Chimie Organique de A à Z

La spectroscopie térahertz

En physique, la spectroscopie TéraHertz dans le domaine temporel ( THz-TDS ) est une technique spectroscopique dans laquelle les propriétés de la matière sont sondées avec de courtes impulsions de rayonnement térahertz.

Le schéma de génération et de détection est sensible à l'effet de l'échantillon sur l'amplitude et la phase du rayonnement térahertz. En mesurant dans le domaine temporel, la technique peut fournir plus d'informations que la spectroscopie à transformée de Fourier conventionnelle, qui n'est sensible qu'à l'amplitude. La nature impulsionnelle de la radiation utilisée donne accès à des quantités comme l’indice complexe de réfraction en mesurant le retard introduit par la traversée de l’échantillon.

Utilisations du rayonnement THz

Le rayonnement THz présente plusieurs avantages distincts pour une utilisation en spectroscopie. De nombreux matériaux sont transparents aux longueurs d'onde térahertz, et ce rayonnement est sans danger pour les tissus biologiques car non ionisants (par opposition aux rayons X ).

De nombreux matériaux intéressants ont des empreintes digitales spectrales uniques dans la gamme des térahertz qui peuvent ainsi être utilisées pour l'identification. Les exemples qui ont été démontrés comprennent plusieurs types différents d'explosifs, des formes polymorphes de nombreux composés utilisés comme ingrédients pharmaceutiques actifs (API) dans les médicaments commerciaux ainsi que plusieurs substances narcotiques illégales.

Étant donné que de nombreux matériaux sont transparents au rayonnement THz, les matériaux sous-jacents sont accessibles à travers des couches intermédiaires visuellement opaques. Bien qu'il ne s'agisse pas strictement d'une technique spectroscopique, la largeur ultracourte des impulsions de rayonnement THz permet des mesures (par exemple, l'épaisseur, la densité, l'emplacement des défauts) sur des matériaux difficiles à sonder (par exemple, la mousse).

L'intérêt pour THz-TDS de la part de la communauté médicale a augmenté ces dernières années. Récemment, des chercheurs ont été aptes de détecter le cancer de la peau et de surveiller la cicatrisation croissance. En outre, THz-TDS peut également être utilisé pour détecter des bactéries et virus via des métamatériaux THz. Les métamatériaux comprennent des structures de sous-longueurs d'onde d'origine humaine dont l'amélioration du champ local augmente considérablement la sensibilité du THz-TDS. L'utilisation des métamatériaux en THz-TDS permet donc la mesure de concentrations extrêmement faibles et de nouvelles applications commerciales. Ces capacités de mesure partagent de nombreuses similitudes avec celles des systèmes à ultrasons pulsés, car la profondeur des structures enterrées peut être déduite grâce à la synchronisation de leurs réflexions de ces courtes impulsions térahertz.

bromation alcyne et alcène

étude comparative

alcyne comme phényléthyne

et

alcène comme phényléthène (ou styrène)

Mode opératoire:

1/ dissoudre dans un erlenmeyer de 150 cm³ contenant 15 cm³ de tétrachlorométhane 1 cm³ de dibrome.

2/ répartir cette solution dans trois tubes à essais numérotés 1 (témoin), 2 et 3. Dans le tube à essais 2, ajouter 1 cm³ de phényléthyne et 1 cm³ de phényléthène dans le tube à essais 3. Agiter, avec précaution, pour homogénéiser.

3/ observer la décoloration dans les tubes 2 et 3, mais la décoloration se fait plus vite dans le tube 3. La bromation est plus rapide avec un dérivé d'alcène. La triple liaison carbone-carbone est moins réactive que la double liaison carbone=carbone.

4/ l'addition électrophile du cation Br⁺ est stéréosélective et se fait en deux étapes, avec cependant un rapport de 3x10³ en faveur de la double liaison. La première étape est l'action du cation Br⁺ avec un cycle à trois en intermédiaire puis d'une ouverture en deuxième étape de ce cycle par action de l'anion Br^-.

bromation de dérivés benzéniques aromatiques:

étude comparative

phénol

vs

chlorobenzène

vs

nitrobenzène

vs

2-(2-méthylpropyl)benzène

Mode opératoire:

1/ dans un erlenmeyer de 25 cm³, préparer un mélange acide éthanoïque (90%) - eau (10%). Placer un barreau aimantée et verser une goutte de dibrome. Puis agiter pendant 5 minutes.

2/ répartir la solution précédente dans cinq tubes à essais numérotés de 1 à 5. Le tube 5 sert de témoin.

3/ dans le tube à essais 1, verser deux gouttes de nitrobenzène et homogénéiser.

4/ dans le tube à essais 2, verser deux gouttes de chlorobenzène et homogénéiser.

5/ dans le tube à essais 3, verser deux gouttes de 2-(2-méthylpropyl)benzène et homogénéiser.

6/ dans le tube à essais 4, introduire une pointe de spatule de phénol (ou hydroxybenzène) et homogénéiser.

7/ observer la disparition du dibrome dont la vitesse décroit dans l'ordre: phénol, 2-(2-méthylpropyl)benzène, chlorobenzène et nitrobenzène.

Substitutions nucléophiles

changement de nucléophile

selon le réactif ionique et le solvant

Expériences 1: nucléophile = réactif ionique

le nucléophile est l'ion iodure et le nucléofuge est l'ion bromure.

Expériences 2: nucléophile = solvant

le nucléophile est l'éthanol et le nucléofuge est l'ion bromure.

Mode opératoire:

expérience 1-1

dans un tube à essai verser 10 cm³ d'une solution d'iodure de potassium à 15% dans de la propanone. Puis 0.5 cm³ de bromobutane. Le bromure de sodium précipite au bout de 3 minutes.

expérience 1-2

dans un tube à essai verser 10 cm³ d'une solution d'iodure de potassium à 15% dans de la propanone. Puis 0.5 cm³ de 2-bromo-2-méthylpropane. Le bromure de sodium précipite au bout de 60 minutes.

expérience 2-1

dans un tube à essai verser 10 cm³ d'une solution de nitrate d'argent à 2% dans de l'éthanol. Puis 0.5 cm_³ de bromobutane. Le bromure d'argent précipite au bout de 15 secondes.

expérience 2-2

dans un tube à essai verser 10 cm³ d'une solution de nitrate d'argent à 2% dans de l'éthanol. Puis 0.5 cm_³ de 2-bromo-2-méthylpropane. Le bromure d'argent précipite instantanément.

équilibres d'estérification-hydrolyse

Mode opératoire:

1/ dans un ballon monocol de 100 cm³, verser 14.3 cm³ d'acide éthanoïque et 14.6 cm³ d'éthanol et 1 cm³ d'acide sulfurique concentré. Ajouter quelques billes de verre et chauffer à reflux pendant 50 minutes. Puis verser le contenu du ballon monocol dans un bécher de 100 cm³ contenant 50 cm³ d'eau glacée (pour stopper la réaction). Verser le contenu du bécher dans une fiole jaugée de 100 cm³ tout en filtrant. Laver ballon monocol et bécher avec 10 cm³ d'eau à verser ensuite dans la fiole jaugée. Compléter le volume avec de l'eau.

2/ dans un autre ballon monocol de 100 cm³, verser 24.5 cm³ d'éthanoate d'éthyle et 4.5 cm³ d'eau et 1 cm³ d'acide sulfurique concentré. Ajouter quelques billes de verre et chauffer à reflux pendant 50 minutes. Puis verser le contenu du ballon monocol dans un autre bécher de 100 cm³ contenant 50 cm³ d'eau glacée (pour stopper la réaction). Verser le contenu du bécher dans une autre fiole jaugée de 100 cm³ tout en filtrant. Laver ballon monocol et bécher avec 10 cm³ d'eau à verser ensuite dans la fiole jaugée. Compléter le volume avec de l'eau.

3/ Prélever 20 cm³ de chaque solution précédente et réaliser avec une burette de 25 cm³ pour chacune un titrage acido-basique avec une solution de soude 0.5M et rajouter quelques gouttes de bleu de bromothymol.

4/ Il est possible d'accéder à la concentration à l'équilibre de l'acide éthanoïque., sensiblement la même dans les deux cas de la réaction du §1 et celle du §2. Ces deux réactions sont donc des équilibres