10.2 : Propriétés physiques des alcools et phénols

Les alcools sont des composés organiques dans lesquels un groupe hydroxy est attaché à un carbone saturé. Les phénols sont une classe d'alcools contenant un groupe hydroxy attaché à un cycle aromatique. Les propriétés physiques des alcools et des phénols sont influencées par les liaisons hydrogène dues au dipôle oxygène-hydrogène dans le groupe fonctionnel hydroxy et aux forces de dispersion entre les régions alkyle ou aryle des molécules d'alcool et de phénol.

Les alcools possèdent un point d'ébullition plus élevé que les hydrocarbures aliphatiques de poids moléculaires similaires en raison des liaisons hydrogène intermoléculaires. Comme dans les hydrocarbures, les forces de dispersion sont à l’origine du point d’ébullition plus élevé lorsque la longueur de la chaîne carbonée augmente.

La liaison hydrogène entre le groupe hydroxy et l'eau facilite la solubilité des alcools dans l'eau. Cependant, la solubilité dans l’eau dépend également de la longueur de la région alkyle ou non polaire de la molécule. Les alcools ayant une région alkyle contenant jusqu'à trois atomes de carbone sont miscibles à l'eau. À mesure que la longueur de la chaîne augmente, l’augmentation de la surface de la région non polaire entrave la solvatation par les molécules d’eau.

La solubilité des alcools ramifiés est supérieure à celle des alcools linéaires de poids moléculaire similaire. La ramification réduit la surface des interactions intermoléculaires entre les régions non polaires ; par conséquent, la région hydrophobe non polaire est plus petite. En raison des interactions intermoléculaires plus faibles, les points d’ébullition des alcools ramifiés sont inférieurs à ceux des alcools linéaires correspondants.

Plusieurs sites de liaison hydrogène dans une molécule augmentent le point d’ébullition ; par conséquent, les diols et les aminoalcools possèdent des points d’ébullition plus élevés et une meilleure solubilité dans l’eau que les alcools.

Comparés aux alcools linéaires, les alcools cycliques ne peuvent exister que dans un nombre limité de conformations en raison de restrictions stériques. L'augmentation des interactions intermoléculaires résultant de l'étroitesse de l'alcool cyclique dans la phase liquide entraîne un point d'ébullition plus élevé que celui d'un alcool linéaire.

Les liaisons hydrogène intermoléculaires jouent également un rôle dans la définition du point d'ébullition élevé et de la solubilité des phénols dans l'eau. Le point d'ébullition du phénol est supérieur à celui de l'alcool aliphatique correspondant en raison de l'étroitesse des molécules de phénol, facilitée par les interactions d'empilement π – π entre les grands anneaux aromatiques plans. Les anneaux aromatiques serrés augmentent la surface de la région non polaire dans la phase liquide et limitent la solubilité du phénol (9,3 g dans 100 g H₂O). Cependant, cette solubilité est supérieure à celle des alcools de poids moléculaire similaire en raison de la polarité accrue du dipôle de la liaison oxygène-hydrogène induite par les cycles aromatiques attracteurs d'électrons adjacents.

Structure	Nom	Poids moléculaire (g/mol)	Point d'ébullition(oC)	Solubilité (g/100 g H2O)
	1-Butanol	74	118	9.1
	Isobutanol	74	108	10
	tert-Butanol	74	83	miscible (∞)
	Pentane	72	36	insoluble
	Propane-1,2-diol	76	188	miscible (∞)
	1-Hexanol	102	156	0.6
	Cyclohexanol	100	162	3.6
	Phénol	94	182	9.3
	Toluène	92	110	insoluble

Les alcools sont largement utilisés comme antiseptiques en raison de leurs propriétés antibactériennes. L'isopropanol ou l'éthanol est le principal composant du désinfectant pour les mains. Un agent antibactérien idéal doit avoir une région non polaire ou une région alkyle importante qui peut pénétrer dans les membranes cellulaires des micro-organismes et les détruire. En même temps, il doit avoir une solubilité élevée dans le milieu de transport, à savoir l’eau. Dans les alcools plus petits, l'équilibre optimal entre ces deux conditions est rempli.