Chapitre 11C : GROUPES CARACTERISTIQUES EN CHIMIE ORGANIQUE- PASSAGE D UNE FONCTION ORGANIQUE A UNE AUTRE On connaît maintenant les alcanes et les alcènes, ainsi que la modification du squelette carboné. On va approfondir en étudiant de nouvelles fonctions organiques. On apprendra ensuite à passer d une fonction organique à une autre. Cette étape est pratiquée très couramment dans l industrie car l industriel va utiliser des produits de base assez simples et peu coûteux issus, par exemple, de l industrie pétrolière pour fabriquer médicaments, produits ménagers, tissus, lessives, etc Nous en avons déjà vu le vapocraquage (transformation d un alcane en un alcène). I) Les alcools Définition : ils possèdent un groupement caractéristique hydroxyle OH relié à un carbone. Schématisation : Nomenclature : le nom d un alcool dérive de l alcane possédant la même chaîne carbonée. Le «e» terminal est remplacé par précédé de la position de cette fonction alcool sur la chaîne carbonée (entier le plus petit possible). Donner le nom de l alcool suivant : CH 3 CH 2 CH 2 OH Donner la représentation topologique du 2-méthylhexan-2-ol : Propriétés : la fonction alcool possède des propriétés oxydo-réductrices : c est un réducteur. Test au permanganate de potassium : en milieu acide, on ajoute quelques gouttes de permanganate (solution violette) sur la solution contenant (peut-être!) un alcool. Si un alcool est présent, le permanganate se décolorera. (Ce test ne fonctionne pas sur tous les alcools, voir l explication au VI) II) Les composés halogénés Définition : ils possèdent un groupement caractéristique halogéno X relié à un carbone où X est un atome de la famille des halogènes (F Cl Br I). Nomenclature : le nom d un composé halogéné dérive de l alcane possédant la même chaîne carbonée. Il est précédé de la position sur chaîne carbonée (entier le plus petit possible) et du nom de l atome halogéné présent (celui-ci aura la terminaison ). Donner le nom du composé halogéné suivant : CH 3 CHI CHCH 3 CH 2 CH 3 Donner la représentation semi-développée du 1,2 - dichlorobutane : Test au nitrate d argent : on ajoute quelques gouttes de nitrate d argent (solution incolore) sur la solution contenant (peut-être!) un dérivé halogéné. Si un composé halogéné est présent, un précipité se formera : halogénure d argent (AgX). Dans ce test, un ion halogénure s arrache de la molécule organique pour se lier avec l ion argent. - 1/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910
III) Les aldéhydes et les cétones Définition : ils possèdent un groupement caractéristique carbonyle C=O, mais on fait la distinction suivant la position de ce groupement carbonyle : s il est en bout de chaîne, nous aurons affaire à un aldéhyde et dans le cas contraire, cela sera une cétone. Cette différence de position entraîne des différences de propriété importantes. aldéhyde et cétone R et R étant des groupements alkyl quelconques Nomenclature : Pour les aldéhydes : le nom d un aldéhyde dérive de l alcane possédant la même chaîne carbonée. Le «e» terminal est remplacé par. Pour les cétones : le nom d une cétone dérive de l alcane possédant la même chaîne carbonée. Le «e» terminal est remplacé par, précédé, si nécessaire, de la position sur chaîne carbonée (entier le plus petit possible). Donner le nom des 2 composés suivants : Donner les représentations semi-developpée du propanal et du 2,4-diméthylpentan-3-one : Propriétés : la fonction aldéhyde possède des propriétés oxydo-réductrices : c est un réducteur. Tests : Test à la 2,4 DNPH (aldéhyde et cétone) : on ajoute quelques gouttes de 2,4 DNPH (solution incolore) sur la solution contenant (peut-être!) un de ces dérivés. Si des 2 composés est présent, un précipité jauneorangé se formera. Test à la liqueur de Fehling (aldéhyde) : on ajoute quelques gouttes de la solution à tester sur de la liqueur de Fehling (solution bleu foncé). Avec un léger chauffage et si la solution contient un aldéhyde, alors on verra apparaître une solution rouge et, éventuellement, un précipité rouge brique se formera. Test au réactif de Tollens (aldéhyde) aussi appelé «test du miroir d argent» : on ajoute quelques gouttes de la solution à tester au réactif de Tollens (solution incolore). On pratique un chauffage doux et, si un aldéhyde est présent, un précipité d argent (généralement magnifique!) se fera sur les parois du tube à essai. IV) Les acides carboxyliques Définition : ils possèdent un groupement caractéristique carboxyle - COOH toujours en bout de chaîne. Nomenclature : le nom d un acide carboxylique dérive de l alcane possédant la même chaîne carbonée. Le «e» terminal est remplacé par «oïque»et l ensemble sera précédé du mot «acide». Donner le nom du composé suivant : - 2/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910
Donner la représentation semi-développée de l acide 2-méthylbutanoïque. Propriétés : comme leur nom l indique, ils possèdent des propriétés acido-basiques : couple : RCOOH/RCOO - Test : D une manière générale, on recherchera la présence de l acidité (ph<7) avec du papier ph, un phmètre ou encore avec quelques gouttes de BBT (un indicateur coloré jaune en milieu acide et bleu en milieu basique). V) Les amines Définition : ils possèdent un groupement caractéristique amino NH 2. Nomenclature : le nom d une amine dérive de l alcane possédant la même chaîne carbonée. Le «e» terminal est remplacé par «amine». On peut aussi voir la nomenclature avec le groupement alkyl à la place de celui de l alcane. Donner le nom du composé suivant : Donner les représentations semi-développée et topologique de la propan-2-amine. Propriétés : elles possèdent des propriétés acido-basiques : ce sont des bases : couple : RNH 3 + / RNH 2 Test : D une manière générale, on recherchera la présence de la basicité (ph>7) avec du papier ph, un phmètre ou encore avec quelques gouttes de BBT (un indicateur coloré jaune en milieu acide et bleu en milieu basique). Remarque : les acides aminés, constituant des protéines, contiennent 1 groupement amine et 1 groupement acide (elles ont donc des propriétés acido-basiques!). Voir le VII. VI) La réactivité des alcools Les alcools sont des composés très réactifs et assez peu coûteux : ils sont un bon point de départ pour des réactions. 1) Les 3 classes d alcools Un alcool est dit primaire si l atome de carbone fonctionnel est lié à 0 ou 1 autre atome de carbone. Un alcool est dit secondaire si l atome de carbone fonctionnel est lié à 2 autres atomes de carbone. Un alcool est dit tertiaire si l atome de carbone fonctionnel est lié à 3 autres atomes de carbone. - 3/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910
2) L oxydation totale des alcools par le dioxygène On fait réagir les alcools avec le dioxygène (et d une étincelle!) : évidemment c est une combustion qui entraînera la destruction de la chaîne carbonée avec libération d énergie thermique. Valable quelle que soit la classe de l alcool! 2 cas peuvent néanmoins se présenter : la combustion complète : flamme bleue + production de dioxyde de carbone et d eau. la combustion incomplète (manque de dioxygène) : flamme jaune + production de dioxyde de carbone et d eau ainsi que du carbone C (les fumées noires) voire du monoxyde de carbone CO. 3) L oxydation ménagée des alcools On fait réagir les alcools avec un oxydant. Alcool primaire ( si excès d oxydant) Alcool secondaire Alcool tertiaire : non oxydable (de façon ménagée) 4) Déshydratation d un alcool La déshydratation d un alcool entraîne la perte d une molécule d eau issue de la molécule initiale : on a affaire à une élimination intramoléculaire. Cette perte d une molécule d eau entraînera la formation d un alcène. Cette réaction est assez peu utilisée étant donnée que les alcènes sont très abondants dans l industrie pétrolière Conditions de cette réaction : catalyseur alumine (Al 2 O 3 ) ou acide sulfurique (H 2 SO 4 ) à des températures assez élevées 170 à 350 C, sauf pour les alcools tertiaires vers 50 C. Exemple : Ecrire la réaction de déshydratation du propan-1-ol (avec acide sulfurique et à température élevée) 5) Halogénation d un alcool Le groupement hydroxyde de l alcool sera remplacé par un halogène : on obtiendra un dérivé halogéné. Cette réaction fait partie des réactions de substitution. Conditions de cette réaction : réaction de l alcool avec l acide chlorhydrique, l acide bromhydrique ou encore fluorhydrique en présence du catalyseur Zn 2+. Exercice : Ecrire la réaction d halogénation du propan-1-ol avec acide bromhydrique (HBr) en présence de Zn 2+ - 4/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910
VII) Quelques applications industrielles ou naturelles rendement d une synthèse Une application courante du passage d une fonction à une autre est pratiquée tous les jours dans la cuisine! Avec notamment la célèbre réaction de «Maillard» (en fait une suite de réactions très complexes) qui explique la cuisson des aliments et leurs changements de couleurs. 1) Application naturelle : les acides α aminés lire l étude documentaire p 219 2) Le rendement d une réaction de synthèse Dans l industrie, le but est de fabriquer le produit désiré au moindre coût possible et dans le minimum de temps. Généralement, il existe plusieurs manières de synthétiser une molécule, mais on choisira la voie économique en temps et en énergie Pour cela, l ingénieur chimiste agira sur différents facteurs physiques (l état physique des réactifs, les solvants, la température, la pression, ajout de catalyseur ), mais il aura une indication précieuse avec le rendement qui lui indiquera si sa (ses) réaction(s) est (sont) efficace(s). Définition : Le rendement est donc sans unité et toujours inférieur ou égal à 1. Plus la transformation est efficace, plus le rendement tendra vers 1. - 5/5 MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910