Qu'est-ce qu'un alcool ? Classification
Un alcool possède un groupe –OH (hydroxyle) lié à un carbone qui n'a que des liaisons simples (un carbone sp³). Formule générale : R–OH.
Selon le nombre de groupes –OH : monoalcool (un –OH, par exemple l'éthanol), dialcool ou diol (deux, par exemple l'éthane-1,2-diol, le glycol des antigels) et trialcool ou triol (trois, par exemple le glycérol).
Selon le carbone qui porte le –OH (le carbone fonctionnel) : compte combien d'autres carbones le touchent.
- Primaire (1°) : un carbone – par exemple l'éthanol CH₃CH₂OH.
- Secondaire (2°) : deux carbones – par exemple le propan-2-ol (CH₃)₂CHOH.
- Tertiaire (3°) : trois carbones – par exemple le 2-méthylpropan-2-ol (CH₃)₃COH.
Cas particuliers : les alcools allyliques (–OH sur le carbone voisin d'un C=C) et les alcools benzyliques (–OH sur le carbone voisin d'un cycle benzénique). Si le –OH est sur un carbone du C=C, c'est un alcool vinylique (instable), et s'il est sur le cycle lui-même, c'est un phénol – une autre famille.
Nomenclature : comment nommer les alcools
Noms courants : « alcool » + groupe alkyle (alcool méthylique, alcool isopropylique). Les noms IUPAC suivent quatre étapes :
- Choisis la plus longue chaîne qui contient le carbone du C–OH.
- Numérote la chaîne à partir de l'extrémité qui donne au –OH le plus petit numéro.
- Enlève le « e » final de l'alcane et ajoute « ol » : propane → propan-1-ol ou propan-2-ol.
- Ajoute les ramifications avec leur numéro, dans l'ordre alphabétique : 2-méthylpropan-2-ol.
S'il y a plusieurs –OH : garde le « e » et utilise diol, triol – éthane-1,2-diol, propane-1,2,3-triol (glycérol). Alcools cycliques : cyclohexanol.
Structure
Le O d'un alcool a deux liaisons et deux doublets non liants. L'angle C–O–H vaut environ 109° – un peu moins qu'un tétraèdre parfait, car les doublets non liants repoussent les liaisons et les rapprochent.
Préparation des alcools
1. À partir des alcènes
Hydratation en milieu acide : alcène + eau avec H⁺. Le H va sur le carbone qui a déjà le plus d'atomes H ; le OH va sur l'autre (règle de Markovnikov). Propène → propan-2-ol. Les étapes : (i) H⁺ se fixe sur C=C et un carbocation se forme, (ii) l'eau attaque le carbocation, (iii) un H⁺ est perdu.
Hydroboration–oxydation : alcène + diborane (B₂H₆), puis H₂O₂ / NaOH. Le OH se retrouve sur le carbone qui a le plus d'atomes H (on dit anti-Markovnikov). Propène → propan-1-ol.
2. Réduction des composés carbonylés
Aldéhydes → alcools 1° ; cétones → alcools 2° (H₂ avec Pd/Ni, ou NaBH₄, ou LiAlH₄). Les acides carboxyliques demandent le LiAlH₄, plus puissant, pour donner des alcools 1° ; dans l'industrie, on transforme d'abord les acides en esters, puis on les réduit avec H₂.
3. À partir des réactifs de Grignard
RMgX s'additionne sur un C=O, puis l'eau donne l'alcool. Le méthanal (HCHO) → alcool 1° ; tout autre aldéhyde → 2° ; une cétone → 3°. La nouvelle liaison C–C permet de construire une chaîne carbonée plus longue.
Propriétés physiques
Température d'ébullition : bien plus élevée que celle des alcanes, des halogénoalcanes et des éthers de masse semblable, à cause des liaisons hydrogène entre les molécules. Elle augmente avec la longueur de la chaîne et diminue avec la ramification (moins de surface de contact).
Solubilité : les petits alcools (méthanol, éthanol, propanol) se mélangent à l'eau en toutes proportions, car ils forment des liaisons H avec l'eau. Plus la chaîne carbonée (la partie « grasse ») s'allonge, plus la solubilité diminue.
Réactions chimiques des alcools
A. La liaison O–H se casse (l'alcool, acide faible)
Avec Na ou K : 2R–OH + 2Na → 2R–O⁻Na⁺ + H₂. Ordre d'acidité : 1° > 2° > 3° (les groupes alkyle poussent les électrons vers O). Les alcools sont des acides plus faibles que l'eau. Estérification : R–OH + R′COOH ⇌ R′COOR + H₂O (catalyseur acide ; on retire l'eau pour déplacer l'équilibre). Les chlorures d'acyle et les anhydrides donnent aussi des esters.
B. La liaison C–O se casse
Avec HX : R–OH + HX → R–X + H₂O. Réactivité 3° > 2° > 1°. Test de Lucas (HCl concentré + ZnCl₂ anhydre) : le 3° se trouble tout de suite, le 2° en environ 5 minutes, le 1° reste limpide à température ambiante. PCl₃, PCl₅ et SOCl₂ donnent aussi des halogénoalcanes.
Déshydratation (H₂SO₄ ou H₃PO₄ concentré, chaleur) : l'éthanol à 443 K → éthène. Facilité : 3° > 2° > 1°, car l'étape par le carbocation est la plus facile pour le 3°.
C. Oxydation
1° → aldéhyde (PCC ou cuivre chaud à 573 K) → acide carboxylique (KMnO₄ ou K₂Cr₂O₇ acidifié, oxydants forts). 2° → cétone. Les alcools 3° résistent à l'oxydation ordinaire ; avec du cuivre chaud, ils donnent des alcènes.
Alcools importants dans l'industrie
Méthanol (esprit de bois) : autrefois obtenu en chauffant du bois ; aujourd'hui fabriqué à partir de CO + 2H₂ sur un catalyseur ZnO–Cr₂O₃ à 573–673 K et 200–300 atm. Il sert de solvant, à fabriquer le formaldéhyde et de carburant. Très toxique : de petites quantités rendent aveugle, de grandes quantités tuent.
Éthanol : fabriqué par fermentation du sucre de la mélasse, du raisin ou des céréales. Les enzymes de la levure, l'invertase (saccharose → glucose + fructose) et la zymase (glucose → éthanol + CO₂), font le travail, sans air. Il sert dans les gels hydroalcooliques, les médicaments, les boissons et comme additif de l'essence. L'éthanol industriel est dénaturé (rendu impropre à la consommation) par l'ajout d'un peu de sulfate de cuivre et de pyridine.
Formules et définitions clés
- Formule générale d'un monoalcool saturé : CₙH₂ₙ₊₁OH
- Hydratation : CH₃CH=CH₂ + H₂O (H⁺) → CH₃CH(OH)CH₃
- Hydroboration–oxydation : CH₃CH=CH₂ → (B₂H₆ ; H₂O₂/OH⁻) → CH₃CH₂CH₂OH
- 2R–OH + 2Na → 2R–ONa + H₂
- Vitesse au test de Lucas : 3° > 2° > 1°
- Déshydratation : C₂H₅OH (H₂SO₄ conc., 443 K) → CH₂=CH₂ + H₂O
- Oxydation : 1° → aldéhyde → acide ; 2° → cétone ; 3° → pas d'oxydation ordinaire
- Grignard : HCHO → alcool 1°, RCHO → 2°, R₂CO → 3°
Exemples résolus
1. Classe (CH₃)₂CH–OH, CH₃CH₂CH₂OH et (CH₃)₃C–OH.
Étape 1 : trouve le carbone qui porte le –OH. Étape 2 : compte les carbones reliés à lui. (CH₃)₂CH–OH : 2 carbones → secondaire. CH₃CH₂CH₂OH : 1 carbone → primaire. (CH₃)₃C–OH : 3 carbones → tertiaire.
2. Donne le nom IUPAC de CH₃–CH(OH)–CH₂–CH₃.
Plus longue chaîne = 4 carbones (butane). En numérotant depuis la gauche, le –OH est en position 2 ; depuis la droite, il serait en 3, donc on choisit 2. Nom : butan-2-ol.
3. Nomme (CH₃)₂CH–CH₂–CH₂OH.
Plus longue chaîne contenant le carbone du C–OH = 4 C. On numérote depuis l'extrémité du –OH : C1 porte OH, la ramification CH₃ est sur C3. Nom : 3-méthylbutan-1-ol.
4. Quel alcool obtient-on à partir du propène par (a) hydratation en milieu acide, (b) hydroboration–oxydation ?
(a) H⁺ se fixe sur le CH₂ du bout, ce qui crée le carbocation secondaire, plus stable, sur C2 ; l'eau l'attaque → propan-2-ol. (b) Le bore se fixe sur le carbone du bout, puis H₂O₂/OH⁻ remplace B par OH → propan-1-ol.
5. Quel réactif de Grignard et quel composé carbonylé donnent le 2-méthylpropan-2-ol ?
Le produit est un alcool 3°, il faut donc une cétone. (CH₃)₃C–OH a trois groupes CH₃ sur le carbone fonctionnel : on utilise la propanone (CH₃)₂C=O + CH₃MgBr, puis de l'eau. CH₃ se fixe sur le carbone du C=O et O devient OH.
6. Trois flacons sans étiquette contiennent du butan-1-ol, du butan-2-ol et du 2-méthylpropan-2-ol. Comment les distinguer ?
Ajoute le réactif de Lucas (HCl conc. + ZnCl₂) dans chacun à température ambiante. Trouble immédiat → 2-méthylpropan-2-ol (3°). Trouble en environ 5 minutes → butan-2-ol (2°). Reste limpide → butan-1-ol (1°). Le trouble est le chlorure d'alkyle, insoluble.
Erreurs fréquentes
- Compter les atomes H au lieu des atomes de carbone sur le carbone du C–OH pour classer en 1°/2°/3°.
- Appeler alcool un composé dont le –OH est sur un cycle benzénique – c'est un phénol. L'alcool benzylique (C₆H₅CH₂OH) est un alcool car le OH est sur le CH₂.
- Dire que les alcools 3° sont les plus acides. C'est l'inverse : acidité 1° > 2° > 3°, mais la réactivité avec HX et la facilité de déshydratation vont dans l'ordre 3° > 2° > 1°.
- Confondre les produits obtenus à partir du propène : l'hydratation acide donne le propan-2-ol ; l'hydroboration–oxydation donne le propan-1-ol.