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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 260 — #268
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CHAPITRE 5 – FORCES INTERMOLÉCULAIRES
L’important réseau de liaisons hydrogène explique les propriétés physiques du kevlar : il
s’agit d’un matériau particulièrement résistant, présentant une résistance à la rupture supérieure à celle de l’acier.
Dans le monde vivant, les protéines sont aussi des polyamides (polypeptides) dont l’organisation spatiale est régie par le développement de liaisons hydrogène. On observe plusieurs
possibilités de structures, organisées en hélice (hélices α) ou en feuillets (feuillets β ).
Liaison hydrogène et spectroscopie
L’existence d’une liaison hydrogène entre une molécule AH et une molécule (ou ion) B modifie la longueur de liaison A-H. En supposant la liaison A-H modélisée par un ressort de
constante de raideur (constante de force) k, la liaison hydrogène modifie aussi la constante
de force associée à cette liaison. En conséquence la vibration relative à la liaison A-H n’est
pas la même suivant que la molécule AH établit ou non des liaisons hydrogène. Ce point est
particulièrement visible en spectroscopie infra-rouge, où la bande d’absorption d’un groupement caractéristique peut évoluer suivant que le groupement participe ou non à une liaison
hydrogène. Dans le cas de la liaison O-H d’une fonction alcool, on observe en phase gaz
une bande d’absorption (pic fin) pour un nombre d’onde σ = 3600 cm −1 . En phase gaz,
la distance entre molécules est trop grande pour que celles-ci puissent interagir les unes
avec les autres. Le groupement OH est dit libre. En phase condensée, on observe pour le
même groupement une bande d’absorption (bande large) pour un nombre d’onde voisin de
σ = 3300 cm −1 . Cette grande modification du spectre met en évidence la présence de liaisons
hydrogène entre molécules d’un même échantillon en phase condensée. On parle de groupement OH lié ou associé. Les liaisons hydrogène établies entre groupements OH affaiblissent
la liaison covalente O-H. Pour les acides carboxyliques en solution concentrée, les molécules
s’associent sous forme de dimères liés par liaisons hydrogène (figure 5.11).
liaison hydrogène
O
O H
H
O
O
R
R
FIGURE 5.11 – Acides carboxyliques associés par liaisons hydrogène
On note dans le cas des acides carboxyliques un affaiblissement très important des liaisons OH. Le spectre infra-rouge montre alors un chevauchement de la bande d’absorption relative
aux liaisons C-H et de la bande d’absorption relative aux liaisons O-H (autour du nombre
d’onde σ = 3000 cm −1 ).
Liaison hydrogène et développements de la recherche actuelle
Même si la liaison hydrogène est désormais bien connue, ses applications et son utilisation
sont encore l’enjeu de recherches. Les observations réalisées dans la molécule d’ADN ont
donné l’idée d’utiliser la liaison hydrogène pour tenter la synthèse de matériaux polymères
dits autocicatrisants (qui ont la faculté de se réparer de façon naturelle suite à une déchirure
du matériau). Cette thématique est très active en recherche, et de multiples essais sont menés.
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CHAPITRE 5 – FORCES INTERMOLÉCULAIRES
L’important réseau de liaisons hydrogène explique les propriétés physiques du kevlar : il
s’agit d’un matériau particulièrement résistant, présentant une résistance à la rupture supérieure à celle de l’acier.
Dans le monde vivant, les protéines sont aussi des polyamides (polypeptides) dont l’organisation spatiale est régie par le développement de liaisons hydrogène. On observe plusieurs
possibilités de structures, organisées en hélice (hélices α) ou en feuillets (feuillets β ).
Liaison hydrogène et spectroscopie
L’existence d’une liaison hydrogène entre une molécule AH et une molécule (ou ion) B modifie la longueur de liaison A-H. En supposant la liaison A-H modélisée par un ressort de
constante de raideur (constante de force) k, la liaison hydrogène modifie aussi la constante
de force associée à cette liaison. En conséquence la vibration relative à la liaison A-H n’est
pas la même suivant que la molécule AH établit ou non des liaisons hydrogène. Ce point est
particulièrement visible en spectroscopie infra-rouge, où la bande d’absorption d’un groupement caractéristique peut évoluer suivant que le groupement participe ou non à une liaison
hydrogène. Dans le cas de la liaison O-H d’une fonction alcool, on observe en phase gaz
une bande d’absorption (pic fin) pour un nombre d’onde σ = 3600 cm −1 . En phase gaz,
la distance entre molécules est trop grande pour que celles-ci puissent interagir les unes
avec les autres. Le groupement OH est dit libre. En phase condensée, on observe pour le
même groupement une bande d’absorption (bande large) pour un nombre d’onde voisin de
σ = 3300 cm −1 . Cette grande modification du spectre met en évidence la présence de liaisons
hydrogène entre molécules d’un même échantillon en phase condensée. On parle de groupement OH lié ou associé. Les liaisons hydrogène établies entre groupements OH affaiblissent
la liaison covalente O-H. Pour les acides carboxyliques en solution concentrée, les molécules
s’associent sous forme de dimères liés par liaisons hydrogène (figure 5.11).
liaison hydrogène
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O H
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FIGURE 5.11 – Acides carboxyliques associés par liaisons hydrogène
On note dans le cas des acides carboxyliques un affaiblissement très important des liaisons OH. Le spectre infra-rouge montre alors un chevauchement de la bande d’absorption relative
aux liaisons C-H et de la bande d’absorption relative aux liaisons O-H (autour du nombre
d’onde σ = 3000 cm −1 ).
Liaison hydrogène et développements de la recherche actuelle
Même si la liaison hydrogène est désormais bien connue, ses applications et son utilisation
sont encore l’enjeu de recherches. Les observations réalisées dans la molécule d’ADN ont
donné l’idée d’utiliser la liaison hydrogène pour tenter la synthèse de matériaux polymères
dits autocicatrisants (qui ont la faculté de se réparer de façon naturelle suite à une déchirure
du matériau). Cette thématique est très active en recherche, et de multiples essais sont menés.
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