On donne les spectres IR et RMN d'une molécule organique dont la formule brute est C_3H_6O_2.
D'après la table des nombres d'onde des principales liaisons en infrarouge ci-dessous, quels sont les principaux groupes caractéristiques présents dans cette molécule ?
| Liaison | \ce{O-H} (alcools et phénols) | \ce{O-H} (acides) | \ce{N-H} | \ce{C_{tri}-H} | \ce{C_{tet}-H} | \ce{C=O} | \ce{C=C} | \ce{C_{tet}-H} | \ce{C-C} | \ce{C-O} |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \sigma (cm-1) | 3200 à 3400 (FL) | 2500 à 3200 (FL) | 3100 à 3500 (M) | 3000 à 3100 (M) | 2800 à 3100 (F) | 1650 à 1750 (F) | 1525 à 1685 (M) | 1415 à 1470 (F) | 1000 à 1250 (F) | 1050 à 1450 (M) |
Note :
- (F) forte et fine, (M) moyenne et fine, (FL) forte et large
- \ce{C_{tri}} : Carbone trigonal (avec double liaison)
- \ce{C_{tet}} : Carbone tétraédrique (4 liaisons simples)
On remarque sur le spectre IR de la molécule donnée :
- Une bande large de 2500 à 3500 cm-1, qui est caractéristique d'une liaison \ce{O-H}_{lié} ; ce groupe correspond, à priori à un groupe carboxyle ou à un groupe hydroxyle.
- Une bande forte et fine à 1720 cm-1, qui est caractéristique d'une liaison \ce{C=O} ; ce groupe correspond, à priori à un groupe carboxyle ou à un groupe carbonyle.
Les deux observations précédentes conduisent à penser qu'un groupe carboxyle est présent dans la molécule proposée.
La molécule contient un groupe carboxyle \ce{-COOH}.
Par déduction, quelles sont les formules semi-développée et topologique de la molécule ?
On sait que la molécule proposée a pour formule brute C_3H_6O_2 et qu'elle contient le groupe carboxyle \ce{-COOH}.
Ce groupe carboxyle est forcément relié à un atome de carbone et le troisième et dernier atome n'a pas d'autre choix que d'être lui-même relié à cet atome de carbone.
On a donc affaire à une molécule appartenant à la famille des acides carboxyliques. Ses formules semi-développée et topologique sont :
Quel est le nom de cette molécule ?
La chaîne carbonée la plus longue de cette molécule comporte trois atomes de carbone, son nom dérive donc du propane.
Comme elle appartient à la famille des acides carboxyliques, son nom doit l'indiquer.
Cette molécule s'appelle l'acide propanoïque.
D'après la table des déplacements chimiques fournie, dans quelle proposition les signaux du spectre RMN de la molécule sont-ils correctement attribués ?
Quelles sont les observations qui montrent que la courbe d'intégration est en accord avec les observations précédentes ?
La courbe d'intégration d'un spectre RMN comprend autant de paliers qu'il y a de signaux (ou de groupes de protons équivalents) et la hauteur de ces paliers est directement proportionnelle au nombre de protons du groupe de protons équivalents correspondant. Ici on remarque que :
- La hauteur du palier du signal à 2,3 ppm est deux fois plus grande que celle du signal à 11,4 ppm.
- La hauteur du palier du signal à 1,2 ppm est trois fois plus grande que celle du signal à 11,4 ppm.
Comme le signal à 11,4 ppm a été attribué au seul proton du groupe carboxyle, il est logique que la hauteur du signal à 2,3 ppm soit deux fois plus élevée, puisque ce groupe contient deux protons équivalents.
Il est tout aussi logique que la hauteur du signal à 1,2 ppm soit trois fois plus élevée que celle à 11,4 ppm, puisque ce groupe contient trois protons équivalents.
La courbe d'intégration est cohérente avec l'attribution aux différents groupes de protons équivalent des signaux du spectre RMN de la molécule.
La molécule comporte trois groupes de protons équivalents numérotés 1, 2 et 3 :
- Le groupe de protons numéroté 3 ne contient qu'un seul proton, celui du groupe carboxyle. La table fournie prévoit un déplacement chimique compris entre 10 et 13 ppm et un seul signal correspond à cet intervalle, le singulet à 11,4 ppm. Ce singulet doit donc être attribué au proton du groupe carboxyle.
- Le groupe de protons numéroté 2 contient deux protons et le carbone qui les porte est relié au groupe carboxyle. Ces deux protons ont trois protons voisins. Par conséquent le signal de ce groupe de protons n° 2 doit avoir l'allure d'un quadruplet, d'après la règle des (n+1)-uplets. À cause de la proximité du groupe carboxyle, le déplacement chimique doit être compris entre 2 et 3 ppm selon la table fournie. Le quadruplet à 2,3 ppm est donc attribué au groupe de protons n°2.
- Le groupe de protons numéroté 1 contient trois protons et le carbone qui les porte est relié au carbone du groupe n°2. Ces trois protons ont donc deux protons voisins. Par conséquent le signal de ce groupe de protons n°3 doit avoir l'allure d'un triplet, toujours selon la règle des (n+1)-uplets. Le déplacement chimique doit être faible, compris entre 1 et 2 ppm selon la table fournie. Le triplet à 1,2 ppm est donc attribué au groupe de protons n°3.
Les signaux du spectre RMN sont répartis ainsi :
