estérification, hydrolyse, saponification

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l'action d'un chlorure d'acyle ou d'un anhydride d'acide (R-CO)2O sur un alcool donne un ester

la réaction est totale

l'action d'un acide carboxylique sur un alcool donne un ester et de l'eau

la réaction est limitée par l'hydrolyse de l'ester, athermique, lente

La réaction d'hydrolyse d'un ester est la réaction entre un ester et l'eau conduisant à un acide carboxylique et à un alcool. Cette réaction d'hydrolyse est la réaction inverse de la réaction d'estérification.

Estérification et hydrolyse constituent une réaction réversible aboutissant à un équilibre chimique où les quatre composés coexistent dans des proportions constantes ( équilibre dynamique : les deux réactions continuent d'avoir lieu mais avec des vitesses égales, la composition à l'équilibre ne change pas.).


comment atteindre plus rapidement l'équilibre ?

sans modifier la composition du mélange à l'équilibre

utiliser un catalyseur H3O+

élever la température

comment déplacer l'équilibre vers la formation de l'ester?

utiliser un réactif en excès

éliminer l'un des produit par distillation au fur et à mesure qu'il se forme

Influence de la nature des réactifs

Le taux d'avancement de l'estérification ne dépend pratiquement pas de la nature de l'acide carboxylique utilisé. Par contre la classe de l'alcool est déterminante comme le montre les valeurs indicatives concernant un mélange équimolaire d'acide et d'alcool données dans le tableau ci-dessous:

pour un alcool primaire R'—CH2—OH
67%
pour un alcool secondaire R'—CHOH—R"
60%
pour un alcool tertiaire
5%


L'hydrolyse basique d'un ester ( ou saponification) est la réaction de l'ion hydroxyde HO - avec cet ester. On obtient un ion carboxylate et un alcool. La saponification d'un ester est une réaction assez rapide et totale. L'avancement final est égal à l'avancement maximal. Le taux d'avancement final est égal à 1.

 

Les corps gras sont des triesters du propan-1, 2, 3-triol ( glycérol) et d'acides gras (acide à chaîne non ramifiée, à nombre pair d'atomes de carbone, en général de 10 à 20 atomes C).

Un savon est hydrophile, lipophile, amphiphile

L’ion carboxylate du savon possède une extrémité négative attirée par l'eau. Cette extrémité est hydrophile (amie de l'eau).

L'ion carboxylate possède également une chaîne carbonée lipophile (amie des lipides ).

L'ion carboxylate possèdant une partie lipophile et une partie hydrophile est un amphiphile.

La partie hydrophile est lipophobe (peur des lipides) et la partie lipophile est hydrophobe (peur de l'eau).

Un savon est peu actif :

- dans une eau très calcaire car les ions carboxylate R – COO - constituants le savon précipitent avec l’ion Ca2+ ou Mg2+.

- en milieu acide car une partie des ions carboxylate disparaît ( déplacement de l'équilibre acide / base vers la forme acide AH)

- dans une eau salée car, en présence des ions Na+, l'équilibre suivant évolue vers la droite :

R-COO- (aq) + Na+ (aq) = R-COONa(s)




exercice 1
estérification - montage de distillation fractionnée

Dans le ballon du montage représenté on introduit 23g d'acide méthanoique , 23 g d'alcool pur, 1 mL d'acide sulfurique concentré et quelques grain de pierre ponce. Le chaufe ballon porte ce mélange à ébullition. vrai ou faux

Composé
temp. ébullition °C
ac méthanoique
101
éthanol
78
méthanoate d'éthyle
54

  1. la pierre ponce est un catalyseur
  2. on recueille dans l'éprouvette du méthanoate d'éthyle
  3. alors que le mélange bout et pendant qu'il coule du liquide , le thermomètre affiche 100°C
  4. Avec ce dispositif il est possible en théorie de recueillir 37 g de produitdans l'éprouvette.

corrigé


faux la pierre ponce n'est pas un catalyseur ( les ions hydronium issus de l'acide sulfurique catalysent l'estérification et l'hydrolysede l'ester. la pierre ponce régularise l'ébullition.

la seconde affirmation est vraie.

faux. l'ester, le plus volatil distille et le thermomètre indique 54 °C tant que l'ester distille, ensuite suivant l'intensité du chauffage la température agmente ou diminue

vrai Ce dispositif élimine l'ester au fur et à mesure qu'il se forme. L'équilibre entre les 4 composés( alcool, acide ester et eau) est déplacé dans le sens formation de l'ester.

Initialement , 0,5 mol d'acide et o,5 mol d'alcool :on peut , en théorie, obtenir à partir de 0,5 mol d'acide , 0,5 mol d'ester soit 37 g.


exercice 2
caractéristiques d'une réaction d'estérification

 Réaction entre l'acide éthanoique et un alcool le 2-méthylbutan-1-ol noté B.

  1. Ecrire l'équation bilan et donner les caractéristiques de cette réaction
  2. On mélange 16 g d'acide acétique , 8 g d'alcool B et 0,5 mL d'acide sulfurique . On chauffe à refluxpendant 1 heure. A quoi sert l'acide sulfurique ? Pourquoi chauffe t-on ? C=12; H=1 ; O=16 g mol-1.
  3. Les conditions sont-elles stoéchiométriques ? si non à quoi sert le réactif en excès ?
  4. On obtient 7 g d'ester. Quel est le rendement ?
  5. Quels autres réactifs conduisent à l'ester à partir de l'alcool B ?

corrigé




lente, limitée, athermique

l'acide sulfurique est un catalyseur


la vitesse de la réaction est d'autant plus grande que la température est plus élevée
température : facteur cinétique
Qté de matière d'alcool:8/88= 0,09 mol ;

Qté de matière d'acide éthanoique :16/60=0,26 mol ;

un réactif, l'acide éthanoique est en excés l'équilibre est déplacé vers la formation d'ester.

masse (g) divisée par masse molaire(g mol -1)
masse théroique d'ester = masse molaire ester* qté matière d'ester (mol)

autant de mol d'ester que de mol d'alcool soit 0,09 mol

donc 130*0,09 = 11,7 g ester

rendement = masse expérimentale / masse théroique = 7/11,7 =0,6 ou 60%

à partir du chlorure d'acyle ou de l'anhydride la réaction d'esterification est totale


exercice 3
% massique et formule brute d'un ester

La combustion de 5,1 g d'un ester fournit 11 g de dioxyde de carbone.

  1. Ecrire l'equation bilan de la réaction de combustion de cet ester en fonction de n et n', nombres d'atomes de carbone des groupements saturés R et R' de l'ester ; on posera N=n+n'
  2. Déduire des résultats expérimentaux, la formule brute de l'ester.
  3. Quel est le volume de dioxygène nécessaire à la combustion ?
C=12; O=16; H=1 gmol-1. 22,4 L mol-1.
corrigé
formule brute d'un ester : CNH2NO2

ou bien

CNH2NO2 + (1,5 N -1)O2 ---> N CO2 + N H2O


pourcentage massique :

dans 44 g de CO2 il y a 12 g de carbone

dans 11 g de CO2 il y a 3 g de carbone soit 3/5,1 *100= 58,8% de carbone en masse

masse molaire de l'ester M= 12 N+2N+2*16

d'où N=5 atomes de carbone et C5H10O2.


volume de dioxygène :

masse molaire de l'ester : 5*12+10+32 =102 gmol-1.

Qté de matière en mol d'ester : 5,1 / 102 =0,05 mol

d'après l'équation bilan : 0,05 *(1,5*5-1)=0,05*6,5 =0,325 mol dioxygène

soit en volume : 22,4 *0,325 = 7,28 L

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