Aurélie 13/03/12
 

 

   Détermination de la structure d'une molécule : concours Assistant en techniques d'analye chimique Reims 2011.



 

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On vous demande de déterminer la structure d’une molécule A à l’aide des analyses qui ont été effectuées.
 L’analyse par spectrométrie de masse par impact électronique conduit à un spectre dans lequel on observe les pics suivant :
m/z
39
43
77
78
91
121
122
164
intensité relative (%)
17
20
45
53
12
100
63
72
Que pouvez-vous en déduire sur la masse moléculaire de A ?
Le pic moléculaire est à m/z = 164 ; M = 164 g/mol.
Dans le cas où l’analyse aurait été effectuée par ionisation chimique en utilisant comme gaz réactant NH3, les pics observés auraient-ils été les mêmes ?.
L'ionisation électronique conduit à un ion radical qui peut ensuite se fragmenter. Le spectre est assez fourni avec de nombreux fragments.
L'ionisation chimique, suite à des réactions ions-molécules produit  principalement des ions [MH]+  permettant d'accéder à la masse moléculaire de l'espèce analysée. L'ionisation est douce et il y a peu de fragments.
L’analyse centésimale de A est la suivante :
C = 73,17 % ; H = 7,31 % ; O = 19,51 %
Déduisez-en la formule brute de A. Formule brute CxHyOz avec x, y et z entiers.
 12 x / 73,17 = M/100 = 164/100 = 1,64 d'où x = 1,64 *73,17/12 =10.
y = 7,31 / 1,64 d'où y = 1,64*7,31 =12
16 z / 19,51 = 1,64 d'où z = 19,51*1,64/16 = 2.  C10H12O2.
L’analyse par spectrométrie RMN 1H et 13C permet d’observer les pics suivants :
1H déplacement chimique (ppm)
2,11
3,61
3,76
6,85
7,10

multiplicité
singulet
singulet
singulet
doublet
doublet
intégration
3 H
2 H
3 H
2H
2H
13C déplacement chimique (ppm) 29,1
50,1
55,2
114,2
130,4
158,7
206,8
D’après le spectre 1H, pensez-vous que A puisse comporter un groupement éthyle (CH2-CH3) ? Justifiez votre réponse.
Un groupe éthyle donnerait un triplet pour les protons de CH3 et un quadruplet pour les protons CH2 ; or cela n'est pas observé : le groupe éthyle n'est pas présent.
Sachant que le spectre 1H a été mesuré à une fréquence de 250 MHz, convertissez les valeurs des déplacements chimique, données en ppm, en Hertz.
ppm
2,11
3,61
3,76
6,85
7,10
Hz
2,11*250 =527
3,61*250 =902
940
1712
1775
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Le spectre 13C comprend 8 pics. Comparez cette valeur avec le nombre de carbone dans la molécule A. Que pouvez-vous en déduire ?
La molécule compte 10 atomes de carbone et le spectre seulemnt 8 pics : certains atomes de carbones ont le même environnement.
Quel type de fonction chimique peuvent être attribués les pics de déplacement chimique 6,85 et 7,10 ppm en RMN 1H et 114,2, 126,3, 130,4 et 158,7 en RMN 13C ?
6,85 et 7,10 ppm en RMN 1H : protons benzéniques ou protons éthyléniques ou proton du groupe phénol.
114,2, 126,3, 130,4  en RMN 13C : cycle aromatique ou hétéroaromatique ou carbone éthylénique.
158,7 en RMN 13C : hétéroaromatique ou ester.

L’analyse par spectrométrie IR conduit à différents pics qui ont été identifiés comme suit :

nombre d'onde ( cm-1)
3000
2936
1711
1612-1500
1350
1300
liaison
Csp2-H
Csp3-H C=O cétone
C=C aromatique
Csp3-H C-O
nature
valence
valence valence
valence
valence
déformation
valence

Comment procéderiez-vous pour effectuer cette analyse si A est un liquide ? Un solide ?
Les échantillons liquides peuvent être placés entre deux plaques d'un sel très pur ; les plaques sont transparentes à la lumière infrarouge.
Pour un solide : moudre finement l'échantillon avec du bromure de potassium très pur ;  ce mélange poudreux est comprimé dans une presse afin d'obtenir une pastille translucide.
Déduisez de l’ensemble des informations récoltées deux structures possibles de A.

Sachant que l’un des produits de départ permettant la synthèse de A est le 1-bromo-4-méthoxybenzène, appelé également 4-bromoanisole, déduisez-en la structure exacte de A.
Structure 1.



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