COMPOSÉS ORGANIQUES OXYGÉNÉS
publicité
COMPOSÉS ORGANIQUES OXYGÉNÉS I ) Introduction L'oxygène possède 6 électrons sur sa couche externe, il donne donc en Chimie Organique deux liaisons covalentes. O • Soit deux liaisons dirigées vers deux voisins différents : • Soit une double liaison avec un atome de Carbone : 105° C O II) Différentes formes de composés oxygénés Dans les formules suivantes R représente un radical alkyl non cyclique de formule brute Cn H2n + 1 Alcools de la forme R OH de formule brute Cn H2n + 2 O Ethers oxydes R O R' de formule brute Cn H2n + 2 O Aldéhydes RC H || O de formule brute Cn H2n O Cétones R C R' || O de formule brute Cn H2n O Acides carboxyliques RC O H || O de formule brute Cn H2n O2 Esters R C O R' || O de formule brute Cn H2n O2 III) Nomenclature générale a) Nom principal Le nom principal est formé : • D'un préfixe dépendant du nombre de Carbones 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 meth eth prop but pent hex hept oct non dec • D'un suffixe de chaîne (ANE ou ENE) éventuellement précédé du numéro du premier atome de carbone qui porte la double liaison. • D'un suffixe de fonction éventuellement précédé du numéro du carbone portant cette fonction (dans le cas où la fonction est sur le Carbone numéro 1, ce numéro n'est pas mentionné). Différents suffixes de fonction : Alcool : OL Aldéhyde : AL Cétone : ONE Acides carboxyliques : OÏQUE Remarque : Si la fonction possède un atome de Carbone, celui-ci est compté dans la chaîne principale pour donner le préfixe de chaîne. Pour les molécules ayant plusieurs fonctions, on peut mettre plusieurs suffixes de fonction. b) Dénomination des substituants. Les substituants sont des groupements greffés sur la chaîne principale. Pour les substituants alkyl (dérivés des alcanes), on utilise pour les nommer : Un préfixe : dépendant du nombre d’atomes de Carbone dans le substituant (voir tableau ci dessus) Un suffixe : YL. c) Ecriture du nom global de la molécule. On numérote la chaîne principale de manière à ce la double liaison (s'il y a une) ait le plus bas numéro possible et ensuite à ce que le Carbone qui porte la fonction ait le plus bas numéro possible. On fait ensuite figurer devant le nom principal, le nom du substituant précédé du numéro de l’atome de Carbone qui le porte. Les différents substituants sont placés par ordre alphabétique. Dans le cas où le même substituant est répété plusieurs fois dans la molécule, on utilise devant son nom les préfixes DI, TRI, TETRA, PENTA, HEXA,...... Remarques : Dans certains cas (composés à plusieurs fonctions) la fonction peut être nommée comme un substituant. Exemples OH Fonction alcool : Groupement Fonction aldéhyde : C H HYDROXY FORMYL || O Fonction acide carboxylique : C O H CARBOXY || O c) Cas particuliers • Cas des ethers oxydes : R O R' Le groupe R O est appelé groupe "alkoxy" Le préfixe dépend du nombre de Carbone, ainsi CH3 O est appelé groupe méthoxy CH3 CH2 O est appelé groupe éthoxy Exemple : La molécule CH3 CH2 O CH2 CH3 est appelée éthoxy éthane • Cas des esters : R C O R' || O Dans cette molécule, les groupements R et R' ne sont pas interchangeables. Le nom de la molécule s'écrit : Préfixe de R + "OATE de " préfixe de R' + "YLE" Remarque : Dans le préfixe de R, le carbone du groupement CO est compté IV) Les Alcools 1) Les classes d'alcools Les Alcools sont de la forme R O H mais il est possible de distinguer 3 classes, selon le nombre de Carbones auxquels est lié le Carbone portant la fonction alcool OH. a) Alcools Primaires Ce sont les alcools de la forme R CH2 O H Le carbone qui porte le groupement OH est lié à un seul autre atome de Carbone Le méthanol CH3 OH est considéré comme un alcool primaire b) Alcools Secondaires R Ce sont les alcools de la forme R' CH OH Le Carbone qui porte le groupement OH est lié à deux autres atomes de Carbone. c) Alcools Tertaires R Ce sont les alcools de la forme R' C OH R' Le Carbone qui porte le groupement OH est lié à trois autres atomes de Carbone. 2) Propriétés chimiques des alcools a) Action du Sodium 1 + R OH + Na → R O Na + + 2 H2 alcoolate Cette réaction met en évidence la présence d'un atome d'Hydrogène mobile dans le groupement OH, cet Hydrogène est en effet plus mobile que les autres atomes d'Hydrogène de la chaîne. b) Oxydation des alcools • Oxydation totale - Combustion Comme toutes les molécules organiques les alcools peuvent donner des réactions de destruction (combustion). Dans le cas d'une combustion complète, il se forme du dioxyde de Carbone et de l'eau. Exemple : Combustion complète de l'éthanol C 2 H 5 OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H 2 O • Oxydation ménagée Une oxydation ménagée est une réaction ayant lieu uniquement sur le site fonctionnel (groupement hydroxyde et carbone qui le porte), le reste de la chaîne n'étant pas affecté par la réaction. Une oxydation ménagée est une réaction qui permet d'augmenter le nombre de liaisons Carbone Oxygène sans rupture de la chaîne carbonée. Cette oxydation peut se faire par action de l'Oxygène ou à l'aide d'oxydants minéraux comme le dichromate de Potassium (K2Cr2O7) ou permanganate de Potassium (KMnO4) en milieu acide. Pour ces oxydants minéraux, il s'agit de réactions d'oxydoréduction. Les demi réactions faisant intervenir ces oxydants sont : Cr2 O7 2- MnO 4 - + 14 H + 8H + + +6 e - → 2 Cr 3+ + 7 H 2O + 5 e - → Mn 2 + + 4 H 2 O Selon la classe de l'alcool le produit obtenu par oxydation ménagée est différent. • • Alcool primaire Oxydation par l'oxygène R CH 2 OH R CH = O + + 1 O2 → R CH =O 2 aldéhyde + H 2O 1 O2 → R COOH 2 acide carboxylique L'oxydation se fait en deux temps, d'abord formation d'un aldéhyde puis s'il y a excès d'oxydant, formation d'un acide carboxylique. oxydation oxydation Alcool primaire → Aldéhyde → Acide carboxylique Equation bilan de la réaction d'oxydation par le dichromate de Potassium Oxydation de l'alcool primaire en aldéhyde = Couples en présence R CH O / R CH 2 OH et aldéhyde Cr2O7 2 - / Cr 3 + alcool primaire Réactions : R CH 2 OH → R CH = O Cr2 O7 2- Cr2 O7 2- + 14 H + +6 e - + 2H → 2 Cr + 3 R CH 2 OH + 8 H + 3+ + + 2e- + 7 H 2O → 3 R CH = O + 2 Cr 3+ + 7 H 2O Oxydation de l'alcool primaire en acide carboxylique Couple en présence : R COOH CH 2 OH et Cr2O7 / R acide carboxylique 2- / Cr 3 + alcool primaire Réactions : R CH 2 OH → R COOH Cr2 O7 + 14 H 2- 2 Cr2 O7 2- + +6 e - + 4H → 2 Cr + 3 R CH 2 OH + 16 H + 3+ + + 4e- + 7 H 2O → 3 R COOH + 4 Cr 3+ + 11 H 2 O • • Alcool secondaire Oxydation avec l'oxygène R R' CH OH + 1 O2 2 → R R' C O + H2O cétone oxydation Alcool secondaire → Cétone La cétone obtenu n’est plus oxydable (il n’y a plus d’atomes d’Hydrogène sur le Carbone fonctionnel). • • Alcool tertiaire Un alcool tertiaire ne possède pas d'atome d'Hydrogène sur le Carbone fonctionnel, il ne peut donc pas être oxydé de façon ménagée. Alcools tertiaires non oxydables c) Préparation des alcools Les alcools peuvent être préparés par action de l'eau sur un alcène. Exemple CH3 CH = CH CH3 + H2O → CH3 CH CH2 CH3 but - 2 - ène OH butan - 2 - ol Quand il y a plusieurs possibilités, il se forme majoritairement l'alcool ayant la classe la plus élevée. Exemple : HO CH2 CH2 CH3 CH2 = CH CH3 propan - 1 - ol (minoritaire) + H2O CH3 CH CH3 propan - 2 - ol (majoritaire) OH V) Aldéhydes et cétones Ce sont les produits obtenus lors de l'oxydation ménagée des alcools primaires et secondaires. Pour les mettre en évidence, on dispose de différents réactifs. Ces deux fonctions possèdent le groupement carbonyle C = O 1) Tests spécifiques aux aldéhydes a) Réactif de Schiff Ce réactif extrait de la fuschine change de couleur en présence d'aldéhyde. Incolore → Rose b) Réactif de Tollens Ce réactif est constitué de nitrate d'Argent en milieu ammoniacal et contient les ions Ag(NH3)2+. Ces ions ont des propriétés oxydantes qui permettent de mettre en évidence les propriétés réductrices des aldéhydes. + Couples en présence : Ag(NH3)2 / Ag Demi réactions Ag (NH 3 )2 + + e + RCHO + 3 OH - et RCOO - / RCHO → Ag + 2 NH 3 - → RCOO - + 2 H 2 O + 2 e - L'équation bilan est donc : 2 Ag (NH 3 )2 + + RCHO + 3 OH + - → 2 Ag + RCOO - + 2 H 2 O + 4 NH 3 On met en évidence cette réaction en observant un dépôt d'argent sur les parois du tube. (miroir d'Argent). c) Liqueur de Fehling 2+ La liqueur de Fehling est constitué d'ions Cu - OOC CHOH CHOH COO - complexés par des ions tartrates il se produit alors en présence d'aldéhyde une réaction d'oxydoréduction où l'aldéhyde est oxydé en acide carboxylique et les ions Cu2 + sont réduits en oxyde de Cuivre Cu2O Couples en présence : Cu2 + / Cu2O Demi réactions et RCOO - / RCHO 2 Cu 2 + + 2 OH - + 2 e - → Cu 2 O + H 2 O RCHO + 3 OH → RCOO - + 2 H 2 O + 2 e - L'équation bilan est donc : 2 Cu 2 + + RCHO + 5 OH - → Cu 2 O + RCOO - + 3 H 2 O La réaction a lieu en milieu basique On met en évidence cette réaction en observant un précipité rouge brique dû à l'Oxyde de Cuivre Cu2O. Ce précipité est facilement observable, la solution de départ étant bleue. 2) Tests des aldéhydes et des cétones Les aldéhydes et les cétones réagissent grâce à leur groupement carbonyle (C = O ) avec la 2, 4 dinitrophényl hydrazine (DNPH) de formule développée : HN NH2 O N+ O- O- N + O Il se forme alors un précipité en général jaune de 2,4 diphényl hydrazone. VI) Acides carboxyliques Les acides carboxyliques possèdent un Hydrogène mobile en solution aqueuse, ce qui leur confère un caractère acide. RCOOH + H2O = RCOO - + H3O + Les acides carboxyliques sont en général des acides faibles.
