Exercices: Spectre infrarouge et groupes caractéristiques

En spectroscopie IR, on représente la transmittance en fonction du nombre d'onde $\sigma = 1/\lambda$ en $\text{cm}^{-1}$.

1. a) Calculer le nombre d'onde d'une radiation de longueur d'onde $\lambda = 5,9\ \mu\text{m}$.
2. b) Une bande d'absorption se traduit-elle par un maximum ou un minimum de transmittance ? Justifier.

Données : liaison O–H alcool : $3200$–$3700\ \text{cm}^{-1}$ (large) ; O–H acide carboxylique : $2500$–$3200\ \text{cm}^{-1}$ (très large) ; C=O : $1650$–$1740\ \text{cm}^{-1}$ ; C–H : $2800$–$3000\ \text{cm}^{-1}$.

Associer chaque bande à une liaison : $1715\ \text{cm}^{-1}$ (fine et intense) ; $3350\ \text{cm}^{-1}$ (large) ; $2950\ \text{cm}^{-1}$.

Le spectre IR d'un composé de formule $\mathrm{C_3H_6O}$ présente une bande intense à $1720\ \text{cm}^{-1}$ et aucune bande entre $3200$ et $3700\ \text{cm}^{-1}$.

1. a) Quel groupe caractéristique est présent ?
2. b) Pourquoi peut-on exclure un alcool ?

Un flacon contient soit du propan-1-ol, soit de la propanone. Le spectre IR enregistré montre une bande large vers $3340\ \text{cm}^{-1}$ et une bande vers $2960\ \text{cm}^{-1}$, sans bande entre $1650$ et $1740\ \text{cm}^{-1}$.

1. a) Écrire les formules semi-développées des deux composés.
2. b) Identifier le contenu du flacon en justifiant.

On oxyde l'éthanol. Le spectre IR du produit isolé présente une bande large de $2500$ à $3200\ \text{cm}^{-1}$ et une bande fine à $1710\ \text{cm}^{-1}$.

1. a) Identifier le produit formé et écrire sa formule.
2. b) Indiquer comment évolue le spectre IR au cours d'une oxydation complète de l'éthanol en ce produit.

Pour l'éthanoate d'éthyle $\mathrm{CH_3COOC_2H_5}$, on observe une bande à $1740\ \text{cm}^{-1}$ mais pas de bande large entre $2500$ et $3600\ \text{cm}^{-1}$.

1. a) Représenter la formule semi-développée et entourer le groupe caractéristique.
2. b) Expliquer pourquoi le spectre IR permet de vérifier l'absence d'acide éthanoïque et d'éthanol après une synthèse.

Un composé organique de formule brute $\mathrm{C_4H_8O_2}$ a un spectre IR avec une bande très large de $2500$ à $3200\ \text{cm}^{-1}$ et une bande intense à $1705\ \text{cm}^{-1}$.

1. a) Déterminer le groupe caractéristique présent.
2. b) Proposer deux formules semi-développées possibles et les nommer.
3. c) Expliquer pourquoi le spectre IR ne permet pas de les départager et proposer une autre information utile.

Deux isomères de formule $\mathrm{C_3H_6O}$ sont : la propanone et le prop-2-én-1-ol. Les bandes observées pour l'échantillon A : $1715\ \text{cm}^{-1}$ ; pour l'échantillon B : $3350\ \text{cm}^{-1}$ (large) et $1645\ \text{cm}^{-1}$ (fine, C=C).

1. a) Écrire la formule de chaque isomère.
2. b) Attribuer chaque spectre à son composé en justifiant.
3. c) Expliquer pourquoi la liaison O–H d'un alcool en phase liquide donne une bande large.

On suit par IR l'oxydation du butan-2-ol par une solution acidifiée de dichromate de potassium. Les spectres de prélèvements à $t = 0$, $t_1$, $t_2$ montrent que l'absorbance de la bande à $3350\ \text{cm}^{-1}$ diminue tandis que celle de la bande à $1715\ \text{cm}^{-1}$ augmente.

1. a) Écrire la formule du produit formé et le nommer.
2. b) Interpréter les évolutions des deux bandes.
3. c) Expliquer pourquoi, contrairement à l'oxydation du butan-1-ol, on n'observe pas de bande très large de $2500$ à $3200\ \text{cm}^{-1}$.