Présentation
Ce qu'il faut absolument retenir
Les alcools sont identifiables grâce à la fonction organique alcool. Elle consiste en un groupe -OH lié à l'un des carbones de la chaîne carbonée d'un alcane. En réalité, il y a trois classes d'alcools. On les distingue en fonction du nombre de groupes alkyles auxquels il est lié. On reviendra plus tard sur l'importance de la distinction des alcools selon leur classe. Le tableau de synthèse à retenir est le suivant :
| Formule générale | Classe | Exemple | Nom |
|---|---|---|---|
 | Primaire |  | Ethanol |
 | Secondaire |  | Propan-2-ol |
 | Tertiaire |  | Méthyl-propan-2-ol |
Nommer un Alcool
La théorie VSEPR
La théorie VSEPR , signifiant en Anglais Valence Shell Electron Pair Repulsion, encore noté RPECV en Français, signifie « répulsion des paires électroniques de la couche de valence ». Cette théorie correspond à une méthode destinée à prédire la géométrie des molécules. Cela est possible en se basant sur la théorie de la répulsion des électrons de la couche de valence, également connue sous le nom de « théorie de Gillespie »
Prérequis et supposition
La méthode VSEPR est fondée sur un certain nombre de suppositions qui concernent principalement la nature des liaisons entre atomes :
- les atomes dans une molécule sont liés par des paires d'électrons ;
- deux atomes peuvent être liés par plus d'une paire d'électrons. On parle alors de liaisons multiples ;
- certains atomes peuvent aussi posséder des paires d'électrons qui ne sont pas impliqués dans une liaison. On parle de doublets non liants ;
- les électrons composant ces doublets liants ou non liants exercent les uns sur les autres des forces électriques répulsives. Les doublets sont donc disposés autour de chaque atome de façon à minimiser les valeurs de ces forces ;
- les doublets non liants occupent plus de place que les doublets liants ;
- les liaisons multiples prennent plus de place que les liaisons simples.
Notation
Dans la théorie VSEPR, il y a certains usages de notation à respecter :
- On note l'atome central de la molécule étudiée A.
- Les doublets non-liants, et donc les paires d'électrons appartenant à l'atome central A qui ne se sont pas impliqués dans les liaisons sont notés E et m leur nombre.
- Les doublets liants, et donc paires d'électrons qui sont impliqués dans des liaisons entre l'atome central A et un autre atome sont notés X. Le nombre de doublets liants sera noté n.
Les molécules simples, dont la géométrie est facilement définissable grâce à la méthode VSEPR sont donc notés suivant la notation vue ci-dessus et se présentent donc sous la forme : AXnEm
Utilisation
- 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 car leur combustion ne produit pas de fumées toxiques
- Réactifs : les uréthanes, les esters ou les alcènes peuvent être synthétisés à partir des alcools
- Antigel : la basse température de solidification de certains alcools comme le méthanol et l'éthylène glycol en font de bons antigels
- Gaz naturel ou du pétrole.
Selon la nature du carbone portant le groupement alcool, on distingue :
- Les alcools primaires, dont le carbone comportant le groupement hydroxyle est lié à deux atomes d’hydrogène et un radical organique R :
- Les alcools secondaires, dont le carbone comportant le groupement hydroxyle est lié à un atome d’hydrogène et deux radicaux organiques R et R' :
- Les alcools tertiaires, dont le carbone comportant le groupement hydroxyle est lié à trois radicaux organiques R, R' et R" :
- Les phénols, sont des alcools particuliers dont le groupement hydroxyle est lié à un carbone d’un cycle benzénique
- Il existe aussi un groupe particulier d’alcools appelés énols. Il s’agit d’un alcool possédant de plus une fonction alcène. Il s’agit en fait d'une forme tautomère d’un aldéhyde ou d’une cétone (Le phénol est par ailleurs un énol).
Oxydation
On a déjà pu étudier la signification du terme d'oxydation et les particularités de la réaction qu'il recouvre. Dans le cas précis de l'oxydation des alcools, il faut noter que l'on parle d'oxydation ménagée parce qu'il n'y a pas de rupture des liaisons entre les atomes de carbones. Ces liaisons sont maintenues aussi ne parle-t-on pas d'une réaction complète puisque la destruction de ces liaisons n'a pas lieu. Il s'agit d'une réaction ménagée parce qu'elle conserve le squelette carboné de la molécule. La classe de l'alcool qui subit l'oxydation ménagée va déterminer la nature de ses produits :
- Les alcools tertiaires ne peuvent pas subir d'oxydation ménagée.
- L'oxydation ménagée des alcools primaires et secondaires peut se faire par trois moyens :
- Par un oxydant en milieu acide (par exemple le permanganate de potassium)
- Par le dioxygène de l'air en présence d'un catalyseur.
- Par déshydrogénation sur du cuivre ou du platine en présence d'un catalyseur.
On arrive à des résultats différents selon la classe de l'alcool qui a été utilisé comme réactif. Certains des produits d'une oxydation ménagée peuvent eux-mêmes subir une réaction d'oxydation ménagée. C'est notamment cette propriété qui nous permettra de tester le produit de la première oxydation ménagée et donc d'en déduire la classe de l'alcool qui l'a subie.
| Classe de l'alcool | Produit de son oxydation | Produit de l'oxydation du produit de son oxydation |
|---|---|---|
| Primaire | Aldéhyde | Acide carboxylique |
| Secondaire | Cétone | Pas d'oxydation ménagée des cétones |
| Tertiaire | Pas d'oxydation ménagée des alcools tertiaires | |
Rappels
Les réactions d'oxydo-réduction
Une réaction d'oxydoréduction, également appelée réaction redox, correspond à une réaction chimique au cours de laquelle a lieu un transfert d'électron. C'est-à-dire une réaction durant laquelle une espèce chimique dite oxydant reçoit un ou plusieurs électrons d'une autre espèce chimique dite réducteur. Un oxydant, également appelé agent d'oxydation, correspond à un ion, un corps simple ou un composé qui, lors d'une réaction d'oxydoréduction, reçoit un ou plusieurs électrons d'une autre espèce chimique. Lavoisier mettra en évidence en 1772, à la suite de ses manipulations du mercure, le rôle du dioxygène dans certaines réactions d'oxydoréduction. D'où le nom oxydation qui signifie "combinaison avec l'oxygène". Un réducteur, également appelé agent de réduction, correspond à un ion, un corps simple ou un composé qui, lors d'une réaction d'oxydoréduction, cède un ou plusieurs électrons à une autre espèce chimique. Réduction quant à lui signifie "l'extraction d'un métal de son oxyde", une définition connue en métallurgie. Les réactions d'oxydo-réduction forment une grande famille puisqu'elles comprennent de nombreuses réactions chimiques. En effet, elles interviennent dans les combustions, certains dosages métallurgiques mais également la corrosion des métaux, l'électrochimie et la respiration cellulaire. Ces réactions sont alors essentielles puisqu'elles jouent un rôle fondamental en biologie : elles permettent la transformation de l'oxygène en eau, de formule H2O, au sein des organismes vivants. Elles sont également massivement utilisées dans l'industrie humaine, notamment afin d'obtenir de la fonte à partir de différents minerais composés d'oxyde de fer grâce à une réduction, puis de fer et d'acier à partir de la fonte grâce à une réaction d'oxydation. Ces différentes utilisations peuvent être expliquée par l'extrême mobilité de l'électron, sa légèreté mais également son omniprésence dans toutes les formes de la matière.
Les demi-équations
Puisque dans une réaction d'oxydo-réduction, le réducteur s'oxyde, c'est la réaction d'oxydation et l'oxydant se réduit, c'est la réaction de réduction, l'oxydoréduction se compose donc de deux demi-réactions : une oxydation et une réduction. Elles se présentent sous la forme suivante :
- Oxydation
- réducteur(1) = oxydant(1) + n e-
- Réduction
- oxydant(2) + n e- = réducteur(2)
- Oxydoréduction qui représente donc la "somme" de l'oxydation et de la réduction
- oxydant(2) + réducteur(1) → oxydant(1) + réducteur(2)
Notons que dans les demi-équation, les flèches n'apparaissent que si la réaction est totale, c'est à dire quand K > 10 000
Le potentiel d'oxydo-réduction
Le caractère oxydant ou réducteur d'une espèce dépend de la réaction chimique et des espèces qui interagissent entre elles. En effet, l'élément réducteur dans une réaction peut devenir l'oxydant d'une autre réaction. C'est pour cela que l'on construit une échelle de force oxydante (ou de force réductrice selon le sens donné à cette échelle) afin d'obtenir le potentiel d'oxydo-réduction se mesurant en volt. En outre, le potentiel d'oxydo-réduction dépend du contexte chimique, notamment du pH, mais aussi du contexte physique puisque les effets de la lumière peuvent intervenir dans la nature comme ce qui est le cas avec la photosynthèse chez les plantes ou la photographie avec l'Homme.
Polaire
La polarité est due à la géométrie de la molécule (trièdre, les doublets libres localisés sur l'oxygène), et aux électronégativités respectives du carbone, de l'oxygène et de l'hydrogène (Xsi(O)>Xsi(C)>Xsi(H). Ces groupes peuvent former des liaisons hydrogène entre eux ou avec d'autres composés (ce qui explique leur solubilité dans l'eau et dans les autres alcools). Aussi, le point d'ébullition des alcools est-il d'autant plus élevé que
- Le nombre de fonctions alcool est grand : un diol a une température d'ébullition supérieure à celle de l'alcool simple équivalent, qui lui-même a une température d'ébullition supérieure à l'hydrocarbure correspondant. Par exemple, parmi les alcools dérivés de l'iso propane, le glycérol (propan-1,2,3-triol) bout à 290 °C, le propylène glycol (propan-1,2-diol) à 187 °C et le propan-1-ol à 97 °C.
- La chaîne carbonée est longue : parmi les alcools linéaires, le méthanol bout à 65 °C, l'éthanol à 78 °C, le propan-1-ol à 97 °C, le butan-1-ol à 118 °C, le pentan-1-ol à 138 °C et l'hexan-1-ol à 157 °C.
- La chaîne carbonée est linéaire, par maximisation de la surface de la molécule susceptible de subir les forces de van der Waals. Par exemple, parmi les pentanols, le pentan-1-ol bout à 138 °C, le 2-méthyl-butan-1-ol à 131 °C et le 2,2-diméthyl-propan-1-ol à 102 °C.
La solubilité dans l'eau des alcools dépend des deux mêmes facteurs que précédemment, mais qui sont ici antagonistes :
- La chaîne carbonée, hydrophobe, tend à rendre la molécule non soluble.
- Le groupement hydroxyle, hydrophile (grâce à ses liaisons hydrogène) tend à rendre la molécule soluble
Ainsi, les alcools sont ainsi d'autant plus solubles dans l'eau que :
- La chaîne carbonée est petite: le méthanol, l'éthanol et le propan-1-ol sont solubles en toutes proportions dans l'eau, le butan-1-ol en proportion de 79 g/l, le pentan-1-ol de 23 g/L, l'hexan-1-ol de 6 g/l, l'heptan-1-ol de 2 g/l et les alcools plus lourds sont pratiquement insolubles.
- Le nombre de fonction alcools est élevé. Par exemple, les butanediols sont solubles en toutes proportions tandis que le butanol ne l'est qu'en proportion de 79 g/l.
- La chaîne carbonée est non linéaire: parmi les pentanols, le 2,2-diméthyl-propan-1-ol est soluble dans une proportion de 102 g/l, le 2-méthyl-butan-1-ol de 100 g/l et le pentan-1-ol de 23 g/l.
Les alcools de faible poids moléculaire sont généralement solubles dans les solvants organiques comme l'acétone, ou l'éther. Les acides faibles, et mêmes très faibles (pKA compris en général entre 16 et 18, 10 pour les phénols, dans l'eau) par libération d'un proton H+ du groupe hydroxyle sont donc bien plus faibles que l'eau (à l'exception du méthanol) et ne manifestent leur caractère acide que dans des solutions non aqueuses, en réagissant par exemple avec la base NaNH2 dans une solution d'ammoniac. On appelle la base conjuguée d'un alcool un ion alcoolate. base de Brönsted, indifférente (pKA(ROH2+/ROH) d'environ -2), son acide conjuguée, l'ion alkyoxonium, étant un acide fort, ne pouvant être présent qu'en très petite quantité (sauf en présence d'une concentration importante en acide fort). Grâce à la réactivité des ces doublets, l'alcool est aussi une base de Lewis Cette propriété lui permet notamment, comme nous allons le voir par la suite, de participer à des réactions de substitutions nucléophiles et des réactions d'éliminations. substitution nucléophile dans lequel le groupe hydroxyle est remplacé par un autre radical nucléophile. halogénure d'alkyle ou encore dérivé halogéné) : R-(OH) + HX -> R-X + H2O, X représentant l'halogène Cl, Br ou I (F n'est pas utilisé, la réaction est beaucoup trop lente). Il s'agit de la réaction inverse de la réaction d'hydrolyse des dérivés halogénés.
- Propriétés :
- Réaction lente.
- Réaction réversible
- Elle est favorisée dans le sens direct si l'hydracide et concentré et en excès, dans l'autre sens en cas d'excès d'eau, et en milieu basique.
- Stéréochimie: dépend de la classe de l'alcool (voir mécanismes)
- En fonction de la classe de l'alcool, et de la nature de l'hydracide, la réaction est plus ou moins lente et plus ou moins limitée (cela est aussi dû aux mécanismes).
On peut donc effectuer un classement: RIOH < RIIOH < RIIIOH ( "<" = "réagit moins vite et de façon plus limitée que") et HF< CH3-CH2(OH) -> CH2=CH2 + H2O Cette réaction peut être inversée pour synthétiser des alcools à partir d'alcènes et d'eau, mais reste peu fiable car elle produit des mélanges d'alcools. On peut alors obtenir : L'alcool est considéré comme étant un psychotrope toxique voire mortelle en grande quantité, même en quantité modérée en cas de consommation régulière (voir alcoolisme). Les autres alcools sont généralement beaucoup plus toxiques car Leur ingestion doit être considérée comme une urgence médicale. L'éthanol, également appelé alcool éthylique, correspond à un alcool dont la formule semi-développée est CH3-CH2-OH. L'éthanol est un liquide incolore, volatil, miscible à l'eau en toutes proportion et inflammable en plus d'avoir des propriétés psychotropes très connue car l'éthanol correspond à la drogue récréative la plus ancienne lorsqu'il est sous la forme de boissons alcoolisées. Cette molécule est très utilisée par l'industrie agroalimentaire afin de produire des spiritueux mais également par la parfumerie et la pharmacie galénique qui utilise l'éthanol comme solvant. Aujourd'hui, l'éthanol est également très utilisé sous la forme de bioéthanol afin de s'en servir comme biocarburant. Vous pouvez également le retrouver dans les thermomètres à alcool. On possède cinq flacons contenant les produits notés A, B, C, D et E tous différents. On ne connait pas le nom des cinq produits mais on sait que : On réalise une oxydation ménagée par le dichromate de potassium en milieu acide des produits A et B et on obtient les résultats suivants : A conduit à C ou D alors que B conduit uniquement à E. Cette expérience est – elle suffisante pour connaitre les cinq produits A, B, C, D et E ? Justifier votre réponse (un seul argument suffit) Décrire l’expérience. Ecrire, en justifiant les coefficients, l'équation de la réaction d'oxydoréduction par le dichromate de potassium en milieu acide qui fait passer du produit A au produit D. Le couple oxydant réducteur mis en jeu dans le dichromate de potassium est : Cr2O72- / Cr3+. Ecrire l'équation de réaction en utilisant les formules semis- développées. Donner le nom du produit organique obtenu. Donner rapidement les principales caractéristiques de cette réaction. On dispose de deux mono-alcools saturés A et B. Résumer avec l'IA :Réaction d'élimination à haute température et produire des alcènes
Les boissons alcoolisées
L'éthanol
Exercice 1
Exercice 2
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