Niveaux d'énergie des molécules

énergie électronique : énergie des liaisons

• 2 niveaux électronique : S0 et S1
• sous niveaux vibrationnels
• sous niveaux rotationnels

énergie vibrationnelle : vibrations de n atomes

énergie rotationnelle : rotation autour de σ

-> énergie interne = E életrconique + E vibrationnelle + E rotationnelle

Absorption d'un photo

-> énergie électronique fondamentale (S0) + hν -> énergie électrique excité S1

• excitation :
• capture du photon S0
• -> l'orbitale moléculaire devient excitée = S1
• = transition d'énergie électronique
• desexcitation
• en 10^-15 secondes, l'orbitale moléculaire perd son énergie
• -> revient à son niveau S0

-> le cycle peut recommencer : l'orbitale moléculaire peut absorber un 2ème photon

Rayonnements électromagnétiques

-> vitesse (c) : 300 000 000 m/s

-> fréquence ν (Hz)

-> longueur d'onde λ -> λ = c/ν

-> énergie -> E = hν -> E = hxc/λ

-> énergie d'un rayonnement = inversement proportionnel à λ

-> 200nm = en-dessous de cette valeur, l'air est opaque et ne transmet pas les UV

-> 700nm = limite du visible mais imprécis car diffère pour chaque personne

= domaine du visible restreint (400 à 700nm voir 800nm) par rapport à l'étendue de ces ondes électromagnétiques

Types d'UV :

• UV lointain : 50-200 nm = l'air et le quartz ne sont pas transparents pour ses UV lointains = opaques à ces UV
• UV proche : 200-400 nm = niveau d'énergie élevé par rapport aux visibles = transitions d'énergie des molécules et absorption moléculaire des UV

Visible = entre 400 et 700nm = énergie + faible = absorption moins fréquente que l'UV

Transitions d'énergie des molécules

Transition σ -> σ*

-> transition d'énergie très élevée -> λ = 135nm

= pas absorbé en UV puisque inférieur à 200nm

Transition π -> π*

-> 2 orbitales π = faible recouvrement

• π -> π* = faible énergie
• λ + importante

-> doubles liaisons conjugués

• électrons localisés = échange de position des électrons = système de résonance
• signifie que les électrons sont plus faciles à exciter
• énergie de transition π -> π* + faible

ex : butadiène absorbe les UV à 217nm -> pour chaque molécule C=C additionnelle on a +25nm

217nm > 200nm donc on peut analyser cette molécule

β-carotène absorbe à 448nm = domaine du visible avec absorption du bleu-violet et apparaît orangé

448nm > 200nm donc on peut l'analyser

Transition n -> σ*

-> concerne les atomes O, N, S, Cl qui possèdent des doublets non liants (= n) couplé à une simple liaison

-> peuvent être portés à un état excité σ* donc orbitale moléculaire σ*

ex :

• eau : 180nm
• méthanol : 183nm
• éther : 190nm
• éthlamine : 210nm

Transition n -> π*

-> concerne les molécules possédant un atome O ou N (doublet n) relié à une double liaison

-> faible absorption à 270-300nm

Liaison de coordination donneur -> accepteur

-> donneur : doublet d'électrons (n) = O ou N

-> accepteur : sel métallique (orbitales d')

-> faible transition d'énergie = transition se fait par un rayonnement de faible énergie = domaine visible -> très forte absorption

Chromophores

= groupement chimique qui conduit à l'absorption

Chromophores isolés

-> séparés par 2 ou + liaisons σ = absorbent de façon indépendante

-> les 2 premiers sont reliés par 2 liaisons σ = les 2 cycles ne sont pas conjugués = molécule va absorber 210nm

Chromophores conjugués

-> séparés par 1 seule liaison σ = augmentation de la longueur d'onde d'absorption et de l'intensité d'absorption

-> cétone = chromophore donc conjugaison des 3 chromophores = absorbe +

-> + le système conjugué s'étend + les effets sont importants

• 2ème molécule apparaît en rouge car absorbe le bleu à 450nm

Molécules analysées

Les principes actifs

-> constitués d'un cycle avec un N ou un O = absorbent les UV

Protéines

-> il faut que la protéine possède au moins un de ces 3 acides aminés

• tryptophane : 290nm
• tyrosine : 289nm/4
• phénylalanine : 255nm/40

-> liaison peptidique : 190-220nm

-> caractéristique du pont disulfure = absorption à 250nm

• mais sont perturbés par les autres acides aminés qui vont absorber

Acides nucléiques

-> absorbe jusqu'à 250nm

-> les bases ont une transition π -> π*

-> contamination des acides nucléiques par des protéines

• rapport des absorbances 250nm/280nm
• permet de déterminer le niveau de pureté de A.N.
• si R < 1,8 -> protéines
• si R > 2 -> ARN

Enzymologie

-> NAD+ : absorbe à 250nm

-> NADH, H+ : absorbe à 250 + 330nm

= permet le suivi d'une transformation enzymatique

Chromophores de la vision

-> chromophore précurseur = le rétinol (vitamine A1) mais n'absorbe pas le domaine du visible (molécule liposoluble)

-> vit A1 oxydée en rétinal = augmente la longueur d'onde d'absorption

-> rétinal associé à l'opsine (protéine transmembranaire) = rhodopsine -> capable de mettre en place des liaisons de coordinations et produire la possibilité d'absorber le visible

-> différents types d'ospines

• bleu
• orange
• vert

Chlorophyles

-> capture la lumière par N grâce à des liaisons donneurs -> accepteur Mg

-> atome d'azote qui capture la lumière, transmette l'énergie à d'autres protéines qui transforment l'énergie capturée

-> les feuilles qui jaunissent se traduisent par une perte d'activité

Analyse quantitative

= relie l'absorption de la lumière et la concentration des molécules en solutions

• extrêmement polyvalente
• calcul direct des concentrations
• = permet d'avoir un résultat direct

Loi de Beer et Lambert

Lambert -> dI/l = diminution relative de l'intensité d'un rayonnement est proportionnelle à l'épaisseur de matériaux absorbants traversée

• dI (diminution en pourcentage de l'intensité) dépend de l'épaisseur

Beer -> k = k'xC = pour des solutions faiblement concentrées (C)

• A sans unité
• L : en cm
• C : en mol/L = ε : coefficient d'absorption molaire en cm¹.(mol/L)^-1
• C : en g/L = ε : coefficient d'absorption spécifique en cm^-1.(g/L)^-1

ε -> dépend de la longueur d'onde λ

-> déduire la concentration d'après l'absorbance puisqu'on cherche S2 et 18,4mg = S1

-> A = εxLxC -> C = A/(εxL)

• C = 0,224/7800 = 2,87x10^-5 mol/L
• C (en g/L^-1) = MM x C = 520 x 2,87x10^-5 = 0,0149 g/L soit 14,9 mg/L = solution S2

-> solution S1 est 10 fois + concentré = 14,9/100mL

-> or on a pesé 18,4mg pour 100mL, soit une pureté de 14,9/18,4 = 81%

Transmission : lumière entrée/Iumière sortie = l/l0

Absorbance : log(1/T) = -log(T)

-> 90% absorbé = 10% transmis

-> T = I/I° = 0,1

A = log(1/T) = log-10) = 1

C = A/(εxL)

• = 1/(15000x0,03) = 2,2.10^-3 mol/l
• = 2,2.10^-3x500 = 1,1 g/L