Spectre RMN 1H - C3H8O
6H
1H
1H
zoom
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3) Spectre IR et RMN
1H
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– C6H12O2
zoom de certaines zones du spectre RMN 1H :
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Exercice 4 :
Un composé pur est trouvé de formule brute C5H8O. On donne ci-dessous deux spectres IR le
spectre correspond au composé pur. Par contre, on note que si le composé est dilué dans le solvant CCl4
pour l’acquisition du spectre, la bande large vers 3000 cm-1 disparaît, il subsiste un pic fin vers 3700 cm1
uniquement.. Le spectre RMN du proton à 100 MHz avec la courbe d'intégration est également fourni.
1-Trouver la structure de ce composé. On prendra soin d'analyser l'évolution du spectre IR au cours de la
dilution.
Triplet, 3 H
singulet, 1 H
Singulet, 1 H
Quadruplet
dédoublé,
2H
Triplet, 1 H
2 - Interpréter le spectre RMN.
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Exercice 5 : (Agrégation interne sciences physiques 2008)
Les spectres RMN 1H du furane et du tétrahydrofurane (ou THF) sont fournis ci-après.
O
furane
Spectre RMN du THF
O
tétrahydrofurane
Spectre RMN du furane :
a) Comment interpréter les valeurs élevées des déplacements chimiques des protons du furane par
rapport au tétrahydrofurane ? Attribuer les pics dans chaque spectre.
b) Deux isomères I1 et I2 du THF ont des spectres caractérisés par les signaux ci-dessous.
Identifier I1 et I2 (une table de déplacements chimiques est fournie en début de texte)
 ppm multiplicité intégration
1,06
triplet
3H
2,14
singulet
3H
2,45 quadruplet
2H
 ppm multiplicité intégration
1,06
doublet
6H
2,39 multiplet
1H
9,57
singulet
1H
RMN 1H : table de déplacements chimiques () de quelques protons
Type de proton
Cyclopropane
Primaire
Secondaire
Tertiaire
Vinylique
Allylique
Alcool
Composé carbonylé
Hydroxylique
Aldéhydique
Enolique
Ether
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Structure Déplacement chimique (ppm)
0,1-0,2
C3H6
0,8-1,1
R-CH3
1,0-1,3
R2CH2
1,4-1,8
R3CH
4,6-8,0
C=C-H
1,7
C=C-CH3
1,0-5,0
H-COH
2,0-2,7
H-C-C=O
1,0-5,5
R-C-OH
9,0-10,0
R-(H)C=O
15,0-17,0
C=C-OH
3,3-5,0
H-C-OR
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Exercice 6 : Mines Ponts PC 2006
On utilise un composé B de formule C6H10O2
Le spectre de RMN du proton du composé B présente les signaux suivants : un triplet à 1,1 ppm (J = 6
Hz), d’intensité relative 3; un quadruplet à 2,5 ppm (J = 6 Hz) d’intensité relative 2, un multiplet mal
résolu, d'intensité relative 4, vers 2,75 ppm, et un singulet d'intensité relative 1 à 9,6 ppm. B ne présente
pas d’absorption infra-rouge significative au-dessus de 3000 cm1, et possède entre autres une bande
d’absorption anormalement large et intense à 1750 cm1 et une bande vers 2750 cm1.
Déterminer la formule développée de B, en indiquant le raisonnement complet, et en interprétant toutes
les données spectroscopiques fournies relatives à B.
Données de R.M.N. :
Type de proton
 / ppm
Alkyle
RCH3
0,8 - 1,0
Alkyle
RCH2R
1,2 - 1,4
Benzylique C6H5CH3
2,2 - 2,5
Dérivé carbonylé
2,4 - 2,7
Éther
RCOCH2R'
ROCH2R
Acide carboxylique
Aldéhyde
RCO2H
9,5 - 14,0
9,0 - 10,0
RCOH
Dérivé d’acide
3,3 - 3,9
RCH2CO2R
2,0 - 3,0
Déplacements chimiques des protons.
L'atome d'hydrogène concerné est indiqué avec une taille plus grosse.
Données infra-rouge.
Groupe fonctionnel
Alcanes CH
Fréquence /cm1
2850 – 2960
Groupe fonctionnel
Aldéhydes C
Fréquence /cm1
1720 - 1740
Alcools OH
3600 libre
Aldéhydes CH
2700 - 2800
Alcools OH
3300 – 3550 lié
Cétones C
1710 - 1730
Acides OH
3000 large
Acides CO
1740 - 1800
Exercice 7 :
Le composé naturel L-carvone est présente dans la menthe verte et l’essence de palmarosa
(géranium de l’Inde). La L-carvone possède un pouvoir rotatoire négatif. Son énantiomère, la D-carvone,
qui possède un pouvoir rotatoire positif, est présente dans les graines de carvi. L’analyse élémentaire de
la carvone conduit à 80,00 % de carbone, 9,33 % d’hydrogène et 10,67 % d’oxygène. La spectroscopie
de masse conduit à une masse moléculaire de 150 g.mol-1. Les spectres RMN et IR sont représentés ciaprès. Dans le spectre UV de la carvone on distingue un maximum d’absorption à 238 nm.
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zoom
1. Déterminer la formule brute de la carvone et calculer le nombre d’insaturations.
2. Quel groupe fonctionnel est responsable de la forte absorption à 1680 cm-1 dans le spectre infrarouge?
3. Dans le spectre IR, il n’y a pas d’absorption au delà de 3000 cm-1. Indiquer quel type de groupe
fonctionnel est absent de la carvone.
Pour le spectre RMN 1H 200 MHz compléter le tableau suivant :
Structure fine
(ppm)
1,63

1,68

1,9-2,2

2,2-2,5
multiplet se recouvrant
4,75

4,93

6,73

Intégration







4. Le nom en nomenclature officielle de la carvone est la 2-méthyl-5-(1-méthyléthènyl)-2-cyclohexén1-one. Attribuer les signaux RMN.
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