Exercices RMN - Correction

Exercice n°1 : protons équivalents (isochrones)

Dénombrer et identifier à l’aide d’indices a, b, c ... ou de couleurs, les familles de protons équivalents (isochrones) dans les composés suivants : 

A. CH4 B. H3C-CH2-CH3                                                             J. K.

C. H3C-CHO 

D. H3C-CO-CH3  

E. H3C-CH2-CO-CH2-CH3                                               L. éthane  →

F. H3C-CH2-CHOH-CH2-CH3                                           

G. H3C-CO-CH2-CH3 

H. HO-CH2-CH2-Cl                                                          M.

I. H3C-CH2-CO-O-CH=CH2 

Exercice n°2

1°) Écrire la formule semi-développée de l'éthanoate d'éthyle.

2°) Attribuer à chaque groupe de protons équivalents les différents pics du spectre de RMN de la molécule.

3°) Comment expliquer la valeur du déplacement chimique des protons correspondant au quadruplet ?

Le déplacement chimique du quadruplet est plutôt élevé car les protons concernés sont proches de l'atome d'oxygène O qui est électronégatif (donc signal assez déblindé). 

Famille de 3 protons équivalents2 voisins (triplet)

Famille de 2 protons équivalents3 voisins (quadruplet)

Famille de 3 protons équivalents0 voisin (singulet)

Exercice n°3 : identifier une molécule

Une molécule organique a pour formule brute C4H8O.

1°) Donner les formules semi-développées possibles de cette molécule ayant un seul groupe caractéristique.

Il y a d'autres possibilités mais qui ne sont pas du programme de TS (exemple                                           )(Ce n’est pas aussi un alcool car alors on aurait eu C4H10O)

2°) Déterminer le groupe caractéristique en regardant le spectre infrarouge de cette molécule.

Cette molécule contient un groupement carbonyle car présence d'une bande à σ ≈ 1700 cm-1.On peut directement affirmer que c’est la butan-2-one car il n’y a pas les pics aux alentours de 2700-2800 cm-1

3°) Analyser le spectre de RMN de cette molécule. 

                                                                       

Dans le spectre RMN, il y a 3 signaux donc il y a 3 groupes de protons équivalents. Donc il ne reste que les molécules B et C possibles.

                                                                                                 Ça confirme bien que c’est la molécule C. 

butanalbutan-2-one2-méthylpropanal

A

B C

A CB

Quadruplet (2 H)

Singulet (3 H)

 4 familles de protons équivalents    3 familles de protons équivalents     3 familles de protons équivalents   

 quadruplet

 triplet

singulet

Triplet (3 H)

Doublet (6 H)

Doublet (1 H)

Octuplet (1 H)B

Exercice n°4 : estérification (extrait Bac S)

3. Extraction, purification et identificationLe reste du mélange réactionnel contenu dans le ballon est versé dans une ampoule à décanter, puis lavé par différentes solutions aqueuses. On récupère la phase organique. 

Des techniques de rectification et de purification, non décrites ici, permettent d’obtenir un titre en ester dans la phase organique finale,proche de 99%. L’analyse par spectroscopie RMN du proton d’un échantillon préparé selon le protocole précédent, permet d’accéder àsa formule développée. 

- En analysant l’environnement chimique de chaque groupe de protons équivalents de la molécule, indiquer la multiplicité des signaux provenant des atomes d’hydrogène portés par les différents atomes de carbone.

Exercice n°5 : estérification (extrait Bac S)

3. Identification d'estersLa distinction des esters par l'odeur peut être incertaine, en particulier dans le cas du méthanoate d'éthyle et de l'éthanoate de méthyle. 

La formule semi-développée du méthanoate d'éthyle est : 

3.1. Indiquer la formule semi-développée de l'éthanoate de méthyle.

3.3. Associer chacun des spectres du document 3 à l'ester correspondant. Justifier 

                                                                                                 

Singulet (3 H)

Triplet (2 H)

Quintuplet (2 H) 

Sextuplet (2 H)

Triplet (3 H)

Singulet (1 H)

Quadruplet (2 H)

Triplet (3 H) Singulet (3 H)

Singulet (3 H)

 3 groupes de protons équivalents = 3 signaux    2 groupes de protons équivalents = 2 signaux  

Exercice n°6 :

Ci-dessous le spectre RMN de la 3-chlorobutan-2-one.

1°) Donner la formule topologique de cette molécule.

2°) Quels sont les atomes électronégatifs de cette molécule. L'oxygène O puis le chlore Cl.3°) Combien y-a-t-il de groupes de protons équivalents ? Justifier.

3 groupes de protonséquivalents

4°) Relever le déplacement chimique de chaque signal.

D'après le spectre ci-dessous :     CH3      δ = 1,6 ppm                                                       CH       δ = 4,3 ppm

                                                      CH3      δ = 2,3 ppm

Le signal à 0 ppm est celui de la TMS : Si(CH3)4

5°) Combien d’atomes d’hydrogène correspondent à chaque signal ? Justifier.

C'est écrit sur le spectre.

6°) Combien d’atomes d’hydrogène voisins ont les protons des différents signaux ? Justifier.

CH3      voisin avec 1 proton (donc doublet) CH        voisin avec 3 protons (donc quadruplet)

CH3      voisin avec 0 proton (donc singulet)

7°) A qui correspond le signal de plus fort déplacement chimique ? Justifier.

Le signal ayant le plus grand déplacement chimique est   CH    car proche du chlore qui est très électronégatif.

8°) Associer à chaque signal, son groupe de protons équivalents.

Doublet (3 H)

Quadruplet (1 H)Singulet (3 H)

Exercice n°6 :

1°) Un composé de formule brute C2H3Cl3 a un spectre RMN qui présente un doublet à δ = 3,9 ppm et un triplet      à δ = 5,8 ppm. Proposer une structure possible pour ce composé.

2°) Un composé de formule brute C3H4Br2 a un spectre RMN qui présente deux doublet à δ = 5,6 ppm et         δ = 6,0 ppm, un singulet à δ = 4,2 ppm. Proposer une structure possible pour ce composé.

Exercice n°7 : Lecture d’un spectre RMN

Attribuer les signaux du spectre RMN de la molécule suivante :Remarque : Les protons du noyau aromatique (cycle) sont quasiment équivalents : ils participent au même signal et ne se couplent pas entre eux.

Triplet (1 H)

Doublet  (2 H)

Doublet  (1 H)

Doublet  (1 H)Singulet (2 H)

Exercice n°7 : Attribution de spectres RMN

Les allures des spectres RMN des composés : Cl-CH2-CH2-COCl ,  CH3‐CHBr–COCl , CH3-CH2-I;                                                                          CH3-CH2-O-CH2-Cl

sont représentés ci-dessous. Attribuer chacun des spectres aux composes indiques.

Cl-CH2-CH2-COCl                      Spectre B                                   CH3‐CHBr–COCl                    Spectre C   

CH3-CH2-I                                  Spectre A                                  CH3-CH2-O-CH2-Cl                  Spectre D 

Exercice n°8 : recherche d’une molécule

On considère une molécule de formule brute C5H10O. On donne son spectre RMN ci-dessous :

On voudrait savoir à laquelle des 3 molécules ci-dessous, il appartient :

 

1°) Nommer ces 3 molécules.

           a : pentan-3-one                             b : 3-méthylbutan-2-one                   c : pentan-2-one  

2°) Combien de familles de protons équivalents révèle le spectre ? En déduire la molécule correspondant au spectre.

Le spectre révèle 4 signaux donc la molécule possède 4 groupes de protons équivalents. La molécule est la c : pentan-2-one.

Triplet (2 H)

Triplet (2 H) Doublet (3 H)

Quadruplet (2 H)

Triplet (3 H)

Quadruplet (2 H)

Triplet (3 H)

Quadruplet (2 H)

Singulet (2 H)

3°) Attribuer chaque signal au groupe de protons équivalents. Justifier avec la multiplicité.

CH3 à 0 voisin donc singulet.

CH2  à 2 voisins donc triplet.

CH2  à 5 voisins donc sextuplet.

CH3  à 2 voisins donc triplet.

Le groupe CH2   est plus proche de l’oxygène donc il est plus déblindé que le groupe CH3   ce qui permet d’attribuer les 2 triplets.

La courbe d’intégration permet aussi de distinguer le CH2  de CH3

Exercice n°9 : courbe d’intégration

Ci-dessous est représenté le spectre RMN du butan-2-ol.1°) Associer chaque signal à son groupe de protons équivalents.2°) dessiner l’allure de la courbe d’intégration. 

Pour la courbe d’intégration, il faut choisir une échelle : ici 0,50 cm pour 1 H

Exercice n°10 : notion de couplage

1°) On considère la molécule de propan-1-ol. Compléter le tableau suivant :      Remarque : plus une proton H est proche d’un atome électronégatif plus son δ est grand.

Groupe de protons équivalents Nb de voisin(s) Multiplicité Déplacement chimique δ (ppm)

CH3 2 3 (triplet) 0,9CH2 5 6 (sextuplet) 1,6OH  0 (ne couple pas) 1 (singulet) 2,4CH2 0 3 (triplet) 3,6

 2°) Dessiner le spectre de cette molécule ainsi que sa courbe d’intégration.        (On veillera à garder une relative cohérence dans la hauteur des pics)

Le groupe CH2   est plus proche de l’oxygène donc il est plus déblindé que le groupe CH3   ce qui permet d’attribuer les 2 triplets.

Pour la courbe d’intégration, il faut choisir une échelle : ici 0,50 cm pour 1 H

Remarque : la position du signal du proton de OH est difficile à prévoir. 

δ (ppm)