Karamö, le prof virtuelLeçon 2 sur 20
Aldéhydes et cétones
Je sais reconnaître, nommer et distinguer un aldéhyde d'une cétone par des tests chimiques, et écrire leurs réactions caractéristiques.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- 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
- Utiliser les tests à la DNPH, au réactif de Schiff, à la liqueur de Fehling et au réactif de Tollens
- Écrire les équations d'oxydation d'un aldéhyde et exploiter les quantités de matière
Avant de commencer : La leçon sur les alcools (classes, oxydation ménagée), les demi-équations d'oxydoréduction, la quantité de matière.
1Je découvre
Au laboratoire du lycée de Labé, Aïssatou et Ibrahima ont oxydé deux alcools différents avec du dichromate de potassium acidifié. Dans les deux tubes, la solution est passée de l'orange au vert : les deux alcools ont bien été oxydés.
Ils ont récupéré deux liquides incolores, à l'odeur piquante pour l'un, à l'odeur rappelant le dissolvant pour l'autre. Leur professeur leur tend quatre flacons : DNPH, réactif de Schiff, liqueur de Fehling et nitrate d'argent ammoniacal. « Avec ces réactifs, vous allez savoir lequel de vos alcools était primaire et lequel était secondaire », dit-il.
Ibrahima remarque que les formules de leurs deux produits contiennent le même groupe d'atomes C=O. Pourtant, l'un se comporte différemment de l'autre.
Qu'est-ce qui distingue un aldéhyde d'une cétone, et comment les reconnaître au laboratoire ?
2Je comprends
1. Le groupe carbonyle
Les aldéhydes et les cétones possèdent tous deux le groupe carbonyle C=O : un atome de carbone lié à un atome d'oxygène par une double liaison. Ce sont des composés carbonylés.
- Dans un aldéhyde, le carbone du groupe carbonyle est lié à au moins un atome d'hydrogène : formule générale R-CHO (avec R un groupe alkyle ou un H).
- Dans une cétone, le carbone du groupe carbonyle est lié à deux atomes de carbone : formule générale R-CO-R'.
Les aldéhydes et cétones saturés à chaîne ouverte ont pour formule brute CnH2nO et pour masse molaire M = 14n + 16 g/mol. Un aldéhyde et une cétone ayant le même nombre de carbones (à partir de 3) sont donc isomères de fonction.
- Groupe –CHO en bout de chaîne
- Terminaison « -al »
- Vient d'un alcool primaire
- Test DNPH positif
- Schiff, Fehling, Tollens positifs
- S'oxyde en acide carboxylique
- Groupe –CO– à l'intérieur de la chaîne
- Terminaison « -one »
- Vient d'un alcool secondaire
- Test DNPH positif
- Schiff, Fehling, Tollens négatifs
- Ne s'oxyde pas (oxydation ménagée)
2. Nomenclature
Aldéhydes. On prend le nom de l'alcane de même chaîne et on remplace le « e » final par « -al ». Le carbone du groupe -CHO porte toujours le numéro 1 : on n'écrit donc pas ce numéro.
Cétones. On remplace le « e » final par « -one », précédé du numéro du carbone fonctionnel, le plus petit possible.
| Formule | Nom |
|---|---|
| H-CHO | méthanal |
| CH3-CHO | éthanal |
| CH3-CH2-CHO | propanal |
| CH3-CH(CH3)-CHO | 2-méthylpropanal |
| CH3-CO-CH3 | propanone (acétone) |
| CH3-CO-CH2-CH3 | butanone |
| CH3-CH2-CO-CH2-CH3 | pentan-3-one |
Remarque : pour la propanone et la butanone, il n'y a qu'une position possible pour le groupe carbonyle, on n'écrit donc pas de numéro.
Exemple
Écrire et nommer les composés carbonylés de formule C₄H₈O.
Aldéhydes (groupe –CHO en bout de chaîne) :
CH₃–CH₂–CH₂–CHO : butanal ;
CH₃–CH(CH₃)–CHO : 2-méthylpropanal.
Cétone (groupe –CO– à l'intérieur) :
CH₃–CO–CH₂–CH₃ : butanone.
Il y a donc trois composés carbonylés isomères de formule C₄H₈O.
3. Obtention
Tu l'as vu dans la leçon sur les alcools : l'oxydation ménagée d'un alcool primaire (oxydant en défaut) donne un aldéhyde ; celle d'un alcool secondaire donne une cétone. Pour récupérer l'aldéhyde avant qu'il ne s'oxyde en acide, on le distille au fur et à mesure de sa formation (sa température d'ébullition est plus basse que celle de l'alcool).
4. Les tests d'identification
a) Test commun : la DNPH. La 2,4-dinitrophénylhydrazine donne un précipité jaune-orangé avec tous les composés carbonylés. Ce test montre la présence du groupe C=O, mais ne distingue pas aldéhyde et cétone.
b) Tests propres aux aldéhydes. Ils reposent sur le caractère réducteur des aldéhydes : un aldéhyde s'oxyde facilement en acide carboxylique (ou en ion carboxylate en milieu basique). Une cétone ne réagit pas.
| Réactif | Observation avec un aldéhyde | Ce qui se passe |
|---|---|---|
| Réactif de Schiff | coloration rose | (test à froid) |
| Liqueur de Fehling (ions Cu2+, bleue), à chaud | précipité rouge brique d'oxyde de cuivre(I) Cu2O | Cu2+ réduit en Cu2O |
| Réactif de Tollens (nitrate d'argent ammoniacal), au bain-marie | dépôt d'argent brillant (« miroir d'argent ») | Ag^+ réduit en Ag |
- 1J'ajoute quelques gouttes de DNPH au produit inconnu
- 2Pas de précipité : ce n'est ni un aldéhyde ni une cétone
- 3Précipité jaune-orangé : c'est un composé carbonylé, je fais un second test
- 4Liqueur de Fehling à chaud : précipité rouge brique, c'est un aldéhyde
- 5Liqueur de Fehling reste bleue : c'est une cétone
5. Équations des tests de Fehling et de Tollens
Ces réactions se font en milieu basique : l'aldéhyde est oxydé en ion carboxylate R-COO^-.
Demi-équation de l'aldéhyde en milieu basique : R-CHO + 3 HO^- → R-COO^- + 2 H2O + 2 e^-.
- Fehling : 2 Cu2+ + 2 HO^- + 2 e^- → Cu2O + H2O.
Bilan : R-CHO + 2 Cu2+ + 5 HO^- → R-COO^- + Cu2O + 3 H2O.
- Tollens : [Ag(NH3)2]^+ + e^- → Ag + 2 NH3 (× 2).
Bilan : R-CHO + 2 [Ag(NH3)2]^+ + 3 HO^- → R-COO^- + 2 Ag + 4 NH3 + 2 H2O.
En milieu acide (dichromate ou permanganate), l'aldéhyde s'oxyde en acide carboxylique :
R-CHO + H2O → R-COOH + 2 H^+ + 2 e^-.
Méthode
Pour identifier un composé carbonylé et remonter à l'alcool de départ :
- Je calcule la masse molaire si on me donne une masse ou un pourcentage, puis n avec M = 14n + 16.
- J'écris tous les isomères carbonylés possibles.
- J'utilise les tests : DNPH (groupe C=O), puis Schiff, Fehling ou Tollens (aldéhyde ou non).
- Je conclus : aldéhyde → alcool primaire ; cétone → alcool secondaire.
- J'écris les équations demandées en vérifiant éléments et charges.
Exemple
Un composé carbonylé saturé X a pour masse molaire 58 g/mol. Il donne un précipité rouge brique avec la liqueur de Fehling. On traite 2,9 g de X par un excès de liqueur de Fehling. Identifier X et calculer la masse de précipité.
14n + 16 = 58 donne 14n = 42, n = 3 : formule C₃H₆O.
Isomères : propanal CH₃–CH₂–CHO et propanone CH₃–CO–CH₃.
X réagit avec la liqueur de Fehling : c'est un aldéhyde, X = propanal.
n(X) = 2,9 / 58 = 0,050 mol. D'après le bilan, 1 mol d'aldéhyde donne 1 mol de Cu₂O.
M(Cu₂O) = 2 × 63,5 + 16 = 143 g/mol ; m = 0,050 × 143 = 7,15 g, soit environ 7,2 g.
Exemple
Oxydation de l'éthanal par le permanganate en milieu acide.
MnO₄⁻ + 8 H⁺ + 5 e⁻ → Mn²⁺ + 4 H₂O (× 2)
CH₃CHO + H₂O → CH₃COOH + 2 H⁺ + 2 e⁻ (× 5)
Somme simplifiée : 2 MnO₄⁻ + 5 CH₃CHO + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 5 CH₃COOH + 3 H₂O.
Contrôle des O : 8 + 5 = 13 à gauche ; 10 + 3 = 13 à droite. Charges : −2 + 6 = +4 ; 2 × 2 = +4.
6. Quelques usages
Le méthanal en solution (formol) sert à conserver des pièces biologiques au laboratoire. La propanone est un solvant très utilisé (dissolvant, nettoyage du matériel). Les aldéhydes à odeur agréable entrent dans la composition d'arômes.
3Je retiens
Je retiens
Groupe carbonyle C=O. Aldéhyde : R–CHO (carbone fonctionnel en bout de chaîne) ; cétone : R–CO–R'.
Formule des composés carbonylés saturés : CₙH₂ₙO ; M = 14n + 16 g/mol.
Nom : alcane + « -al » (aldéhyde, carbone 1) ; alcane + « -one » avec numéro (cétone).
DNPH : précipité jaune-orangé avec tous les composés carbonylés.
Aldéhydes seulement : Schiff (rose), Fehling à chaud (précipité rouge brique Cu₂O), Tollens (miroir d'argent).
R–CHO + 2 Cu²⁺ + 5 HO⁻ → R–COO⁻ + Cu₂O + 3 H₂O.
Alcool primaire → aldéhyde ; alcool secondaire → cétone.
4Erreurs fréquentes
- Croire que la DNPH distingue aldéhyde et cétone : elle réagit avec les deux.
- Écrire un numéro dans le nom d'un aldéhyde (« butan-1-al ») : le carbone du –CHO est toujours le carbone 1.
- Écrire R–COOH comme produit du test de Fehling : en milieu basique, on obtient l'ion carboxylate R–COO⁻.
- Oublier que la liqueur de Fehling s'utilise à chaud.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Nomme les composés suivants et précise s'il s'agit d'un aldéhyde ou d'une cétone.
a) CH3-CH2-CH2-CHO ; b) CH3-CO-CH2-CH2-CH3 ; c) CH3-CH(CH3)-CH2-CHO ; d) CH3-CH(CH3)-CO-CH3.
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a) Butanal (aldéhyde).
b) Pentan-2-one (cétone).
c) 3-méthylbutanal (aldéhyde) : la numérotation part du carbone du -CHO ; le méthyle est sur le carbone 3.
d) 3-méthylbutan-2-one (cétone) : chaîne de 4 carbones, C=O en 2, méthyle en 3.
2Exercice 2
Écris la formule semi-développée : a) du 2,2-diméthylpropanal ; b) de la pentan-2-one ; c) du 3-méthylbutanal.
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a) (CH3)3C-CHO ; b) CH3-CO-CH2-CH2-CH3 ; c) CH3-CH(CH3)-CH2-CHO.
3Exercice 3
Trois flacons non étiquetés contiennent du propan-1-ol, du propanal et de la propanone. Propose une suite de tests pour les identifier, en précisant les observations attendues.
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On ajoute de la DNPH dans chaque flacon : le propan-1-ol ne donne rien (ce n'est pas un composé carbonylé) ; le propanal et la propanone donnent un précipité jaune-orangé. Sur ces deux derniers, on fait le test à la liqueur de Fehling à chaud : le propanal donne un précipité rouge brique, la propanone laisse la liqueur bleue. (On peut remplacer la liqueur de Fehling par le réactif de Schiff : rose avec le propanal seulement.)
4Exercice 4
Écris l'équation-bilan de la réaction de l'éthanal avec le réactif de Tollens. Quelle masse d'argent obtient-on avec 0,44 g d'éthanal, le réactif étant en excès ? On donne M(Ag) = 108 g/mol.
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CH3-CHO + 2 [Ag(NH3)2]^+ + 3 HO^- → CH3-COO^- + 2 Ag + 4 NH3 + 2 H2O.
M(C2H4O) = 44 g/mol, n = 0,4444 = 0,010 mol. n(Ag) = 2 × 0,010 = 0,020 mol. m(Ag) = 0,020 × 108 = 2,16 g, soit environ 2,2 g.
5Exercice 5
(Type BAC) Un composé organique A, de formule CnH2nO, contient 22,2 % d'oxygène en masse.
a) Montre que n = 4.
b) A donne un précipité jaune-orangé avec la DNPH et ne réagit pas avec la liqueur de Fehling. Identifie A.
c) A est obtenu par oxydation ménagée d'un alcool B. Nomme B et donne sa classe.
d) Écris l'équation de l'oxydation de B par le dichromate en milieu acide.
e) Quelle masse de B faut-il oxyder pour obtenir 3,6 g de A, avec un rendement de 100 % ?
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a) 1614n + 16 = 0,222, donc 14n + 16 = 160,222 ≈ 72, d'où 14n = 56 et n = 4. Formule : C4H8O.
b) DNPH positive : composé carbonylé ; Fehling négatif : cétone. La seule cétone en C4 est la butanone CH3-CO-CH2-CH3.
c) B est le butan-2-ol CH3-CHOH-CH2-CH3, alcool secondaire.
d) Cr2O72- + 3 CH3-CHOH-CH2-CH3 + 8 H^+ → 2 Cr3+ + 3 CH3-CO-CH2-CH3 + 7 H2O.
e) M(A) = 72 g/mol, n(A) = 3,672 = 0,050 mol ; n(B) = n(A) = 0,050 mol. M(B) = M(C4H10O) = 74 g/mol, donc m(B) = 0,050 × 74 = 3,7 g.
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6Je vérifie
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