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Vidéo de la leçon : Réactions des alcools Chimie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment décrire les différentes réactions des alcools et prédire quels produits sont formés.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire différentes réactions des alcools et à prédire quels produits se forment. Nous allons nous concentrer sur les réactions de déshydratation, de substitution et d’oxydation.

Les alcools sont des composés qui contiennent un groupe hydroxyle, un atome d’oxygène relié à un atome d’hydrogène. La formule générique d’un alcool est ROH, où R correspond au reste de la molécule. La réactivité et le comportement d’un alcool dépendent en grande partie de la position du groupe hydroxyle. Les alcools peuvent être des alcools primaires, où le groupe hydroxyle est lié à un atome de carbone qui porte un substituant alkyle ; des alcools secondaires, où le groupe hydroxyle est lié à un atome de carbone qui porte deux substituants alkyle ; ou des alcools tertiaires, où le groupe hydroxy est lié à un atome de carbone qui porte trois substituants alkyle.

Maintenant que nous savons reconnaître les alcools primaires, secondaires et tertiaires, examinons quelques réactions impliquant ces alcools. On peut produire un alcool en faisant réagir un alcène, contenant des atomes de carbone reliés entre eux par une double liaison, avec de l’eau en présence d’acide sulfurique. C’est un exemple de réaction d’hydratation, une réaction chimique dans laquelle une substance se combine avec de l’eau. On peut prédire quel alcool est produit par l’hydratation d’un alcène en utilisant la règle de Markovnikov. Cette règle stipule qu’un atome d’hydrogène de l’acide s’ajoutera au carbone de la double liaison qui a le plus grand nombre de substituants hydrogène.

Au cours de cette réaction, un atome d’hydrogène de l’acide est ajouté au carbone de la double liaison avec le plus grand nombre de substituants hydrogène. Le groupe hydroxyle d’une molécule d’eau est alors ajouté au carbone de la double liaison avec le plus petit nombre de substituants hydrogène. Et la liaison pi entre les atomes de carbone est rompue. Ainsi, l’hydratation du propène produit le propan-2-ol. L’hydratation d’un alcène est en fait une réaction d’équilibre. Dans la réaction inverse, le groupe hydroxyle et un atome d’hydrogène lié au carbone voisin de celui du groupe hydroxyle sont éliminés et une nouvelle double liaison carbone-carbone se forme. C’est une réaction de déshydratation, une réaction chimique dans laquelle une molécule d’eau est éliminée du réactif.

L’équilibre entre l’hydratation et la déshydratation peut être déplacé en fonction des conditions de la réaction. L’hydratation est favorisée lorsque la réaction est conduite avec un excès d’eau et une faible concentration d’acide. La déshydratation est favorisée lorsque l’eau est distillée au fur et à mesure de sa production. On peut également déplacer l’équilibre en surveillant de près la température de la réaction. L’hydratation d’un alcène pour produire un alcool secondaire est favorisée à des températures inférieures à 100 degrés Celsius. La déshydratation d’un alcool secondaire pour produire un alcène est favorisée à des températures supérieures à 140 degrés Celsius. Pour la réaction d’équilibre entre un alcène et un alcool tertiaire, l’hydratation est favorisée à des températures inférieures à 25 degrés Celsius. Et la déshydratation est favorisée à des températures supérieures à 50 degrés Celsius.

Nous avons examiné les alcools secondaires et tertiaires. Mais qu’en est-il des alcools primaires ? Comme l’hydratation d’un alcène suit la règle de Markovnikov, les alcools primaires, autres que l’éthanol, ne peuvent pas être produits par cette réaction. Cela signifie que la déshydratation d’un alcool primaire n’est pas en équilibre avec l’hydratation de l’alcène correspondant. Cependant, la température de la réaction doit toujours être étroitement surveillée. À une température d’environ 180 degrés Celsius, la réaction de déshydratation se produit comme prévu. Mais lorsque la température est d’environ 140 degrés Celsius, l’alcool n’a pas tendance à se déshydrater pour produire un alcène. Au lieu de cela, deux molécules d’alcool vont réagir entre elles pour produire un éther symétrique. Cette réaction est une réaction de substitution.

Une réaction de substitution est une réaction chimique dans laquelle une partie d’une molécule est enlevée pour être remplacée par autre chose. Dans la réaction de substitution entre deux alcools primaires, le groupe hydroxyle d’une molécule d’alcool est enlevé. Il est remplacé par l’autre molécule d’alcool pour produire un éther. Cette réaction n’est qu’un exemple d’une réaction de substitution.

Les alcools primaires, secondaires et tertiaires peuvent subir une réaction de substitution en présence d’un acide halogénohydrique, tel que l’acide chlorhydrique, l’acide bromhydrique ou l’acide iodhydrique. Au cours de la réaction, le groupe hydroxyle est éliminé et il est remplacé par l’halogène de l’acide halogénohydrique. Les produits de cette réaction de substitution sont un halogénoalcane et de l’eau. Lorsque de l’acide chlorhydrique est utilisé comme réactif, le chlorure de zinc est fréquemment ajouté en tant que catalyseur.

L’oxydation est une autre réaction courante des alcools. Dans une réaction d’oxydation, l’atome d’hydrogène du groupe hydroxyle et un atome d’hydrogène lié au même atome de carbone que le groupe hydroxyle sont éliminés. Pour compenser cette perte de liaisons, une double liaison se forme entre l’atome d’oxygène et l’atome de carbone qui ont chacun perdu un atome d’hydrogène. Le produit de l’oxydation de l’alcool contient donc un groupe carbonyle, un atome de carbone lié à un atome d’oxygène par une double liaison.

Les alcools primaires et secondaires peuvent être oxydés, mais pas les alcools tertiaires. En effet, l’atome de carbone lié au groupe hydroxyle doit avoir un substituant hydrogène pouvant être éliminé pendant l’oxydation. On peut voir que dans un alcool tertiaire, l’atome de carbone lié au groupe hydroxyle n’a pas de substituant hydrogène. Par conséquent, l’oxydation d’un alcool tertiaire ne peut pas se produire.

L’oxydation d’un alcool nécessite un agent oxydant. Le dichromate de potassium acidifié et le permanganate de potassium sont deux agents oxydants couramment utilisés. Le dichromate de potassium acidifié est également connu sous le nom de réactif de Jones, on le prépare en dissolvant le dichromate de potassium dans de l’acide sulfurique aqueux pour produire de l’acide chromique en solution. Le dichromate de potassium acidifié est de couleur orange en raison de la présence de chrome (VI). Lorsqu’on l’ajoute à un alcool primaire ou secondaire, l’alcool est oxydé et le chrome (VI) est réduit en chrome (III), et la solution devient verte. Le permanganate de potassium est de couleur violette en raison de la présence de manganèse (VII). Lorsqu’on l’ajoute à un alcool primaire ou secondaire, l’alcool est oxydé et le manganèse (VII) est réduit en manganèse (IV), rendant la solution incolore. Le changement de couleur dû à la réduction de ces agents oxydants peut être utile pour suivre la progression de la réaction.

Voyons maintenant l’oxydation des alcools secondaires. Dans l’équation de la réaction, un O majuscule entre crochets peut être utilisé pour représenter l’oxygène d’un agent oxydant. Nous savons que la réaction d’oxydation implique la suppression de deux atomes d’hydrogène et la formation d’une nouvelle double liaison carbone-oxygène. Qu’on utilise le dichromate de potassium acidifié ou le permanganate de potassium comme agent oxydant, le produit de l’oxydation d’un alcool secondaire sera une cétone, un atome d’oxygène lié à un atome de carbone qui porte deux substituants alkyle.

Un processus similaire, bien que légèrement différent, se produit lorsque les alcools primaires sont oxydés. Lorsqu’un agent oxydant est ajouté à un alcool primaire, les atomes d’hydrogène sont éliminés et une nouvelle double liaison carbone-oxygène est formée. Le produit de cette réaction est un aldéhyde, un atome d’oxygène lié par une double liaison à un atome de carbone qui porte au moins un substituant hydrogène. Mais les aldéhydes sont facilement oxydables. S’il y a encore de l’agent oxydant et de l’eau présents dans le mélange réactionnel, l’aldéhyde nouvellement formé sera oxydé dans une série d’étapes complexes pour produire un acide carboxylique, un atome d’oxygène lié par une double liaison à un atome de carbone qui porte un substituant hydroxyle. Ainsi, l’oxydation des alcools primaires peut produire à la fois des aldéhydes et des acides carboxyliques. Les conditions de réaction utilisées déterminent le produit le plus susceptible de se former.

Le permanganate de potassium est un agent oxydant fort. Il oxyde l’alcool en aldéhyde, qui s’oxyde rapidement en acide carboxylique. Ainsi, le produit principal dans ces conditions de réaction est un acide carboxylique. Notez que ce schéma de réaction n’est pas une équation chimique équilibrée et ne montre que la substance de départ, le réactif et le produit majoritaire. Une autre façon de produire un acide carboxylique par oxydation consiste à chauffer l’alcool à reflux en présence d’un excès de dichromate de potassium acidifié. Ces conditions de réaction garantissent que tout l’aldéhyde produit par oxydation initiale est oxydé en acide carboxylique. Mais si c’est l’aldéhyde qu’on veut produire, on doit faire en sorte que celui-ci ne soit pas oxydé.

On peut encore utiliser le dichromate de potassium acidifié, mais pas en excès. Et on ne chauffe pas le mélange à reflux. De plus, on doit utiliser un excès d’alcool et distiller l’aldéhyde au fur et à mesure de sa production. En pratique, en laboratoire, on utilise couramment des réactifs spécialisés, tels que le chlorochromate de pyridinium ou PCC, qui permettent d’oxyder les alcools primaires en aldéhydes sans oxyder les aldéhydes formés.

Nous avons maintenant examiné les réactions de déshydratation, de substitution et d’oxydation impliquant des alcools. Mais nous avons une dernière réaction à considérer. Les alcools sont à la fois des acides et des bases faibles. Lorsqu’on combine un alcool avec une base forte, le proton du groupe hydroxyle peut être éliminé. L’espèce de charge négative qui en résulte est appelée un alcoolate. Les alcoolates sont les bases conjuguées des alcools et sont des réactifs importants pour plusieurs synthèses organiques. Une base forte couramment utilisée pour convertir un alcool en alcoolate est l’amidure de sodium. Les alcoolates peuvent également être produits en faisant réagir un alcool avec du sodium, du potassium ou du lithium métallique. Une réaction d’oxydo-réduction se produit et de l’hydrogène gazeux est libéré.

Avant de résumer ce que nous avons appris, examinons une question.

Le schéma réactionnel ci-dessous montre différentes réactions qu’une molécule de propan-2-ol peut subir. Partie (a) Quel produit correspondrait à une cétone ?

Le propan-2-ol est un alcool secondaire. Quand un alcool secondaire est mis à réagir avec un acide halogénohydrique, tel que l’acide chlorhydrique, une réaction de substitution a lieu et un halogénoalcane se forme. Quand un alcool secondaire réagit avec de l’acide sulfurique concentré à une température supérieure à 180 degrés Celsius, une réaction de déshydratation a lieu et un alcène se forme. Quand un alcool secondaire est chauffé à reflux avec le dichromate de potassium acidifié, une réaction d’oxydation a lieu et une cétone se forme, dans ce cas la propan-2-one ou acétone. Par conséquent, le produit qui correspondrait à une cétone est B.

Partie (b) Quel serait le nom du produit C ? (A) 2-chloropropan-2-ol, (B) 2-chloropropane, (C) 1-chloropropane.

Le produit C est formé par une réaction de substitution. Une réaction de substitution est une réaction chimique où une partie de la molécule est éliminée et remplacée par autre chose. Dans cette réaction de substitution, le groupe hydroxyle est éliminé et remplacé par un halogène, dans ce cas le chlore. Cela signifie que le produit aura un atome de chlore lié au deuxième atome de carbone, à la même position que le groupe hydroxyle dans la molécule d’origine. Pour nommer cet halogénoalcane, on indique la position de l’atome de chlore en écrivant « deux tiret chloro », où le chiffre deux indique que l’atome de chlore est lié au deuxième atome de carbone. Ensuite, on nomme la chaîne carbonée « propane », « prop- » pour trois atomes de carbone et « -ane » pour alcane, indiquant que les atomes de carbone sont liés par des liaisons simples. Le nom correct du produit C est le choix (B), 2-chloropropane.

Pour la partie suivante de la question, je vais isoler les informations importantes.

Partie (c) Combien d’isomères de position différents résulteraient de la réaction pour former le produit A ? (A) un isomère, (B) deux isomères, (C) quatre isomères, (D) trois isomères.

Nous avons déjà établi que cette réaction est une réaction de déshydratation, une réaction chimique dans laquelle une molécule d’eau est éliminée du réactif. Au cours de cette réaction, le groupe hydroxyle et un atome d’hydrogène lié au carbone voisin de celui du groupe hydroxyle sont éliminés. Et une nouvelle double liaison carbone-carbone se forme entre les deux atomes de carbone qui ont chacun perdu un substituant. Il y a six atomes d’hydrogène qui peuvent potentiellement être éliminés en même temps que le groupe hydroxyle. Si l’un des atomes d’hydrogène les plus à gauche est perdu pendant la déshydratation, une double liaison se forme entre l’atome de carbone le plus à gauche et l’atome de carbone du milieu, ce qui nous donne le produit propène. Si l’un des atomes d’hydrogène les plus à droite est perdu pendant la déshydratation, une double liaison se forme entre l’atome de carbone du milieu et l’atome de carbone le plus à droite. Cela donne également le produit propène. Comme les produits sont identiques, la bonne réponse est (A). Un seul isomère de position résulte de cette réaction.

Maintenant, résumons ce que nous avons appris avec les points clés. Les alcools peuvent être déshydratés en présence d’acide sulfurique pour produire des alcènes. La déshydratation des alcools secondaires et tertiaires est une réaction d’équilibre. La température à laquelle la réaction se déroule peut modifier l’équilibre. En présence d’acide sulfurique à des températures plus basses, les alcools primaires peuvent réagir pour former des éthers symétriques. Les alcools primaires, secondaires et tertiaires peuvent subir une réaction de substitution en présence d’acides halogénohydriques pour produire des halogénoalcanes. Les alcools secondaires sont oxydés en cétones, tandis que les alcools primaires sont oxydés en aldéhydes ou en acides carboxyliques, selon les conditions de la réaction. La réaction d’un alcool avec du sodium métallique produit de l’hydrogène gazeux et un alcoolate, un réactif important en synthèse organique.

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