La RMN en archéologie

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Analyse spectrale
Type : Exercice | Année : 2014 | Académie : Amérique du Sud
Corpus Corpus 1
La RMN en archéologie

Analyse spectrale

pchT_1411_03_01C

Observer

10

Amérique du Sud • Novembre 2014

Exercice 3 • 5 points

Cet exercice est de type « analyse et synthèse de document ».

Cruche anglaise

 

Dans une vieille cave, un collectionneur d’objets anciens trouve une cruche en grès hermétiquement fermée contenant encore un liquide. Il s’agit d’une cruche anglaise datant de la Première Guerre mondiale qui pouvait contenir du lait, de l’eau, de la bière ou du rhum. Étant très curieux de nature, il décide de faire appel à un ami scientifique afin de découvrir la nature du liquide contenu dans ce récipient.

Celui-ci décide de réaliser une distillation fractionnée du liquide et réussit à isoler trois substances. Après purification, il procède à une étude par spectroscopie RMN et obtient trois spectres exploitables.

Les résultats de ces analyses ainsi que quelques données sont présentés dans les documents ci-après.

L’objectif de l’exercice est donc de trouver quelle pourrait être la nature du liquide stocké dans cette cruche.

 Document 1 Quelques espèces chimiques que l’on trouve dans les boissons
  • Lait : eau, lactose, acide lactique.
  • Bière : eau, éthanol, glucose, acide citrique, acide pyruvique.
  • Rhum : eau, éthanol, acide éthanoïque, acide propanoïque, acide 2-éthyl-3-méthylbutanoïque, acide palmitique.

 

 

 

 

 

 

Représentation de quelques molécules

 Document 2 Tableau de quelques déplacements chimiques
 

Type de proton

δ en ppm

0,5 &ndash 1,5

0,7 &ndash 5,5

2,0 &ndash 2,7

3,5 &ndash 5,2

4,5 &ndash 6,5

9,5 &ndash 11,0

10,5 &ndash 12,5

 
 Document 3 Spectre RMN de la substance n&deg  1 et courbe d’intégration

 
 Document 4 Spectre RMN de la substance n&deg  2 et courbe d’intégration

 
 Document 5 Spectre RMN de la substance n&deg  3 et courbe d’intégration

 

1. Questions préalables

> Sur le tableau ci-dessous, indiquer par une croix si les propositions indiquées sont vraies ou fausses et préciser, le cas échéant, le numéro du document qui permet éventuellement de choisir la réponse. (1 point)

Si votre réponse s’appuie sur les données d’un ou de plusieurs documents, indiquer son (ou leur) numéro(s) dans la dernière colonne.

 

Propositions

Réponses

N&deg de document

1. La hauteur de chaque saut vertical de la courbe d’intégration est proportionnelle au nombre de protons équivalents responsables du signal correspondant.

Vrai ☐&ensp Faux ☐

2. Un groupe de protons équivalents (a) ayant pour voisins n protons (b) présente un signal de résonance sous forme d’un multiplet de (n + 1) pics.

Vrai ☐&ensp Faux ☐

3. La substance n&deg  2 peut être de l’éthanol.

Vrai ☐&ensp Faux ☐

4. La molécule d’acide 2-éthyl-3-méthylbutanoïque a pour représentation topologique :

Vrai ☐&ensp Faux ☐

5. L’acide pyruvique présente 4 protons équivalents.

Vrai ☐&ensp Faux ☐

 

2. Analyse et synthèse de documents

> À partir de tous les documents fournis et de vos connaissances personnelles, identifier quelle peut être la boisson présente dans cette cruche en justifiant clairement la démarche suivie. (4 points)

Le candidat est invité à noter ses pistes de recherche.

Le candidat est évalué sur ses capacités à analyser les documents, à faire preuve d’un esprit critique sur leurs contenus, ainsi que sur la qualité de sa rédaction et de son argumentation scientifique.

Les clés du sujet

Notions et compétences en jeu

Spectres RMN du proton • Formule topologique des molécules organiques.

Conseils du correcteur

Cet exercice est sur 5 points, il faut donc lui consacrer environ 50 minutes dont une bonne demi-heure pour la partie « synthèse ». Pensez à justifier rigoureusement votre raisonnement. Cinq points ne sont pas donnés pour une réponse tenant en cinq lignes !

Partie 1

  • Cette partie est constituée d’un tableau « Vrai-Faux », pensez à bien revoir votre cours sur la RMN avant d’y répondre. Attention aux détails des cinq propositions.
  • Dans la première proposition, le terme « hauteur » n’est pas bon, revenez sur votre cours pour comprendre pourquoi. Pour la troisième proposition, représentez la molécule d’éthanol et entourez les différents groupes de protons équivalents, puis trouvez les voisins de chaque groupe.

Partie 2

Les documents présentés

  • Le document 1 nous fournit la liste des composants de la bière, du rhum et du lait. De plus quelques-uns de ces constituants sont représentés.
  • Le document 2 donne la valeur du déplacement chimique (axe horizontal des spectres RMN) en fonction du type de proton.
  • Les documents 3, 4 et 5 nous donnent les spectres RMN des trois substances inconnues prélevées dans la cruche.

Analyse et synthèse

  • Si vous êtes à l’aise sur la prédiction des spectres RMN, commencez par prédire le nombre de signaux et la multiplicité de chacun d’eux pour toutes les molécules envisageables ici, c’est-à-dire toutes celles contenues dans le lait, le rhum et la bière. Comparez alors avec les spectres donnés dans les documents 3, 4 et 5.
  • Si vous êtes moins à l’aise, commencez par les petites molécules, par exemple celles contenues dans le rhum.