On donne les spectres IR et RMN d'une molécule organique dont la formule brute est C_4H_8O_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 forte et fine à 1740 cm-1, qui est caractéristique d'une liaison \ce{C=O} ; ce groupe correspond, à priori à un groupe carboxyle, carbonyle ou ester.
- Une des bandes moyennes et fines entre 1050 et 1450 cm-1 peut être caractéristique d'une liaison \ce{C-O}.
Les deux observations précédentes conduisent à penser qu'un groupe ester peut être présent dans la molécule proposée.
La molécule contient un groupe ester \ce{-COOC}-.
Quelles sont alors les quatre formules topologiques possibles ?
Quels sont les noms de ces molécules ?
Comme ces molécules appartiennent à la famille des esters, leurs noms doit l'indiquer :
- Le préfixe du nom reflète la première partie de la molécule avant le groupe ester.
- Le suffixe du nom reflète la seconde partie de la molécule après le groupe ester.
- Le préfixe et le suffixe sont séparés par "oate de...".
Ainsi :
La première molécule s'appelle l'éthanoate d'éthyle.
La seconde molécule s'appelle le propanoate de méthyle.
La troisième molécule s'appelle le méthanoate de propyle.
La quatrième molécule s'appelle le méthanoate de 1-méthyléthyle.
D'après la table des déplacements chimiques fournie, quelle représentation montre que le spectre RMN fourni identifie sans ambiguïté la molécule parmi les quatre propositions précédentes ?
- La troisième molécule comporte quatre groupes de protons équivalents correspondants à autant de signaux. Le spectre RMN ne montre que trois signaux. On peut donc éliminer la troisième proposition.
- La quatrième molécule montre un groupe de protons ayant six protons voisins (les deux groupes méthyles). Ainsi et d'après la règle des (n+1)-uplets on devrait observer ce groupe sortir sous la forme d'un heptuplet, ce qui n'est pas le cas. On peut donc éliminer la quatrième proposition.
- Les seconde et première molécules proposées montrent autant de groupes de protons avec la même multiplicité : un singulet, un triplet et un quadruplet. Il est difficile à priori de les départager avec le spectre RMN. Cependant un examen attentif de la table indique que dans la seconde proposition le singulet correspondant au groupe \ce{O-CH_3} devrait sortir vers 4,0 ppm ; dans la première proposition le quadruplet correspondant au groupe \ce{O-CH_2}- devrait apparaître au même déplacement et c'est effectivement ce qui est observé sur le spectre fourni.
La première proposition est par conséquent celle à retenir.
Les signaux du spectre RMN sont répartis ainsi :
Quelle proposition montre 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 2,0 ppm est 1,5 fois plus grande que celle du signal à 4,0 ppm.
- La hauteur du palier du signal à 1,2 ppm est également 1,5 fois plus grande que celle du signal à 4,0 ppm.
Comme le quadruplet à 4,0 ppm a été attribué aux deux protons du groupe \ce{O-CH_2}, il est logique que la hauteur des signaux à 2,0 et à 1,2 ppm soit 1,5 fois plus élevée, puisque ces groupes contiennent chacun trois protons équivalents.
La courbe d'intégration est cohérente avec l'attribution aux différents groupes de protons équivalents des signaux du spectre RMN de la molécule.
On sait que la molécule proposée a pour formule brute C_4H_8O_2 et qu'elle peut contenir le groupe ester \ce{-COOC}.
Les formules semi-développées et topologiques possibles sont :
