Généralisation del*oxydoréduction en solution aqueuse

C5 : Les composés organiques oxygénés.
Il existe des composés organiques qui renferment, en plus le carbone et l’hydrogène, l’élément
oxygène : ce sont des composés organiques oxygénés. On peut citer les alcools, les éther-oxydes, les
aldéhydes, les cétones, les acides carboxyliques et les esters.
I Alcool et éther-oxyde
1.
Alcool
1.1 Définition et nomenclature
Un alcool est un composé organique dont la molécule possède le groupe hydroxyle (- OH) fixé sur
une carbone à structure tétraédrique. Le groupe fonctionnel est
-C-OH
La formule générale d’un alcool à chaine carbonée saturée est R-OH ou bien CnH2n+1-OH (R est un
groupe alkyle).
Exemple CH3-OH,
C2H5-OH ,
C3H7-OH
Le nom d’un alcool dérive de celui de l’alcane correspondant en remplaçant le –e final par la
terminaison –ol précédée entre tirets de l’indice de position du carbone porteur de –OH. (celui-ci est
le plus petit possible)
Exemple : méthanol, éthanol, propan-1-ol, propan-2-ol. 2-méthylbutan-1-ol
1.2 Classe des alcools
Les propriétés des alcools dépendes en de la position dans la molécule, du carbone porteur de –OH.
Un alcool est dit :
- Primaire si le carbone porteur –OH est lui-même lié à deux ou trois atomes d’hydrogène. RCH2-OH Il est de classe (I)
- Secondaire si le carbone porteur de –OH est lié à un seul d’atome d’hydrogène. Il est de classe
de (II).
(R)(R’)CH-OH
- Tertiaire si le carbone porteur de –OH n’est lié à aucun atome d’hydrogène. Il est de classe (III)
(R)(R’)(R ‘’)C-OH
1.3 Utilisation des alcools
Les alcools sont utilisés dans l'industrie chimique comme:
 solvants : l'éthanol, peu toxique, est utilisé dans les parfums et les médicaments
 combustibles : le méthanol et l'éthanol peuvent remplacer l'essence et le fioul (combustible
liquide obtenu par distillation du pétrole) car leur combustion ne produit pas de fumées
toxiques.
 réactifs : les polyuréthanes, les esters ou les alcènes peuvent être synthétisés à partir des
alcools
 antigels : la basse température de solidification de certains alcools comme le méthanol e en
fait de bons antigels.
 boissons alcoolisés : l’éthanol entre en composition dans les boissons alcoolisées. Mais les
autres types d’alcools sont impropres à la consommation. Le méthanol en particulier est
toxique et mortel à forte dose.
NB : Le degré d'alcool d’une boisson alcoolisée (appelé aussi titre alcoométrique volumique),
est la proportion d'alcool, c'est-à-dire le rapport entre le volume d'alcool, à la température de 20 °C,
contenu dans le mélange et le volume total de ce mélange à cette même température. L'unité utilisée
pour exprimer le titre est le pourcentage volumique (% vol) ou degré (noté °). Les valeurs extrêmes
de cette mesure sont obtenues pour l'eau 0° et l'alcool pur 100°.
2.
Ether-oxyde
2.1 Définition et nomenclature
Un éther-oxyde est un composé organique dont la molécule possède un atome d’oxygène lié à deux
atomes de carbones à structure tétraédrique. Le groupe fonctionnel est -C-O-CLa formule générale est R-O-R’ (où R et R’ sont des groupes alkyles)
Le nom est obtenu en remplaçant la terminaison yle du nom du plus petit groupe alkyle par oxy suivi
du nom de l’alcane correspondant à l’autre groupe alkyle.
Exemples : CH3-O-CH2-CH3 méthoxy-éthane
CH3-CH2-O-CH2-CH2-CH3 éthoxy-propane
2.2 Utilisation
Les éthers sont utilisés en médecine pour ses propriétés antiseptiques et anesthésiques et pour sa
capacité à dissoudre les colles (résidus de pansements adhésifs). Ils sont souvent utilisés en chimie
organique comme solvant pour protéger des fonctions alcool lors de réactions de synthèse.
NB: Les alcools et les éther-oxydes ont pour formule brute CnH2n+2O. Ce sont des isomères.
II Composés carbonylés : Aldéhydes et Cétones
La molécule d’un composé carbonylé est caractérisée par la présence d’un groupe carbonyle formé
d’un atome de carbone trigonal lié par une liaison covalente double à un atome d’oxygène.
C=O
1. Aldéhydes
Les aldéhydes sont des composés organiques de formule générale: R-COH où R est un groupe alkyle
ou un atome d’hydrogène. Les aldéhydes sont caractérisés par la présence du groupe fonctionnel :
-COH
Le nom d’un aldéhyde dérive de celui de l’alcane correspondant en remplaçant le –e final par la
terminaison –al.
Exemple : méthanal (formaldéhyde), il est le aldéhyde gazeux dans température ordinaire.
Éthanal, propanal, 2-méhylbutanal
2. Les cétones
Les cétones sont des composés organiques de formule générale: R-COR’ où R et R’ sont des groupes
alkyles. Le groupe fonctionnel est –COLe nom dérive de celui de l’alcane correspondant en remplaçant le –e final par la terminaison –one
précédée entre tirets de l’indice de position du groupe carbone fonctionnel (celui-ci est le plus petit
possible).
Exemple propanone, butan-2-one
NB : toutes les molécules des aldéhydes et des cétones présentent en commun le groupe
caractéristique
appelé groupe carbonylé. Ce sont des composés carbonylés.
C=O
Aldéhydes et cétones à chaine carbonée saturée ont pour formule brute CnH2nO. Ce sont des
isomères
3. Utilisation
Les aldéhydes comme les cétones sont des produits de synthèse très puissants, qui sont largement
utilisés dans la production de matières plastiques, de colorants, de parfums, de médicaments et
d’additifs alimentaires. Ils sont également utilisés comme moyen de désinfection.


4. Tests d’identification
Le dinitro-2,4-phénylhydrazine (DNPH) : il réagit avec les aldéhydes et les cétones pour
donner un précipité jaune.
Le réactif de Schiff rougit en présence d’un aldéhyde mais ne réagit pas en présence d’une
cétone.


La liqueur de Fehling (solution contenant des ions Cu2+) : elle réagit avec les aldéhydes pour
donner un précipité rouge brique, mais ne réagit avec les cétones.
Le réactif de Tollens (nitrate d’argent ammoniacal) : il réagit avec les aldéhydes pour donner
un dépôt d’argent, mais il est sans action sur les cétones.
III Acide carboxylique et ester
En chimie organique, un groupe carboxyle est un groupe fonctionnel composé d'un atome de
carbone, lié par une double liaison à un atome d'oxygène et lié par une liaison simple à un groupe
hydroxyle (OH)
HO - C=O
1. Acide carboxylique
un acide carboxylique est un composé organique dont la molécule comprenant un groupement
carboxyle (-C(O)OH). La formule générale d’un acide carboxylique est R-C(O)OH
Le nom dérive de celui de l’alcane correspondant ayant la même chaine carbonée en remplaçant le
« e » final du nom de l’alcane par le suffixe oïque, le tout précédé par le mot acide.
Exemple : acide méthanoique(acide formique), acide éthanoique ….
2. Esters
La formule générale d’un ester est R-C(O)R’. le groupe caractéristique est –C(O)-O-C
Le nom de l’ester dérive du nom de l’acide carboxylique correspondant en remplaçant la terminaison
–oique par –oate suivi du nom du goupe alkyle R par –oate suivi du nom du goupe alkyle R’ en
enlevant le mot acide.
Exemple : propanoate d’éhyle
NB : Acide carboxylique et ester à chaine carbonée saturée ont pour formule brute CnH2nO2
3. Utilisation
Les esters ont souvent une odeur agréable et sont souvent à l'origine de l'arôme naturel des fruits. Ils
sont aussi beaucoup utilisés pour les arômes synthétiques et dans la parfumerie
GENERALISATION DE L’OXYDOREDUCTION EN SOLUTION AQUEUSE
I Réactions avec des couples redox constitués d’ions
1. Réaction mettant en jeu le couple Fe3+ / Fe2+
L’élément fer existe en solution aqueuse sous la forme de Fe 2+ (ion fer II de couleur
verdâtre) et Fe3+ (ion fer III de coloration brun orange). Ces deux espèces forment un
couple un couple oxydant réducteur Fe3+ / Fe2+ dont les demi équations électroniques
s’écrivent :
Fe3+ + eFe2+
Si on mélange une solution de Ag + avec une solution de Fe2+ on constate un solide
blanc (argent métallique) et la solution devient orange :
L’ion Ag+ est réduit en argent Ag :
Ag+ + eAg
3+
2+
3+
L’ion Fe2+ est oxydé en Fe :
Fe
Fe + e+
2+
3+
L’équation bilan s’écrit Ag + Fe
Fe + Ag
2. Réaction mettant en jeu le couple MnO4- / Mn2+
L’ion permanganate MnO4- (coloration violette) que l’on trouve dans le permanganate
de potassium (KMnO4) est un oxydant fort fréquemment utilisé dans l’industrie et au
laboratoire. Sa réduction donne l’ion manganèse Mn 2+ (incolore). Ils forment un
couple rédox MnO4- / Mn2+ .
Pour écrire la demi équation électronique relative à la transformation de MnO4- à Mn2+
on procède par étapes :
1er étape : Ecrivons que l’ion MnO4- a donné l’ion Mn2+
MnO4Mn2+
2e étape : Equilibrons les atomes d’oxygène avec des molécules d’eau
MnO4Mn2+ + 4 H2O
3e étape : Equilibrons les atomes d’hydrogène par des ions H+
MnO4- + 8H+
Mn2+ + 4 H2O
4e étape : Cherchons le nombre d’électrons mis en jeu. Ecrivons pour cela qu’il y a
conservation de la charge électronique.
MnO4- + 8H+ + 5eMn2+ + 4 H2O
Si on mélange une solution de permanganate de potassium avec une solution de
sulfate de fer (II) en présence d’acide sulfurique, on constate que la solution se
décolore puis prend une coloration orange pâle : les ions Fe2+ sont oxydés en ions
Fe3+ ; les ions MnO4- sont réduits en ion Mn2+.
Les demi équations électroniques s’écrivent :
MnO4- + 8H+ + 5eMn2+ + 4 H2O
X5
Fe2+
Fe3+ + eL’équation bilan
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+
5Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O
3. Réaction mettant en jeu le couple Cr2O72- /Cr3+
Nous pouvons reprendre une expérience analogue à la précédente en remplaçant la
solution de permanganate de potassium par une solution de dichromate de potassium
k2Cr2O7 qui donne des ions Cr2O72- (de couleur orange). Les ions dichromate Cr2O72sont réduits en ions chrome (III) Cr3+ de couleur verdâtre.
La demi équation électronique relative au couple Cr2O72- /Cr3+ s’écrit en opérant
comme précédemment
Cr2O72- +14 H+ + 6eCr3+ + 7H2O
4. Réaction mettant en jeu le couple S2O82- / SO42- et S4O62- / S2O32Les deux formes de chaque couple sont incolores.
S2O82- : ion péroxodisulfate
S2O82- / SO42SO42- : ion sulfate
La demi équation électronique s’écrit: S2O82- + 2e2SO42S4O62- : ion tétrathionate
S4O62- / S2O32S2O32- : ion thiosulfate
La demi équation électronique s’écrit: S4O62- + 2e-
2S2O32-
II Réactions avec des couples constitués de molécules
1. Réaction mettant en jeu le couple H2O2 / O2
Ajoutons goutte à goutte une solution de permanganate de potassium dans une
solution de d’eau oxygénée H2O2 (incolore) additionnée d’acide sulfurique. Celle-ci se
décolore en contact avec l’eau oxygénée et il apparaît un dégagement de dioxygène.
L’eau oxygénée est réduite en dioxygène. H2O2 et O2 forment un couple rédox. La
demi équation électronique s’écrit :
H2O2
O2 + 2H+ + 2e2. Réaction mettant en jeu le couple CH3CHO / CH3CH2OH
Dans un tube à essais renfermant une solution d’éthanol additionnée d’acide
sulfurique, ajoutons du permanganate de potassium. Si on chauffe légèrement la
solution, on constate que la solution initialement violette se décolore. : Il y a réduction
des ions MnO4- en Mn2+. La solution obtenue rougit en présence du réactif de Schiff et
donne un précipité jaune en présence de DNPH. : L’éthanol est donc oxydé est éthanal
Les demi équations électronique s’écrivent :
X2
MnO4- + 8H+ + 5eMn2+ + 4 H2O
X5
CH3CH2OH
CH3CHO + 2 H+ + 2eL’équation bilan s’écrit:
5 CH3CH2OH + 2MnO4- + 6H+
5CH3CHO + 2 Mn2+ + 8 H2O
NB : l’oxydation de l’éthanal peut se poursuivre pour donner de l’acide éthanoïque.
III Potentiels redox de quelques couples en solution aqueuse
1.
Réalisation de la demi pile Fe3+ / Fe2+
Fe3+ / Fe2+
Pt
Pour réaliser une demi pile faisant intervenir le couple Fe3+ / Fe2+ (ou plus
généralement un couple ion / ion) il faut plonger dans une solution renfermant des
ions fer (II) et des ions fer (III), une électrode inattaquable. Elle peut être
en or, en platine ou en graphite. La plus utilisée est l’électrode de platine platinée
2. Réalisation de la demi pile Cl2 /ClPour réaliser une demi pile faisant le couple Cl2 /Cl- on plonge
une électrode inattaquable dans une solution renfermant des
ions Cl-. On peut ensuite barboter du dichlore gazeux.
L’électrode de platine a la propriété de fixer le gaz facilitant
ainsi l’échange électronique.
Pt
Cl2
Cl2
Cl-
3. Principe de mesure du potentiel rédox d’un couple
Le potentiel rédox d’un couple est la d.d.p en circuit ouvert entre l’électrode de la
demi pile mettant en jeu le couple et l’électrode de platine de la demi pile à
hydrogène.
Pt
Pt
H2
Fe3+
Fe2+
4. Potentiels standard de quelques couples
E°(volts)
S2O82-
2,01
MnO42- 1,51
SO42Mn2+
Cl2
1,36
Cl-
NO3-
0,96
NO
Fe3+
0,77
Fe2+
I2
0,54
I-
CH3CHO
0,19
C2H5OH
CH3COOH -0,12 CH3CHO
CO2
-0,45
H2C2O4