Spectroscopie 1HRMN

Nous abordons l'étude de la RMN par l'exposé de la Théorie simplifiée. Simplifié signifie que nous n'abordons pas les équations qui régissent le phénomène de RMN. Par contre, nous nous sommes plus intéressés au signal RMN et ce, quelle que soit la nature du noyau... Cette introduction pourra donc être utilisée également pour les autres spectroscopies de RMN du \(\textrm{}^{13}\textrm C\), \(\textrm{}^{31}\textrm P\), et autre noyaux de spin \(\frac{1}{2}\).

Puis nous aborderons les effets de l'environnement chimique (électrons) sur le signal des noyaux, connus sous le nom de déplacement chimique et à l'origine du grand succès de la RMN en chimie. Nous retrouverons, comme en infrarouge et avec plus d'efficacité encore, la capacité à identifier des atomes ou groupe d'atomes spécifiques, puis à apprécier des effets d'environnement plus lointain. S'agissant de la Résonance Magnétique Nucléaire du proton ou HMR, la richesse des informations concerne bien entendu les groupes portant de l'hydrogène et complète largement les faiblesses de l'IR sur les liaisons \(\textrm{C-H}\).

Enfin, nous introduirons les perturbations du signal du à la perception du magnétisme des noyaux voisins, connus sous le nom de couplage spin-spin. Cette composante du signal est certainement l'atout majeur de la RMN, résidant en la capacité à pouvoir associer, des signaux et donc des groupes d'atomes voisins. Bien entendu déplacement chimique et couplage sont des phénomènes concomitant que nous réunirons lors de l'étude des protons des groupes aromatiques puis des séries d'exercices.

La Résonance Magnétique nucléaire est une technique assez récente, au regard des spectroscopies classiques. Elle connaît des développements réguliers entre autres liés au progrès de l'informatique et des cryoaimants. Mais les lois qui la régissent sont connues depuis plus de 40 ans. Le traitement mathématiques et physique du phénomène est lourd pour des étudiants de chimie et fait appel soit à des équations différentielles (équation de Bloch) soit à la mécanique quantique pour le calcul de spectres (nombre, position et intensité des raies spectrales). Nous n'aborderons pas ces aspects mais approcherons la théorie lorsqu'elle est nécessaire à la compréhension des spectres de RMN.

Un peu d'histoire

C'est en 1946 que deux groupes de physiciens, l'équipe du Professeur BLOCH à Stanford et l'équipe du Professeur PURCELL à Harvard, en cherchant à mettre en évidence des transitions entre les états de spins nucléaires, concept purement théorique à cette époque, ont obtenu pour la première fois des signaux R.M.N... Après le succès de cette démarche relevant de la recherche fondamentale, la Résonance Magnétique Nucléaire (R.M.N.) est née et a explosé vers de multiples applications touchant :

• la chimie avec l'élaboration des structures chimiques et la dynamique moléculaire,

• plus récemment, le domaine médical avec l'Imagerie par Résonance Magnétique (ou I.R.M.)...

  Notez à ce propos que le qualificatif "Nucléaire" a disparu de l'intitulé pour ne pas effrayer (à tort.. !) les malades...

Nous limiterons le développement de cet ensemble d'autoformation à l'utilisation de la Résonance Magnétique Nucléaire en Chimie pour l'élucidation structurale.