On donne les spectres IR et RMN d'une molécule organique dont la formule brute est C_3H_{7}NO.
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 moyenne et fine 3500 cm-1, qui est caractéristique d'une liaison \ce{N-H} ; cette bande étant dédoublée, on peut même penser à un groupe \ce{-NH_2} pouvant appartenir, à priori à une fonction amine ou à une fonction amide.
- Une bande forte et fine à 1680 cm-1, qui est caractéristique d'une liaison \ce{C=O} ; ce groupe correspond, à priori à une fonction carboxyle, à une fonction carbonyle ou à une fonction amide.
Les deux observations précédentes conduisent à penser qu'une fonction amide est présente dans la molécule proposée.
La molécule pourrait contenir une fonction amide \ce{-CONH_2}.
Par déduction, quelles sont la formule semi-développée ainsi que la formule topologique de la molécule ?
On sait que la molécule proposée a pour formule brute C_3H_7NO et qu'elle peut contenir le groupe amide \ce{-CONH_2}.
Ce groupe amide est forcément relié à un atome de carbone et le troisième et dernier atome de carbone 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 amides. 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 amides, son nom doit l'indiquer.
Cette molécule s'appelle le propanamide.
D'après la table des déplacements chimiques fournie, dans quelle proposition les signaux du spectre RMN de la molécule sont-ils correctement attribués ?
La molécule comporte trois groupes de protons équivalents numérotés 1, 2 et 3 :
- Le groupe de protons numéroté 3 contient deux protons, ceux du groupe amide. La table fournie prévoit un déplacement chimique compris entre 5 et 8 ppm et un seul signal correspond à cet intervalle, le singulet à 6,5 ppm. Ce singulet doit donc être attribué au proton du groupe amide.
- Le groupe de protons numéroté 2 contient deux protons, et le carbone qui les porte est relié d'une part au groupe amide et d'autre part au groupe méthyle du carbone numéroté 1 : 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 amide, le déplacement chimique doit être compris entre 2 et 3 ppm selon la table fournie. Le quadruplet à 2,2 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 1,0 ppm est donc attribué au groupe de protons n°3.
Les signaux du spectre RMN sont répartis ainsi :
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 2,2 ppm est la même que celle du signal à 6,5 ppm.
- La hauteur du palier du signal à 1,0 ppm est également 1,5 fois plus grande que celle du signal à 6,5 ppm.
Comme le signal à 6,5 ppm a été attribué aux deux protons du groupe amide, il est logique que la hauteur du signal à 2,2 ppm soit la même, puisque ces groupes contiennent chacun deux protons équivalents.
Comme le signal à 6,5 ppm a été attribué aux deux protons du groupe amide, il est logique que la hauteur du signal à 1,0 ppm soit 1,5 fois plus élevée, puisque ces groupes contiennent respectivement deux et 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.