- décrire et comprendre les termes (a) phase stationnaire, par exemple oxyde d'aluminium (sur un support solide) (b) phase mobile ; un solvant polaire ou apolaire (c) valeur $R_{\text{f}}$ (d) front du solvant et ligne de base
- interpréter les valeurs $R_{\text{f}}$
- expliquer les différences de valeurs $R_{\text{f}}$ en termes d'interaction avec la phase stationnaire et de solubilité relative dans la phase mobile
Techniques analytiques
Chimie A-Level · Sujet 37
8:06
Techniques analytiques (A2) : RMN
Voici sept molécules différentes. Chacune a cinq carbones, dix hydrogènes et un oxygène, et chacune contient un groupe carbonyle. Pesez-les dans un spectromètre de masse…
Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés
37.1
Chromatographie sur couche mince
Programme
Source : Programme Cambridge International
La chromatographie 色谱 sépare un mélange à l'aide de deux « phases » — l'une qui reste immobile et l'autre qui se déplace. Dans la chromatographie sur couche mince 薄层色谱 (TLC) :
- la phase stationnaire 固定相 reste immobile (par exemple de l'oxyde d'aluminium sur une plaque).
- la phase mobile 流动相 se déplace (un solvant polaire ou apolaire qui monte sur la plaque).
- la ligne de départ 基线 est la ligne initiale où les taches sont placées ; le front de solvant 溶剂前沿 est le niveau maximal atteint par le solvant.
La valeur $R_{\text{f}}$ compare la distance parcourue par une tache à celle parcourue par le solvant :
$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance moved by the spot}}{\text{distance moved by the solvent front}}$$
Elle est toujours comprise entre 0 et 1. Une substance qui adhère plus fortement à la phase stationnaire, ou qui est moins soluble dans la phase mobile, se déplace moins et possède une valeur $R_{\text{f}}$ plus petite.
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Voie TLC
Suivre une tache vers le haut d'une plaque et utiliser Rf pour identifier les substances.
Vocabulaire
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| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| chromatography/krəʊməˈtɒɡrəfi/ | 色谱 | sè pǔ |
| thin-layer chromatography/θɪn ˈleɪə krəʊməˈtɒɡrəfi/ | 薄层色谱 | báo céng sè pǔ |
| stationary phase/ˈsteɪʃənəri feɪz/ | 固定相 | gù dìng xiāng |
| mobile phase/ˈməʊbaɪl feɪz/ | 流动相 | liú dòng xiāng |
| baseline/ˈbeɪslaɪn/ | 基线 | jī xiàn |
| solvent front/ˈsɒlvənt frʌnt/ | 溶剂前沿 | róng jì qián yán |
| gas/liquid chromatography/ɡæs ˈlɪkwɪd krəʊməˈtɒɡrəfi/ | 气液色谱 | qì yè sè pǔ |
| retention time/rɪˈtenʃn taɪm/ | 保留时间 | bǎo liú shí jiān |
37.2
Chromatographie gaz/liquide
Programme
- décrire et comprendre les termes (a) phase stationnaire ; un liquide apolaire à haut point d'ébullition (sur un support solide) (b) phase mobile ; un gaz inerte (c) temps de rétention
- interpréter les chromatogrammes gaz/liquide en termes de composition en pourcentage d'un mélange
- expliquer les temps de rétention en termes d'interaction avec la phase stationnaire
Source : Programme Cambridge International
Dans la chromatographie gaz/liquide 气液色谱 (GLC) :
- la phase stationnaire est un liquide apolaire à haut point d'ébullition sur un support solide.
- la phase mobile est un gaz porteur inerte.
- le temps de rétention 保留 temps est la durée nécessaire à un composant pour traverser la colonne.
L'aire de chaque pic donne le pourcentage de ce composant dans le mélange. Un composant interagissant davantage avec la phase stationnaire aura un temps de rétention plus long.
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Voie Chromatographie gaz/liquide
Suivre un échantillon volatil à travers une séparation en colonne jusqu'à un chromatogramme.
37.3
Spectroscopie RMN du carbone-13
Programme
- analyser et interpréter un spectre RMN du carbone-13 d'une molécule simple pour déduire : (a) les différents environnements des atomes de carbone présents (b) les structures possibles de la molécule
- prédire ou expliquer le nombre de pics dans un spectre RMN du carbone-13 pour une molécule donnée
Source : Programme Cambridge International
La RMN 核磁共振 (résonance magnétique nucléaire) étudie le comportement de certains noyaux dans un champ magnétique intense.
En RMN du carbone-13, chaque environnement chimique 化学环境 distinct du carbone produit un pic. Ainsi :
- le nombre de pics indique combien d'environnements carbonés distincts il y a (les carbones équivalents partagent un pic).
- la position de chaque pic (son déplacement chimique) suggère le type de carbone, ce qui aide à déduire les structures possibles.
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Labo RMN du carbone-13
Corréler les environnements de carbone aux preuves RMN du C-13.
Vocabulaire
Entrainer
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| NMR/ˌen em ˈɑː/ | 核磁共振 | hé cí gòng zhèn |
| chemical environment/ˈkemɪkl enˈvaɪrənmənt/ | 化学环境 | huà xué huán jìng |
37.4
Spectroscopie RMN du proton (¹H)
Programme
- analyser et interpréter un spectre RMN des protons ($^1\text{H}$) d'une molécule simple pour déduire : (a) les différents environnements des protons présents à l'aide des valeurs de déplacement chimique (b) les nombres relatifs de chaque type de proton présents à partir des aires relatives des pics (c) le nombre de protons équivalents sur l'atome de carbone adjacent à celui auquel le proton donné est attaché, à partir du schéma de fractionnement, en utilisant la règle $n + 1$ (limité au singulet, doublet, triplet, quadruplet et multiplet) (d) les structures possibles de la molécule
- prédire les déplacements chimiques et les schémas de fractionnement des protons dans une molécule donnée
- décrire l'utilisation de la tétraméthylsilane, TMS, comme référence pour les mesures de déplacement chimique
- énoncer la nécessité d'utiliser des solvants deutérés, ex. $\text{CDCl}_3$, lors de l'obtention d'un spectre RMN des protons
- décrire l'identification des protons O–H et N–H par échange protonique à l'aide de $\text{D}_2\text{O}$
Source : Programme Cambridge International
La RMN du proton examine les atomes d'hydrogène (noyaux protoniques 质子). À partir du spectre, on lit :
- les environnements chimiques : les protons dans des environnements différents apparaissent à des valeurs de déplacement chimique 化学位移 différentes.
- les nombres relatifs : les aires relatives des pics donnent le rapport de chaque type de proton.
- dédoublement 裂分 : un pic est dédoublé par les protons sur le carbone voisin, suivant la règle de $n+1$ — $n$ équivalents voisins dédoublent un pic en $n+1$ lignes :
| Voisins ($n$) | Motif |
|---|---|
| 0 | singulet 单峰 |
| 1 | doublet 双峰 |
| 2 | triplet 三峰 |
| 3 | quartet 四峰 |
| plusieurs | multiplet 多重峰 |
Points pratiques
- le tétraméthylsilane 四甲基硅烷 (TMS) sert de standard, fixé à un déplacement chimique de $0$.
- non solvant deutéré 氘代溶剂 (comme $\text{CDCl}_3$) est utilisé afin que le solvant lui-même ne produise aucun signal protonique.
- secouer l'échantillon avec $\text{D}_2\text{O}$ fait disparaître les pics O–H et N–H (leur hydrogène est échangé contre du deutérium), ce qui permet d'identifier ces protons.
Exemple résolu. Un composé $\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2$ donne trois pics de RMN protonique : un triplet à $\delta\ 1.2$ (aire 3), un quartet à $\delta\ 4.1$ (aire 2), et un singulet à $\delta\ 2.0$ (aire 3). Déduisez la structure. Lisez d'abord les aires, puis le dédoublement. Les aires $3:2:3$ donnent trois environnements protoniques contenant 3, 2 et 3 hydrogènes. Appliquez la règle de $n+1$ à l'envers : un triplet (aire 3) est un $\text{CH}_3$ avec 2 voisins, et un quartet (aire 2) est un $\text{CH}_2$ avec 3 voisins - chacun dédoublant l'autre, ce qui est le classique groupe éthyle, $\text{CH}_3\text{CH}_2-$. Ce $\text{CH}_2$ se trouve loin en aval à $\delta\ 4.1$, donc il est attaché à un oxygène. Le singulet restant (aire 3) est un $\text{CH}_3$ avec aucun voisin à $\delta\ 2.0$, donc il est situé à côté du C=O. Ensemble : $\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3$, éthanoate d'éthyle. Une paire triplet-quartet est presque toujours un groupe éthyle - repérez-la en premier et le reste suit.
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Labo RMN des protons
Corréler les preuves protoniques à l'environnement chimique et aux voisins.
Vocabulaire
Entrainer
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| proton/ˈprəʊtɒn/ | 质子 | zhì zi |
| chemical shift/ˈkemɪkl ʃɪft/ | 化学位移 | huà xué wèi yí |
| splitting/ˈsplɪtɪŋ/ | 裂分 | liè fēn |
| singlet/ˈsɪŋɡlɪt/ | 单峰 | dān fēng |
| doublet/ˈdʌblət/ | 双峰 | shuāng fēng |
| triplet/ˈtrɪplɪt/ | 三峰 | sān fēng |
| quartet/kwɔːˈtet/ | 四峰 | sì fēng |
| multiplet/ˈmʌltɪplɪt/ | 多重峰 | duō zhòng fēng |
| tetramethylsilane/ˈtetrəmiːθɪlsɪleɪn/ | 四甲基硅烷 | sì jiǎ jī guī wán |
| deuterated solvent/ˈdjuːtəreɪtɪd ˈsɒlvənt/ | 氘代溶剂 | dāo dài róng jì |
37.4
Conseils d'examen
- En RMN $^{13}\text{C}$, le nombre de pics correspond au nombre d'environnements carbonés — utiliser la symétrie pour les compter.
- En RMN $^1\text{H}$, utiliser le déplacement chimique (fiche de données), l'intégration (rapport H) et la multiplicité (règle $n+1$) : un triplet + quartet signifie un groupe éthyle.
- Le TMS est la référence ($\delta = 0$) ; un secouage $\text{D}_2\text{O}$ élimine les pics O-H et N-H.
- Combiner IR, spectrométrie de masse et RMN pour déduire une structure, en précisant quelle evidence correspond à quelle caractéristique.
Leçons interactives sur ce sujet
Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.