LA LIAISON CHIMIQUE

Chapitre 6 :
LES ALCOOLS ET LEURS DERIVES
S5F
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 CnH2n + 2  CnH2n + 1OH alcool saturé.
Le groupe hydroxyle ─ OH est relié à un groupe alkyle CnH2n + 1 linéaire
ou ramifié qu'on notera R :
R ─ OH
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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 : CH3 ─ OH méthanol ; CH3 ─ CH2 ─ OH éthanol ;
CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ OH propan-1-ol ;
CH3 ─ CHOH ─ CH3
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
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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 ─ CH2 ─ CH2 ─ 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 C6H12O6, sous forme cyclique est un polyalcool :
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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
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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 CO2.
A partir du glucose, on peut écrire :
C6H12O6  2 CH3 ─ CH2 ─ OH + 2 CO2
Remarque : La fermentation nécessite l'action de catalyseurs biologiques, les
enzymes des levures.
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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 :
CH2 == CH2 + H2O  CH3 ─ CH2 ─ OH
Remarque : La réaction est pratiquée à 250 ° C et sous 200 atm en présence
d‘un catalyseur, l’acide ortho phosphorique.
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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 ─ Od- - - - Hd+─ 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".
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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.
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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
méthanol
éthanol
propan-1-ol
propan-2-ol
CH3 ─ OH
C2H5 ─ OH
C3H7 ─ OH
CH3 ─ CHOH ─ CH3
butan-1-ol
C4H9 ─ OH
2-méthylpropan-2-ol
hexan-1-ol
dodécan-1-ol
C6H13 ─ OH
C12H25 ─ OH
Masse Densité par
molaire rapport à
(g.mol-1)
l'eau
32
0,792
46
0,789
60
0,804
60
0,786
qfus qéb
(°C) (°C)
- 97
- 114
- 126
- 88
64,7
78,8
97,2
82,3
74
0,810
- 90 117,7
74
0,789
+2
102
186
0,820
0,831
- 52 155,8
+ 24 259,0
82,5
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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 :
C2H5OH + 3 O2  2 CO2 + 3 H2O
- Combustion complète du propanol :
2 C3H7OH + 7 O2  6 CO2 + 4 H2O
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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 MnO4-, ion bichromate Cr2O72-, 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).
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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
MnO4- ou l'ion bichromate Cr2O72-.
Par exemple, en milieu
acide l'ion permanganate
en excès réagit avec
l'éthanol :
L’ion permanganate (MnO4-) est réduit en ion manganèse (Mn2+) :
(MnO4- + 8 H+ + 5 e-  Mn2+ + 4 H2O) x 4
L’éthanol (C2H5OH) est oxydé en acide éthanoïque (CH3COOH) :
(CH3 – CH2OH + H2O  CH3 – COOH + 4 H+ + 4 e-) x 5
5 CH3CH2OH + 4 MnO4- + 12 H+  5 CH3COOH + 4 Mn2+ + 16 H2O
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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.
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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
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.
Exemple : HCHO méthanal ; CH3 ─ CHOH éthanal ;
3-méthylbutanal
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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 :
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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.
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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 Cu2O 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.
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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).
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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