Cours 3 IR - PDF

 La spectroscopie vibrationnelle explore donc les relations entre atomes liés, vibrant l’un vis-à-vis de l’autre et par rapport à l’ensemble des atomes voisins. La spectroscopie d’absorption infrarouge donne des informations suffisamment concernant les fonctions et établir l’environnement proche...

 La spectroscopie vibrationnelle explore donc les relations entre atomes liés, vibrant l’un vis-à-vis de l’autre et par rapport à l’ensemble des atomes voisins. La spectroscopie d’absorption infrarouge donne des informations suffisamment concernant les fonctions et établir l’environnement proche de ces fonctions afin d’avancer dans l’écriture des structures. Parmi les méthodes à la disposition du chimiste pour l'analyse structurelle, la résonance magnétique nucléaire (RMN) et l'infrarouge (IR) jouent des rôles complémentaires : la RMN permet de connaître l'enchaînement des atomes, l'infrarouge les groupes fonctionnels présents dans les molécules.  Techniques Expérimentales en spectroscopie Infrarouge Il existe trois sortes de spectromètres IR: le spectromètre à balayage, le spectromètre à transformée de Fourier ( TFIR) et spectromètre à Réflexion total atténuées (ATR). Un spectromètre IR à balayage s'agit du modèle le plus classique, semblable aux spectrophotomètres utilisés en spectroscopie UV-visible. Un spectromètre IR à transformée de Fourier (IRTF) est identique à un spectromètre à balayage le système dispersif est remplacé par un interféromètre (de Michelson) dont la position est ajustée par laser. La réflectance totale atténuée (ATR) est une technique utilisée en spectroscopie infrarouge (IR), plus précisément en spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Globalement, pour les trois types de spectromètres, les sources et les détecteurs peuvent être les mêmes.  Préparation d'un échantillon Infrarouge Dans un premier temps, nous allons voir comment se prépare un échantillon pour le spectre infrarouge.  Le domaine de fréquence d’Infra Rouge ou IR elle est très important pour faire des analyses qualitatives et quantitatives : polymères…. réservé à des recherches très C’est le moyen infrarouge qui nous spécialisées intéressera dans cette étude (pour déterminer les groupes fonctionnels contenus dans une molécule). 4000 cm-1 à 400 cm--1  La théorie de l’oscillateur harmonique s’appuie, dans une approche simple, sur le mouvement d’une seule masse fixée à un ressort. A la suite d’une compression ou d’un étirement du ressort, cette masse va entamer un mouvement périodique, oscillant autour de la longueur standard du ressort (…..de la longueur de liaison en IR). Le nombre d'oscillations par unité de temps, c'est-à-dire la fréquence, est donné par la relation : Cette fréquence, caractéristique de chaque oscillateur, est à la base de l'interprétation des bandes d'élongation en spectroscopie Infra Rouge ! Principe En fait, ces modèles simples ne sont pas directement utilisables pour formaliser le comportement des molécules car celles-ci ne sont pas attachées à un point fixe. On est donc amené à envisager un modèle un peu plus complexe.  Soient C1 et C2 deux corps de masses respectives m1 et m2, reliés l'un à l'autre par un ressort de raideur k. Il est facile de montrer qu'un tel système possède la même fréquence et la même énergie potentielle que le système précédent dans lequel la masse du corps C est égale à la masse réduite m des deux corps. En raisonnant de la même manière que précédemment, mais avec la masse réduite , on obtient des expressions similaires. La fréquence des oscillations se calcule en tenant compte de la masse réduite du système. Le modèle de l' oscillateur harmonique est efficace tant que l'on ne s'éloigne pas trop de la distance d'équilibre, c'est-à-dire de la longueur de liaison. D'un point de vue dynamique, il permet de calculer la "fréquence" (en fait le nombre d'onde) associée à la vibration de la liaison grâce à la relation, connue sous le nom de Loi de Hooke :  Le spectre Infra Rouge d'une molécule résulte de transitions entre ses différents états vibrationnels. Parmi ces vibrations, les oscillations ou élongations. Pour faciliter l'étude de ce type de vibrations, on a généralement recours au modèle physique de l'oscillateur harmonique.  Les rayonnements infrarouges (800 nm C=O. On observe soit un effet de conjugaison, soit un effet inductif. La conjugaison avec >C=C< diminue la fréquence du >C=O. Les groupements électronégatifs augmentent la fréquence du >C=O. L'azote (cas des amides) diminue la fréquence du >C=O. Les contraintes stériques (cycle) sur le carbone augmentent la fréquence. une substitution du carbonyle >C=O par un groupe ayant un effet inductif attracteur d'électrons (-OR ou -Cl) entraîne une augmentation de la fréquence Bien que ces groupements (-OR ou -Cl) soient porteurs de doublets libres, c'est l'effet inductif qui emporte sur l’effet de la conjugaison. Par contre, dans le cas d'une substitution par un atome d'azote, on observe un effet de conjugaison et la fréquence du carbonyle >C=O diminue. Spectre IR de heptanal. Spectre IR de l’heptan-2-one Fonction aldehyde Fonction amide Spectre IR de : butanamide.  Comparaison entre la fonction amine et amide CH3-CH2-CH2-CO-NH2 la N butyramide CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-NH2 On observe 2 bandes pour le -NH2 On observe 2 bandes pour le -NH2 dans la région 3500-3200 cm-1. dans la région 3500-3100 cm-1. Attention, la formation d'une liaison hydrogène peut élargir ces deux bandes et les amener à fusionner en une seule. CH3-CH2-CH2-CH2-NH-CH3 CH3-CO-NH-CH2-CH3 la N-méthyl butylamine la N-éthyl acétamide On observe 1 bande pour le >NH On observe 1 bande pour le >NH dans la région 3350-3200 cm-1. dans la région 3500-3300 cm-1  Un spectre infrarouge renseigne sur la nature des liaisons présentes dans une molécule et permet d'en identifier les groupes caractéristiques. Les spectres IR du propanal et de la propanone présentent une bande forte et fine centrée sur 1700 cm-1 et caractéristique du groupe carbonyle C=O. L'analyse de cette seule bande ne permet pas de distinguer les deux molécules. En revanche, la présence de deux bandes moyennes et fines entre 2 750 et 2 900 cm-1 dans le spectre du propanal, caractéristique de la liaison C-Haldehyde et leur absence dans le spectre de la propanone, permet de les différencier.  Les phtalates dans les emballages Les phtalates sont fréquemment ajoutés aux matières plastiques pour les rendre flexibles et souples. Soupçonnés d'être des perturbateurs endocriniens, leurs utilisations sont réglementées. Ainsi, le diisononyle phtalate (DINP) ne doit pas représenter plus de 0,1 % en masse de matière plastique pour les jouets pour enfants pouvant être portés à la bouche. La teneur en DINP d'un jouet pour enfant est déterminée, après dissolution d'un échantillon du plastique dans du dichlorométhane, par mesure de l'absorbance à 1 730 cm-1. À ce nombre d'onde, l'aire de la surface délimitée par la bande d'absorption est proportionnelle à la concentration en DINP. Interprétation des spectres Infrarouges Application Merci pour votre attention