Karamö, le prof virtuelLeçon 12 sur 18
Aldéhydes et cétones
Je sais reconnaître, nommer, préparer et distinguer par des tests un aldéhyde et une cétone.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Reconnaître le groupe carbonyle et distinguer aldéhyde et cétone
- Nommer les aldéhydes et les cétones
- Écrire leur préparation par oxydation ménagée d'un alcool
- Utiliser les tests caractéristiques (DNPH, liqueur de Fehling, réactif de Tollens, réactif de Schiff)
Avant de commencer : La leçon « Les alcools » (nomenclature, classes, oxydation ménagée) et la nomenclature des alcanes.
1Je découvre
Aïssatou regarde sa grande sœur retirer son vernis à ongles avec un coton imbibé d'un liquide qui sent très fort et s'évapore vite. Sur le flacon, un mot : « acétone ». Le même jour, au laboratoire du lycée de Dalaba, elle voit des échantillons d'animaux conservés dans un liquide appelé « formol ». Et en cuisine, sa mère parfume une bouillie avec de la vanille.
Le professeur explique que l'acétone (propanone), le formol (solution de méthanal) et la vanilline, qui donne son odeur à la vanille, ont un point commun : un atome de carbone lié à un atome d'oxygène par une double liaison, le groupe carbonyle.
Mais l'acétone est une cétone, tandis que le méthanal et la vanilline sont des aldéhydes. Au laboratoire, un simple test permet de les distinguer.
Qu'est-ce qu'un aldéhyde, qu'est-ce qu'une cétone, comment les obtenir et comment les reconnaître ?
2Je comprends
1. Le groupe carbonyle
Le groupe carbonyle est formé d'un carbone lié à un oxygène par une double liaison : C=O. Deux familles le possèdent.
| Famille | Groupe caractéristique | Formule générale | Position du C=O |
|---|---|---|---|
| Aldéhyde | -CHO | R-CHO | en bout de chaîne (le carbone porte un H) |
| Cétone | -CO- | R-CO-R' | à l'intérieur de la chaîne (lié à deux carbones) |
R et R' sont des groupes carbonés ; pour le méthanal, R est un atome H : H-CHO.
Les aldéhydes et les cétones saturés à chaîne ouverte ont la même formule générale :
CnH2nO ; M = 14n + 16 g/mol.
Un aldéhyde et une cétone de même formule brute sont des isomères de fonction (exemple : propanal et propanone, C3H6O).
2. Nomenclature
Aldéhydes : on remplace le « e » final de l'alcane par « al ». Le carbone du groupe -CHO porte toujours le numéro 1 : on ne l'écrit pas.
Cétones : on remplace le « e » final par « one », précédé du numéro du carbone du groupe carbonyle (le plus petit possible).
| Formule | Nom | Remarque |
|---|---|---|
| H-CHO | méthanal | le formol est une solution de méthanal |
| CH3-CHO | éthanal | |
| CH3-CH2-CHO | propanal | |
| CH3-CH(CH3)-CHO | 2-méthylpropanal | |
| CH3-CO-CH3 | propanone | acétone, solvant |
| CH3-CO-CH2-CH3 | butanone | |
| CH3-CO-CH2-CH2-CH3 | pentan-2-one | |
| CH3-CH2-CO-CH2-CH3 | pentan-3-one |
Pour la propanone et la butanone, le numéro est inutile : une seule position est possible pour une cétone.
Le benzaldéhyde C6H5-CHO (odeur d'amande amère) et la vanilline sont des aldéhydes aromatiques.
3. Préparation par oxydation ménagée des alcools
Tu l'as vu dans la leçon sur les alcools :
- un alcool primaire donne un aldéhyde : R-CH2OH → R-CHO ;
- un alcool secondaire donne une cétone : R-CH(OH)-R' → R-CO-R' ;
- un alcool tertiaire ne réagit pas.
Pour ne pas aller jusqu'à l'acide carboxylique, on distille l'aldéhyde au fur et à mesure qu'il se forme (il bout à plus basse température que l'alcool), et on n'utilise pas d'excès d'oxydant.
Équation avec le dichromate de potassium en milieu acide (oxydation de l'éthanol) :
3 CH3-CH2OH + Cr2O72- + 8 H^+ → 3 CH3-CHO + 2 Cr3+ + 7 H2O
On l'obtient en combinant deux demi-équations :
- oxydation : CH3-CH2OH → CH3-CHO + 2 H^+ + 2 e^- (multipliée par 3) ;
- réduction : Cr2O72- + 14 H^+ + 6 e^- → 2 Cr3+ + 7 H2O.
On peut aussi obtenir l'aldéhyde par déshydrogénation de l'alcool, sur du cuivre chauffé : CH3-CH2OH → CH3-CHO + H2.
Exemple
On oxyde 9,2 g d'éthanol en éthanal par le dichromate de potassium. Calculer la masse maximale d'éthanal et la quantité d'ions dichromate nécessaire.
n(éthanol) = 9,2/46 = 0,20 mol ; d'après l'équation, n(éthanal) = 0,20 mol.
M(CH3CHO) = 24 + 4 + 16 = 44 g/mol ; m = 0,20 × 44 = 8,8 g.
n(Cr2O7²⁻) = 0,20/3 ≈ 0,067 mol (3 alcools pour 1 ion dichromate).
4. Les tests caractéristiques
a) Test commun : la 2,4-DNPH. La 2,4-dinitrophénylhydrazine donne, avec tout composé carbonylé (aldéhyde ou cétone), un précipité jaune-orangé. Ce test montre la présence du groupe C=O, mais ne dit pas si c'est un aldéhyde ou une cétone.
b) Tests des aldéhydes. Les aldéhydes sont réducteurs (ils s'oxydent facilement en acides), pas les cétones.
| Réactif | Aspect de départ | Avec un aldéhyde | Avec une cétone |
|---|---|---|---|
| Liqueur de Fehling (à chaud) | solution bleue | précipité rouge brique (oxyde de cuivre I, Cu2O) | rien |
| Réactif de Tollens (nitrate d'argent ammoniacal, au bain-marie) | incolore | miroir d'argent sur la paroi | rien |
| Réactif de Schiff | incolore | coloration rose | rien |
- 1J'ajoute de la 2,4-DNPH au composé inconnu.
- 2Pas de précipité : ce n'est ni un aldéhyde ni une cétone.
- 3Précipité jaune-orangé : il y a un groupe carbonyle C=O.
- 4Je fais ensuite le test à la liqueur de Fehling (à chaud) ou au réactif de Tollens.
- 5Précipité rouge brique ou miroir d'argent : c'est un aldéhyde.
- 6Aucun changement : c'est une cétone.
Exemple
Un composé A de formule brute C3H6O donne un précipité jaune avec la DNPH, mais ne réagit pas avec la liqueur de Fehling. Identifier A.
C3H6O : M = 14 × 3 + 16 = 58 g/mol ; deux composés carbonylés possibles : propanal CH3–CH2–CHO et propanone CH3–CO–CH3.
Test DNPH positif : A est un composé carbonylé.
Test de Fehling négatif : A n'est pas un aldéhyde.
A est la propanone CH3–CO–CH3.
5. Usages et précautions
- Le méthanal (formol) sert à conserver les tissus biologiques et à fabriquer des colles et des résines ; il est irritant et toxique.
- La propanone est un solvant très utilisé (vernis, peintures, colles) ; elle est très inflammable.
- De nombreux arômes sont des aldéhydes ou des cétones (vanilline, benzaldéhyde, cannelle).
- Dans le corps, l'éthanol bu est transformé en éthanal, toxique, qui est responsable de nombreux effets néfastes de l'alcool.
3Je retiens
Je retiens
Groupe carbonyle C=O. Aldéhyde : R–CHO (C=O en bout de chaîne) ; cétone : R–CO–R' (C=O dans la chaîne).
Formule générale commune : C_nH_{2n}O, M = 14n + 16 ; aldéhyde et cétone de même formule sont isomères de fonction.
Noms : aldéhyde en « -al » (propanal) ; cétone en « -one » avec numéro (pentan-2-one).
Oxydation ménagée : alcool primaire → aldéhyde ; alcool secondaire → cétone.
DNPH : précipité jaune-orangé avec les deux familles.
Fehling (rouge brique), Tollens (miroir d'argent), Schiff (rose) : positifs seulement pour les aldéhydes.
4Erreurs fréquentes
- Écrire « propan-1-al » : le groupe –CHO est toujours en position 1, on n'écrit pas de numéro.
- Croire que la DNPH distingue aldéhyde et cétone : elle réagit avec les deux ; il faut ensuite Fehling ou Tollens.
- Écrire l'aldéhyde –COH : on écrit –CHO (le H est porté par le carbone, pas par l'oxygène).
- Laisser l'aldéhyde en présence d'un excès d'oxydant : il se transforme en acide carboxylique.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Nomme les composés et dis s'ils sont des aldéhydes ou des cétones.
a) CH3-CH2-CHO ; b) CH3-CO-CH2-CH3 ; c) CH3-CH(CH3)-CHO ; d) CH3-CO-CH2-CH2-CH3 ; e) CH3-CH2-CO-CH2-CH3.
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a) Propanal, aldéhyde. b) Butanone, cétone. c) 2-méthylpropanal, aldéhyde. d) Pentan-2-one, cétone. e) Pentan-3-one, cétone.
2Exercice 2
Écris et nomme les trois composés carbonylés de formule brute C4H8O (à chaîne ouverte).
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CH3-CH2-CH2-CHO : butanal ; CH3-CH(CH3)-CHO : 2-méthylpropanal ; CH3-CO-CH2-CH3 : butanone.
3Exercice 3
Recopie et complète le tableau par « positif » ou « négatif ».
| Test | éthanal | propanone |
|---|---|---|
| DNPH | ||
| Liqueur de Fehling | ||
| Réactif de Tollens |
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Éthanal (aldéhyde) : DNPH positif, Fehling positif, Tollens positif.
Propanone (cétone) : DNPH positif, Fehling négatif, Tollens négatif.
4Exercice 4
(Type examen) Un composé organique A, formé de C, H et O, contient 27,59 % d'oxygène. A est un composé carbonylé saturé.
a) Détermine sa formule brute.
b) A donne un précipité jaune avec la DNPH mais ne réagit pas avec le réactif de Tollens. Identifie A.
c) A est obtenu par oxydation ménagée d'un alcool B par le dichromate de potassium acidifié. Identifie B et écris l'équation-bilan de la réaction.
d) On oxyde 6,0 g de B et on obtient 4,64 g de A. Calcule le rendement.
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a) 1614n + 16 = 0,2759, donc 14n + 16 = 160,2759 ≈ 58 ; 14n = 42 ; n = 3 : C3H6O.
b) DNPH positif : groupe carbonyle ; Tollens négatif : pas un aldéhyde. A est la propanone CH3-CO-CH3.
c) Une cétone vient d'un alcool secondaire : B est le propan-2-ol CH3-CH(OH)-CH3.
3 CH3-CH(OH)-CH3 + Cr2O72- + 8 H^+ → 3 CH3-CO-CH3 + 2 Cr3+ + 7 H2O.
d) M(B) = 60 g/mol ; n(B) = 6,060 = 0,10 mol ; masse théorique de A : 0,10 × 58 = 5,8 g. Rendement : 4,645,8 × 100 = 80 \%.
5Exercice 5
L'éthanal est préparé par oxydation ménagée de l'éthanol.
a) Pourquoi distille-t-on l'éthanal au fur et à mesure de sa formation ?
b) Quel volume de solution de dichromate de potassium à 0,50 mol/L faut-il pour oxyder 9,2 g d'éthanol en éthanal ?
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a) Pour éviter qu'il reste au contact de l'oxydant et soit oxydé en acide éthanoïque.
b) n(éthanol) = 9,246 = 0,20 mol ; n(Cr2O72-) = 0,203 ≈ 0,0667 mol ; V = 0,06670,50 ≈ 0,133 L, soit environ 133 mL.
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6Je vérifie
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