Chim. N° 08

Les Groupes

caractéristiques.

Cours.

 

   

 

Programme 2011 :

Chim. N° 06 De la structure aux propriétés des alcanes et des alcools.

Chim. N° 08 Composés organiques oxygénés.

Chim. N° 09 Synthèses organiques.

Programme 2011 : Physique et Chimie

I - Définition.

II - Les Alcools.

1)- Définition.

2)- Nomenclature des alcools.

III - Les Aldéhydes et les cétones.

1)- Définition.

2)- Nomenclature.

3)- Exemples.

4)- Tests des aldéhydes et des cétones.

IV - Les acides carboxyliques.

1)- Définition.

2)- Nomenclature.

3)- Exemples.

V - Les amines.

1)- Définition.

2)- Les amines primaires.

3)- Les amines secondaires et

tertiaires symétriques.

4)- Les amines secondaires et

tertiaires non symétriques.

VI- Les composés halogénés ou les

halogénures d’alkyle.

1)- Définition.

2)- Nomenclature.

VII- Oxydation ménagée des alcools.

1)- Définition.

2)- Oxydation ménagée des alcools primaires.

3)- Oxydation ménagée des alcools secondaires.

4)- Oxydation ménagée des alcools tertiaires.

VIII- Applications.

1)- QCM :

2)- Exercices.

 

QCM :

Les alcanes et les alcools 01 : Questy

Les Alcanes et les alcools 01 : Tableau

Les Alcanes et les alcools 02 : Questy

Les Alcanes et les alcools 02 : Tableau

Composés oxygénés 01 : Questy

Composés oxygénés 01 : Tableau.

Composés oxygénés 02 : Questy.

Composés oxygénés 02 : Tableau.

 

Exercices : énoncé avec correction

1)- Exercice 1 page 228.

2)- Exercice 3 page 228.

3)- Exercice 4 page 228.

4)- Exercice 6 page 228.

Pour aller plus loin : 

Logiciel pour la construction de molécule

Chemsketch Gratuit

Mots clés :

groupes fonctionnels ; alcools ; aldéhydes ; cétones ; acides carboxyliques ; amines ; composés halogénés ; ...

Recherche GoogleMoteur de recherche sur les différents sites

 

 

I- Définition.

-    Un groupe fonctionnel (ou caractéristique) est un atome ou un groupement d’atomes qui confère des propriétés spécifiques aux molécules qui le possèdent.

-    Les composés ayant le même groupe fonctionnel appartiennent à une même famille et ils ont des propriétés chimiques analogues.

 

II- Les alcools.

 

1)- Définition.

Définition générale d'un alcool :

On appelle alcool tout composé organique possédant un groupe hydroxyle – OH  lié à un atome de carbone tétragonal.

Formule générale d’un alcool : R – OH 

-    Exemple : l'éthanol : CH 3 CH 2 – OH

-    On distingue :

Les alcools primaires

Les alcools secondaires

Les alcools tertiaires

R – CH2OH

ou

Alcool primaire

L’atome de carbone fonctionnel n’est lié qu’à des atomes d’hydrogène ou à un seul atome de carbone

 Alcool secondaire

L’atome de carbone fonctionnel est lié à deux atomes de carbone

Alcool tertiaire

L’atome de carbone fonctionnel est lié à trois atomes de carbone

 

-    Exemples :

Éthanol

propan-2-ol

2-méthylpropan-2-ol

CH3CH2OH

Propan-2-ol

2-méthylpropan-2-ol

 

-    Complément :

Tous les alcools ont une grande importance industrielle.

Alcool

méthanol

éthanol

propanol

température

d'ébullition en °C

64,7

78,3

97,2

Les alcools dont la chaîne carbonée comporte moins de 10 atomes de carbone sont des liquides incolores à la température ordinaire.

La température d'ébullition des alcools est nettement plus importante que celle des alcanes correspondants.

Cette particularité est liée à la présence du groupe hydroxyle.

La plupart des alcools sont miscibles à l'eau en toutes proportions.

Toutefois cette miscibilité décroît avec la longueur de la chaîne carbonée.

La molécule d'un alcool possède deux parties :

Une partie hydrophobe : la chaîne carbonée

Une partie hydrophile : le groupe hydroxyle.

La miscibilité est liée à l'importance relative de ces deux parties.

Les deux alcools les plus importants sont :

L'éthanol (alcool éthylique) que l'on retrouve dans les boissons alcoolisées.

Des petites quantités d'éthanol provoquent un état euphorique.

Des doses plus importantes dépriment gravement le système nerveux :

à consommer avec modération !

Le méthanol ou alcool de bois que l'on peut retrouver dans les alcools frelatés.

Il provoque la cécité et la mort.

On utilise les alcools comme solvant en pharmacie, en cosmétologie…

2)- Nomenclature des alcools.

Méthode :

-  On cherche la chaîne carbonée la plus longue contenant l’atome de carbone qui porte le groupe hydroxyle :  OH.

-  On met en place la numérotation qui donne à cet atome de carbone l’indice le plus petit.

-  On nomme l’alcool grâce au nom de l’alcane correspondant à cette chaîne avec élision du e final que l’on fait suivre du suffixe ol affecté de l’indice de position qui lui correspond.

-    Exemples :

Nom

formule semi-développée

Classe

Propan-1-ol

 

Alcool primaire

Propan-2-ol

 

Alcool secondaire

 

2-méthylpropan-2-ol

 

Alcool tertiaire

 

III- Les aldéhydes et les cétones.

 

1)- Définition.

-    Les aldéhydes et les cétones sont des composés carbonylés.

-    Ils possèdent le groupe caractéristique :

Groupe crabonyle

Formule générale des aldéhydes

Formule générale des cétones

Groupe carbonyle

Aldéhydes

Cétones

 

-    Le carbone fonctionnel est trigonal.

2)- Nomenclature.

Nomenclature des aldéhydes :

-  Le nom d'un aldéhyde dérive de celui de l'alcane de même squelette carboné, en remplaçant le e final par la terminaison al

-  Le carbone fonctionnel est toujours en bout de chaîne et porte le numéro 1.

 

Nomenclature des cétones :

-  Le nom d'une cétone dérive de celui de l'alcane de même squelette carboné, en remplaçant le e final par la terminaison one précédée de la position du groupe carbonyle dans la chaîne principale. 

-  Le carbone fonctionnel ne peut pas être en bout de chaîne.

 

-    Le méthanal : Il est gazeux à la température ordinaire (θeb = – 19 °C).

-    La solution à 37 % dans l'eau, donne le formol qui permet la conservation des spécimens et sert à la fabrication de la bakélite et du formica.

-    Éthanal : ou acétaldéhyde ou aldéhyde acétique.

-    Il a une odeur de pomme (θeb = 17 °C ). 

-    Il sert à la fabrication de l'acide éthanoïque ou acide acétique.

-    L'acétone ou propanone sert comme solvant (dissolvant pour le rouge à ongle).     

                                   

3)- Exemples :

butanal

2-méthylbutanal

pentan-3-one

propanone

(acétone).

4)- Tests des aldéhydes et des cétones.

a)-  Test commun : Test à la 2,4 D.N.P.H

La D.N.P.H est l’abréviation de 2,4‑dinitrophénylhydrazine.

Prépartion de la solution test :

-    La solution s’obtient en dissolvant 4g de D.N.P.H (composé solide jaune) dans 20 mL d’acide sulfurique concentré, 30 mL d’eau distillée et 100 mL d’éthanol.

 

*    Dans un tube à essais introduire :

-   1 à 2 mL de solution de D.N.P.H

-    Et ajouter quelques gouttes d’un composé carbonylé (éthanal pour l’aldéhyde et propanone pour l’acétone), puis agiter.

 

-    Les aldéhydes et les cétones donnent un précipité jaune-orangé avec la 2,4 D.N.P.H.

 

b)- Test à la Liqueur de Fehling.

 Préparation de la solution test :

-     On mélange une solution de sulfate de cuivre II et une solution de tartrate double de sodium et de potassium (sels de Seignette).

-     La solution obtenue est appelée Liqueur de Fehling.

-     C’est une solution basique qui contient des ions Cu2+ complexés par les ions tartrate T2–.

-     Le complexe obtenu est noté [Cu T2]2.

Complexe plan-carré :

Il empèche la formation du précipité d'hydroxyde de cuivre II : Cu (OH)2 (s)

Ion tartrate en 3 D :

 

 

-    Ce test est caractéristique des aldéhydes.

-    Dans un tube à essai, on verse environ 2mL de liqueur de Fehling (solution de couleur bleue).

-    On ajoute environ 1mL de la solution d'éthanal (solution incolore) (aldéhyde).

-    On chauffe légèrement à la flamme du bec Bunsen en maintenant le tube avec une pince en bois.

-    On observe la formation d'un précipité rouge brique dans le tube contenant l'éthanal.

 

 

 

IV- Les acides carboxyliques.

 

1)- Définition.

-    Les acides carboxyliques possèdent en commun le groupe caractéristique : – COOH

Groupe carboxyle

Formule générale des acides carboxyliques

R COOH

Groupe carboxyle

Formule générale

Autre formulation

-    Le carbone fonctionnel est trigonal et il est lié à deux atomes d'oxygène.

2)- Nomenclature.

Nomenclature des acides carboxyliques :

-    Le nom de l'acide carboxylique dérive de celui de l'alcane de même squelette carboné en remplaçant le e final par la terminaison oïque, le tout étant précédé du mot acide.

-  Le carbone fonctionnel est toujours en bout de chaîne et porte le numéro 1.

3)- Exemples :

Acide méthanoïque

(acide formique)

Acide éthanoïque

(acide acétique)

Acide propanoïque

Acide benzoïque

Acide méthanoïque

Acide éthanoïque

Acide propanoïque

Acide benzoïque

-    Les acides carboxyliques saturés dont la chaîne carbonée comprend moins de 9 atomes de carbone sont des liquides incolores à l'odeur piquante et désagréable.

-    D'autant plus désagréable que la chaîne carbonée est longue.

-    Ils sont assez solubles dans l'eau grâce au caractère hydrophile du groupe fonctionnel carboxyle.

-    Les acides à longue chaîne carbonée sont peu solubles dans l'eau. 

-    Le caractère hydrophobe de la chaîne carbonée devient prépondérant.

-    Les solutions aqueuses ont un pH < 7, d'où le nom d'acide.

 

-    L'acide méthanoïque (acide formique : formica fourmis), l'acide éthanoïque (acide acétique : acetum : vin aigre)

-    Acide butanoïque ou butyrique qui donne au beurre rance son odeur caractéristique.

-    L'acide pentanoïque ou valérique (odeur des racines de la valériane du latin Valère être fort),

-     Les acides hexanoïques ( caproïques), octanoïques (capryliques), décanoïques (capriques) sont responsables de l'odeur insupportable des chèvres.

V- Les amines.

 

1)- Définition.

-    On appelle amine tout composé organique obtenu en remplaçant dans la molécule d’ammoniac NH3, un, deux ou trois atomes d’hydrogène par un, deux ou trois groupes alkyles.

-    On distingue les amines primaires, les amines secondaires et les amines tertiaires.

2)- Les amines primaires.

-    Formule générale : R – NH2 

-    Nomenclature :

Nomenclature des amines primaires :

-    On nomme l’amine à partir du nom de l’alcane R – H correspondant, avec élision du e, que l’on fait suivre de la terminaison amine en précisant la position du groupe – NH2 .

-    Exemples :

éthanamine

CH3 CH2 NH2

Propan-1-amine

CH3 CH2 CH2 – NH2

Propan-2-amine

2-méthylpropan-2-amine

 

3)- Les amines secondaires et tertiaires symétriques.

-    Formule générale :

R NH R

R N  R

 

 

|

 

 

 

 

R

 

 

-    Nomenclature :

Nomenclature des amines secondaires et tertiaires symétriques :

-    On fait suivre le nom de l’alkyle R  précédé de di ou tri, de la terminaison amine.

-    Exemples :

Diméthylamine

Ou

N-méthylméthanamine

CH 3 – NH – CH 3

Triméthylamine

Ou

N,N-diméthylméthanamine

4)- Les animes secondaires et tertiaires non symétriques.

-    Formule générale :

R – NH – R'

R – R'

 

 

|  

 

 

 

 

  R'' 

 

 

-    Nomenclature :

Nomenclature des amines secondaires et tertiaires non symétriques :

-    On les nomme comme des dérivés de substitution sur l’azote de l’amine R – NH2 R – est le groupe le plus long.

-    On écrit le ou les groupes substituants sur l’azote dans l’ordre alphabétique, précédés de la lettre N et suivis du nom de l’amine R – NH2.

-    Exemples :

N-méthyléthanamine

CH3 – NH – CH2 CH3

Amine secondaire

N-éthyl-N-méthylpropan-1-amine

Amine tertiaire

N-éthyl-N-méthylpropan-2-amine

Amine tertiaire

VI- Les composés halogénés ou les halogénures d’alkyle.

 

1)- Définition.

-    On appelle halogénures d’alkyle tout composé organiques possédant un atome d’halogène ( Cl, Br, I, F) lié à un atome de carbone par une simple liaison.

-    Formule générale :

R – X

R – Cl

R – Br

R – I

R – F

2)- Nomenclature :

-    Nomenclature :

Nomenclature des halogénures d'alkyle :

-    Leur nom s’obtient en faisant précéder le nom de l’alcane correspondant du préfixe chloro, bromo, iodo ou fluoro, précédé de son indice de position.

 

-    Exemples :

 

1-chloropropane

1,2,3-trichloropropane

3-bromo-1,2-dichlorobutane

VII- Oxydation ménagée des alcools.

 

1)- Définition.

-    Une oxydation ménagée est une oxydation qui s’effectue sans rupture de la chaine carbonée.

-    La chaine carbonée est conservée.

-    Exemple :

-    Lors de la combustion complète de l’éthanol, il se forme du dioxyde de carbone et de l’eau.

-    Écrire l’équation bilan de la réaction :

CH3CH2OH   +   3 O2      2 CO2   +  3 H2O

-    Ici, il s’agit d’une oxydation brutale.

-    La chaine carbonée est détruite.

2)- Oxydation ménagée des alcools primaires.

a)- Exemple :

-    Première étape :

-    Dans un tube à essai N° 1 contenant du propan-1-ol, on ajoute une solution acidifiée de permanganate de potassium. 

-    La coloration violette due aux ions permanganate disparaît progressivement.

-    On laisse reposer le mélange réactionnel.

-    Il apparaît deux phases.

-    Une phase organique située au-dessus et une phase aqueuse.

-    On prélève un peu de la phase organique que l’on verse dans deux tubes à essai A et B.

-    Dans le tube à essais A, on réalise le test à la 2,4-D.N.P.H et dans le tube B, le test à la Liqueur de Fehling.

-    Les deux tests sont positifs.

-    Questions :

-    Comment interpréter l’évolution de la coloration dans le mélange réactionnel ?

-    Quelle est la nature de l’espèce chimique formée ? Donner sa formule semi-développée.

-    Écrire les demi-équations électroniques (on donne le couple MnO4- / Mn2+)

-    En déduire l’équation chimique correspondante.

-  Réponses :

-  Lors de la réaction, les ions permanganate (teinte violette) sont réduits en ions manganèse II (incolore).

-  Comme les deux tests sont positifs, il s’agit d’un aldéhyde.

Comme l’oxydation est ménagée, la chaine carbonée est conservée.

On obtient du propanal

CH3 CH2 CHO

ou

CH3 CH2 CH = O

ou

 

MnO4  + 8 H + +   5 e  =   Mn 2+   +  4 H2O

CH3 CH2 CH2 OH   =     CH3 CH2 CHO   + 2 H + +   2 e     

5 CH3 CH2 CH2 OH + 2 MnO4  + 6 H +    5 CH3 CH2 CHO + 2 Mn 2+  +  8 H2O  

-    Deuxième étape :

-    On verse un excès de solution acidifiée de permanganate de potassium dans le tube à essai N° 1 ccontenant du propan-1-ol.

-    On observe toujours la disparition de la coloration violette.

-    Si l’excès est trop important, la coloration violette persiste.

-    Si on prélève un peu de solution organique et que l’on réalise les tests précédents, ils sont tous les deux négatifs.

-    Comment interpréter la disparition de la coloration lorsque l’on ajoute un excès de solution de permanganate de potassium ?

-  Réponses :

-  Lors de la réaction, les ions permanganate (teinte violette) sont réduits en ions manganèse II (incolore).

-  Comme les deux tests sont négatifs, il ne s’agit ni d’un aldéhyde, ni d’une cétone.

Comme l’oxydation est ménagée, la chaine carbonée est conservée.

On obtient un acide carboxylique : l’acide propanoïque

CH3 CH2 COOH

ou

 ou

MnO4  + 8 H + +   5 e  =   Mn 2+   +  4 H2O

CH3 CH2 CHO +  H2O  =     CH3CH2 COOH   + 2 H + +   2 e     

5 CH3 CH2 CHO + 2 MnO4  + 6 H +   5 CH3 CH2 COOH   + 2 Mn 2+  +  3 H2O

b)- Conclusion :

-    L’oxydation ménagée d’un alcool primaire donne la formation d’un aldéhyde, puis d’un acide carboxylique si l’oxydant est introduit en excès.

           

R   CH2 OH 

 

Alcool primaire

 Oxydant 

 

Oxydant en excès

 

R   COOH

Acide carboxylique

Aldéhyde

 

3)- Oxydation ménagée des alcools secondaires.

a)- Exemple :

-    Dans un tube à essai N° 1 contenant du propan-2-ol, on ajoute une solution acidifiée de permanganate de potassium.

-    La coloration violette due aux ions permanganate disparaît progressivement.

-    OOn laisse reposer le mélange réactionnel.

-    Il apparaît deux phases.

-    Une phase organique située au-dessus et une phase aqueuse.

-    On prélève un peu de la phase organique que l’on verse dans deux tubes à essai A et B.

-    Dans le tube à essais A, on réalise le test à la 2,4-D.N.P.H et dans le tube B, le test à la Liqueur de Fehling.

-    Le test à la 2,4-D.N.P.H est positif et celui à la Liqueur de Fehling est négatif.

-    Questions :

-    Comment interpréter l’évolution de la coloration dans le mélange réactionnel ?

-    Quelle est la nature de l’espèce chimique formée ? Donner sa formule semi-développée.

-    Écrire les demi-équations électroniques (on donne le couple MnO4- / Mn2+)

-    En déduire l’équation chimique correspondante :

   Propan-2-ol Propanone     

 

           

 Oxydant 

 

 

Propan-2-ol

PPropanone

 

-  Réponses :

-  Lors de la réaction, les ions permanganate (teinte violette) sont réduits en ions manganèse II (incolore).

-  Comme le test à la 2,4 D.N.P.H est positif, il s'agit d'un composé carbonylé (aldéhyde ou cétone).

-  Mais le tyest à la Liquer de Fehling est négatif, Ce n'est pas un aldéhyde, c'est une cétone.

-  La propan-2-one ou propanone.

2 (

MnO4

+ 8 H +

+   5 e

=

 

Mn 2+

4 H2O

)

5 (

 propan-2-ol

 

 

=

 

 propanone

+ 2 H +

+   2 e )

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5

propan-2-ol

+ 2 MnO4 

+ 6 H +

5

 propanone

+ 2 Mn 2+

8 H2O

 

-  Propanone : ou

 

 

b)- Conclusion.

-    L’oxydation d’un alcool secondaire conduit à la formation d’une cétone.

           

 Oxydant 

Alcool secondaire

cétone

4)- Oxydation des alcools tertiaires.

-   Un alcool tertiaire ne subit pas d’oxydation ménagée.

 

VIII- Applications.

 

1)- QCM :

QCM :

Les alcanes et les alcools 01 : Questy

Les Alcanes et les alcools 01 : Tableau

Les Alcanes et les alcools 02 : Questy

Les Alcanes et les alcools 02 : Tableau

Composés oxygénés 01 : Questy

Composés oxygénés 01 : Tableau.

Composés oxygénés 02 : Questy.

Composés oxygénés 02 : Tableau.

2)- Exercices :

Exercices : énoncé avec correction

1)- Exercice 1 page 228.

2)- Exercice 3 page 228.

3)- Exercice 4 page 228.

4)- Exercice 6 page 228.