Chapitre 13 : De la structure aux propriétés des alcanes et des alcools



I. Diversité des chaînes carbonées

Définition : on appelle chaîne carbonée (ou squelette carboné) l’enchaînement des atomes de carbone qui
constituent une molécule organique.

Il existe trois types de chaînes carbonées :
- Les chaînes linéaires :
Une chaîne carbonée est linéaire si elle est constituée d'atomes de carbone liés les uns à la suite des autres,
et qu'elle ne se referme pas sur elle-même.




- Les chaînes cycliques :
Une chaîne carbonée est cyclique si au moins un des enchaînements d’atomes de carbone se referme sur
lui-même.




- Les chaînes ramifiées :
Une chaîne carbonée est ramifiée si au moins un des atomes de carbone, appelé carbone ramifié, est lié à
trois ou quatre autres atomes de carbone.




Remarque : La chaîne carbonée est dite saturée si elle ne présente que des liaisons carbone-carbone simples.




II. Nomenclature des alcanes

La nomenclature des alcanes est à la base de toute la nomenclature en chimie organique.

II.1. Formule générale des alcanes

Définition : Les alcanes sont des hydrocarbures saturés (donc formés à partir d’atomes de carbone et d’hydrogène
liés par des liaisons simples).
La formule brute générale d’un alcane est de la forme CnH2n+2


II.2. Les alcanes linéaires

Les alcanes suivants sont dits linéaires car ils possèdent une chaîne carbonée sans ramification.




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COMPRENDRE Cours Chapitre 13 Première S 1
 Nombre
d’atome(s) Nom de Formule Formule Formule
de l’alcane brute semi-développée topologique
carbone
1 méthane CH4 CH4 impossible
2 éthane C2H6 CH3 – CH3
3 propane C3H8 CH3 – CH2 – CH3
4 butane C4H10 CH3 – CH2 – CH2 – CH3
5 pentane C5H12 CH3 – ( CH2 )3 – CH3
6 hexane C6H14 CH3 – ( CH2 )4 – CH3


La liste est encore longue : l’heptane C7H16, l’octane C8H18, le nonane C9H20, le décane C10H22, etc …


II.3. Les alcanes ramifiés

Les alcanes ramifiés sont des alcanes possédant une chaîne carbonée principale avec un ou plusieurs « morceaux »
de chaîne carbonée greffés dessus, appelés groupements alkyles.
Ces groupements alkyles de formule – CnH2n+1 n’existent jamais isolément. Ils font toujours partie d’une molécule
organique (alcane, alcène, alcool, acide carboxylique, aldéhyde, etc …)


Nombre Nom du
Formule Formule
d’atome(s) groupement
brute semi-développée
de carbone alkyle

1 méthyle – CH3 – CH3
2 éthyle – C2H5 – CH2 – CH3

3 propyle – C3H7 – CH2 – CH2 – CH3

4 butyle – C4H9 – ( CH2 )3 – CH3


La liste continue bien évidemment : groupement pentyle, groupement hexyle, …


Comment nommer un alcane ramifié ?
Etape n°1 : il faut repérer la chaîne carbonée la plus longue possible (en vert) : ici, 6 atomes de carbone donc
hexane.
CH3 – CH2

CH3 – C – CH – CH2 – CH3

CH3 CH2 – CH3

Etape n°2 : il faut repérer les groupements alkyles présents (entourés en rouge) :
 2 groupements méthyles  diméthyle
 1 groupement éthyle ( 3 = « tri- » et 4 = « tétra- » )



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COMPRENDRE Cours Chapitre 13 Première S 2
En numérotant la chaîne principale de gauche à droite, En numérotant la chaîne de droite à gauche,


on obtient : 3,3-diméthyl-4-éthylhexane on obtient : 3-éthyl-4,4-diméthylhexane
1 2 6 5
CH3 – CH2 CH3 – CH2
3 4 5 6 4 3 2 1
CH3 – C – CH – CH2 – CH3 CH3 – C – CH – CH2 – CH3

CH3 CH2 – CH3 CH3 CH2 – CH3



De ces deux noms possibles, il faut retenir celui dont la somme des chiffres présents dans le nom est la plus petite.
Ainsi, à gauche 3 + 3 + 4 = 10 et à droite 3 + 4 + 4 = 11. C’est donc le nom de gauche qui est correct.
Mais dans ce nom, les groupements alkyles doivent encore être classés dans l’ordre alphabétique sans tenir compte
de leur préfixe multiplicateur (di-, tri- ou tétra-). Le véritable nom est : 4-éthyl-3,3-diméthylhexane.
A noter :
 Dans le nom d’une molécule organique en général, deux chiffres sont obligatoirement séparés par une
virgule alors qu’un chiffre et une lettre le sont par un tiret. Le nom complet forme un mot unique (donc pas
d’espace).
 Les groupements alkyles s’écrivent sans leur « e » final dans le nom d’une molécule.



III. Les alcools

III.1. Définition et nomenclature

Les alcools sont des molécules organiques possédant un squelette carboné de type alcane sur lequel se trouve greffé
un groupement hydroxyle – OH
L’atome de carbone sur lequel est fixé le groupement hydroxyle est appelé carbone fonctionnel.


Nombre
d’atome(s) Nom de Formule Formule Formule
de l’alcool brute semi-développée topologique
carbone
1 méthanol CH4O CH3OH OH

2 éthanol C2H6O CH3 – CH2 – OH OH
deux isomères
propan-1-ol propan-2-ol
OH
3 propanol C3H8O CH3 – CH2 – CH2 CH3 – CH – CH3
OH
OH OH


Etc …
Le chiffre précédant la terminaison « -ol » indique la position du carbone fonctionnel dans la chaîne carbonée.
La numérotation de la chaîne carbonée se fera de manière à attribuer le chiffre le plus petit au carbone
fonctionnel. Pour cette numérotation, il ne faut tenir compte des éventuels groupements alkyles que si le
carbone fonctionnel est au centre de la chaîne carbonée.



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COMPRENDRE Cours Chapitre 13 Première S 3
 Exemples :

2 4 5 3 1
1 3 3-méthylbutan-2-ol 4 2 2-méthylpentan-3-ol
OH OH


En numérotant de gauche à droite le carbone Le sens de numérotation ne change rien pour le
fonctionnel a le chiffre 2, ce qui est le plus petit chiffre carbone fonctionnel (3 dans les deux cas). Il faut alors
possible. tenir compte du groupement alkyle présent pour
choisir le bon sens de numérotation.




III.2. Les trois classes d’alcool

Les alcools sont groupés en trois classes, suivant le nombre de radicaux carbonés R liés à l’atome de carbone
porteur de la laison – OH.
Les propriétés chimiques d’un alcool dépendent de sa classe.

Classe de l’alcool Alcool primaire Alcool secondaire Alcool tertiaire


Formule générale



Exemples :
Propan-1-ol Alcool primaire

Propan-2-ol Alcool secondaire


2-méthylpropan-2-ol Alcool tertiaire




III.3. Miscibilité des alcools avec l’eau

Définition : Deux substances sont miscibles si elles forment un mélange homogène. La miscibilité se mesure par
rapport à la solubilité (en g.L-1) d’une espèce dans une autre.


 Les hydrocarbures sont en général insolubles dans l'eau (car ils sont apolaires).
 Les alcools sont solubles dans l’eau car ils portent le groupe hydroxyle − OH à caractère polaire. Il y a des
liaisons hydrogène qui peuvent s’établir Les molécules présentent une certaine solubilité dans l'eau (dans
les solvants polaires).
 Cette solubilité diminue avec le nombre N d'atomes de carbone. (Voir TP 13)
- Si N  3 , alors le mélange est homogène, quelque soit les proportions : la solubilité est
infinie. La miscibilité est totale.
- Si N  3 , alors le mélange est de moins en moins homogène. La solubilité diminue.




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COMPRENDRE Cours Chapitre 13 Première S 4
IV. Température de changement d’état

IV.1. Température d’ébullition

Lorsque la longueur de la chaîne carbonée d'un alcane ou d'un alcool linéaire augmente, l'intensité des
interactions de van der Waals entre les molécules croît. Les températures de changement d'état du corps à une
pression donnée s'élèvent alors.

Exemples :


La température d’ébullition de l’octane est 126°C.




La température d’ébullition du 2-méthylheptane est 117°C.




La température d’ébullition du 2,3-diméthylhexane est 106°C.


Règles :
- Entre deux alcanes (ou deux alcools) de même formule brute, celui qui porte le plus grand nombre de
ramifications possède la température de changement d'état la plus faible (à pression donnée).
- Les alcools ont des températures de changement d'état plus élevées que les alcanes correspondants.


Alcanes linéaires Alcanes ramifiés
Nom θfus °C θéb °C Nom θfus °C θéb °C
Méthylpropane
Méthane - 184 - 164 - 145 - 10
(C4H10)
Méthylbutane
Éthane - 172 - 88,5 - 159 28
(C5H12)
Diméthylpropane
Propane - 190 - 44.5 - 17 10
(C5H12)
2-méthylpentane
Butane - 135 0,6 - 154 60,3
(C6H14)
3-méthylpentane
Pentane - 131 36,2 - 118 63,3
(C6H14)


IV.2. Application à la distillation fractionnée

Voir TP 13 : montage + principe + résultats




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