Cours de chimie 1° S

Cours de chimie 1° S - Chapitre B3 :
REACTIVITE DES MOLECULES ORGANIQUES
1. Les alcanes
Les alcanes sont peu réactifs car leur chaîne carbonée est saturée et leur molécule ne
comporte aucun groupe caractéristique.
Ils ne peuvent réagir que si les conditions expérimentales sont favorables : température et
pression élevées, présence de catalyseurs*.
Un catalyseur est une espèce chimique qui accélère une réaction chimique mais qui
n'intervient pas dans son équation.
Ex : reformage catalytique de l'heptane
CH3 - (CH2)5 - CH3
T = 500 °C
P = 15 à 30 bars

Pt
CH3 - CH - CH2 - CH - CH3
|
|
CH3
CH3
2. Les alcènes
Les alcènes sont un peu plus réactifs, à cause de la présence dans leur chaîne carbonée d'une
double liaison qui constitue un point de fragilité.
L'ouverture de la double liaison permet à deux atomes ou groupes d'atomes de se fixer
(s'additionner) à la molécule. Il s'agit d'une réaction d'addition.
Exemple : addition d'eau sur l'éthylène
H2C = CH2 (g)
Ethylène
+
H – OH(g)
eau
P = 70 bars
T = 300 °C

H2SO4
H3C - CH2 – OH(g)
ethanol
3. Les alcools
3.1. Caractère réducteur des alcools
Les alcools sont beaucoup plus réactifs que les composés organiques précédents. Ce sont des
réducteurs dont la réactivité dépend beaucoup de la position du groupe caractéristique
hydroxyle (- OH) le long de la chaîne carbonée.
3.2. Les trois classes d'alcools
- alcool primaire : L'atome de carbone portant le groupe caractéristique est lié à 0 ou 1
atome de carbone.
Sa formule semi-développée générale est :
R - CH2 - OH
R = groupe alkyle R = CnH2n+1 ou R = H
Exemples :
H3C - OH
Méthanol
CH3 - CH2 - OH
Ethanol
- alcool secondaire : L'atome de carbone portant le groupe caractéristique est lié à
2 atomes de carbone.
Sa formule semi-développée générale est :
R - CH - OH
|
R'
R et R' = groupes alkyles : R - CnH2n+1 mais pas H
Exemple :
CH3 - CH - CH3
|
OH
Propan-2-ol
- alcool tertiaire : L'atome de carbone portant le groupe caractéristique est lié à 3 atomes
de carbone.
Sa formule semi-développée générale est :
R''
|
R - C - OH
|
R'
R, R' et R'' = groupes alkyles : R - CnH2n+1 mais pas H
Exemple :
CH3
|
CH3 - C - CH3
|
OH
méthylpropan-2-ol
3.3. Oxydation ménagée des alcools
L'oxydation ménagée des alcools ne modifie pas leur chaîne carbonée. Elle modifie
seulement le groupe caractéristique de la molécule.
Les produits formés sont différents selon la classe de l'alcool utilisé :

Alcools primaires
- Oxydant en défaut : l'alcool primaire est oxydé en aldéhyde.
Le couple redox mis en jeu est : R - CHO / R - CH2 - OH.
En solution aqueuse et en milieu acide, la demi-équation électronique est :
R - CHO(aq) + 2 H3O+(aq) + 2e- = R - CH2 - OH(aq) + 2 H2O(l)
- Oxydant en excès : l'alcool primaire est oxydé en acide carboxylique.
Le couple redox mis en jeu est : R - COOH / R - CH2 - OH.
En solution aqueuse et en milieu acide, la demi-équation électronique est :
R - COOH(aq) + 4 H3O+(aq) + 4 e- = R - CH2 - OH(aq) + 5 H2O(l)

Alcools secondaires
L'oxydation d'un alcool secondaire conduit à la formation d'une cétone. Le caractère
réducteur est moins important que pour les alcools primaires.
Le couple redox mis en jeu est : R - CO - R' / R - CHOH - R'.
En solution aqueuse et en milieu acide, la demi-équation électronique est :
R - CO - R'(aq) + 2 H3O+(aq) + 2e- = R - CHOH - R'(aq) + 2 H2O(l)

Alcools tertiaires
Les alcools tertiaires ne subissent pas l'oxydation ménagée.
3.4. Réactions de substitution
Au cours d'une réaction de substitution, un atome ou un groupe d'atomes de la chaîne
carbonée est remplacé par un autre.
Dans le cas des alcools, le groupe hydroxyle - OH peu être substitué par un atome d'halogène
X.
Exemple :
CH3- CH2- CH2-OH(aq) + H3O+(aq) + Cl-(aq)
propan1-ol

CH3- CH2- CH2-Cl(aq) + 2 H2O(l)
chloropropane
3.5. Déshydratation
La déshydratation est une réaction d'élimination d'une molécule d'eau.
Ex : déshydratation de l'éthanol
H2C - CH2
| |
H OH
éthanol
T = 160 °C

H2SO4
H2C = CH2 + H-OH(l)
ethylene
4. Autres composés organiques
L'étude de ces composés n'est pas au programme de 1° S.
On retiendra simplement que :

les aldéhydes ont un caractère réducteur. Ils peuvent être oxydés en acide
carboxyliques R - COOH ou en ions carboxylates R - COO-, selon le pH.

les cétones sont très peu réactives

les acides carboxyliques R - COOH ont des propriétés acides. Leur base conjuguée est
l'ion carboxylate R – COO -.

les amines primaires R - NH2 ont des propriétés basiques. Leur acide conjugué est
l'ion R - NH3+.

les dérivés halogénés : peuvent participer à des réactions de substitution : l'atome
d'halogène X peut être substitué par un autre atome ou groupe d'atomes.
5. Tests de caractérisation
Famille
Alcools
R - OH
Réactif
Résultat
Commentaire
permanganate de potassium
décoloration de la
solution
oxydation de l'alcool
test négatif pour les alcools
tertiaires
liqueur de Fehling
précipité rougebrique, à chaud
oxydation de l'aldéhyde
réactif de Tollens
précipité (miroir)
d'argent, à chaud
tests spécifiques aux
aldéhydes
2,4-DNPH
précipité orangé
test commun aux aldéhydes
et aux cétones
aldéhydes
R - CH = O
Cétones
R1 - CO - R2
Composés halogénés
R - X
Acides
carboxyliques
R - COOH
Amines primaires
R - NH2
oxydation de la cétone
2,4-DNPH
précipité orangé
nitrate d'argent
(solution alcoolique)
précipité blanc qui
noircit à la lumière
Bleu de bromothymol
(B.B.T)
Bleu de bromothymol
(B.B.T)
test commun aux aldéhydes
et aux cétones
mise en évidence
le B.B.T vire au jaune
du caractère acide
mise en évidence
le B.B.T vire au bleu
du caractère basique
6. Application à la synthèse organique
6.1. Passage d'un groupe caractéristique à un autre
Le passage d'un groupe caractéristique à un autre, par un choix judicieux des réactifs et
des conditions expérimentales permet de synthétiser de nouvelles molécules organiques.
6.2. Exemple : le méthanol et ses dérivés
6.3. Différentes étapes d'une synthèse organique
La synthèse organique est réalisée selon un protocole précis dans lequel sont précisées les
conditions expérimentales optimales (quantités de réactifs, pression, température, pH du
mélange réactionnel, catalyseur éventuel, durée) et les consignes de sécurité à respecter.
La synthèse est effectuée généralement en utilisant un montage avec chauffage à reflux ou
un montage de distillation fractionnée (voir p 243).
Le produit synthétisé doit être extrait du mélange réactionnel par les techniques de
séparation habituelles (filtration, filtration sous vide, extraction par solvant). on vérifie
ensuite sa pureté en réalisant une chromatographie.
6.4. Rendement de la synthèse
Le rendement de la synthèse, noté ρ, est égal au quotient de la quantité réelle de produit
obtenu par la quantité maximale de produit attendu :
n
  exp
nth
Le rendement s'exprime sans unité ; il est compris entre 0 et 1 et peut aussi s'exprimer sous
forme de pourcentage.
Remarque : le rendement peut aussi s’exprimer en fonction des masses :

mexp
mth