Aurélie février 2001


devoirs en terminale S

synthèse d'un ester .

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chauffage à reflux

extraction par solvant

 

 

  Il existe différentes méthodes d'obtention des parfums, parmi lesquelles la synthèse organique. Le benzoate de méthyle est un ester utilisé en parfumerie.

I. La molécule de benzoate de méthyle

Le benzoate de méthyle a pour formule brute C6H5COOCH3. Il comporte une fonction ester.

  1. Écrire l'équation-bilan de formation de l'ester en précisant les formules semi-développées de l'acide carboxylique et de l'alcool utilisés.

II. Synthèse du benzoate de méthyle : mode opératoire

Dans un ballon surmonté d'un réfrigérant (montage dit " à reflux "), on introduit un excès d'alcool, l'acide carboxylique, ainsi que de l'acide sulfurique. On chauffe le ballon du dispositif (chauffage dit " à reflux ") pendant un certain temps.

  1. Faut-il boucher le réfrigérant dans le montage à reflux ?
  2. Donner les caractéristiques de la réaction.
  3. Pourquoi chauffe-t-on ? Pourquoi utilise-t-on de l'acide sulfurique ?
  4. Donner la formule semi-développée d'un composé qui, utilisé à la place de l'acide carboxylique, rendrait la réaction totale.

III. Extraction du benzoate de méthyle

  1. Que contient le mélange réactionnel lorsqu'on arrête la manipulation, en supposant que la composition du mélange réactionnel n'évolue plus ?
  2. On cherche à extraire le benzoate de méthyle du mélange réactionnel. On propose un protocole : On ajoute de l'éther puis, prudemment, un excès d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium. On observe deux phases. Quelle est la nature de la phase inférieure ? de la phase supérieure ?
  3. Écrire les équations-bilan des réactions acido-basiques se produisant lors de l'addition d'hydroxyde de sodium. Les réactions sont-elles quantitatives ? Justifier à l'aide des constantes de réaction.
  4. Recenser les espèces chimiques présentes dans chaque phase.
  5. Ce protocole permet-il d'extraire le benzoate de méthyle ?
  6. Que se serait-il passé si l'on n'avait pas ajouté d'hydroxyde de sodium ?
  7. Lorsqu'on ajoute la solution aqueuse basique, il peut se produire une réaction parasite. Laquelle ? Écrire l'équation-bilan. Peut-on attendre une nuit par exemple avant de réaliser l'extraction ?

Espèce
Densité
Solubilité dans l'eau
Solubilité dans l'éther
Benzoate de méthyle
très faible
très grande
Alcool
très grande
plus faible
Acide carboxylique
très faible
très grande
Carboxylate
très grande
très faible
Ether
0,74
très faible
eau
1
très faible
autres ions
très grande
très faible
pKa (acide carboxylique / carboxylate) = 4,2

pKa (H2O/HO-) = 14

pKa (H3O+ / H2O) = 0

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corrigé



CH3OH + C6H5 COOH en équilibre avec C6H5 COO-CH3 + H2O

Il ne faut pas boucher le réfrigérant, sinon risque de surpression (le bouchon sauterait).

Estérification : équilibrée, lente, athermique.

On chauffe pour accélérer la réaction. L'acide sulfurique est un catalyseur : il permet d'augmenter la vitesse de la réaction sans modifier l'état d'équilibre.

chlorure d'acyle C6H5COCl ou anhydryde d'acide correspondante.

Le mélange réactionnel contient : l'ester, du méthanol, de l'acide carboxylique, de l'eau, l'acide sulfurique.

La phase inférieure est la phase aqueuse.La phase supérieure est la phase éthérée (moins dense que l'eau).

H3O+ + OH- donne 2H2O (1)

RCOOH + OH- donne RCOO- + H2O (2)

On met en présence acide et base les plus forts des 2 couples

faire la différence positive des pKa

K1= 1014

K2 = 109,8

Les réactions sont donc quantitatives

En milieu basique la forme ion carboxylate de l'acide carboxylique prédomine.

La phase aqueuse contient : l'eau, les ions, le méthanol, le carboxylate.La phase organique contient : l'éther et l'ester.

Ce protocole permet d'extraire l'ester puisqu'on arrive à l'isoler dans l'éther.

Si l'on n'avait pas ajouté d'hydroxyde de sodium, la forme acide prépondérante de l'acide carboxylique restant serait présent dans la phase organique. Ce protocole ne permettrait pas d'extraire l'ester.

FCOOCH3 + OH- donne F COO- + CH3OH

C'est une réaction de saponification. On ne peut donc pas attendre une nuit avant de réaliser l'extraction.


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