LES ALCOOLS ET LEURS DERIVES S 5 F

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1 I) Présentation des alcools : 1) Définition : Dans un alcool, un groupe hydroxyle ( OH) est relié à un carbone (carbone fonctionnel), lui-même relié à 3 atomes de carbone ou d'hydrogène par trois liaisons covalentes simples. La formule générale est donc : R, R', R" sont, soit des chaînes commençant par un atome de carbone C, soit des atomes d'hydrogène H. R, R', R" sont appelés groupes résiduels. La formule développée de l'alcool pourra être considérée comme provenant du remplacement d'un atome d'hydrogène H par un groupe hydroxyle OH. Dans le cas d un alcane C n H 2n + 2 C n H 2n + 1 OH alcool saturé. Le groupe hydroxyle OH est relié à un groupe alkyle C n H 2n + 1 linéaire ou ramifié qu'on notera R : R OH

2 I) Présentation des alcools : 2) Nomenclature : On recherche la chaîne carbonée la plus longue, contenant le carbone fonctionnel; la nomenclature s'établit à partir du nom de l'hydrocarbure dont l'alcool dérive, en remplaçant le suffixe ane par anol en indiquant, si nécessaire, le numéro du carbone fonctionnel. Exemple : CH 3 OH méthanol ; CH 3 CH 2 OH éthanol ; CH 3 CH 2 CH 2 OH propan-1-ol ; CH 3 CHOH CH 3 propan-2-ol. Exemple : 3-méthylbut-2-èn-1-ol (le "e" de "ène" a disparu) Exemple : but-2-yne-1,4-diol Exemple : Molécule contenant un groupe aryle (groupe phénylique ou cycle benzénique) : phénol 1,3-dihydroxybenzène

3 I) Présentation des alcools : 3) Les polyalcools : Le groupe fonctionnel alcool peut être présent plusieurs fois dans la même molécule : - L'éthan-1,2-diol ou glycol (HO CH 2 CH 2 OH) est un dialcool utilisé lors de la formation de polymères linéaires et comme fluide antigel. - Le propan-1,2,3-triol ou glycérol est un trialcool. Il est utilisé pour la synthèse des corps gras (triesters du glycérol). Inversement, il peut être extrait de corps gras par hydrolyse. Le glycérol est aussi utilisé pour la formation de polymères tridimensionnels comme les peintures glycérophtaliques. - Le glucose C 6 H 12 O 6, sous forme cyclique est un polyalcool :

4 I) Présentation des alcools : 4) Les trois classes d alcool : Tous les alcools possèdent des propriétés communes dues à la présence du groupe hydroxyle OH : ces propriétés définissent la fonction alcool. Ces propriétés sont cependant légèrement modifiées par le fait que le carbone fonctionnel est relié à 2, 1 ou aucun atome d'hydrogène. Il existe trois classes d'alcools : alcool primaire alcool secondaire alcool tertiaire

5 II) Production des alcools : 1) Production d éthanol par fermentation alcoolique : L'alcool éthylique ou éthanol se forme naturellement lors de la fermentation des sucres des fruits (raisin, pomme, poire...) ou de l'amidon des graines (riz, orge, blé, seigle ). En présence de levures, les sucres se transforment lentement en alcool éthylique (éthanol) en produisant du gaz CO 2. A partir du glucose, on peut écrire : C 6 H 12 O 6 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2 Remarque : La fermentation nécessite l'action de catalyseurs biologiques, les enzymes des levures.

6 II) Production des alcools : 2) Hydratation de l éthène : On peut également préparer l'éthanol à partir de l'éthène provenant des produits pétroliers. Industriellement, on fait agir de la vapeur d'eau sur de l'éthène : CH 2 == CH 2 + H 2 O CH 3 CH 2 OH Remarque : La réaction est pratiquée à 250 C et sous 200 atm en présence d un catalyseur, l acide ortho phosphorique.

7 III) Propriétés physiques des alcools : 1) Solubilité dans l eau : Le méthanol, l éthanol et le propan-1-ol sont solubles dans l'eau en toutes proportions. Les atomes d'oxygène d'une molécule sont attirés par les atomes d'hydrogène d'une autre molécule ces deux atomes forment un "pont hydrogène" R O d H d+ R La présence du groupe hydroxyle ( OH) dans les molécules d'eau et d'alcool, et la possibilité de formation de ponts hydrogène entre ces molécules explique la grande solubilité. La solubilité diminue avec la longueur de la chaîne carbonée "hydrophobe".

8 III) Propriétés physiques des alcools : 2) Température d ébullition : Les alcools ont une température d ébullition bien plus élevée que les alcanes ou alcènes de masses molaires semblables, par exemple, l'éthane est gazeux à la température ambiante alors que l'éthanol est liquide. La température d'ébullition plus importante est due à la présence dans les molécules d'alcool du groupe hydroxyle OH. Dans ce groupe, les liaisons C O H sont fortement polarisées vers l'atome O il apparaît donc des "ponts hydrogènes" entre les molécules. L'énergie à fournir pour évaporer un alcool devra donc, d'une part briser ses ponts hydrogène et ensuite seulement, séparer les molécules par agitation.

9 III) Propriétés physiques des alcools : 2) Température d ébullition : La température d'ébullition croit avec la masse molaire de l'alcool. Pour un même nombre d'atome de carbone, la température d'ébullition diminue un peu avec la classe de l'alcool et le nombre de ramifications. Nom Formule Masse molaire (g.mol -1 ) Densité par rapport à l'eau q fus ( C) q éb ( C) méthanol CH 3 OH 32 0, ,7 éthanol C 2 H 5 OH 46 0, ,8 propan-1-ol C 3 H 7 OH 60 0, ,2 propan-2-ol CH 3 CHOH CH , ,3 butan-1-ol C 4 H 9 OH 74 0, ,7 2-méthylpropan-2-ol 74 0, ,5 hexan-1-ol C 6 H 13 OH 102 0, ,8 dodécan-1-ol C 12 H 25 OH 186 0, ,0

10 IV) Propriétés chimiques des alcools : 1) Combustion complète : La combustion complète d un alcool dans le dioxygène (pur ou contenu dans l air), conduit à la formation de dioxyde de carbone et d eau. Exemple : - Combustion complète de l éthanol : C 2 H 5 OH + 3 O 2 2 CO H 2 O - Combustion complète du propanol : 2 C 3 H 7 OH + 7 O 2 6 CO H 2 O

11 IV) Propriétés chimiques des alcools : 2) Oxydation ménagée des alcools : a) Définition : On dit qu'un composé organique subit une oxydation ménagée lorsque, au cours de la réaction le "squelette" carboné de la molécule du composé n'est pas modifié. On peut obtenir une oxydation ménagée par le dioxygène lors d'une réaction catalysée (en présence d'un catalyseur) ou à l'aide d'un oxydant efficace (ion permanganate MnO 4-, ion bichromate Cr 2 O 2-7, liqueur de Fehling). Remarque : Par opposition la combustion d'un composé organique est une oxydation vive qui détruit complètement le "squelette" carboné de la molécule du composé (dont les atomes de carbone se retrouvent sous forme de dioxyde de carbone).

12 IV) Propriétés chimiques des alcools : 2) Oxydation ménagée des alcools : b) Oxydation ménagée en phase aqueuse : En phase aqueuse, on peut utilise un oxydant comme l'ion permanganate MnO - 4 ou l'ion bichromate Cr 2 O 2-7. Par exemple, en milieu acide l'ion permanganate en excès réagit avec l'éthanol : L ion permanganate (MnO 4- ) est réduit en ion manganèse (Mn 2+ ) : (MnO H e - Mn H 2 O) x 4 L éthanol (C 2 H 5 OH) est oxydé en acide éthanoïque (CH 3 COOH) : (CH 3 CH 2 OH + H 2 O CH 3 COOH + 4 H e - ) x 5 5 CH 3 CH 2 OH + 4 MnO H + 5 CH 3 COOH + 4 Mn H 2 O

13 V) Dérivés des alcools : Un composé carbonylé possède un carbone relié à un atome d'oxygène par une double liaison. On appelle groupe carbonyle, l'ensemble C == O. Suivant la position de ce groupe on distingue les aldéhydes, les cétones et les acides carboxyliques auxquels nous consacrerons un chapitre.

14 V) Dérivés des alcools : 1) Les aldéhydes : a) Définition : Le groupe fonctionnel aldéhyde est constitué d'un groupe carbonyle portant sur le dernier atome de carbone d'une chaîne : Parfois, on peut écrire aussi : R CHO Exemple : HCHO méthanal ; CH 3 CHOH éthanal ; 3-méthylbutanal groupe fonctionnel aldéhyde groupe carbonyle Pour les nommer, on prend le nom de l'alcool primaire dont ils dérivent, puis on remplace le suffixe ol par al.

15 V) Dérivés des alcools : 1) Les aldéhydes : b) Propriétés chimiques : - Les aldéhydes peuvent être facilement mis en évidence par le réactif de Schiff. Dès qu'on verse quelques gouttes d'éthanal dans le réactif de Schiff, celui-ci se colore en rose :

16 V) Dérivés des alcools : 1) Les aldéhydes : b) Propriétés chimiques : - Les aldéhydes sont de bons réducteurs, on peut les caractériser par : Le réactif de Tollens (nitrate d'argent ammoniacal, Ag + ) qui se réduit à l'état d'argent métallique (Ag). Mélangeons de l'éthanal avec du réactif de Tollens dans un flacon ballon et chauffons : Au bout de quelques instants, les parois du flacon se recouvrent d'une pellicule d'argent métallique.

17 V) Dérivés des alcools : 1) Les aldéhydes : b) Propriétés chimiques : - Les aldéhydes sont de bons réducteurs, on peut les caractériser par : La liqueur de Fehling, solution d'un bleu intense (solution de cuivre +II) qui se réduit en Cu 2 O rouge brique (précipité de cuivre +I). Dans un tube à essai, mélangeons de l'éthanal et de la liqueur de Fehling et chauffons. Au bout de quelques instants, il apparaît un précipité rouge brique, le monoxyde de cuivre.

18 V) Dérivés des alcools : 2) Les cétones : a) Définition : Le groupe fonctionnel cétone est constitué d'un groupe carbonyle portant sur un atome de carbone à l intérieur d'une chaîne : Parfois, on peut écrire aussi : R CO R groupe fonctionnel cétone groupe carbonyle Pour les nommer, on prend le nom de l'alcool secondaire ou tertiaire dont elles dérivent, puis on remplace le suffixe ol par one. Exemple : propanone ; butanone ; pentan-2-one pentan-3-one but-3-èn-2-one (priorité au groupe carbonyle et le "e" de "ène" a disparu).

19 V) Dérivés des alcools : 2) Les cétones : b) Propriétés chimiques : La D.N.P.H. (2,4-dinitrophénylhydrazine) réagit en présence du groupe carbonyle CO et donne un précipité jaune. Dans un tube à essai contenant une cétone, versons quelques gouttes de D.N.P.H. : Nous observons l'apparition d'un précipité jaune. Remarque : La D.N.P.H. réagit avec les cétones et les aldéhydes (ainsi qu'avec les acides carboxyliques). cétone ou aldéhyde ou acide carboxylique