Chapitre 4: Analyse spectrale en chimie

La spectroscopie consiste à déterminer la structure des molécules en observant le spectre obtenu lorsque elles interagissent avec les ondes électromagnétiques.

Tableau présentant les types d'ondes em utilisées en spectroscopie

Wikipedia article sur la spectroscopie

Voici une vidéo du site http://www.universcience.tv intitulée La nature au labo qui montre les étapes du travail de laboratoire de l'Institut de Chimie des Substances Naturelles qui:

  1. recherche des molécules thérapeutiques dans les plantes,
  2. puis les isole,
  3. les identifie grâce aux techniques de spectroscopie,
  4. et enfin recherche les méthode de synthèse.

Nomenclature des composés organiques

La nomenclature permet d'associer un nom à une molécule.

L'écriture générale d'un composé monofonctionnel s'effectue dans l'ordre suivant :

Diverses parties du nom d'un composé organique

La chaîne principale est la plus longue chaîne carbonée de la molécule qui porte le groupe caractéristique.

Les groupes fonctionnels à connaître en terminale S

La chaîne principale est numérotée en attribuant un chiffre minimal au groupe caractéristique.

  • butan-1-ol
  • acide 2-méthylpropanoïque

Les ramifications doivent être numérotées également, s'il y a plusieurs ramifications de même type, on fait précéder leur nom d'un préfixe di, tri, tétra...

  • 4-éthyl-3-méthylhexan-2-one
  • 2,2-diméthylpentanal

Dans le cas des composés azotés : amine et amide, on utilise un N si l'atome d'azote fonctionnel porte des ramifications.

  • butan-1-amine
  • N-méthyl-butan-2-amine
  • N,N-diméthyl propanamide

Les esters portent deux chaînes carbonées, le nom est de la forme alcanoate d'alkyle. La première partie du nom correspond à la chaîne carbonée liée au carbone fonctionnel, et la deuxième partie au nom de celle liée l'oxygène du groupe ester.

  • éthanoate d'éthyle
  • éthanoate de butyle
  • butanoate d'éthyle

La spectroscopie UV-visible

Vous avez vu en première S que les molécules colorées absorbent dans le domaine visible en raison de la présence de liaisons doubles conjuguées. Les autres molécules, incolores absorbent dans l'UV.

Un spectrophotomètre permet de mesurer l'absorbance d'une solution en fonction de la longueur d'onde.

Copie d'écran de la simulation Hachette sur le spectre du permanganate de potassium

Spectres d'absorption UV-vis des colorants alimentaires :

Spectre d'absorption et couleur

Si la solution n'absorbe que dans un seul domaine de longueurs d'onde, sa couleur est complémentaire de celle des radiations absorbées.

Disque chromatic

Couleur des colorants alimentaires

Donner les couleurs des deux colorants alimentaires E103 et E131.

Absorbance et concentration: loi de Beer-Lambert

Lien vers l'animation Hachette sur le dosage par étalonnage

Pour des solutions suffisamment diluées, l'absorbance est proportionnelle à la concentration de l'espèce chimique colorée. C'est la loi de Beer-Lambert.

A=ϵ l cA=\epsilon\ l\ c

Notations

  • AA: Absorbance de la solution (sans unité)
  • ϵ\epsilon: Coefficient d'extinction molaire (Lmol1cm1L\cdot mol^{-1}\cdot cm^{-1})
  • ll: largeur de la cuve (cmcm)
  • cc: concentration molaire de l'espèce colorée 'molL1mol \cdot L^{-1}