Alcool (chimie)

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Cet article décrit la famille chimique des alcools. Pour les autres significations du mot, voir la page d'homonymie Alcool

En chimie organique, un alcool (de l'arabe al-khwl الكحول, ou al-ghawl الغول, « l'esprit » (lit.), « toute substance pulvérisée », « liquide distillé ») est un composé organique dont l'un des carbones est lié à un groupement hydroxyle (-OH). L'éthanol (ou alcool éthylique) entrant dans la composition des boissons alcoolisées est un cas particulier d'alcool, mais tous les alcools ne sont pas propres à la consommation. En particulier, le méthanol est toxique et mortel à haute dose.

Sommaire 1 Utilisation 2 Production 3 Classification des alcools 4 Nomenclature 5 Propriétés physico-chimiques 5.1 Aspect 5.2 Polarité et présence de liaisons hydrogène 5.3 Point d'ébullition 5.4 Solubilité 6 Réactivité 6.1 Acidité 6.1.1 Due à la liaison O-H 6.1.2 Due aux doublets libres de l'oxygène 6.2 Nucléophilie 6.3 Nucléofugacité 7 Réactions 7.1 Réaction de substitution nucléophile 7.1.1 Transformation en éther-oxyde 7.1.2 Passage de l'alcool aux halogénoalcanes 7.1.2.1 A partir d'un hydracide 7.1.2.2 A partir de dérivés acide inorganique 7.2 Réaction d'élimination 7.3 Oxydation des alcools 8 Alcools courants 9 Toxicité 10 Voir aussi 11 Liens externes

[modifier] Utilisation

Les alcools sont utilisés dans l'industrie chimique comme

• solvants : l'éthanol, peu toxique, est utilisé dans les parfums et les médicaments ;

• combustibles : le méthanol et l'éthanol peuvent remplacer l'essence

et le fioul car leur combustion ne produit pas de fumées toxiques ;

• réactifs : les uréthanes, les esters ou les alcènes peuvent être synthétisés à partir des alcools ;
• antigel : la basse température de solidification de certains alcools comme le méthanol et l'éthylène glycol en font de bons antigels.

[modifier] Production

Les alcools peuvent être produits par fermentation alcoolique, notamment le méthanol à partir du bois et l'éthanol à partir des fruits et des céréales. L'industrie n'y a recours que dans le cas de l'éthanol pour produire du combustible et des boissons. Dans les autres cas, les alcools sont synthétisés à partir des composés organiques tirés du gaz naturel ou du pétrole.

[modifier] Classification des alcools

De manière générique, un alcool contient donc la séquence

R - OH

où R est un radical variable, souvent un alcane dont l'un des hydrogènes a été remplacé par le groupement hydroxyle.

Selon la nature du carbone portant le groupement alcool, on distingue :

• Les alcools primaires, dont le carbone comportant le groupement hydroxyle est lié à deux atomes d'hydrogène et un radical organique R :
  

• Les alcools secondaires, dont le carbone comportant le groupement hydroxyle est lié à un atome d'hydrogène et deux radicaux organiques R et R' :
  

• Les alcools tertiaires, dont le carbone comportant le groupement hydroxyle est lié à trois radicaux organiques R, R' et R" :
  

• Les phénols, sont des alcools particuliers dont le groupement hydroxyle est lié à un carbone d'un cycle benzénique

[modifier] Nomenclature

Elle est relativement simple: quand l'alcool est la fonction principlale, il suffit d'ajouter le suffixe -ol au nom de l'alcane correspondant (il peut être nécessaire de l'agrémenter du numéro de l'atome auquel elle est fixée). Si elle n'est pas la fonction principale, il faut ajouter le préfixe hydroxy-. Dans ce cas, il est obligatoire d'indiquer le numéro de l'atome où elle est fixée. Pour la base conjuguée de l'alcool, l'ion alcoolate (voir paragraphe acidité, il suffit de rajouter le suffixe -oate à l'alcane correspondant.

Exemples:

• éthanol:
• butan-2-ol:
• acide 3-hydroxy-propanoïque:

[modifier] Propriétés physico-chimiques

[modifier] Aspect

Les alcools de faible poids moléculaire se présentent à température ambiante comme des liquides incolores ; les alcools plus lourds comme des solides blanchâtres.

[modifier] Polarité et présence de liaisons hydrogène

Le groupe hydroxyle rend généralement la molécule d'alcool polaire. Cela est du à sa géométrie (trièdre, les doublets libres localisés sur l'oxygène), et aux électronégativités respectives du carbone, de l'oxygène et de l'hydrogène (Xsi(O)>Xsi(C)>Xsi(H). Ces groupes peuvent former des liaisons hydrogène entre eux ou avec d'autres composés (ce qui explique leur solubilité dans l'eau et dans les autres alcools).

[modifier] Point d'ébullition

Le point d'ébullition est élevé chez les alcools

• en raison du groupement hydroxyle qui permet les liaisons hydrogène ;
• en raison de la chaîne carbonée qui subit des forces de van der Waals.

Aussi, le point d'ébullition des alcools est-il d'autant plus élevé que

• le nombre de fonctions alcool est grand : un diol a une température d'ébullition supérieure à celle de l'alcool simple équivalent, qui lui-même a une température d'ébullition supérieure à l'hydrocarbure correspondant. Par exemple, parmi les alcools dérivés de l'isopropane, le glycérol (propan-1,2,3-triol) bout à 290 °C, le propylène glycol (propan-1,2-diol) à 187 °C et le propan-1-ol à 97 °C.
• la chaîne carbonée est longue : parmi les alcools linéaires, le méthanol bout à 65 °C, l'éthanol à 78 °C, le propan-1-ol à 97 °C, le butan-1-ol à 118 °C, le pentan-1-ol à 138 °C et l'hexan-1-ol à 157 °C.
• la chaîne carbonée est linéaire, par maximisation de la surface de la molécule susceptible de subir les forces de van der Waals. Par exemple, parmi les pentanols, le pentan-1-ol bout à 138 °C, le 2-méthyl-butan-1-ol à 131 °C et le 2,2-diméthyl-propan-1-ol à 102 °C.

[modifier] Solubilité

La solubilité dans l'eau des alcools dépend des deux mêmes facteurs que précédemment, mais qui sont ici antagonistes :

• la chaîne carbonée, hydrophobe, tend à rendre la molécule non soluble.
• le groupement hydroxyle, hydrophile (grâce à ses liaisons hydrogène) tend à rendre la molécule soluble

Ainsi, les alcools sont ainsi d'autant plus solubles dans l'eau que :

• la chaîne carbonée est petite : le méthanol, l'éthanol et le propan-1-ol sont solubles en toutes proportions dans l'eau, le butan-1-ol en proportion de 79 g/L, le pentan-1-ol de 23 g/L, l'hexan-1-ol de 6 g/L, l'heptan-1-ol de 2 g/L et les alcools plus lourds sont pratiquement insolubles.
• le nombre de fonction alcools est élevé. Par exemple, les butanediols sont solubles en toutes proportions tandis que le butanol ne l'est qu'en proportion de 79 g/L.
• la chaîne carbonée est non linéaire : parmi les pentanols, le 2,2-diméthyl-propan-1-ol est soluble dans une proportion de 102 g/L, le 2-méthyl-butan-1-ol de 100 g/L et le pentan-1-ol de 23 g/L.

Les alcools de faible poids moléculaire sont généralement solubles dans les solvants organiques comme l'acétone, ou l'éther.

[modifier] Réactivité

[modifier] Acidité

[modifier] Due à la liaison O-H

La polarisation forte de la liaison O-H donne la possibilité d'une rupture ionique: les alcools constituent donc des acides faibles, et mêmes très faibles (pK_A compris en général entre 16 et 18, 10 pour les phénols, dans l'eau) par libération d'un proton H⁺ du groupe hydroxyle. Ils sont donc bien plus faibles que l'eau (à l'exception du méthanol) et ne manifestent leur caractère acide que dans des solutions non aqueuses, en réagissant par exemple avec la base NaNH2 dans une solution d'ammoniac. On appelle la base conjuguée d'un alcool un ion alcoolate.

[modifier] Due aux doublets libres de l'oxygène

L'un des doublets libres de l'oxygène est capable de capturer un proton: l'alcool est donc une base de Brönsted, indifférente (pK_A(ROH₂⁺/ROH) d'environ -2), son acide conjuguée, l'ion alkyoxonium, étant un acide fort, ne pouvant être présent qu'en très petite quantité (sauf en présence d'une concentration importante en acide fort).

Grâce à la réactivité des ces doublets, l'alcool est aussi une base de Lewis

[modifier] Nucléophilie

Les alcools sont de très bons nucléophiles, propriété toujours due à la réactivité des doublets libres de l'oxygène, réaction de surcroît rapide.

[modifier] Nucléofugacité

• La liaison C-O étant polarisée, il y a possibilité de rupture ionique: R-OH -> R⁺ +^- OH. Cette rupture reste pourtant très difficile, faisant du groupe hydroxyle un mauvais nucléofuge (groupe partant).
• Cependant, sous sa forme protonée, l'ion alkyloxonium, la rupture est beaucoup plus facile.

Cette propriété lui permet notamment, comme nous allons le voir par la suite, de participer à des réactions de substitutions nucléophiles et des réactions d'éliminations.

[modifier] Réactions

[modifier] Réaction de substitution nucléophile

Les alcools peuvent subir une substitution nucléophile dans lequel le groupe hydroxyle est remplacé par un autre radical nucléophile.

[modifier] Transformation en éther-oxyde

Synthèse de Williamson

[modifier] Passage de l'alcool aux halogénoalcanes

[modifier] A partir d'un hydracide

• Réaction:

la réaction avec un hydracide, chlorure, bromure ou iodure d'hydrogène pour former un halogénoalcane (halogénure d'alkyle ou encore dérivé halogéné) :

R-(OH) + HX -> R-X + H₂O, X représentant l'halogène Cl, Br ou I (F n'est pas utilisé, la réaction est beacup trop lente).

Il s'agit de la réaction inverse de la réaction d'hydrolyse des dérivés halogénés.

• Propriétés:
  • Réaction lente.
  • Réaction réversible
  • Elle est favorisée dans le sens direct si l'hydracide et concentré et en excès, dans l'autre sens en cas d'excès d'eau, et en milieu basique.
  • stéréochimie: dépend de la classe de l'alcool (voir mécanismes)
  • En fonction de la classe de l'alcool, et de la nature de l'hydracide, la réaction est plus ou moins lente et plus ou moins limitée (cela est aussi dû aux mécanismes).

On peut donc effectuer un classement: R^IOH < R^IIOH < R^IIIOH ( "<" = "réagit moins vite et de façon plus limitée que") et HF<<HCl<HBr<HI.

• Mécanismes: Selon la classe de l'alcool, des mécanismes limites sont envisageables.
  • Un alcool primaire (donc peu encombré stériquement) réagira selon le un mécanisme de type S_N2. Toutes les propriétes sont donc celles d'une S_N2 (inversion de configuration relative, énantièrospécificité,...)
  • Un alcool tertiaire suit un mécanisme de type S_N1 : en effet, le carbocation tertiaire formé est relativement stable. Les propriétés sont donc celles d'une S_N1 (non stéréosélectivité, racémisation si le carbone porteur du groupe hydroxyle est asymétrique, ...)
  • Un alcool secondaire peut suivre un mécanisme de type S_N1, voire un mécanisme intermédiare entre S_N1 et S_N2.

• Remarques:
  • Ces réactions passant par un intermédiaire carbocationique peuvent provoquer des réarrangements.
  • ces réactions peuvent être catalysées par un acide de Lewis comme le chlorure de zinc. Il se forme alors un adduit, qui débouche sur la formation (HOZNCl₂ est meilleur groupe partant que H₂d'un carbocation, facilitant ainsi l'addition de l'halogène.
  • Cette réaction peut être étendue à d'autres acides, comme les acides phosphorique, sulfurique...

[modifier] A partir de dérivés acide inorganique

Différents composés peuvent être employé pour permettre une halogénation des alcools.

• Pour la chloration, les réactifs les plus courant sont le phosgène (COCl2), le chlorure de thionyle (SOCl2), l'oxychlorure de phosphore (POCl3), et les chlorure de phosphores ( PCl3) et ( PCl5).
• Pour une bromation, ( PBr3) et le couple CBr4 / triphénylephosphine.
• Les iodures sont généralement synthéthysé par déplacement d'un chlorure par NaI dans l'acétone (NaI y est soluble, au contraire de NaCl, dont la précipitation est la force motrice de la réaction).

[modifier] Réaction d'élimination

Les alcools peuvent subir une réaction d'élimination à haute température et produire des alcènes :

CH₃-CH₂(OH) -> CH₂=CH₂ + H₂O

Cette réaction peut être inversée pour synthétiser des alcools à partir d'alcènes et d'eau, mais reste peu fiable car elle produit des mélanges d'alcools.

[modifier] Oxydation des alcools

[modifier] Alcools courants

• le méthanol, CH₃(OH), dérivé du méthane ;
• l'éthanol, CH₃-CH₂(OH), dérivé de l'éthane ;
• le propanol, C₃H₈O, dérivé du propane ;
• le butanol, C₄H₁₀O, dérivé du butane ;
• l'éthylène glycol (ou éthan-1,2-diol), CH₂(OH)-CH₂(OH) ;
• le glycérol (ou propan-1,2,3-triol) CH₂(OH)-CH(OH)-CH₂(OH).

[modifier] Toxicité

L'éthanol est une substance psychotrope toxique voire mortelle en grande quantité, même en quantité modérée en cas de consommation régulière (voir alcoolisme).

Les autres alcools sont généralement beaucoup plus toxiques car

• leur élimination est plus longue ;
• leur élimination conduit à des dégâts rénaux ;
• leur élimination produit des substances toxiques (par exemple, le foie dégrade le méthanol en formaldéhyde qui provoque la cécité ou la mort).

Leur ingestion doit être considérée comme une urgence médicale.

[modifier] Voir aussi

• Alcool et corps humain
  • Boisson alcoolisée
  • Alcoolisme
• Chimie organique
  • alcane ~ alcène ~ ester
  • groupement hydroxyle ~ nucléophile ~ acide
  • Oxydation d'un alcool

[modifier] Liens externes