Les groupements fonctionnels sont constitués de diverses liaisons covalentes ayant
des forces différentes. Par conséquent, les énergies nécessaires pour avoir un effet sur les
vibrations de ces liaisons sont distinctes selon la nature des groupements fonctionnels.
Ainsi, lorsque le spectrophotomètre infrarouge irradie les molécules avec une radiation
électromagnétique dans l’infrarouge, les liaisons spéci?ques des groupements fonctionnels présents dans les molécules de l’échantillon passent d’un état fondamental de
vibration à un état excité en absorbant cette lumière. Essentiellement, deux modes
de vibrations peuvent avoir lieu : un mode d’élongation et un mode de déformation
angulaire des liaisons. L’énergie de la région de l’infrarouge absorbée par les molécules
n’est toutefois pas suf?samment forte pour rompre une liaison covalente. La spectroscopie infrarouge s’avère donc fort utile pour déterminer la présence des liaisons des
différents groupements fonctionnels au sein d’un composé chimique.
Dans la ?gure 5.6, les divers modes de vibration du groupement méthylène OCH 2 O
sont représentés.
Figure 5.6
Différentes vibrations d’élongation
et de déformation angulaire du
groupement OCH 2 O
Le nombre maximal de vibrations possibles dans une molécule est appelé le degré
de liberté. L’équation 5.4 indique le degré de liberté pour une molécule dont la géométrie n’est pas linéaire, où n représente le nombre d’atomes que contient la molécule
à l’étude.
Degré de liberté = 3n − 6
(équation 5.4)
Exercice 5.1 Calculez le nombre maximal de vibrations possibles pour les
molécules suivantes.
a) méthane
b) éthane
5.4.1 Bandes d’absorption et spectres infrarouges
Chaque liaison d’un groupement fonctionnel vibre de manière indépendante. Ainsi, au
moment de l’analyse d’un spectre IR, une fonction aldéhyde (OCHO), par exemple,
ne sera pas caractérisée par une seule bande d’absorption, mais bien par deux bandes
distinctes, car la fonction aldéhyde est formée d’une liaison CPO et d’une liaison COH.
De plus, peu importe la structure du composé, les bandes d’absorption particulières à
chaque liaison d’un type de groupement fonctionnel sont toujours localisées dans un
même intervalle de nombres d’onde dans un spectre IR. La ?gure 5.7 présente la localisation approximative, selon les nombres d’onde, de quelques bandes d’absorption spéci?ques de liaisons typiques de groupements fonctionnels dans un spectre infrarouge.
Le tableau 5.3, quant à lui, indique les plages de nombres d’onde de vibration pour
les liaisons des groupements fonctionnels couramment rencontrés dans les composés
organiques.
Dans le cas des molécules
ayant une géométrie linéaire,
l’équation des degrés de
liberté devient 3n − 5.
REMARQUE
234 Chapitre 5 Spectroscopie
des forces différentes. Par conséquent, les énergies nécessaires pour avoir un effet sur les
vibrations de ces liaisons sont distinctes selon la nature des groupements fonctionnels.
Ainsi, lorsque le spectrophotomètre infrarouge irradie les molécules avec une radiation
électromagnétique dans l’infrarouge, les liaisons spéci?ques des groupements fonctionnels présents dans les molécules de l’échantillon passent d’un état fondamental de
vibration à un état excité en absorbant cette lumière. Essentiellement, deux modes
de vibrations peuvent avoir lieu : un mode d’élongation et un mode de déformation
angulaire des liaisons. L’énergie de la région de l’infrarouge absorbée par les molécules
n’est toutefois pas suf?samment forte pour rompre une liaison covalente. La spectroscopie infrarouge s’avère donc fort utile pour déterminer la présence des liaisons des
différents groupements fonctionnels au sein d’un composé chimique.
Dans la ?gure 5.6, les divers modes de vibration du groupement méthylène OCH 2 O
sont représentés.
Figure 5.6
Différentes vibrations d’élongation
et de déformation angulaire du
groupement OCH 2 O
Le nombre maximal de vibrations possibles dans une molécule est appelé le degré
de liberté. L’équation 5.4 indique le degré de liberté pour une molécule dont la géométrie n’est pas linéaire, où n représente le nombre d’atomes que contient la molécule
à l’étude.
Degré de liberté = 3n − 6
(équation 5.4)
Exercice 5.1 Calculez le nombre maximal de vibrations possibles pour les
molécules suivantes.
a) méthane
b) éthane
5.4.1 Bandes d’absorption et spectres infrarouges
Chaque liaison d’un groupement fonctionnel vibre de manière indépendante. Ainsi, au
moment de l’analyse d’un spectre IR, une fonction aldéhyde (OCHO), par exemple,
ne sera pas caractérisée par une seule bande d’absorption, mais bien par deux bandes
distinctes, car la fonction aldéhyde est formée d’une liaison CPO et d’une liaison COH.
De plus, peu importe la structure du composé, les bandes d’absorption particulières à
chaque liaison d’un type de groupement fonctionnel sont toujours localisées dans un
même intervalle de nombres d’onde dans un spectre IR. La ?gure 5.7 présente la localisation approximative, selon les nombres d’onde, de quelques bandes d’absorption spéci?ques de liaisons typiques de groupements fonctionnels dans un spectre infrarouge.
Le tableau 5.3, quant à lui, indique les plages de nombres d’onde de vibration pour
les liaisons des groupements fonctionnels couramment rencontrés dans les composés
organiques.
Dans le cas des molécules
ayant une géométrie linéaire,
l’équation des degrés de
liberté devient 3n − 5.
REMARQUE
234 Chapitre 5 Spectroscopie