Propriétés des dérivés oxygénés

Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne
Chapitre n° 9 : PROPRIETES DES DERIVES OXYGENES
I) Présentation des alcools :
1) Définition :
Dans un alcool on a un groupe hydroxyle – OH 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 de la forme :
Où R, R', R" sont, soit des chaînes commençant par un atome de
carbone C, soit des atomes d'hydrogène H (groupes résiduels).
Dans la suite nous nous limiterons à l'étude des alcools dérivés des alcanes.
La formule chimique d'un alcool pourra être considérée comme provenant du remplacement
d'un atome d'hydrogène H par un groupe hydroxyle ─ OH.
Alcane CnH2n + 2 ⇔ CnH2n + 1OH alcool saturé correspondant.
Le groupe hydroxyle ─ OH est relié à un groupe alkyle CnH2n + 1 linéaire ou ramifié qu'on
notera R :
R ─ OH
2) Nomenclature :
On détermine 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.
ex. : CH3 ─ OH
C2H5 ─ OH
méthanol
éthanol
ex. : CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ OH propan-1-ol
ex. :
CH3 ─ CHOH ─ CH3
propan-2-ol
3-méthylbut-2-èn-1-ol (le "e" de "ène" a disparu)
ex. :
but-2-yne-1,4-diol
Molécule contenant un radical aryle (groupe phénylique ou cycle benzénique).
ex. :
phénol
1,3-dihydroxybenzène
3) Les polyalcools :
Le groupe fonctionnel alcool peut se trouver plusieurs fois sur la même molécule.
- L'éthan-1,2-diol ou glycol (HO ─ CH2 ─ CH2 ─ OH) est un dialcool utilisé pour 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
naturels par hydrolyse.
Le glycérol est également utilisé pour la formation de polymères
tridimensionnels comme les peintures glycérophtaliques.
- Le glucose, sous forme cyclique, est considéré comme un polyalcool.
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Propriétés des dérivés oxygénés
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 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
5) Propriétés chimiques des alcools :
a) Généralités :
Deux caractéristiques du groupe fonctionnel des alcools déterminent leur réactivité :
- La polarité des liaisons C ─ O et O ─ H due à la forte électronégativité de l’oxygène.
- La présence de deux doublets non-liants sur l’oxygène.
Selon les conditions, les alcools peuvent réagir de deux façons.
b) Rupture de la liaison O ─ H :
La rupture de la liaison O ─ H se produit en milieu basique. L’hydrogène fonctionnel
présente une certaine labilité et se laisse arracher par une base pour former un ion
+
hydrogène H et un ion alcoolate R ─ O− :
−
R ─ OH + B− 
←
→
 R ─ O + BH
Les réactions qui en résultent sont dues au caractère basique et nucléophile de l'ion
alcoolate (R ─ O−) qui peut provoquer des éliminations ou des substitutions sur d'autres
molécules.
Remarque : L'acidité des alcools décroît des alcools primaires aux alcools tertiaires
(conséquence de l'effet inductif répulsif des groupements alkyles).
c) Rupture de la liaison C ─ O :
La rupture de la liaison C ─ O se produit en milieu acide.
La "protonation" de l'oxygène entraîne la formation du carbocation R+.
La réaction associées à cette rupture de la liaison C ─ O résultent de la fixation d'un
nucléophile sur R+ (substitution de OH par ce nucléophile).
d) Conclusion :
Un alcool peut jouer le rôle d'un acide en présence d'une base et celui d'une base en
présence d'un acide : les alcools sont amphotères.
Propriétés basiques et attaques nucléophiles
Réactions d'élimination
Propriétés acides
Substitutions nucléophiles
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Réactions d'oxydoréduction
Christian BOUVIER
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6) Production des alcools :
a) 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 …)
Les sucres de ces fruits se transforment lentement en éthanol en produisant du dioxyde
de carbone. A partir du glucose, on peut écrire :
C6H12O6 → 2 CH3 ─ CH2 ─ OH + 2 CO2
La fermentation nécessite l'action de catalyseurs biologiques, les enzymes des levures.
b) Hydratation de l’éthène :
On peut préparer l'éthanol à partir de l'éthène provenant des produits pétroliers.
CH2 == CH2 + H2O → CH3 ─ CH2 ─ OH
Industriellement, on fait agir de la vapeur d'eau sur de l'éthène.
La réaction présente des aspects contradictoires qu'il faut optimiser.
Réaction est effectuée à 250 ° C et sous 200 atm en présence d'acide orthophosphorique.
c) Hydratation du propène :
En théorie on a deux possibilités :
On a la réaction : CH3 ─ CH == CH2 + H2O
 CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ OH
propan-1-ol.
 CH3 ─ CHOH ─ CH3
propan-2-ol.
L'expérience montre que le propan-1-ol n'est pratiquement pas obtenu.
La règle de Markovnikof dit que le groupe hydroxyle ─ OH a tendance à se fixer sur le
carbone qui "porte" le moins d'atomes d'hydrogène, on obtient l'alcool de classe la plus
élevée.
II) Composés carbonylés :
Un composé carbonylé possède un carbone relié à un atome d'oxygène par une double liaison.
On appelle l'ensemble C == O groupe carbonyle. Suivant la position de ce groupe on distingue
les aldéhydes, les cétones et les acides carboxyliques.
1) Les aldéhydes :
Le groupe fonctionnel aldéhyde est constitué d'un groupe carbonyle
portant sur le dernier atome de carbone d'une chaîne :
On peut écrire aussi :
R ─ CHO
Pour les nommer, on prend le nom de l'alcool primaire dont ils
dérivent, puis on remplace le suffixe ol par al.
ex. : HCHO
ex. :
méthanal
CH3 – CHO
groupe
fonctionnel
aldéhyde
groupe
carbonyle
éthanal
3-méthylbutanal
- Les aldéhydes peuvent être facilement mis en évidence par
le réactif de Schiff.
Un papier filtre imbibé de réactif de Schiff rosit dès qu'il
entre en contact avec des vapeurs d'un aldéhyde (très
volatile). Dès qu'on verse quelques gouttes d'éthanal dans
le réactif de Schiff, celui-ci se colore en rose.
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Propriétés des dérivés oxygénés
- Les aldéhydes sont de bons réducteurs, on peut les caractériser par :
- le réactif de Tollens (nitrate d'argent
ammoniacal, Ag au degré +I) 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.
- liqueur de Fehling, solution d'un bleu intense (solution de
cuivre +II) qui se réduit en Cu2O rouge brique (Cu au
degré d'oxydation +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.
2) Les cétones :
Le groupe fonctionnel cétone est constitué d'un groupe
carbonyle portant sur un atome de carbone d'une chaîne :
On peut écrire aussi :
R ─ CO ─ R'
Pour les nommer, on prend le nom de l'alcool primaire dont
elles dérivent, puis on remplace le suffixe ol par one.
ex. :
ex. :
ex. :
propanone
groupe
carbonyle
butanone
pentan-2-one
but-3-èn-2-one (priorité au groupe carbonyle
et le "e" de "ène" a disparu)
- La D.N.P.H. (2,4-dinitrophénylhydrazine) réagit en présence du
groupe carbonyle ─ CO ─ et donne un précipité jaune. La
D.N.P.H. réagit avec les cétones et les aldéhydes (ainsi
qu'avec les acides carboxyliques).
Dans un tube à essai contenant de l'éthanal, versons quelques
gouttes de D.N.P.H..
Nous observons l'apparition d'un précipité jaune.
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groupe
fonctionnel
cétone
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pentan-3-one
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3) Les acides carboxyliques :
groupe fonctionnel
Le groupe fonctionnel acide carboxylique est constitué d'un
acide carboxylique
groupe carbonyle et d'un groupe hydroxyle portant sur le dernier
atome de carbone d'une chaîne :
groupe
On peut écrire aussi :
R ─ COOH
hydroxyle
On remplace le e final du nom de l'hydrocarbure de même
structure par le suffixe oïque et l'on fait précéder le nom ainsi
obtenu par le mot acide.
On numérote les atomes de carbone en attribuant le numéro 1 au carbone fonctionnel, ce
qui permet de préciser la position des ramifications éventuelles.
ex. : HCOOH
ex. : CH3 – COOH
ex. : HOOC – COOH
ex. :
acide méthanoïque (ou acide formique)
acide éthanoïque (ou acide acétique)
acide éthanedioïque (ou acide oxalique)
acide 2méthylpropanoïque
acide benzoïque
On peut caractériser l'apparition d'un acide
carboxylique par le fait que le milieu devient
acide : le B.B.T. (bleu de bromothymol)
donne une teinte jaune.
Dans un tube à essai contenant de l'acide
éthanoïque versons du B.B.T.
La D.N.P.H. permet de caractériser la
présence du groupe carbonyle, ce qui
constitue la principale différence avec un
acide non carboxylique.
Dans un tube à essai contenant de l'acide
éthanoïque versons de la D.N.P.H..
III) Oxydation des alcools :
1) Combustion complète des alcools :
Les alcools brûlent dans le dioxygène de l'air en produisant une flamme bleue peu visible et
un important dégagement de chaleur.
On se sert de ce dégagement de chaleur dans les réchauds à alcools qui utilisent le plus
souvent l'alcool éthylique ou éthanol additionné d'un produit pour le rendre impropre à la
consommation (alcool à brûler).
Lorsque la combustion d'un alcool dans le dioxygène de l'air peut être complète (ce qui
dépend des proportions des réactifs présents). Dans ce cas elle produit du dioxyde de
carbone (CO2) et de l'eau (H2O).
L'équation bilan de la combustion complète de l'éthanol s'écrit :
C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
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Propriétés des dérivés oxygénés
2) Oxydation ménagée des alcools :
a) Définition :
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).
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.
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).
b) Oxydation catalytique de l’éthanol par le dioxygène :
On réalise l'expérience de la lampe sans flamme,
on utilise le cuivre comme catalyseur.
Un papier imbibé de réactif de Schiff rosit et
caractérise la présence de l'éthanal.
Un papier pH, mouillé, rougit et indique la présence
d'un acide : l'acide éthanoïque (odeur).
On peut interpréter les réactions chimiques qui se
produisent successivement en écrivant :
d'abord
2 C2H5OH + O2 → 2 CH3CHO + 2 H2O
puis
2 CH3CHO + O2 → 2 CH3COOH
c) Oxydation en phase aqueuse :
En phase aqueuse, on utilise un
oxydant efficace : l'ion permanganate
MnO4− ou l'ion bichromate Cr2O72−.
Par exemple, en milieu acide
l'ion permanganate en excès
donne avec l'éthanol :
L’ion MnO4− est réduit en ion
Mn2+ :
MnO4− + 8 H+ + 5 e− → Mn2+ + 4 H2O
L’éthanol est oxydé en deux étapes :
- il est d'abord oxydé en éthanal (aldéhyde) :
(MnO4− + 8 H+ + 5 e− → Mn2+ + 4 H2O) x 2
+
(C2H5OH → CH3CHO + 2 H + 2 e−) x 5
D'où une première l'équation bilan :
5 C2H5OH + 2 MnO4− + 6 H+ → 5 CH3CHO + 2 Mn2+ + 8 H2O
- si l'ion permanganate est en excès, l’éthanal est oxydé en acide éthanoïque :
(MnO4− + 8 H+ + 5 e− → Mn2+ + 4 H2O) x 2
(CH3CHO + H2O → CH3COOH + 2 H+ + 2 e−) x 5
D'où la deuxième équation bilan :
5 CH3CHO +2 MnO4− + 6 H+ → 5 CH3COOH + 2 Mn2+ + 8 H2O
D'où l'équation bilan globale :
5 C2H5OH +4 MnO4− + 12 H+ → 5 CH3COOH + 4 Mn2+ + 16 H2O
Un papier imbibé de réactif de Schiff rosit et indique la présence d'éthanal.
Un papier pH, mouillé, rougit et indique la présence de l'acide éthanoïque (odeur).
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3) Application à la caractérisation des alcools :
a) Principe de la méthode :
Suivant la classe d'un alcool, son oxydation ménagée peut être plus ou moins poussée.
Il est donc possible de déterminer la classe d'un alcool.
Pour déterminer la classe d'un alcool, on procède donc en deux étapes :
- on oxyde de façon ménagée l'alcool à analyser.
- on procède à la caractérisation du corps obtenu par oxydation.
b) Résultats :
- avec un alcool primaire on peut obtenir un aldéhyde puis un acide carboxylique :
R – CH2OH  
→ R – CHO  
→ R – COOH
La présence d'un aldéhyde est caractérisée par le réactif de Schiff.
La présence d'un acide carboxylique est caractérisée par le bleu de bromothymol et
révélée par la D.N.P.H..
- avec un alcool secondaire on ne peut obtenir qu'une cétone :
R – CHOH – R’  
→ R – CO – R’
La présence d'une cétone est révélée par la D.N.P.H..
- avec un alcool tertiaire on n'obtient aucune oxydation ménagée :
Dans tous les cas les produits d'oxydation sont caractérisés par le réactif de Schiff et la
D.N.P.H. :
Classe de l'alcool
Produit d'oxydation
Réactif de Schiff
D.N.P.H.
primaire
aldéhyde
acide carboxylique
secondaire
cétone
+
−
−
−
+
+
+
−
tertiaire
IV) Propriétés physiques des alcools et des acides carboxyliques :
1) Propriétés physiques des alcools :
a) Température d'ébullition :
Les alcools ont une température bien plus élevée que les alcanes ou alcènes de masses
molaires semblables, par exemple l'éthane est gazeux à température ambiante alors que
l'éthanol est liquide à cette même température.
La température d'ébullition plus importante est due à la présence dans les molécules
d'alcool du groupe hydroxyle ─ OH. Dans ce groupement, les liaisons C ─ O ─ H sont
fortement polarisées vers l'atome O, élément le plus électronégatif.
Les atomes d'oxygène d'une molécule sont attirés par les atomes d'hydrogène d'une autre
+
−
molécule par un "pont" hydrogène Oδ --- Hδ (liaison de Van der Waals).
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Propriétés des dérivés oxygénés
Remarque : La liaison hydrogène qui est une liaison intermoléculaire (liaison de Van der
Waals) est beaucoup plus faible qu'une liaison covalente normale qui est une
liaison intramoléculaire.
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.
Nom
Formule
méthanol
éthanol
propan-1-ol
propan-2-ol
butan-1-ol
CH3 ─ OH
C2H5 ─ OH
C3H7 ─ OH
CH3 ─ CHOH ─ CH3
C4H9 ─ OH
Masse molaire Densité par
θfus
θéb
rapport à l'eau (°C) (°C)
(g.mol−1)
32
0,792
− 97 64,7
46
0,789
− 114 78,8
60
0,804
− 126 97,2
60
0,786
− 88 82,3
74
0,810
− 90 117,7
2-méthylpropan-2-ol
hexan-1-ol
dodécan-1-ol
C6H13 ─ OH
C12H25 ─ OH
74
0,789
+2
82,5
102
186
0,820
0,831
− 52
+ 24
155,8
259,0
La température d'ébullition augmente avec la masse molaire de l'alcool : l'effet inductif sur
la polarisation de la liaison C ─ O augmente avec le nombre d'atomes de carbone.
Pour un même nombre d'atome de carbone, la température d'ébullition diminue
légèrement avec la classe de l'alcool et le nombre de ramifications.
b) Solubilité :
Méthanol, éthanol et propan-1-ol sont solubles dans l'eau en toutes proportions.
La présence du groupe hydroxyle ─ OH dans les molécules d'eau et d'alcool, et la
possibilité de formation de ponts hydrogène entre les molécules d'eau et d'alcool explique
cette grande solubilité.
La solubilité diminue avec la longueur de la chaîne carbonée "hydrophobe".
2) Propriétés physiques des acides carboxyliques :
a) Température d'ébullition :
Les températures d'ébullition des acides carboxyliques sont supérieures à celles des
alcools de masse molaire comparable.
Ceci s'explique par l'existence de liaisons hydrogène plus fortes que pour les alcools.
La liaison O ─ H est davantage polarisée et elle peut s'établir à partir du groupe carbonyle
plus riche en électrons que l'atome d'oxygène d'un alcool.
A l'état solide ou liquide, les acides sont associés sous forme de dimères dans lesquels il
existe deux liaisons hydrogène :
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Alcool
Formule
éthanol
propan-1-ol
butan-1-ol
C2H5 ─ OH
C3H7 ─ OH
C4H9 ─ OH
θéb
(°C)
78,8
97,2
117,7
Acide
Formule
éthanoïque
propanoïque
butanoïque
CH3 ─ COOH
C2H5 ─ COOH
C3H7 ─ COOH
Nom
Formule
Nom trivial
méthanoïque
éthanoïque
propanoïque
butanoïque
pentaoïque
hexanoïque
HCOOH
CH3 ─ COOH
C2H5 ─ COOH
C3H7 ─ COOH
C4H9 ─ COOH
C5H11 ─ COOH
formique
acétique
propionique
butyrique
valérique
caproïque
Masse molaire
(g.mol−1)
46
60
74
88
102
116
θfus
(°C)
8
17
− 22
−5
− 35
−2
θéb
(°C)
100,5
118,0
141,0
θéb
(°C)
100,5
118
141
163
187
205
Nous retiendrons que, comme pour les acides :
La température d'ébullition augmente avec la masse molaire de l'acide.
On peut montrer que :
Pour un même nombre d'atome de carbone, la température d'ébullition diminue
légèrement avec le nombre de ramifications du groupe résiduel.
b) Solubilité :
La solubilité des acides carboxyliques dans l'eau est totale jusqu'en C4, elle diminue et
devient nulle à partir de C9.
Nous verrons que les sels de sodium ou de potassium des acides de C12 à C18 forment
ce que l'on appelle les savons.
La faible solubilité des acides carboxyliques dans l'eau s'explique par la possibilité pour
deux molécules de se lier, les centres polaires ne sont donc plus disponibles pour établir
un pont hydrogène avec une molécule d'eau et ceci est
d'autant plus vrai que la chaîne carbonée "hydrophobe est
plus grande.
V) Quelques dérivés directs des acides carboxyliques :
1) Les chlorures d'acyle :
a) Définition, obtention et nomenclature :
Un chlorure d'acyle dérive d'un acide carboxylique de la façon suivant :
→
D'une façon pratique, pour obtenir un chlorure d'acyle on fait agir le pentachlorure de
phosphore PCl5 ou le chlorure de thionyle SOCl2 sur l'acide correspondant.
Exemple :
R – CO – OH + SOCl2 → R – CO – Cl + HCl + SO2
On part du nom de l'acide carboxylique dont ils dérivent et on remplace le mot acide par
chlorure de, on remplace ensuite le suffixe oïque du nom de l'acide par oyle.
HCO – Cl
: chlorure de méthanoyle ou chlorure de l'acide méthanoïque,
CH3 – CO – Cl
: chlorure d'éthanoyle ou chlorure de l'acide éthanoïque.
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Propriétés des dérivés oxygénés
b) Propriétés :
- Les chlorures d'acyle s'hydrolysent très rapidement (difficulté de conservation : à l’abri
de l'humidité), en redonnant l'acide correspondant :
R – CO – Cl + H2O → R – CO – OH + HCl
- Cette réaction explique ainsi qu'il apparaît un brouillard lorsque le chlorure d'éthanoyle
CH3COCl vient en contact avec de l'air humide.
- Les chlorures d'acyle sont beaucoup plus réactifs que les acides carboxyliques
correspondants : ils pourront les remplacer avantageusement pour obtenir un anhydride
d'acide, un ester, ou un amide.
Un chlorure d'acyle et d'un alcool donne un ester et du chlorure d'hydrogène :
R – CO – Cl + HO – R’ → R – CO – O – R’ + HCl
La réaction d'estérification ainsi obtenue est totale, rapide et exothermique.
Malheureusement le prix des chlorures d'acyle en limite l'emploi.
2) Les anhydrides d'acide :
a) Définition et obtention :
Lorsqu'une liaison se forme entre deux groupes carboxyliques, avec élimination d'une
molécule d'eau, le corps obtenu s'appelle un anhydride d'acide :
ou
R – CO – O – CO – R’
Cette déshydratation peut se faire en présence d'un déshydratant efficace, l'oxyde de
phosphore : P4O10.
P4 O10
R – CO – OH + HO – OC – R’ 
→ R – CO – O – OC – R’ + H2O
On peut obtenir un anhydride d'acide par action d'un chlorure d'acyle sur un carboxylate :
R – CO – Cl + Na – OC – R’ → R – CO – O – OC – R’ + NaCl
L'élimination d'une molécule d'eau peut se faire entre deux groupes carboxyliques
appartenant à la même molécule (polyacide), dans ce cas la déshydratation est dite
intramoléculaire.
Exemple de l'acide benzènedicarboxylique-1, 2 (acide 1, 2-benzènedioïque).
b) Nomenclature :
On part du nom de l'acide carboxylique dont ils dérivent et on remplace le mot acide par
anhydride.
(CH3 – CO)2O : anhydride éthanoïque (ou anhydride de l'acide éthanoïque).
c) Propriétés :
- Les anhydrides d'acide s'hydratent lentement, à froid, en présence d'eau, pour redonner
l'acide : R – CO – O – OC – R’ + H2O → R – CO – OH + R’ – CO – OH
ou : (R – CO)2O + H2O → 2 R – CO – OH si R et R’ sont identiques.
- Les anhydrides peuvent remplacer les acides carboxyliques dans certaines réactions, ils
sont plus réactifs que les acides mais moins que les chlorures d'acyle.
VI) Les éther-oxydes :
1) Définition :
Les éther-oxydes, nommés plus simplement éthers, sont des substances
chimiques, de la forme R – O – R’, où R et R' sont des chaînes carbonée.
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Christian BOUVIER
Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne
Ils sont fréquemment utilisés en chimie organique pour protéger des fonctions alcool lors de
réactions de synthèse.
Ils ont d'ailleurs avec ces derniers de nombreuses propriétés communes (dues à la liaison
C – O, ainsi qu'aux doublets libres de l'oxygène).
2) Nomenclature :
- Pour les éthers non cycliques :
A partir de l'oxygène central, la chaîne alkyle la plus longue est utilisée en suffixe terminé
par ane et l'autre chaîne en préfixe auquel on remplace la terminaison yle par oxy.
CH3 – O – C3H7
: méthoxypropane ou méthyl-propyl-étheroxyde,
: éthoxyéthane ou diéthyl-étheroxyde,
C2H5 – O – C2H5
- Pour les éthers cycliques :
On utilise le nom qu'aurait un alcane cyclique si on remplaçait l'oxygène de l'éther par un
carbone, et on rajoute le préfixe "oxa".
éther cyclique avec 3 atomes de carbone et 1 atome d'oxygène : oxacyclobutane
éther cyclique avec 5 atomes de carbone et 1 atome d'oxygène : oxacyclohexane
Les éthers possédant trois chaînons sont nommés oxacyclopropanes. Ils sont aussi appelés
plus couramment époxydes. Leur réactivité est beaucoup plus grande que celle des autres
éthers.
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Propriétés des dérivés oxygénés
A RETENIR
I) Présentation des alcools :
1) Définition :
Dans un alcool on a un groupe hydroxyle – OH 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 de la forme : Où R, R', R" sont les groupes résiduels).
Alcane CnH2n + 2 ⇔ CnH2n + 1OH alcool saturé correspondant.
Le groupe hydroxyle ─ OH est relié à un groupe alkyle CnH2n + 1 linéaire
ou ramifié qu'on notera R :
R ─ OH
2) Nomenclature :
On détermine 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.
3) Les polyalcools :
- L'éthan-1,2-diol ou glycol (HO ─ CH2 ─ CH2 ─ OH).
- Le propan-1,2,3-triol ou glycérol est un trialcool.
- Le glucose, sous forme cyclique, est considéré comme un polyalcool.
4) Les trois classes d’alcool :
Il existe trois classes d'alcools :
alcool primaire
alcool secondaire
alcool tertiaire
5) Propriétés chimiques des alcools :
Un alcool peut jouer le rôle d'un acide en présence d'une base et celui d'une base en
présence d'un acide : les alcools sont amphotères.
Propriétés basiques et attaques nucléophiles
Réactions d'élimination
Propriétés acides
Substitutions nucléophiles
Réactions d'oxydoréduction
6) Production des alcools :
a) Production d'éthanol par fermentation alcoolique :
C6H12O6 → 2 CH3 ─ CH2 ─ OH + 2 CO2
b) Hydratation de l’éthène :
CH2 == CH2 + H2O → CH3 ─ CH2 ─ OH
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Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne
c) Hydratation du propène :
En théorie on a deux possibilités :
On a la réaction : CH3 ─ CH == CH2 + H2O
 CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ OH
propan-1-ol.
 CH3 ─ CHOH ─ CH3
propan-2-ol.
L'expérience montre que le propan-1-ol n'est pratiquement pas obtenu.
La règle de Markovnikof dit que le groupe hydroxyle ─ OH a tendance à se fixer sur le
carbone qui "porte" le moins d'atomes d'hydrogène, on obtient l'alcool de classe la plus
élevée.
II) Composés carbonylés :
1) Les aldéhydes :
Le groupe fonctionnel aldéhyde est constitué d'un groupe carbonyle
portant sur le dernier atome de carbone d'une chaîne :
On peut écrire aussi :
R ─ CHO
Pour les nommer, on prend le nom de l'alcool primaire dont ils
dérivent, puis on remplace le suffixe ol par al.
groupe
fonctionnel
aldéhyde
groupe
carbonyle
2) Les cétones :
Le groupe fonctionnel cétone est constitué d'un groupe
carbonyle portant sur un atome de carbone d'une chaîne :
On peut écrire aussi :
R ─ CO ─ R'
Pour les nommer, on prend le nom de l'alcool primaire dont
elles dérivent, puis on remplace le suffixe ol par one.
groupe
fonctionnel
aldéhyde
groupe
carbonyle
3) Les acides carboxyliques :
Le groupe fonctionnel acide carboxylique est constitué d'un
groupe carbonyle et d'un groupe hydroxyle portant sur le dernier
atome de carbone d'une chaîne :
On peut écrire aussi :
R ─ COOH
On remplace le e final du nom de l'hydrocarbure de même
structure par le suffixe oïque et l'on fait précéder le nom ainsi
obtenu par le mot acide.
groupe fonctionnel
acide carboxylique
groupe
hydroxyle
III) Oxydation des alcools :
1) Combustion complète des alcools :
L'équation bilan de la combustion complète de l'éthanol s'écrit :
C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
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.
b) Oxydation catalytique de l’éthanol par le dioxygène :
On réalise l'expérience de la lampe sans flamme,
d'abord
2 C2H5OH + O2 → 2 CH3CHO + 2 H2O
puis
2 CH3CHO + O2 → 2 CH3COOH
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Propriétés des dérivés oxygénés
c) Oxydation en phase aqueuse :
On utilise un oxydant efficace : l'ion permanganate MnO4− ou l'ion bichromate Cr2O72−.
L’éthanol est oxydé en deux étapes :
- il est d'abord oxydé en éthanal (aldéhyde) :
5 C2H5OH + 2 MnO4− + 6 H+ → 5 CH3CHO + 2 Mn2+ + 8 H2O
- si l'ion permanganate est en excès, l’éthanal est oxydé en acide éthanoïque :
+
2+
5 CH3CHO +2 MnO4− + 6 H → 5 CH3COOH + 2 Mn + 8 H2O
+
2+
−
Soit
5 C2H5OH +4 MnO4 + 12 H → 5 CH3COOH + 4 Mn + 16 H2O
3) Application à la caractérisation des alcools :
Classe de l'alcool
primaire
secondaire
tertiaire
Produit d'oxydation
aldéhyde
acide carboxylique
cétone
Réactif de Schiff
D.N.P.H.
+
−
−
−
+
+
+
−
IV) Propriétés physiques des alcools et des acides carboxyliques :
1) Propriétés physiques des alcools :
a) Température d'ébullition :
La température d'ébullition plus importante est due à la présence dans les molécules
d'alcool du groupe hydroxyle ─ OH. Dans ce groupement, les liaisons C ─ O ─ H sont
fortement polarisées vers l'atome O, élément le plus électronégatif.
Les atomes d'oxygène d'une molécule sont attirés par les atomes d'hydrogène d'une autre
+
−
molécule par un "pont" hydrogène Oδ --- Hδ (liaison de Van der Waals).
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.
La température d'ébullition augmente avec la masse molaire de l'alcool : l'effet inductif sur
la polarisation de la liaison C ─ O augmente avec le nombre d'atomes de carbone.
Pour un même nombre d'atome de carbone, la température d'ébullition diminue
légèrement avec la classe de l'alcool et le nombre de ramifications.
b) Solubilité :
La présence du groupe hydroxyle ─ OH dans les molécules d'eau et d'alcool, et la
possibilité de formation de ponts hydrogène entre les molécules d'eau et d'alcool explique
cette grande solubilité.
La solubilité diminue avec la longueur de la chaîne carbonée "hydrophobe".
2) Propriétés physiques des acides carboxyliques :
a) Température d'ébullition :
Les températures d'ébullition des acides carboxyliques sont supérieures à celles des
alcools de masse molaire comparable.
La température d'ébullition augmente avec la masse molaire de l'acide.
Pour un même nombre d'atome de carbone, la température d'ébullition diminue
légèrement avec le nombre de ramifications du groupe résiduel.
b) Solubilité :
La solubilité des acides carboxyliques dans l'eau est totale jusqu'en C4, elle diminue et
devient nulle à partir de C9.
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Chimie - 7 ème année - Ecole Européenne
V) Quelques dérivés directs des acides carboxyliques :
1) Les chlorures d'acyle :
→
On part du nom de l'acide carboxylique dont ils dérivent et on remplace le mot acide par
chlorure de, on remplace ensuite le suffixe oïque du nom de l'acide par oyle.
- Les chlorures d'acyle s'hydrolysent très rapidement.
- Les chlorures d'acyle sont beaucoup plus réactifs que les acides carboxyliques.
- Malheureusement le prix des chlorures d'acyle en limite l'emploi.
2) Les anhydrides d'acide :
Lorsqu'une liaison se forme entre deux groupes carboxyliques, avec élimination d'une
molécule d'eau, le corps obtenu s'appelle un anhydride d'acide :
ou
R – CO – O – CO – R’
On part du nom de l'acide carboxylique dont ils dérivent et on remplace le mot acide par
anhydride.
- Les anhydrides d'acide s'hydratent lentement, à froid, en présence d'eau
- Les anhydrides peuvent remplacer les acides carboxyliques dans certaines réactions, ils
sont plus réactifs que les acides mais moins que les chlorures d'acyle.
VI) Les éther-oxydes :
Les éther-oxydes, nommés plus simplement éthers, sont des substances
chimiques, de la forme R – O – R’, où R et R' sont des chaînes carbonée.
Ils sont fréquemment utilisés en chimie organique pour protéger des fonctions alcool lors de
réactions de synthèse.
Ils ont d'ailleurs avec ces derniers de nombreuses propriétés communes (dues à la liaison
C – O, ainsi qu'aux doublets libres de l'oxygène).
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Propriétés des dérivés oxygénés
POUR S'ENTRAÎNER
I) Analyse d’un alcool
L’analyse d’un monoalcool saturé (dérivé d’un alcane) montre qu’il contient, en masse 64,8 %
de carbone.
a) Quelle est la formule brute de cet alcool ?
b) Rechercher les différents alcools isomères. Pour chacun donner sa formule semidéveloppée, son nom systématique et sa classe.
c) Pour chaque isomère donner la formule semi-développée, le nom systématique et la famille
du produit de son oxydation ménagée.
On donne les masses molaires atomiques : MH = 1 g.mol−1 ; MC = 12 g.mol−1 ; MO = 16 g.mol−1.
II) Corps polyfonctionnel
Un corps organique polyfonctionnel A (il contient plusieurs groupes fonctionnels) n’est composé
que de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, sa formule brute est de la forme CxHyOz.
La combustion complète de 0,90 g de ce corps A dans le dioxygène de l’air donne 1,32 g de
dioxyde de carbone et 0,54 g d’eau. La masse molaire moléculaire de A est M = 90 g.mol−1.
a) Ecrire l'équation de combustion complète avec des coefficients stœchiométriques inconnus.
b) Déterminer la formule brute de ce corps A.
c) Un papier pH vire au rouge lorsqu'il est mis au contact du corps A. Quel est le groupe
fonctionnel ainsi mis en évidence ?
d) L’oxydation ménagée de A conduit à un composé B qui donne un test positif avec la
D.N.P.H. et un test négatif avec le réactif de Schiff.
A quelle famille de composés organique appartient le corps B ?
e) Qu'elle est la deuxième fonction mise en évidence sur le corps A ?
f) En déduire la formule développée de A et son nom systématique.
On donne les masses molaires : MH = 1 g.mol−1 ; MC = 12 g.mol−1 ; MO = 16 g.mol−1.
III) Composés organiques monofonctionnels.
a) Un corps organique A monofonctionnel saturé réagissant avec la D.N.P.H. a une masse
molaire MA = 58,0 g.mol−1.
Ce corps organique A est composé de carbone C, d'hydrogène H et d'oxygène O.
Déterminer les molécules possibles et nommer chacune d’elles.
b) Un corps organique B monofonctionnel saturé ne réagissant pas la D.N.P.H. a une masse
molaire MB = 74,0 g.mol−1.
Ce corps organique B est composé de carbone C, d'hydrogène H et d'oxygène O.
Déterminer les molécules possibles et nommer chacune d’elles.
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