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Devoir à la maison n°1

... d'intégration. (voir si besoin le rappel en fin de corrigé). Analyse du spectre RMN de la substance n°1 : (Doc 3) : On constate la présence de 3 signaux.




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Bac S 2014 Amérique du sud Correction ©  HYPERLINK "http://labolycee.org" http://labolycee.org
EXERCICE III - LA RMN EN ARCHÉOLOGIE (5 points)
Diaporama de correction réalisé par M.Cordier à voir sur  HYPERLINK "http://youtu.be/lQ6i7Chzh4g" http://youtu.be/lQ6i7Chzh4g
1. Question préalable
PropositionsDocJustification non demandé1La hauteur de chaque saut vertical de la courbe d’intégration est proportionnelle au nombre de protons équivalents responsables du signal correspondant.VRAICours2Un groupe de protons équivalents (a) ayant pour voisins n protons (b) présente un signal de résonance sous forme d'un multiplet de (n+1) pics.VRAICours3La substance n°2 peut être de l’éthanol.FAUX2
4Le déplacement chimique du singulet ne correspond pas4La molécule d’acide 2-éthyl-3-méthyl-butanoïque a pour représentation topologique :VRAICours5L’acide pyruvique présente 4 protons équivalents.FAUX1Deux groupes de protons équivalent CH3 et O-H
2. Analyse et synthèse de documents
On cherche à identifier la boisson contenue dans la cruche. On va donc s’appuyer sur les spectres RMN pour identifier certaines des molécules présentes.
Remarque :
Dans les tableaux d’analyse des spectres RMN, « h »  correspond à la hauteur relative du palier de la courbe d’intégration. (voir si besoin le rappel en fin de corrigé).
( Analyse du spectre RMN de la substance n°1 : (Doc 3) : On constate la présence de 3 signaux.
Signal´(ppm)hInterprétationSingulet3,711 proton sans voisin appartenant à un groupe hydroxyle R- OHQuadruplet3,322 protons équivalents avec 3 voisins Triplet1,233 protons équivalents avec 2 voisinsOn cherche donc une molécule relativement simple possédant un groupe hydroxyle et seulement 2 autres groupes de protons équivalents.
Or parmi toutes les molécules proposées dans le doc 1 seul l’éthanol peut donner un tel spectre.

( Analyse du spectre RMN de la substance n°2 : (Doc 4) : On constate la présence de 3 signaux.
Signal´(ppm)hInterprétationSingulet12,011 proton sans voisin appartenant à un groupe carboxyle -COOHQuadruplet2,322 protons équivalents avec 3 voisins Triplet1,033 protons équivalents avec 2 voisinsOr parmi les molécules proposées dans le doc 1 seul l acide propanoïque peut donner un tel spectre.

( Analyse du spectre RMN de la substance n°3 : (Doc 5) : On dénombre 6 signaux.
Signal´(ppm)hInterprétationSingulet11,511 proton sans voisin appartenant à un groupe carboxyle -COOHQuadruplet2,411 proton avec 3 voisins Octuplet1,911 proton avec 7 voisinsQuintuplet1,522 protons équivalents avec 4 voisinsTriplet0,933 protons équivalents avec 2 voisinsDoublet0,866 protons équivalents avec 1 voisinL’octuplet nous amène donc à chercher une chaine ramifiée (condition pour avoir 7 voisins), le doublet correspond sans doute à deux groupements CH3 liés à un CH, et la molécule doit de plus comporter un groupement carboxyle.
Or parmi les molécules du doc 1 seul l’acide 2-éthyl-3-méthyl-butanoïque semble correspondre

( Au final avec la présence identifiée d’éthanol, d’acide propanoïque et d’acide 2-éthyl-3-méthyl-butanoïque, la boisson contenue dans la cruche était très probablement du rhum.

( Toutefois il reste possible que d’autres boissons que le rhum puissent posséder des molécules donnant les spectres obtenus. De plus seules trois molécules ont pu être isolées par distillation fractionnée et analysées par spectroscopie RMN, or le rhum en contient beaucoup plus. Donc des analyses complémentaires semblent nécessaires.


Rappel sur les hauteurs relatives de la courbe d’intégration et leur interprétation :
Pour trouver h des signaux d’un spectre on mesure (en carreaux ou en cm) la hauteur « des sauts » de la courbe d’intégration puis on les compare entre eux.
Par exemple pour le spectre de la substance 1 :
singulet à ´ = 3,7 ppm ( 2 carreaux ;
quadruplet à 3,3 ppm ( 4 carreaux ;
triplet à 1,2 ppm ( 6 carreaux
donc les hauteurs relatives sont respectivement h = 1, h = 2 et h = 3.
Attention : h ne donne pas directement le nombre de protons mais les proportions de protons équivalents dans la molécule
Pour l exemple du spectre de la substance 1 il aurait été plus rigoureux d écrire :
Signal´(ppm)hInterprétationSingulet12,01x proton équivalent sans voisin appartenant à un groupe carboxyle -COOHQuadruplet2,322x protons équivalents avec 3 voisins Triplet1,033x protons équivalents avec 2 voisinsPuis de chercher des molécules pouvant correspondre avec x =1 puis x = 2, …
Dans la correction proposée, et pour les 3 spectres, seule l’hypothèse x = 1 a été explorée.
Grille pour auto-évaluation :

CompétencesCapacités
/AttendusCritères de réussite / ObservablesS’approprierConnaissance des spectres RMNLes réponses 1, 2, 3 et 5 au QCM sont correctesConnaissance de la nomenclatureLa réponse 4 au QCM est correcte (pour l’acide 2-éthyl-3-méthyl-butanoïque)Les formules planes (dév. ou semi-dév. ou topologique) de l’éthanol et de l’acide propanoïque sont indiquéesLes informations des spectres RMN sont correctement extraitesLe nombre de signaux est correctement lié au nombre de groupes de protons équivalentsLa nature des signaux (singulet, doublet, …) est correctement lié au nombre de voisinsLes déplacements chimiques sont correctement exploités Les courbes *,-OPde–—ÐÑÝøúû   ê×ê½ê½¥½ê”ƒmƒYƒmCmƒ+hWMh¡1"0JCJOJPJQJ\^JaJ'h¡1"h¡1"CJOJPJQJ\^JaJ*jh¡1"CJOJPJQJU\^JaJ!h¡1"CJOJPJQJ\^JaJ h