Généralités

Être capable de reconnaître des groupements chimiques caractéristiques et ainsi pouvoir donner la nomenclature de certaines molécules est indispensable en chimie. On vous conseille alors d'apprendre correctement les règles de nomenclature que vous trouverez plus tard dans le cours.

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 généraleClasseExempleNom
PrimaireEthanol
SecondairePropan-2-ol
TertiaireMéthyl-propan-2-ol

L'oxydation des alcools

Faites attention à vos proches et à vous-même : l'abus d'alcool est dangereux pour la santé même si celui-ci est consommé en petites quantités. Comme dit le tout nouveau spot préventif français : l'alcool, c'est maximum deux verres par jour, et pas tous les jours.

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'alcoolProduit de son oxydationProduit de l'oxydation du produit de son oxydation
PrimaireAldéhydeAcide carboxylique
SecondaireCétonePas d'oxydation ménagée des cétones
TertiairePas d'oxydation ménagée des alcools tertiaires

Nomenclature

Pour être certain de maîtriser la nomenclature des molécules, on vous conseille vivement de vous entraîner : à partir du nom d'un molécule, essayez de la représenter. Puis, faites l'inverse : à partir de la représentation d'une molécule, essayez de la nommer.

Lorsque l'alcool est la fonction principale de la molécule que l'on cherche à nommer, il suffit alors de remplacer la voyelle terminale « e » de l'alcane correspondant à l'alcool que l'on cherche à nommer par le suffixe -ol. Il est ensuite nécessaire d'indiquer le numéro de l'atome de carbone où le groupe hydroxyle est fixé. Même si cette précision n'est pas toujours nécessaire, il est alors possible d'omettre cette précision pour une lecture plus digeste.

Si la fonction alcool n'est pas la fonction principale de la molécule, il faut alors ajouter le préfixe hydroxy- précédé du numéro de l'atome de carbone où le groupe est fixé.

Ensuite, pour nommer la base conjuguée de l'alcool, comme l'ion alcoolate, il suffit simplement de remplacer la voyelle terminale « e » par le suffixe -olate. Veillez à ne pas confondre avec le suffixe -oate qui est plutôt caractéristique du carboxylate, correspondant alors base conjuguée de l'acide carboxylique.

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 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 vu ci-dessus et se présentent donc sous la forme : AXnEm

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, suite à 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.

Les boissons alcoolisées

Une boisson alcoolisée, également appelé alcool, correspond à une boisson qui a été fermentée, macérée ou distillées contenant de l'éthanol ou encore un alcool éthylique. Considérée comme étant une drogue dure, elle représente celle qui provoque la plus forte mortalité dans le monde et figure même sur la liste des cancérogènes du groupe 1 du CIRC. On considère l'alcool comme étant responsable de plusieurs millions de morts par an à travers le monde.

Le Centre International de Recherche sur le Cancer, également appelé CIRC et nommé International Agency for Research on Cancer en Anglais, correspond à une agence intergouvernementale de recherche sur le cancer. Elle a été créée en 1965 par l'Organisation mondiale de la santé des Nations unies.

L'Organisation mondiale de la santé, également appelée OMS, correspond à une institution spécialisée de l'Organisation des Nations unies pour la santé publique. Celle-ci a été créé en 1948 et dépend directement du Conseil économique et social des Nations unies. Son siège se situe à Genève en Suisse, sur la commune de Pregny-Chambésy.

La consommation d'alcool provoque chez l'Homme un effet psychotrope que l'on appelle ivresse ou encore intoxication alcoolique mais aussi un risque de dépendance que l'on appelle alcoolisme ou encore alcoolodépendance et d'autres problèmes pour la santé et des risques sociaux comme la violence ou encore les accidents de la route. C'est pour cela que la majorité des pays possède une législation qui réglemente la production, mais également la vente et la consommation de ces boissons alcoolisées. Certains pays ont même opté pour une interdiction totale des boissons alcoolisées même si, dans certains autres pays, la consommation d'alcool est ancrée très profondément dans la culture et poussent donc l'alcool au rang de drogues récréatives la plus ancienne dont la consommation est très fortement banalisée.

L'éthanol

Le biocarburant est de plus en plus utilisé dans les voitures nouvelles générations. En effet, les anciens moteurs ne sont pas fait pour fonctionner avec ce type de carburant, même si celui-ci est plus économique.
si vous voulez rouler avec ce carburant, il est néanmoins possible d'effectuer quelques modifications afin que votre moteur puisse fonctionner avec du bioéthanol sans pour autant se dégrader.

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.

Exercice 1

Il est possible de faire réagir de la vapeur d'eau sur l'éthylène. Pour cela, on fait passer le mélange d'éthylène et de vapeur d'eau maintenu à 300°C et sous 70 bars sur un catalyseur favorisant la réaction d'hydratation de l'éthylène.

  1. Ecrire le schéma de cette réaction et préciser le nom du corps obtenu. Comment opère- t – on pour obtenir un bon rendement ?
  2. En utilisant des conditions expérimentales analogues aux précédents, on se propose d’hydrater les alcènes suivants :
    • butèn-2
    • propène

Ecrire les formules des alcools qu'on est, en principe, susceptible d’obtenir. Les nommer.

Exercice 2

Des isomères de masse molaire moléculaire M = 72 g réagissant avec la D.N.P.H

  1. Déterminer le groupement fonctionnel et les formules brutes de ces composés sachant que ceux-ci n'ont que ce groupement fonctionnel et que la chaîne carbonée ne présente que des simples liaisons carbone-carbone.
  2. Donner les formules développées et les noms possibles des isomères.
  3. Quelles sont les réactions chimiques envisageables pour identifier les différents groupements fonctionnels des isomères. (Préciser les réactions en citant les réactifs et les produits sans écrire les équations-bilans.)

Exercice 3

Un composé organique A de masse molaire 88 g. mol-1 contient environ 68, 2% de carbone ; 13,6 % d'hydrogène ; 18,2 % d'oxygène.

  1. Déterminer les masses approximatives de carbone, hydrogène et oxygène
  2. En déduire la formule brute du composé A On nommera les différents isomères ainsi trouvés.
  3. L e composé A est un alcool à chaîne ramifiée. Montrer qu'il existe cinq formules développées pour A.
  4. On fait subir à A une oxydation ménagée qui conduit à un composé B. B peut réagir sur la D.N.P.H. pour donner un précipité jaune.
  5. Pourquoi cette seule expérience ne permet – elle pas de déterminer sans ambiguïté la formule développée de A ?
  6. Le composé B ne réagit pas sur la liqueur de Fehling. Montrer que cette constatation permet de lever l’ambiguïté précédente.
  7. Donner les formules développées de corps A et B
  8. Ecrire l'équation bilan de la réaction d'oxydation de A avec l'ion MnO4-

Exercice 4

Soient 3 flacons contenant chacun une solution aqueuse d'alcool. On sait que ces alcools ont la même formule brute, une seule fonction alcool, et qu'ils appartiennent à des classes différentes.

  • Dans une première étape, on cherche à déterminer la classe de ces alcools. Pour cela, on dispose d'une solution de dichromate de potassium acidifiée, de BBT, de D.N.P.H., de liqueur de Fehling et de nitrate d'argent ammoniacal.

Quels tests proposez – vous de faire pour déterminer la classe de ces 3 alcools ?

  • Après avoir identifié le flacon contenant l'alcool primaire, on réalise l'expérience suivante :

On oxyde 2,2 g d'alcool primaire avec un excès d'oxydant. L'acide obtenu est dosé : à l’équivalence, on a versé 25 cm3 d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium, de concentration molaire volumique C = 1 mol. L-1.

En déduire la masse molaire moléculaire de l'alcool et sa formule brute.

  • Donner une formule développée possible pour chacun des trois alcools et préciser leur nom et leur classe

Exercice 5

Soit un corps A de formule brute CnH2nO.

  1. L'oxydation complète de 1 g de A donné 2,45 g de dioxyde de carbone. Déduire n
  2. Avec la D.N.P.H., A donné précipité jaune. Quelles sont les hypothèses sur la nature de A ?
  3. Le composé A donné un dépôt d'argent avec le nitrate d'argent ammoniacal. Conclusion ?
  4. En milieu acide, A est oxydé par le permanganate de potassium et donne l'acide méthyl- 2 propanoïque.

En déduire la nature et la formule développée du corps A ; quel est son nom ?

Exercice 6

  • Un alcène A subi une hydratation en milieu acide. On obtient deux alcools B et B' (B étant en quantité prépondérante).

Ces deux alcools sont isolés et on cherche à les identifier.

B et B' sont mis en présence d'un oxydant : B n'est pas oxydé alors que B' s'oxyde en un composé D qui réagit avec le réactif de Schiff.

Préciser la classe des 2 alcools B et B' ; en déduire la formule de l’alcène A sachant que celui-ci contient 5 carbones.

Le rendement des opérations permettant le passage de A à D est de 8%.

Calculer la masse d'alcène nécessaire à la préparation de 10 g de D.

  • A côté du composé D, on note la présence d'un composé organique à fonction acide E. Préciser la formule et le nom de E.

2, 04 g de E et 0,80 g d'hydroxyde de sodium pur réagissent mole à mole. Cette expérience permet – elle de vérifier la formule brute de E ?

Exercice 7

  • 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 :
    • Chaque produit est un corps pur et sa molécule e contient que trois atomes de carbone, des atomes d’hydrogène, des atomes d’oxygène ;
    • La chaîne carbonée ne comporte pas de liaison multiple ;
    • Parmi ces cinq produits il y a deux alcools.

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)

  • Pour préciser les résultats précédents on utilise le réactif de Tollens (nitrate d'argent ammoniacal). On constante de C est oxydé.

Décrire l’expérience.

  • Identifier les cinq produits, donner leur nom et leur formule semi – développée.

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+.

  • On fait réagir ensuite le produit A avec le produit D.

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.

Exercice 8

A est un alcène comportant 4 atomes de carbone. On effectue les réactions suivantes à partir de A :

A + H2O          B, unique produit de la réaction ;

B + solution de dichromate de potassium en présence d'acide sulfurique donne   C

C + D.N.P.H.       Donne      D' solide cristallisé jaune

C ne réagit pas sur la liqueur de Fehling ni sur l'ion diamine argent [Ag (NH3)2] +, en milieu basique.

A' est un isomère de A

A' + H2O →        B + B'

B et B' sont des isomères l'un de l'autre ; B est nettement pondérant

B’ donne      C’ ( oxydation très ménagée )

C’+ D.N.P.H.   Donne         D’ solide cristallisé jaune

C’réagit avec la liqueur de Fehling et l'ion diamine argent

C’ donne  E, qui jaunit le BBT, en solution aqueuse

Déterminer la nature et la formule développée des différents composés A, B, C, A', B', C', E

Nommer les produits chimiques correspondants

Exercice 9

On dispose de deux mono-alcools saturés A et B.

  1. On traite ces deux alcools par une solution diluée de dichromate de potassium en milieu sulfurique. Les deux solutions deviennent vertes. Que peut – on en déduire ?
  2.  Les composés organiques A' et B' extraits respectivement des deux solutions donnent un précipité avec la DNPH. Quelles peuvent être les fonctions de A' et B' ?
  3. On répète les expériences précédentes avec d'autres échantillons des deux alcools, mais avec une solution concentrée de dichromate de potassium en excès. Les produits organiques obtenus sont notés A'' et B''. A'' donne un précipité avec la DNPH alors que A'' et A' sont identiques.
  4. Quelles sont les fonctions de A'' et B'' ? Montrer que A'' et A' sont identiques.
  5. A comporte le minimum d'atomes de carbone compatible avec sa classe. Donner les noms et les formules semi-développées de A et A'.
  6. La masse molaire moléculaire de B'' est 88 g.mol-1. Déterminer la formule moléculaire de B''. Donner les formules semi – développées et les noms des isomères possibles pour B''et pour B.

Exercice 10

Un alcool A a pour formule

R

‌|

R' ∼   CH    CH2OH

R et R' sont des radicaux alkyle     ∼ Cn H2n+1

  • Quelle est la classe de cet alcool A ?
    • On effectue une oxydation ménagée de cet alcool par l'ion Cr2O72- en milieu acide. L'ion Cr2O72- est réduit en ion Cr3+ selon le demi – équation électronique de réduction :

Cr2O72- + 14 H+ + 6 e-   →       2 Cr 3+ + 7 H2O

Quels sont les corps susceptibles de se former ? Ecrire les demi – équations électroniques d'oxydation de l'alcool A ?

Ecrire l'équation d'oxydation de l'alcool dans le cas où la solution oxydante est en excès.

  • Pour déterminer la formule complète de l'alcool précédent, on oxyde avec un excès d'oxydant Cr2O72- une masse m = 15,0 g de A. On obtient un composé B. Le composé B est étudié avec une solution de soude (hydroxyde de sodium) de concentration molaire 2,00 mol. L-1. L'équivalence acido – basique est obtenue lorsque l'on a versé Vb = 85,2 cm3 de solution basique. Quelle est la masse molaire de l'alcool A ? Quelle est la formule développée de l'alcool A ? Quel est son nom ?
  •  Pourquoi la molécule de cet alcool est – elle chirale ? Représenter les deux énantiomères en utilisant la projection de Fischer.

Exercice 11

On souhaite préciser la structure moléculaire d'un alcène A de formule brute C4H8.

  • Quelles sont les formules développées possibles correspondant à cette formule brute ?
  • On réalise l'hydratation de cet alcène, ce qui entraîne la formation de 2 corps B et C (C est obtenu en quantité beaucoup plus importante que B). Montrer que cette réaction permet d’éliminer l'une des hypothèses formulées en 1.
  • On oxyde B par le dichromate de potassium en milieu acide (sulfurique). Le produit D de cette oxydation donne un précipité jaune avec la DNPH et une coloration rose avec le réactif de Schiff.

Quels renseignements concernant D et B peut – on déduire de ces observations ? Cela suffit-il pour expliciter complètement A ?

  • On soumet C à l’oxydation par le dichromate de potassium en milieu acide. Le produit E de cette oxydation donne un précipité jaune avec la DNPH mais reste sans action sur le réactif de Schiff. Que peut-on en conclure sur la nature de E et C ?
  • Donner les formules développées et les noms des composés A, B, C, D, E.
  • L'un des composés B ou C présente un atome de carbone asymétrique. Indiquer lequel, en justifiant votre réponse. Dire quel type d’isomère présente ce composé.

Exercice 12

  • Donner les formules développées des différents alcools de formule brute C4H10O. Les nommer et indiquer à quelle classe d'alcool ils appartiennent.
  • L'un des alcools précédents possède un carbone asymétrique ; Lequel ? Expliquer ce qu'est la chiralité. Dessiner en représentation projective les deux énantiomères correspondants.
  • Ce même alcool peut être préparé à partir d'un alcène. Dire par quel type de réaction.

Quel doit être cet alcène pour que l'on obtienne uniquement l'alcool à carbone asymétrique ?

Ecrire l'équation correspondante.

  • L'alcool en question peut être oxydé à froid par l'ion dichromate.

Quel corps dérivant de l'alcool obtient- on ?

Comment pourrait – on caractériser ce dernier corps ?

 Exercice 13

  • Un butanol A réduit l'ion dichromate en milieu acide en donnant un composé B qui peut réagir sur la DNPH en produisant un précipité jaune.

Donner les formules développées possibles pour A et B ; préciser le nom des corps correspondants.

  • L'alcool initial A est formé de molécules possédant un atome de carbone asymétrique.  Quel est cet alcool ? Ecrire sa formule développée et déduire les deux configurations possibles.

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Joy

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