Karamö, le prof virtuelLeçon 1 sur 20
Les alcools
Je sais reconnaître, nommer et classer un alcool, et écrire ses principales réactions, en particulier son oxydation ménagée.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Reconnaître le groupe hydroxyle et nommer un alcool
- Distinguer alcool primaire, secondaire et tertiaire
- Écrire les équations de la combustion, de la réaction avec le sodium et de la déshydratation
- Écrire et équilibrer l'oxydation ménagée d'un alcool par le dichromate ou le permanganate
Avant de commencer : Les alcanes et les alcènes (nomenclature, formules), l'écriture des demi-équations d'oxydoréduction, la quantité de matière (n = m/M, n = V/Vm).
1Je découvre
Au village de Sékou, près de Kindia, on récolte la sève du palmier. Le matin, elle est sucrée et douce. Le soir, elle a un goût piquant : c'est devenu du vin de palme. Deux jours plus tard, elle est franchement aigre, comme du vinaigre.
Sékou, élève de Terminale SE, se demande ce qui se passe. Son professeur de chimie lui explique : des levures transforment le sucre de la sève en éthanol, un alcool ; puis, au contact de l'air, d'autres micro-organismes transforment cet éthanol en acide éthanoïque, l'acide du vinaigre. L'éthanol a donc été oxydé.
Sékou note aussi que l'éthanol sert à désinfecter une plaie au dispensaire et que certaines lampes et réchauds brûlent de l'alcool. Une même famille de molécules intervient dans tous ces usages.
Qu'est-ce qu'un alcool, comment le nommer, et pourquoi certains alcools s'oxydent-ils en acide alors que d'autres ne s'oxydent pas ?
2Je comprends
1. Définition et groupe caractéristique
Un alcool est un composé organique dans lequel un groupe hydroxyle -OH est lié à un atome de carbone tétragonal (carbone lié à quatre atomes par des liaisons simples).
Formule générale : R-OH, où R est un groupe alkyle.
Les alcools saturés à chaîne ouverte ayant un seul groupe -OH (monoalcools saturés) ont pour formule brute CnH2n+2O, soit CnH2n+1OH. Leur masse molaire vaut M = 14n + 18 g/mol.
Attention : dans le phénol, le groupe -OH est porté par un carbone d'un cycle benzénique (carbone non tétragonal). Le phénol n'est pas un alcool.
2. Nomenclature
On nomme un alcool à partir de l'alcane de même chaîne carbonée :
- on choisit la chaîne la plus longue contenant le carbone qui porte -OH ;
- on numérote cette chaîne pour donner au carbone fonctionnel le plus petit numéro ;
- on remplace le « e » final de l'alcane par la terminaison « -ol », précédée du numéro du carbone fonctionnel.
| Formule semi-développée | Nom |
|---|---|
| CH3-OH | méthanol |
| CH3-CH2-OH | éthanol |
| CH3-CH2-CH2-OH | propan-1-ol |
| CH3-CHOH-CH3 | propan-2-ol |
| CH3-C(CH3)2-OH | 2-méthylpropan-2-ol |
| CH3-CH(CH3)-CH2-OH | 2-méthylpropan-1-ol |
3. Les trois classes d'alcools
On classe un alcool selon le nombre d'atomes de carbone liés au carbone fonctionnel (celui qui porte -OH).
| Classe | Carbone fonctionnel lié à | Forme | Exemple |
|---|---|---|---|
| Primaire | 1 carbone (ou 0 pour le méthanol) | R-CH2-OH | éthanol |
| Secondaire | 2 carbones | R-CHOH-R' | propan-2-ol |
| Tertiaire | 3 carbones | R-C(R')(R'')-OH | 2-méthylpropan-2-ol |
Exemple
Écrire les isomères alcools de formule C₄H₁₀O, les nommer et donner leur classe.
- CH₃–CH₂–CH₂–CH₂–OH : butan-1-ol, primaire.
- CH₃–CH₂–CHOH–CH₃ : butan-2-ol, secondaire.
- CH₃–CH(CH₃)–CH₂–OH : 2-méthylpropan-1-ol, primaire.
- (CH₃)₃C–OH : 2-méthylpropan-2-ol, tertiaire.
Il y a donc quatre alcools isomères de formule C₄H₁₀O (deux primaires, un secondaire, un tertiaire).
4. Obtention des alcools
- Hydratation d'un alcène (en présence d'acide sulfurique, catalyseur) : CH2=CH2 + H2O → CH3-CH2-OH. Pour un alcène dissymétrique, on obtient surtout l'alcool le plus substitué (règle de Markovnikov) : le propène donne majoritairement du propan-2-ol.
- Fermentation alcoolique des sucres par les levures : C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2. C'est ce qui se produit dans la sève de palme ou le jus de fruits.
5. Propriétés chimiques
a) Combustion complète. Un alcool brûle dans le dioxygène en donnant du dioxyde de carbone et de l'eau :
C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O.
b) Réaction avec le sodium. Le sodium réagit avec l'alcool en libérant du dihydrogène et en formant un alcoolate :
2 R-OH + 2 Na → 2 R-O^- + 2 Na^+ + H2.
c) Déshydratation. En présence d'un catalyseur déshydratant (acide sulfurique concentré ou alumine Al2O3) :
- intramoléculaire (vers 170 °C avec l'acide sulfurique) : on obtient un alcène : CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O ;
- intermoléculaire (vers 140 °C) : deux molécules donnent un éther-oxyde : 2 C2H5OH → C2H5-O-C2H5 + H2O.
6. L'oxydation ménagée : la propriété qui distingue les classes
Une oxydation ménagée est une oxydation qui conserve la chaîne carbonée (contrairement à la combustion qui la détruit). On utilise un oxydant en solution acide : l'ion dichromate Cr2O72- (orange, qui devient Cr3+, vert) ou l'ion permanganate MnO4^- (violet, qui devient Mn2+, presque incolore).
- 1Alcool primaire R–CH₂–OH : oxydation ménagée (oxydant en défaut)
- 2Aldéhyde R–CHO : il peut encore s'oxyder
- 3Oxydant en excès : on obtient l'acide carboxylique R–COOH
- 4Alcool secondaire R–CHOH–R' : oxydation ménagée, on obtient une cétone R–CO–R' (elle ne s'oxyde plus)
- 5Alcool tertiaire : pas d'oxydation ménagée (pas d'hydrogène sur le carbone fonctionnel)
Pourquoi l'alcool tertiaire ne réagit-il pas ? Pour s'oxyder, le carbone fonctionnel doit perdre un atome d'hydrogène. Or dans un alcool tertiaire, il n'en porte aucun.
Demi-équations utiles :
- Cr2O72- + 14 H^+ + 6 e^- → 2 Cr3+ + 7 H2O
- MnO4^- + 8 H^+ + 5 e^- → Mn2+ + 4 H2O
- alcool primaire vers aldéhyde : R-CH2OH → R-CHO + 2 H^+ + 2 e^-
- alcool primaire vers acide : R-CH2OH + H2O → R-COOH + 4 H^+ + 4 e^-
- alcool secondaire vers cétone : R-CHOH-R' → R-CO-R' + 2 H^+ + 2 e^-
Méthode
Pour écrire l'équation d'une oxydation ménagée :
- J'identifie la classe de l'alcool et le produit obtenu (aldéhyde, cétone ou acide).
- J'écris la demi-équation de l'oxydant et celle de l'alcool.
- Je multiplie chaque demi-équation pour que le nombre d'électrons soit le même.
- J'additionne, je simplifie les H⁺ et H₂O présents des deux côtés.
- Je vérifie la conservation des éléments (C, H, O, Cr ou Mn) et des charges.
Exemple
Oxydation ménagée de l'éthanol en éthanal par le dichromate en milieu acide.
Oxydant : Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O (× 1)
Réducteur : CH₃CH₂OH → CH₃CHO + 2 H⁺ + 2 e⁻ (× 3)
Somme : Cr₂O₇²⁻ + 3 CH₃CH₂OH + 14 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 3 CH₃CHO + 7 H₂O + 6 H⁺
Après simplification : Cr₂O₇²⁻ + 3 CH₃CH₂OH + 8 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 3 CH₃CHO + 7 H₂O.
Vérification des charges : à gauche −2 + 8 = +6 ; à droite 2 × (+3) = +6. Juste.
Exemple
Oxydation de l'éthanol en acide éthanoïque par le dichromate en excès.
Oxydant : Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O (× 2)
Réducteur : CH₃CH₂OH + H₂O → CH₃COOH + 4 H⁺ + 4 e⁻ (× 3)
Somme simplifiée : 2 Cr₂O₇²⁻ + 3 CH₃CH₂OH + 16 H⁺ → 4 Cr³⁺ + 3 CH₃COOH + 11 H₂O.
Contrôle des O : à gauche 14 + 3 = 17 ; à droite 6 + 11 = 17. Contrôle des charges : −4 + 16 = +12 et 4 × 3 = +12.
C'est la réaction qui transforme le vin de palme en vinaigre (là, l'oxydant est le dioxygène de l'air, aidé par des bactéries).
7. Identifier le produit de l'oxydation
- Le produit donne un précipité jaune-orangé avec la DNPH (2,4-dinitrophénylhydrazine) : c'est un aldéhyde ou une cétone.
- S'il rosit le réactif de Schiff, donne un précipité rouge brique avec la liqueur de Fehling à chaud ou un miroir d'argent avec le réactif de Tollens : c'est un aldéhyde, donc l'alcool de départ était primaire.
- Si la DNPH est positive mais le Fehling négatif : c'est une cétone, l'alcool était secondaire.
- Un acide carboxylique rend la solution acide (le papier pH ou le BBT le montre).
3Je retiens
Je retiens
Alcool : groupe –OH lié à un carbone tétragonal. Monoalcool saturé : CₙH₂ₙ₊₂O, M = 14n + 18 g/mol.
Nom : alcane correspondant + « -ol », avec le plus petit numéro pour le carbone fonctionnel.
Classe = nombre de carbones liés au carbone fonctionnel : primaire (1), secondaire (2), tertiaire (3).
Oxydation ménagée : primaire → aldéhyde → acide carboxylique ; secondaire → cétone ; tertiaire → rien.
Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O ; MnO₄⁻ + 8 H⁺ + 5 e⁻ → Mn²⁺ + 4 H₂O.
Avec Na : 2 ROH + 2 Na → 2 RO⁻ + 2 Na⁺ + H₂. Déshydratation : alcène (intramoléculaire) ou éther-oxyde (intermoléculaire).
4Erreurs fréquentes
- Compter les hydrogènes au lieu des carbones pour trouver la classe : c'est le nombre de CARBONES liés au carbone fonctionnel qui compte.
- Mal numéroter : CH₃–CHOH–CH₂–CH₃ est le butan-2-ol, pas le butan-3-ol ; le carbone fonctionnel prend le plus petit numéro.
- Écrire que l'alcool tertiaire s'oxyde en cétone : il ne subit pas d'oxydation ménagée.
- Oublier de simplifier les H⁺ et H₂O dans le bilan, ou oublier de vérifier les charges.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Nomme les alcools suivants et donne leur classe.
a) CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-OH
b) CH3-CH(CH3)-CHOH-CH3
c) CH3-CH2-C(CH3)2-OH
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a) Pentan-1-ol : le carbone fonctionnel est lié à un seul carbone, alcool primaire.
b) Chaîne principale de 4 carbones portant le -OH ; numérotation à partir de la droite : le -OH est en 2, le méthyle en 3. Nom : 3-méthylbutan-2-ol, alcool secondaire (carbone fonctionnel lié à 2 carbones).
c) Chaîne principale : 4 carbones (CH3-CH2-C-CH3), le -OH et un méthyle en position 2. Nom : 2-méthylbutan-2-ol, alcool tertiaire.
2Exercice 2
Écris la formule semi-développée : a) du pentan-3-ol ; b) du 3-méthylbutan-1-ol ; c) du 2-méthylbutan-2-ol. Donne la classe de chacun.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) CH3-CH2-CHOH-CH2-CH3 : secondaire.
b) CH3-CH(CH3)-CH2-CH2-OH : primaire.
c) CH3-CH2-C(CH3)(OH)-CH3 : tertiaire.
3Exercice 3
Un monoalcool saturé A contient 26,67 % d'oxygène en masse.
a) Détermine sa formule brute.
b) Écris les formules semi-développées et les noms des alcools correspondants.
On donne : C = 12 ; H = 1 ; O = 16 (g/mol).
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a) Formule CnH2n+2O, M = 14n + 18. Le pourcentage d'oxygène donne 1614n + 18 = 0,2667, d'où 14n + 18 = 160,2667 = 60, donc 14n = 42 et n = 3. Formule brute : C3H8O.
b) CH3-CH2-CH2-OH (propan-1-ol) et CH3-CHOH-CH3 (propan-2-ol).
4Exercice 4
On fait réagir 2,3 g d'éthanol avec un excès de sodium.
a) Écris l'équation de la réaction.
b) Calcule le volume de dihydrogène dégagé. On prend Vm = 24 L/mol.
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a) 2 C2H5OH + 2 Na → 2 C2H5O^- + 2 Na^+ + H2.
b) M(C2H5OH) = 46 g/mol, donc n = 2,346 = 0,050 mol. D'après l'équation, n(H2) = n2 = 0,025 mol. V = n × Vm = 0,025 × 24 = 0,60 L.
5Exercice 5
(Type BAC) On dispose de deux alcools isomères B et C de formule C3H8O. L'oxydation ménagée de B par le dichromate de potassium en milieu acide (oxydant en défaut) donne un composé B' qui rosit le réactif de Schiff. Celle de C donne un composé C' qui réagit avec la DNPH mais pas avec la liqueur de Fehling.
a) Identifie B, C, B' et C' (formules et noms).
b) Écris l'équation-bilan de l'oxydation de C par le dichromate.
c) Si l'on met l'oxydant en excès, que devient B' ? Nomme le produit final.
d) On oxyde 6,0 g de C. Quelle masse de C' obtient-on si la réaction est totale ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) B' rosit le réactif de Schiff : c'est un aldéhyde, donc B est un alcool primaire : B = propan-1-ol CH3-CH2-CH2OH et B' = propanal CH3-CH2-CHO.
C' réagit avec la DNPH mais pas avec la liqueur de Fehling : c'est une cétone, donc C est secondaire : C = propan-2-ol CH3-CHOH-CH3 et C' = propanone CH3-CO-CH3.
b) Cr2O72- + 14 H^+ + 6 e^- → 2 Cr3+ + 7 H2O et (CH3)2CHOH → (CH3)2CO + 2 H^+ + 2 e^- (× 3).
Bilan : Cr2O72- + 3 (CH3)2CHOH + 8 H^+ → 2 Cr3+ + 3 (CH3)2CO + 7 H2O.
c) Avec l'oxydant en excès, le propanal est oxydé en acide propanoïque CH3-CH2-COOH.
d) M(C3H8O) = 60 g/mol, n(C) = 6,060 = 0,10 mol. D'après le bilan, n(C') = n(C) = 0,10 mol. M(C3H6O) = 58 g/mol, donc m = 0,10 × 58 = 5,8 g.
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6Je vérifie
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