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Fiche à trous · Première · Physique-Chimie

Chimie organique — Fonctions et réactions

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Chauffer plus longtemps une estérification n'en augmente pas le rendement : on atteint plus vite le même palier, et on s'y arrête. Cette expérience déjoue l'intuition la plus solide du laboratoire — plus de temps, plus de produit — et elle introduit la notion qui structure tout le chapitre : une transformation peut être limitée par elle-même.

Reconnaître une fonction organique

Définition — Groupe caractéristique :

Propriété

3

Les alcools se classent en primaire, secondaire ou tertiaire selon le nombre de chaînes carbonées portées par le carbone qui porte le –OH. Cette classe détermine le produit de l'oxydation : un alcool primaire donne un aldéhyde puis un acide carboxylique, un alcool secondaire donne une cétone, et un alcool tertiaire ne s'oxyde pas dans ces conditions.

L'estérification et sa limite

Règle

5

Piège

Croire qu'un catalyseur acide ou qu'un chauffage prolongé augmente le rendement d'une estérification.

Distinguer ce qui change la vitesse de ce qui change l'état final.

Exemple

Un mélange équimolaire d'acide et d'alcool primaire donne un rendement d'environ 67 %. On double la durée de chauffage : le rendement change-t-il ?

  1. 6.
  2. 7.
  3. 8.

Résultat :

Propriété

Identifier une fonction organique et prévoir sa réaction

  1. 11.
  2. 12.
  3. 13.
  4. 14.
  5. 15.
  • Ai-je repéré tous les atomes autres que C et H ?
  • Ai-je tenu compte de la position du groupe, et pas seulement de sa composition ?
  • Ai-je nommé la fonction organique avant de prévoir une réaction ?
  • Pour un alcool, ai-je déterminé sa classe ?
  • Ai-je dit que l'estérification est limitée par l'hydrolyse ?
  • Ai-je distingué ce qui agit sur la vitesse et ce qui agit sur l'état final ?

Corrigé · à détacher

Chimie organique — Fonctions et réactions

  1. 1. Un groupe caractéristique est un assemblage d'atomes qui confère à une molécule des propriétés chimiques déterminées. C'est lui qui définit la fonction organique et qui commande la réactivité : le reste de la chaîne carbonée influe sur la solubilité et la température d'ébullition, mais pas sur la nature des réactions possibles. Identifier la fonction organique est donc le premier geste devant toute molécule inconnue.
  2. 2. Six fonctions à reconnaître à vue. L'alcool porte un groupe –OH sur un carbone saturé. L'aldéhyde porte –CHO en bout de chaîne, la cétone un groupe C=O à l'intérieur de la chaîne. L'acide carboxylique porte –COOH. L'ester porte –COO– entre deux chaînes carbonées. L'amine porte –NH₂. La position du groupe compte autant que sa composition : aldéhyde et cétone ont les mêmes atomes et ne réagissent pas de même.
  3. 3.
  4. 4. L'estérification fait réagir un acide carboxylique et un alcool pour donner un ester et de l'eau. Elle est lente, athermique — elle ne dégage ni n'absorbe de chaleur notable — et surtout limitée : elle coexiste toujours avec la réaction inverse, l'hydrolyse de l'ester formé. Le système atteint donc un équilibre où les quatre espèces coexistent, et où le rendement plafonne.
  5. 5.
  6. 6. Le chauffage augmente la vitesse de la réaction directe et de l'hydrolyse inverse, dans les mêmes proportions.
  7. 7. L'équilibre est donc atteint plus tôt, mais il s'établit au même endroit : les proportions finales sont inchangées.
  8. 8. Pour dépasser ce palier, il faut modifier les quantités — excès d'alcool, ou élimination de l'eau formée.
  9. 9. Non : le rendement reste le même, il est seulement atteint plus vite
  10. 10. L'hydrolyse d'un ester est la réaction inverse : l'ester et l'eau redonnent l'acide carboxylique et l'alcool. Elle est elle aussi lente et limitée. En milieu basique, en revanche, la réaction devient totale : l'ion formé ne peut plus revenir en arrière, ce qui déplace l'équilibre jusqu'à disparition de l'ester. C'est le principe de la saponification.
  11. 11. Repérer les atomes autres que carbone et hydrogène : ils signalent le groupe caractéristique.
  12. 12. Localiser le groupe : en bout de chaîne ou à l'intérieur ? La position distingue aldéhyde et cétone.
  13. 13. Nommer la fonction organique avant d'envisager la moindre réaction.
  14. 14. Pour un alcool, déterminer sa classe afin de prévoir le produit d'oxydation.
  15. 15. Vérifier si la transformation envisagée est totale ou limitée avant d'annoncer un rendement.