Transcript 1/ Observer des spectres RMN du proton 2/ À quoi correspondent

Compétences travaillées :
- Savoir extraire et exploiter des informations
- Communiquer et argumenter en utilisant un vocabulaire scientifique adapté
- Formuler des hypothèses pertinentes
RMN signifie résonance magnétique nucléaire et concerne les noyaux des atomes ce qui nécessite de grandes
énergies. Seuls certains noyaux, aux propriétés magnétiques spécifiques, peuvent se prêter au phénomène de
résonance magnétique quand on les place dans un champ magnétique de haute fréquence.
La RMN du proton H est la plus utilisée mais la RMN du carbone 13 est aussi très pratiquée.
La RMN permet de déterminer la structure complète d’une molécule simple à partir de sa formule brute.
1/ Observer des spectres RMN du proton
Q1 : Quels sont les atomes pris en compte lors de l’étude des spectres RMN des documents présentés ?
Q2 : Remplir les cadres :
ppm

Q3 : Déduire de l’observation attentive des spectres RMN donnés dans les docs 3 à 7, quels sont les facteurs qui vont
être exploités pour analyser un spectre RMN.
2/ À quoi correspondent les pics ?
Q4 : Quel est le point commun des spectres des documents 3, 4, 5 ? Quelle hypothèse peut-on formuler ?
Q5 : Comparer les spectres des documents 3, 4, 5 avec celui du doc.6. Cela modifie-t-il votre hypothèse ?
3/ Le déplacement 
Q6 : Quelle est la différence entre les spectres des documents 3, 4, 5 ? Quelle hypothèse peut-on formuler ?
Quel document corrobore cette hypothèse ?
Q7 : Proposer une molécule simple dont le spectre RMN permettrait par comparaison avec les précédents de confirmer
cette hypothèse.
4/ Application des notions des paragraphes 2 et 3
Q8 : Soit la molécule d’éthanoate d’éthyle. Donner sa formule semi-développée
Q9 : Combien de signaux observerait-on sur le spectre RMN ?
Q10 : Placer sur l’axe des déplacements les positions relatives de ces signaux :
0

5/ L’intégration des pics
Q11 : Le doc. 9 fournit le spectre RMN de la molécule de méthanoate de méthyle.
Faire les mesures permettant de vérifier que « la courbe d’intégration sert à calculer le rapport des aires sous le pic ».
Q12 : Le spectre RMN ci-dessous est celui du méthanol de formule brute CH4O. Après avoir rappelé la formule
développée de cette molécule, attribuer aux 2 pics les H correspondants.
CH4O
Q13 : À partir du spectre RMN ci-dessous, établir la formule semi-développée de la molécule de formule brute C2H5OBr.
C2H5OBr
6/ Multiplicité des pics
Q14 : Un exemple pour illustrer le document 11 :
Soit la molécule de 1,1,2-trichloroéthane.
-
Écrire sa formule semi-développée.
D’après ce qui a été étudié précédemment,
combien de pics attend-on sur le spectre RMN ?
Spectre RMN
À l’aide de la règle du
(n+1)-uplet, justifier le doublet
et le triplet observés et
identifier
les
H
correspondants.
Q15 : Application à l’éthanoate d’éthyle. Comment faut-il modifier le spectre établi en Q10 pour suivre la règle des
(n+1)-uplets ?
Document 1 : principe de la RMN
Comme toute spectroscopie, la RMN repose sur des transitions entre des niveaux d’énergie différents. En RMN,
cette transition s’effectue entre deux niveaux d’énergie propres au noyau de certains atomes de la molécule étudiée ;
c’est le cas des atomes d’ 1H avec lesquels on travaille cette année (c’est aussi possible avec 19F, 31P, 13C mais pas 12C).
Puisque les noyaux sont chargés et qu’une charge électrique en rotation engendre un champ magnétique, ces noyaux
en rotation se comportent comme de petits aimants. Si on place ces noyaux dans un champ magnétique ⃗B ces noyaux
interagissent avec ce champ magnétique et peuvent prendre deux orientations par rapport à ce champ. À ces deux
orientations correspondent deux niveaux d’énergie quantifiés.
Document 2 : obtention d’un spectre RMN 1H
Pour obtenir un spectre RMN 1H on procède généralement de la manière
suivante : quelques milligrammes d’un échantillon du composé à l’étude sont dissous
dans un solvant qui n’absorbe pas dans les conditions d’étude et qui ne contient pas de
noyaux de 1H afin de ne considérer que les hydrogènes de la molécule à l’étude. Une
petite quantité d’un composé de référence (tétraméthylsilane ou TMS) peut
également être ajoutée. La solution, contenue dans un mince tube en verre, est placée
entre les pôles d’un puissant aimant. Les noyaux des hydrogènes s’alignent alors
parallèlement ou antiparallèlement au champ magnétique créé par cet aimant. Le tube
est également placé au centre d’une bobine qui émet une onde électromagnétique de
fréquence variable (Radio Fréquences). Quand l’énergie de cette onde correspond
exactement à la différence d’énergie entre les états de faible et de haute énergie, elle
est absorbée par les noyaux (résonance magnétique nucléaire de ces noyaux). Ce
phénomène est à l’origine d’un petit courant électrique qui envoyé à un enregistreur
permet l’établissement d’un spectre RMN 1H.
D’après : Chapitre 5 – Complément © 2008 Les Éditions de la Chenelière inc
Tube RMN
L: 18 cm ; dexterne: 5 mm ; dinterne: 4
mm
Doc 3 : Spectre RMN 1H du méthane
Doc 4 : […] du bromométhane
Doc 5 : […] du chlorométhane
Doc 6 : […] du méthanoate de méthyl
Document 7 : Spectre RMN 1H du 3-méthyl-2-butanone
Document 8 : Déplacement chimique
En abscisse des spectres de RMN figure non pas la fréquence de résonance mais le déplacement chimique noté
 ; cette grandeur est directement liée à la fréquence.  s’exprime en en ppm (parties par million ; 1  = 10-6).
En ordonnée : intensité relative des pics (pas d’échelle)
Document 9 : Courbe d’intégration
L’aire comprise sous un pic d’un signal
RMN H est directement proportionnelle au
nombre de noyaux de 1H correspondant à ce pic.
La courbe d’intégration sert à calculer le rapport
des aires sous le pic.
1
Un exemple : le
méthanoate de méthyle
spectre
RMN
du
Document 10 : Table simplifiée de valeurs de déplacements chimiques
Document 11 : multiplicité du signal
Si un atome d’hydrogène (ou un ensemble d’atomes d’hydrogène équivalents) a n atomes d’hydrogènes portés
par des atomes de carbone immédiatement voisins, son signal RMN sera scindé en (n + 1) pics, phénomène appelé
multiplicité du signal en un « (n+1)-uplet ».
nombre de protons
équivalents voisins
Nombre de pics composant
le signal
Nom du signal
0
1
singulet
1
2
doublet
2
3
triplet
3
4
quadruplet
4
5
quintuplet
Intensité relative de pics