Chapitre 7 : Techniques de Caractérisation
7.1. Spectroscopie Infrarouge (IR)
Principe
- La spectroscopie infrarouge (IR) est une technique qui mesure l'absorption de la lumière infrarouge par les molécules, ce qui provoque des vibrations dans les liaisons chimiques.
- Plage de fréquence : Les vibrations se produisent généralement dans la plage de 4000 à 400 cm.
Types de Vibrations
- Étirement : Changements dans la longueur des liaisons.
- Étirement symétrique : Les deux atomes se déplacent vers ou s'éloignent du centre de la liaison de manière symétrique.
- Étirement asymétrique : Un atome se déplace vers le centre de la liaison tandis que l'autre s'éloigne.
- Flexion : Changements dans l'angle entre les liaisons.
- Scissoring : Les atomes se déplacent de manière opposée dans le même plan.
- Wagging : Les atomes se déplacent de manière opposée hors du plan.
- Rocking : Les atomes se déplacent dans le même sens dans le même plan.
- Twisting : Les atomes se déplacent de manière opposée hors du plan.
Interprétation des Spectres
- Groupes fonctionnels : Chaque groupe fonctionnel a une fréquence de vibration caractéristique.
- OH : 3200-3600 cm
- CH (alcanes) : 2850-2960 cm
- C=O : 1700-1750 cm
- C=C : 1620-1680 cm
- Bandes caractéristiques : Identification des pics spécifiques pour déterminer la présence de groupes fonctionnels particuliers dans une molécule.
7.2. Résonance Magnétique Nucléaire (RMN)
Principe
- La RMN est basée sur l'absorption des ondes radiofréquences par les noyaux des atomes dans un champ magnétique.
- Les noyaux possédant un spin non nul, comme et , peuvent être observés en RMN.
Types de Spectroscopie RMN
- RMN du proton (-RMN) : Étudie les noyaux d'hydrogène dans une molécule.
- RMN du carbone (-RMN) : Étudie les noyaux de carbone dans une molécule.
Paramètres Importants
- Déplacement chimique () : Position du signal par rapport à un standard (TMS). Mesuré en ppm (parties par million).
- Couplage spin-spin : Interaction entre spins des noyaux voisins, donnant lieu à des multiplets.
- Constante de couplage (J) : Distance entre les pics d'un multiplet, mesurée en Hz.
- Intégration : Aire sous les pics, proportionnelle au nombre de noyaux équivalents contribuant au signal.
Interprétation des Spectres
- Environnement chimique : Le déplacement chimique renseigne sur l'environnement électronique autour du noyau.
- Structure moléculaire : Le nombre de signaux et leur intégration indiquent le nombre de protons/carbonnes équivalents.
- Relations spatiales : Les constantes de couplage et les multiplets fournissent des informations sur la proximité et la connectivité des noyaux.
7.3. Spectrométrie de Masse (MS)
Principe
- La spectrométrie de masse (MS) mesure le rapport masse/charge (m/z) des ions pour déterminer la masse moléculaire et la structure des composés.
- Ionisation : Les molécules sont ionisées pour former des ions. Les méthodes courantes incluent l'ionisation par impact électronique (EI) et l'ionisation électrospray (ESI).
Types de Spectres
- Spectre de masse : Affiche l'intensité des ions en fonction de leur rapport m/z.
- Pic moléculaire (M) : Le pic représentant la masse moléculaire de l'ion parent.
- Fragments : Les ions résultants de la fragmentation de l'ion parent, fournissant des indices sur la structure de la molécule.
Interprétation des Spectres
- Masse moléculaire : Identification du pic moléculaire pour déterminer la masse de la molécule.
- Structure moléculaire : Analyse des fragments pour déduire la structure de la molécule.
- Isotopes : Les motifs isotopiques aident à identifier la présence d'éléments avec des isotopes naturels (par exemple, Cl, Br).
7.4. Chromatographie
Types de Chromatographie
Chromatographie sur Couche Mince (TLC)
- Principe : Séparation des composés sur une fine couche de matériau adsorbant.
- Procédure :
- Application de l'échantillon sur une plaque.
- Développement de la plaque dans un solvant.
- Visualisation des spots sous UV ou avec des réactifs.
- Analyse : Calcul du rapport frontal (Rf) pour identifier les composés.
Chromatographie en Phase Liquide à Haute Performance (HPLC)
- Principe : Séparation des composés dans une colonne remplie de phase stationnaire sous haute pression.
- Éléments :
- Phase mobile : Solvant(s) poussés à haute pression.
- Phase stationnaire : Matériau adsorbant dans la colonne.
- Détecteurs : Détecteurs UV, fluorimétriques, etc.
- Applications : Analyse quantitative et qualitative des composés, séparation de mélanges complexes.
Chromatographie en Phase Gazeuse (GC)
- Principe : Séparation des composés volatils dans une colonne avec une phase stationnaire et un gaz vecteur.
- Éléments :
- Phase mobile : Gaz vecteur (hélium, azote).
- Phase stationnaire : Matériau adsorbant ou liquide sur un support solide.
- Détecteurs : Détecteurs à ionisation de flamme (FID), spectrométrie de masse (GC-MS), etc.
- Applications : Analyse des composés volatils et semi-volatils, contrôle de la qualité, analyse environnementale.