Correction TD Spectro de masse .pdf



Nom original: Correction TD Spectro de masse.pdfTitre: Microsoft Word - chim305atd04_1c.docAuteur: Véronique Montembault

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Université du Maine - Faculté des Sciences

CHIM305A – semaine 4
TD n°1 : spectrométrie de masse

TD n°1 : Spectrométrie de masse
Correction
1- a)

Ecrivons tout d’abord les formules semi-développées des deux cétones :
γ
α β
β
α
H3 C C
H3C C CH CH2 CH3

O

β
α
CH2 CH3

C

CH3 O

CH3

2-méthylpentan-3-one

3-méthylpentan-2-one
Elles peuvent toutes les deux subir des scissions α :

H3C

C

CH CH2 CH3

O

CH3

scission α

H3C

C

O

CH CH2 CH3

+

CH3

m/z = 43
scission α

H3C C

C

CH2 CH3

scission α

H3C CH2 CH C

H3C

CH3 O

m/z = 85

CH3

CH C

O +

O

CH3

+

H3C CH2

CH3 m/z = 71
scission α

H3C

CH2 C
m/z = 57

O

+ H3 C

CH
CH3

La scission α fait apparaître des ions acyliums différents qui vont permettre de différencier les spectres de masse de ces
deux cétones. D'autre part, seule la 3-méthylpentan-2-one est susceptible de subir un réarrangement de Mac Lafferty :

H
CH2

O

CH2

C
CH

OH

CH2

+
CH2

CH3

C
CH3

CH3

b)

CH3

CH

m/z = 72

2-éthylcyclohexanone

3-éthylcyclohexanone

O

O
CH2 CH3
CH2 CH3

Nous procédons ici de la même manière en déterminant la nature des ions acyliums obtenus par scission α.

O
CH2 CH3

scission α

H2C

(CH2)3

CH

C

O

m/z = 126

(CH2)4

C

O

Et
scission α

H3C

CH2

CH

m/z = 126

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O
scission α

H2C

(CH2)2

CH

CH2

C

O

(CH2)3

C

O

m/z = 126

Et

CH2 CH3

scission α

H2C

CH

m/z = 126

Et
Nous observons ici qu'il n'y a pas de différenciation par scission α.
Qu'en est-il du réarrangement de Mac Lafferty ?
Seule la 2-éthylcyclohexanone peut subir ce réarrangement car l'autre cétone présente des H en γ non accessibles pour
cause de contrainte angulaire.

H

H
O

O

CH2
CH2

+

CH2

CH2

m/z = 98

2- On procède selon le même raisonnement que l'exercice 1, c'est-à-dire que l'on détermine les ions acyliums susceptibles de
se produire par scission α puis éventuellement le cation-radical issu du réarrangement de Mac Lafferty s'il y a présence
d'un H en γ de la fonction carbonyle dans la molécule de départ.
Molécule A : pics caractéristiques à m/z = 29, 44, 57 et 86.
La scission α donne les ions acyliums suivants :

H3C CH2 CH2

CH2 C

H

scission α

H3C (CH2)3

O

C

+

H

m/z = 85

m/z = 86
scission α

H

scission α

+

C
O
m/z = 29

H

C

+

La molécule A peut également subir un réarrangement de Mac Lafferty :
H
O
CH2
CH2
+

C
CH2

H

CH2

H3C (CH2)2

H3C (CH2)2
m/z = 57

O

CH2

O

OH
C
CH2 H
m/z = 44

Molécule B : pics caractéristiques à m/z = 102 et 60.
•+
L'ion moléculaire CH3-CH2-CH2-CH2-CO-OH présente un m/z de 102.
D'autre part, le réarrangement de Mac Lafferty génère le radical-cation suivant :

CH2

CH2

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H3C

H
CH

O

CH2

C
CH2

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H3C
CH
+

CH2

OH

OH
C
CH2 OH
m/z = 60

Molécule C : pics caractéristiques à m/z = 57, 74, 85 et 116.
La scission α donne les ions acyliums suivants :

H3C CH2 CH2

CH2 C O CH3

scission α

H3C (CH2)3

O

C

+

O

O

CH3

m/z = 85

m/z = 116
scission α

H3C (CH2)2

CH2

+

m/z = 57

C O CH3
O

La molécule C peut également subir un réarrangement de Mac Lafferty :

H3C

H
CH

O

CH2

C
CH2

H3C

CH
+

CH2

OCH3

OH
C
CH2 OCH3
m/z = 74

3Isomère D : pics caractéristiques à m/z = 59 et 73.
Le pic à m/z = 73 correspond à (M – 15)+, c’est-à-dire à la perte d’un groupement méthyle –CH3 qui génère un carbocation
stable.
De même, le pic à m/z = 59 correspond à (M – 29)+, c’est-à-dire à la perte d’un groupement éthyle –CH2-CH3 qui génère un
carbocation TRÈS stable (abondance relative du pic de 100).
À partir de ces informations, on en déduit que D est un alcool tertiaire. Sa formule brute étant C5H12O, une seule structure
développée est possible :

CH3
HO

C

CH2 CH3

HO

C
CH3

CH3
HO

C
CH3

CH2 CH3

+

CH3

+

CH3-CH2

m/z = 73
CH3
m/z = 59

D est le 2-méthylbutan-2-ol.
Isomère E : pics caractéristiques à m/z = 45 et 73.
Le pic à m/z = 73 correspond à (M – 15)+, c’est-à-dire à la perte d’un groupement méthyle –CH3 qui génère un carbocation
stable.
De même, Le pic à m/z = 45 correspond à (M – 43)+, c’est-à-dire à la perte d’un groupement propyle CH2-CH2-CH3 ou
isopropyle CH(CH3)2 qui génère un carbocation stable (abondance relative du pic de 100).
À partir de ces informations, on en déduit que E est un alcool secondaire. Sa formule brute étant C5H12O, les deux isomères
possibles sont :

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CH3
HO CH

HO CH CH2 CH2 CH3

CH2 CH2 CH3

+

CH3

m/z = 73
CH3

HO

CH3

CH3

CH

CH CH3

CH3-CH2-CH2

+

HO CH
m/z = 45

CH3
HO

CH CH2 CH3

+

m/z = 73
CH3

CH3

+

HO CH
m/z = 45

CH3

CH CH3

E est soit le pentan-2-ol, soit le 3-méthylbutan-2-ol.
Isomère F : pas de perte de CH3 car absence de pic à (M-15)+, ni de CH2-CH3 car absence de pic à (M – 29)+.
F est donc un alcool primaire.
Les isomères possibles sont :

CH3

CH3

CH3

H3C CH2 CH2 CH2 CH2 OH

H3C CH CH2 CH2 OH

H3C CH2 CH CH2 OH

F1

F2

F3

F1

F2

H3C CH2 CH2 CH CH2
CH3
H3C CH CH CH2

+

H2O

F4 CH3

CH2 CH2

H3C CH2 C

CH2

CH3 CH CH2
m/z = 42

+

H2O

CH2 CH2

CH3 CH CH2
m/z = 42

CH3
F3

H3C C CH2 OH

+

H2O

CH2 CH2

CH3 CH CH2
m/z = 42

F4

impossible

D'après le spectre de masse (pic caractéristique à m/z = 42), les trois isomères possibles de F sont : le pentan-1-ol, le 3méthylbutan-1-ol ou le 2,2-diméthylpropan-1-ol.

4a)

Le pic moléculaire le plus important correspond à la formule brute : 73 Li 35
17 Cl .

Application numérique : Masse = (1*7,016) + (1*34,969) = 41,985 uma


b) Composition isotopique des différentes espèces
6
7
Pour un atome de lithium, il peut s’agir de 3 Li ou de 3 Li . De même, pour le chlore, il peut s’agir de
Les différentes structures possibles du chlorure de lithium sont :
6
35
6
37
3 Li 17 Cl
3 Li 17 Cl





c)

7
3

Li35
17 Cl

35
17

Cl ou de
7
3



37
17

Cl .

Li37
17 Cl



Abondance isotopique



Chaque isotope n’existe pas avec la même proportion. Chaque structure LiCl n’existe donc pas avec le même
pourcentage. Connaissant le pourcentage de chaque isotope de lithium et de chlore, on peut calculer le pourcentage de

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chaque espèce LiCl.
Composition isotopique
6
35
3 Li 17 Cl
6
3
7
3
7
3



Abondance isotopique

Masse (uma)

0,076*0,758 = 5,76 %

40,984

Li Cl

0,076*0,242 = 1,84 %

41,985

Li Cl

0,924*0,758 = 70,04 %

42,981

Li Cl

0,924*0,242 = 22,36 %

43,982

37
17
35
17
37
17


d)


Facteur
de résolution du spectromètre
€différentes espèces constituant le pic M+1 présentent les valeurs de m/z suivantes :
Les
6
3

Li35
17 Cl

40,984 u

;

6
3

Li37
17 Cl

41,985 u

;

7
3

Li35
17 Cl

42,981 u

7
3

;

Li37
17 Cl

43,982 u

La résolution d'un appareil correspond à R = m/Δm. Pour distinguer le pic le plus abondant de ses voisins, c'est-à-dire
pour une valeur de Δm de (42,981 - 41,985) = 0,996 u, il faut une résolution R = 42,981/0,996 = 44.






5a)

Le pic moléculaire le plus important correspond à la formule brute C15H120. En prenant en compte les masses des
isotopes les plus abondants pour le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, on obtient une masse de :
Masse = (15*12,000000) + (12*1,007825) + (1*15,994915)
Masse = 208,088815 u.
La composition du pic moléculaire est 12C151H1215O. Le pic M+1 peut donc correspondre aux compositions suivantes :
12

C1413C1H1216O ; 12C151H112H16O; 12C151H1217O

b)
O

O
- CO

Les deux modes de décomposition correspondent à une perte de masse paire (28 u). Les ions formés (m/z = 180) sont
donc des cations-radicaux.
Par perte de CO :

12

C141H12+-, m/z = 180,0939 u et par perte de C2H4 :

12

C131H815O, m/z = 180,05752 u. Sur un

enregistrement de haute résolution, on peut déduire que le pic le plus à droite correspond aux ions formés à partir de
l'ion parent par perte de CO.
c)

Les différentes espèces constituant le pic M+1 présentent les valeurs de m/z suivantes :
12

12
C1413C1H1215O
209,09217 u ; 12C151H112H15O 209,095092 u ;
C151H1216O
209,093031 u
Sachant que la résolution d'un appareil correspond à R = m/Δm, une résolution de 15 000 correspond à une valeur de

Δm de 0,014 u, ce qui est très supérieur aux écarts existants entre les différents pics à M + 1. Dans les conditions de
cette expérience, les trois types de molécules apparaîtront donc confondues.

6Le pic moléculaire de C4H6O2 est m/z = 86.
L'acrylate de méthyle et l'acide méthacrylique sont des composés susceptibles de subir une scission α.

O
H2C CH C

O CH3

acrylate de méthyle

H2C CH +

O C O CH3

m/z = 59

H2C CH +

O C O CH3

m/z = 27

H2C CH

C O

+ O CH3

m/z = 31

H2C CH

C O

+ O CH3

m/z = 55

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H3C
H 2C

O
C

C

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CH3
O H

acide méthacrylique

H2C CH +

O C O H

m/z = 45

H2C CH +
CH3

O C O H

m/z = 41

CH3
H2C C C O
H 2C C C O
CH3

+ O H
+ O H

m/z = 17
m/z = 69

Les valeurs m/z des fragments obtenus sont différentes pour l'acrylate de méthyle et l'acide méthacrylique. Il est donc possible
de les distinguer. Le flacon A contient l'acide méthacrylique. Le flacon B contient l'acrylate de méthyle.

7Parmi les molécules A, B, C et D, lesquelles sont susceptibles de subir un réarrangement de Mac Lafferty ?
Pour subir un réarrangement de Mac Lafferty, il faut que la molécule possède une fonction carbonyle et un H en γ de cette
fonction CO. C’est le cas ici des molécules A, B et D.

Donner la structure du fragment chargé issu du réarrangement de Mac Lafferty et sa valeur de m/z.

H
:

A

H
:
Et

D

:
H

CH2

CH2

H

O

O

Et

CH2

m/z = 74

O

H
+

C
CH3

CH2

CH2
+

C

CH2
CH

C

CH2

m/z = 58

CH2
O
m/z = 102

H

CH2

H3C

C

O

+

C

CH2
CH2
m/z = 86

O

H

O

C

H3C

B

CH2

O

H

m/z = 86

CH2
m/z = 44

CH2
CH
CH3

•+

Remarque : L’ion moléculaire [C] a pour valeur m/z 88.

Attribuer les spectres 1, 2 et 3 à la molécule qui convient.

D’après les valeurs m/z de l’ion moléculaire de chaque spectre, on peut d’ores et déjà attribuer le spectre 1 qui présente un
ion moléculaire à m/z= 102 qui ne peut correspondre qu’à la molécule B.
Pour ce qui est des spectres 2 et 3, ils présentent un ion moléculaire à m/z = 86 qui peut correspondre aux molécules A et D
mais pas à C (m/z = 88).
D’après les valeurs m/z des fragments issus du réarrangement de Mac Lafferty, seul le spectre 3 présente un pic m/z = 44
caractéristique du réarrangement de D.
Par conséquent, le spectre 2 correspond à A.


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