Domaines
L'élucidation structurale nécessite la connaissance de la connectivité entre atomes dont le nombre et la nature sont obtenus grâce à la microanalyse et/ou la spectrométrie de masse. Comme nous l'avons vu dans l'introduction la spectroscopie moléculaire étudie les transitions entre les niveaux électroniques, les niveaux vibrationnels et les niveaux rotationnels.
La spectroscopie vibrationnelle explore donc les relations entre atomes liés, vibrant l'un vis-à-vis de l'autre et par rapport à l'ensemble des atomes voisins. C'est là, la richesse et la complexité (relative) de la spectroscopie d'absorption infrarouge : donner des informations suffisamment dépendantes des couples, ou groupe d'atomes en cours de vibration, pour y attacher un déterminisme utile à la découverte de fonctions, établir une dépendance plus fine de l'environnement proche de ces fonctions afin d'avancer dans l'écriture des structures.
Nous allons voir les raisons de ces performances, leurs limites et la méthodologie d'interprétation en résultant.
Le domaine Infra Rouge ou IR :
On rencontre plusieurs types de spectroscopie infrarouge. Celle qui nous intéresse ici, la plus utilisée en chimie organique, est la spectroscopie d'absorption dans l'infrarouge ; les énergies mises en œuvre dans le domaine infrarouge se situent en dessous des énergies les plus basses du domaine du visible et couvrent des longueurs d'ondes allant de 1 à 1000 microns ou micromètres.
Dans le domaine IR, on distingue trois sous domaines :
de 1 à 2,5 microns le proche infrarouge
de 2,5 à 25 microns le moyen infrarouge
au delà de 25 microns le lointain infrarouge
C'est le moyen infrarouge qui nous intéressera dans ce chapitre. Les énergies correspondantes vont de 10 à \(1~\textrm{Kcal.mol}^{-1}\) et des fréquences de l'ordre \(10^{+13}\) à \(10^{+14} ~\textrm{Hz}\).
Pour les études infrarouges ou IR, on utilise le nombre d'onde qui définit le domaine de « fréquence » de la façon la plus souvent utilisée et que nous conserverons pour la suite de son étude de : \(4000~\mathrm{ cm}^{-1}\) à \(600~ \mathrm{cm}^{-1}\). L'observation des domaines de plus basses énergies est envisageable, notamment la plage 600 à \(200 ~\textrm{cm}^{-1}\), mais elle présente une complexité technique plus grande et elle n'est intéressante que pour les atomes lourds et donc souvent non utile en chimie organique et plus prisée en chimie inorganique.
Les limites classiques sont :
hautes énergies : \(2\textrm,5 ~\textrm{mm}\), \(4 000 \textrm{cm}^{-1}\), \(1\textrm,2. 10^{+14} \textrm{Hz}\) ou \(120 000 \textrm{gigaHertz}\), \(48 \textrm{kJ.mol}^{-1}\)
basses énergies : \(25 \textrm{mm}\), \(400 ~\textrm{cm}^{-1}\), \(1\textrm,2.10^{+13} \textrm{Hz}\) ou \(12 000 \textrm{gigaHertz}\), \(4\textrm.8 \textrm{kJ.mol}^{-1}\)
Le domaine du proche infrarouge est peu utile à l'élucidation structurale des molécules organiques. Il est utilisé pour des applications quantitatives en constant développement. En effet dans ce domaine on ne rencontre que des bandes de combinaison ou des harmoniques (définies plus loin), moins intenses que les bandes du moyen infrarouge qui font l'objet de ce chapitre. Néanmoins, la faible intensité des bandes dans le proche infrarouge, leur confère une largeur de raie assez faible permettant des approches quasi univoques de certaines fonction ou groupement d'atomes. De plus dans ce secteur les supports porte-échantillon peuvent être en verre (d'accès facile) alors que, vous le verrez, le moyen infrarouge nécessite des supports spécifiques.
L'IR lointain est pour sa part plutôt réservé à des recherches très spécialisées.