⚗ Spécialité Physique-Chimie · Chimie Première Générale · Chapitre 7

Molécules organiques et spectroscopie IR

Formules brute, développée, semi-développée et topologique, squelette carboné, groupes caractéristiques, familles, nomenclature et spectroscopie infrarouge.

1. Écrire une molécule organique

Définition

Une molécule organique contient une chaîne carbonée (squelette d'atomes de carbone) et souvent des groupes caractéristiques. On la représente par sa formule brute ($\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$), développée (toutes les liaisons), semi-développée ($\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-OH}$) ou topologique (zigzag : chaque sommet est un carbone, les H liés aux C ne sont pas écrits).

semi-développéeCH₃–CH₂–CH₂–OHtopologiqueOHpropan-1-olmême molécule
Deux écritures du propan-1-ol : dans la formule topologique, chaque extrémité ou angle est un carbone.

2. Groupes caractéristiques et familles

Propriété

FamilleGroupeExempleSuffixe
Alcool–OH (hydroxyle) sur un C tétraédriqueéthanol $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$-ol
Aldéhyde–CHO (carbonyle en bout de chaîne)éthanal $\text{CH}_3\text{CHO}$-al
CétoneC=O (carbonyle au milieu de la chaîne)propanone $\text{CH}_3\text{COCH}_3$-one
Acide carboxylique–COOH (carboxyle)acide éthanoïque $\text{CH}_3\text{COOH}$acide …-oïque

Méthode · Nommer

  1. Trouver la chaîne carbonée la plus longue contenant le groupe caractéristique : préfixe (méth-, éth-, prop-, but-, pent-, hex-).
  2. Numéroter pour donner le plus petit numéro au carbone portant le groupe.
  3. Nommer les ramifications (méthyl…) avec leur position.

Exemple : $\text{CH}_3\text{-CH(CH}_3\text{)-CH}_2\text{-OH}$ : 2-méthylpropan-1-ol.

3. Spectroscopie infrarouge

Propriété

Une molécule absorbe certaines radiations infrarouges qui font vibrer ses liaisons. Un spectre IR donne la transmittance en fonction du nombre d'onde $\sigma = \dfrac{1}{\lambda}$ (en cm⁻¹). Chaque type de liaison absorbe dans un domaine caractéristique :

  • O–H d'un alcool : bande large vers $3\,200$–$3\,400$ cm⁻¹ ;
  • O–H d'un acide : bande très large entre $2\,500$ et $3\,200$ cm⁻¹ ;
  • C–H : vers $2\,900$ cm⁻¹ ;
  • C=O : bande fine et intense vers $1\,700$–$1\,750$ cm⁻¹.
T (%)σ (cm⁻¹)40003000200015001000O–H (large)C–H
Spectre IR schématique de l'éthanol : bande large O–H vers 3 330 cm⁻¹, pas de bande C=O.
T (%)σ (cm⁻¹)40003000200015001000C–HC=O (fine, intense)
Spectre IR schématique de la propanone : bande fine et intense C=O vers 1 715 cm⁻¹, pas de bande O–H.

Expérience · Test de la 2,4-DNPH

Matérieltubes à essai, solution de 2,4-dinitrophénylhydrazine (2,4-DNPH), quelques gouttes d'éthanol, de propanone et d'éthanal.
ProtocoleOn ajoute quelques gouttes de chaque espèce dans un tube contenant la 2,4-DNPH (lunettes et gants, produit toxique).
ObservationUn précipité jaune-orangé apparaît avec la propanone et l'éthanal, pas avec l'éthanol.
InterprétationLa 2,4-DNPH met en évidence le groupe carbonyle C=O des aldéhydes et des cétones. L'éthanol, un alcool, n'en possède pas.

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3

Analyser un spectre IR

★★★

Un composé de formule $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}$ présente une bande fine et intense à $1\,715$ cm$^{-1}$ et aucune bande au-dessus de $3\,000$ cm$^{-1}$. Proposer une structure.

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11

Lire un spectre IR

★★☆

Une molécule de formule $ ext{C}_4 ext{H}_{10} ext{O}$ donne le spectre ci-dessous. À quelle famille appartient-elle ?

T (%)σ (cm⁻¹)40003000200015001000large
Spectre IR de la molécule inconnue.
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16

Distinguer aldéhyde et cétone

★★★

La DNPH ne distingue pas aldéhyde et cétone. Le réactif de Tollens donne un miroir d'argent avec les aldéhydes seulement. Proposer une démarche pour identifier la propanone et le propanal.

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