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Spectroscopies IR et RMN : 20 questions de concours corrigées

12 épreuves X-ENS, CCINP, E3A et Banque PT, sessions 2020 à 2024, filières MP, PSI, PC, PT et BCPST.

questions corrigées
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questions corrigées
épreuves
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épreuves
concours
5
concours
sessions
2020-2024
sessions

Spectroscopie infrarouge (nombres d'onde caractéristiques des groupes), RMN du proton (déplacement chimique, intégration, multiplicité, couplages), spectroscopie UV-visible pour l'identification de structures.

Au programme : en sup (1re année) pour PC et BCPST.

Les questions, avec indice et corrigé

20 questions, incontournables d'abord, puis de la plus accessible à la plus difficile.

Pièges classiques

  • Oublier d'accorder les unités dans la loi de Beer-Lambert : si la longueur de cuve \ell est exprimée en \mathrm{cm} et la concentration en \mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1}, \varepsilon s'exprime en \mathrm{L}\cdot\mathrm{mol}^{-1}\cdot\mathrm{cm}^{-1}. L'utilisation de l'unité SI \mathrm{m}^2\cdot\mathrm{mol}^{-1} impose d'exprimer \ell en mètres.

    Question source :Banque PT Physique B PT 2023, Q28

  • Confondre les singulets à 3\,\mathrm{H} de méthyles diversement fonctionnalisés : le méthyle d'un ester méthylique (-\mathrm{OCH_3}) sort vers 3{,}7\text{ ppm} du fait de l'effet inductif de l'oxygène, tandis que celui d'une méthylcétone (-\mathrm{COCH_3}) sort vers 2{,}1\text{--}2{,}3\text{ ppm}.

    Question source :E3A Physique-Chimie PC 2023, Q14

  • Appliquer le triangle de Pascal lors d'un couplage avec un hétéronoyau de spin I > 1/2 : un couplage avec un noyau de spin I = 3/2 (comme ^{11}\mathrm{B}) donne un quadruplet de multiplicité 2I+1 = 4 mais d'intensités relatives 1:1:1:1, et non le profil binomial 1:3:3:1.

    Question source :ENS Physique-Chimie L PC 2023, Q25

  • Oublier que la rotation bloquée autour d'une double liaison ou au sein d'un cycle rend diastéréotopiques des groupes chimiquement identiques, ce qui conduit à des déplacements chimiques distincts en RMN.

    Question source :ENS Physique-Chimie L PC 2024, Q33

  • Négliger le nombre de protons éthyléniques : leur intégration entre 4{,}5 et 6{,}5\text{ ppm} constitue le moyen le plus direct de distinguer différents degrés de substitution d'un alcène (par exemple 1\,\mathrm{H} pour un alcène trisubstitué contre 3\,\mathrm{H} pour un alcène monosubstitué).

    Question source :ENS Physique-Chimie L PC 2024, Q33

  • En spectrofluorimétrie, caler la longueur d'onde d'excitation sur le pic d'émission du fluorophore rend impossible la distinction entre la fluorescence émise et la lumière incidente diffusée.

    Question source :ENS Physique BCPST 2023, Q23

À retenir

  • Mesurer l'absorbance au maximum d'absorption (\lambda_{\max}) offre une sensibilité maximale (\varepsilon maximal) et rend la mesure robuste vis-à-vis des petites dérives du monochromateur car \frac{\mathrm{d}A}{\mathrm{d}\lambda} = 0.

    Questions sources :E3A Physique-Chimie MP 2024, Q46Banque PT Physique B PT 2023, Q26

  • La réalisation du « blanc » en spectrophotométrie compense l'absorption du solvant et de la cuve ainsi que les pertes par réflexion aux interfaces, garantissant une absorbance nulle pour une concentration nulle.

    Questions sources :E3A Physique-Chimie MP 2024, Q46Banque PT Physique B PT 2023, Q27

  • La loi de Beer-Lambert A = \varepsilon \ell c n'est valide que pour un rayonnement monochromatique et en solution diluée (typiquement c < 10^{-2}\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1} ou A \lesssim 1{,}5) pour s'affranchir des interactions soluté-soluté.

    Question source :Banque PT Physique B PT 2023, Q27

  • Les constantes de couplage entre protons éthyléniques respectent toujours l'ordre : ^3J_{\mathrm{trans}}\,(12\text{--}18\text{ Hz}) > {}^3J_{\mathrm{cis}}\,(6\text{--}12\text{ Hz}) > {}^2J_{\mathrm{gem}}\,(0\text{--}3\text{ Hz}), ce qui permet d'identifier la configuration (E)/(Z) et d'attribuer les protons diastéréotopiques.

    Questions sources :ENS Physique-Chimie L PC 2021, Q24E3A Physique-Chimie PC 2020, Q61ENS Physique-Chimie L PC 2020, Q3

  • La conjugaison d'une liaison carbonyle \mathrm{C=O} avec un système insaturé ou un groupe donneur par mésomérie abaisse son ordre de liaison et diminue sa fréquence d'élongation en IR de 20 à 30\text{ cm}^{-1}.

    Question source :ENS Physique-Chimie L PC 2020, Q3

  • En RMN ^{1}\mathrm{H}, les solvants deutérés (comme \mathrm{CDCl}_3) permettent d'éviter la saturation du spectre par les protons du solvant et fournissent le signal de verrouillage champ-fréquence (lock).

    Question source :ENS Physique-Chimie L PC 2023, Q22

  • Un couplage scalaire hétéronucléaire direct ^1J_{\mathrm{X-H}} (avec \mathrm{X} = {}^{31}\mathrm{P}, {}^{13}\mathrm{C}, {}^{11}\mathrm{B}) présente une constante de couplage très élevée (plusieurs dizaines à centaines de hertz), nettement supérieure aux couplages vicinaux ou géminaux.

    Question source :ENS Physique-Chimie L PC 2023, Q24

  • En spectroscopie UV-visible, un atome émet un spectre de raies (transitions purement électroniques), tandis qu'une molécule génère un spectre de bandes larges par couplage avec les états vibrationnels et rotationnels.

    Question source :ENS Physique BCPST 2023, Q19

  • Le groupe protecteur tert-butyldiméthylsilyle (TBS) présente une signature RMN ^{1}\mathrm{H} caractéristique : un singulet de 6\,\mathrm{H} vers 0\text{ ppm} (\mathrm{SiMe}_2) et un singulet de 9\,\mathrm{H} vers 0{,}9\text{ ppm} (t-Bu).

    Question source :ENS Physique-Chimie L PC 2021, Q24

Les questions sont classées par chapitre à partir des corrigés détaillés de WikiPrépa ; une question peut relever de deux chapitres. La difficulté, de 1 (application directe) à 4 (difficile), est une estimation. Comment les corrigés sont rédigés et relus

Voir aussi