Spectroscopies infrarouge et UV-visible

Le principe de ces techniques repose sur l’analyse des rayonnements absorbés dans deux domaines différents de longueurs d’onde.

I) La spectroscopie infrarouge

Les molécules organiques peuvent absorber des rayonnements infrarouges (longueur d’onde de 2 à 20 μm) qui modifient l’état de vibration de leurs liaisons.

Un spectre IR représente la transmittance T d’un échantillon en fonction du nombre d’onde du rayonne­ment $\text{σ}=\frac{1}{\text{λ}}$. La valeur du nombre d’ondes σ de chaque bande d’absorption permet de reconnaître des liaisons dans la molécule et donc d’identifier des groupes caractéristiques.

Mot-clé

La transmittance est le rapport de l’intensité I du rayonnement transmis sur l’intensité I₀ incidente.

Les bandes sont analysées selon trois critères : position (cm⁻¹), intensité (faible, moyenne, forte) et forme (large ou fine). Pour les tables IR voir.

Un spectre permet d’identifier les groupes caractéristiques d’un composé inconnu et de suivre un processus réactionnel.

II) La spectroscopie UV-visible

Un spectre UV-visible représente l’absorbance $A=\text{log}\left(\frac{1}{T}\right)$ d’un échantillon en fonction de la longueur d’onde λ, dans le domaine 200-400 nm pour l’UV et 400-800 nm pour le visible.

Le spectre d’absorption d’une espèce est caractérisé par les coordonnées des maxima d’absorption λ_max et A(λ_max). On peut alors identifier une espèce avec un spectre de référence.

D’après la loi de Beer Lambert, pour de faibles concentrations, l’absorbance d’une espèce chimique est proportionnelle à sa concentration :

Méthode

Identifier un groupe caractéristique à partir du spectre IR

On donne la formule topologique de 3 amides de formule brute : C₃H₇ON.

a. Pourquoi le spectre IR ci-dessous ne peut-il pas correspondre à une amine ?

b. Associer ce spectre à l’une des trois molécules proposées.

Solution

a. La bande caractéristique de nombre d’onde σ = 1 650 cm⁻¹ est présente sur le spectre étudié. Elle est caractéristique du groupe carbonyle présent seulement dans un amide et conforme à ce qu’indiquent les tables. Le spectre IR ne peut donc pas correspondre à une amine.

b. On note la présence de deux bandes (3 363 et 3 192 cm⁻¹) caractéristiques des liaisons N–H d’un amide non substitué –CO–NH₂. On retrouve ainsi la double bande des liaisons N–H et la bande du groupe carbonyle comme l’amide numéro 3 : il s’agit de la propanamide.