Page 168 - Chimie organique - cours de Pau 2- Brigitte Jamart

Chapitre 6 ■ La détermination des structures

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Après examen des spectres UV et IR d'un composé, on a pu conclure qu'il s'agit d'un alcool, dont
la molécule comporte en outre deux doubles liaisons CC non conjuguées, l'une en bout de
chaîne et l'autre dans le corps de la chaîne avec la configuration Z. Parmi ces informations, les-
quelles ont été données par le spectre UV et lesquelles ont été données par le spectre IR?
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6.6.2 Résonance magnétique nucléaire

La résonance magnétique nucléaire (RMN) est également une technique fondée sur l'absorption du
rayonnement électromagnétique par la matière, mais la transition provoquée concerne le noyau de fJ
certains atomes présents dans la molécule (d'où le qualificatif « nucléaire »), et le phénomène observé Web
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se produit dans le domaine spectral des ondes hertziennes (fréquences del' ordre de 10 à 10 hertz ;
longueurs d'onde del' ordre de quelques mètres).
Certains noyaux atomiques possèdent un spin. De même que pour les électrons, c'est une grandeur
vectorielle associée à la rotation des noyaux sur eux-mêmes:

Représentation symbolique du spin d'un noyau.

Un noyau possédant un spin non nul se comporte magnétiquement comme un petit aimant. Placé
dans un champ magnétique, il peut y prendre deux orientations : dans l'une son spin est parallèle au
champ et de même sens, dans l'autre il lui est parallèle mais de sens opposé (orientation antiparallèle).
À ces deux orientations sont associés deux niveaux d'énergie quantifiés, le plus bas correspondant à
l'orientation parallèle, qui est la plus stable.
L'absorption d'un photon peut provoquer une transition, du niveau inférieur au niveau supérieur.
Celle-ci est possible si l'intensité H du champ magnétique et la fréquence v du rayonnement électro-
magnétique satisfont à la relation :
v=yH/2r
où yest une constante caractéristique du noyau concerné (constante gyromagnétique). Lorsque cette rela-
tion se trouve satisfaite, on dit que les noyaux entrent « en résonance». Pour le proton (noyau d'hydro-
gène), dans un champ magnétique de 14 000 gauss, la résonance est provoquée par un rayonnement dont
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la fréquence est d'environ 60 mégahertz (1 mégahertz, MHz, vaut 10 Hz ou encore 10 vibrations par
seconde). Ce rayonnement appartient au domaine des ondes hertziennes (longueur d'onde d'environ 5 m).
Pour obtenir un «spectre de résonance nucléaire » on place un échantillon du composé à étudier
dans un champ magnétique H, produit par un aimant ou un électroaimant puissant, et on le soumet
simultanément à un rayonnement hertzien, produit par un circuit oscillant, dont la fréquence varie
dans un intervalle convenablement choisi (en fonction de la valeur du champs H). Chaque fois que,
pour un noyau déterminé présent dans la molécule, la relation ci-dessus est satisfaite, une partie de
l'énergie du rayonnement est absorbée et cette absorption, détectée par un dispositif approprié, se
traduit par un «pic » sur un diagramme (cf.par exemple les figures 6.9 et 6.11 ).

On peut également maintenir fixe la fréquence du rayonnement et faire varier l'intensité du champ
magnétique.

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Parmi les noyaux à spin non nul, susceptibles de « résonner », on trouve en particulier 'H, 3c, ' O,
15 NI9F et?lP; mais l?Cet lO, les isotopes courants de ces deux éléments, ont un spin nucléaire nul
et ne donnent donc lieu à aucune résonance. Hors le cas d'études particulières, c'est la résonance du
noyau de 'H, constitué par un unique proton quel' on observe et étudie le plus couramment ; on parle
alors de «résonance protonique», étant entendu qu'il s'agit non de n'importe quel proton (il y a des
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protons dans tous les noyaux atomiques) mais spécifiquement de celui qui constitue le noyau de H.
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