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Chapitre 9 Réaction d

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Réaction d’estérification et d’hydrolyse
Chapitre 9
Introduction :
L’arome de banane par exemple est dû à ester : éthanoate de
butyle, c’est un composé organique qu’on peut le synthétiser a
partir de la réaction d’un alcool avec un acide carbonylique ou
anhydride d’acide.
Quel est le groupe caractéristique d’un ester ?
Quelles sont les caractéristiques
de la réaction de
l’estérification (synthèse d’un ester)?
Comment contrôler l’évolution de l’estérification?
Comment améliorer le rendement de l’estérification ?
I-Rappel : nomenclature des alcanes :
1-Nombre des boulets liants :
Atome
Numéro atomique
Répartition
électronique
Nombre des
doublets liants
Types de liaisons
Carbone (C)
Oxygène (O)
Hydrogène (H)
2-les alcanes linéatures et les radicaux alkyles :
Les alcanes sont des hydrocarbures saturés de formule brute générale : Cn H2n+2
Nombre
d’atome de
carbone
d’un alcane
1
2
3
4
5
6
7
Sa formule
brute
Son nom
C H4
C2 H6
C3 H8
C4H10
C5H12
C6 H14
C7 H18
méthane
éthane
propane
butane
pentane
hexane
heptane
Nombre
d’atome de
carbone
d’un alkyle
1
2
3
4
Sa formule
brute
Son nom
‫ـــ‬C H3
‫ـــ‬C2 H5
‫ـــ‬C3 H7
‫ـــ‬C4H9
méthyle
éthyle
propyle
butyle
3-Nomenclature des alcanes ramifiés :
Le nom principal de l'alcane ramifié est donné par la chaine carbonée la plus longue que l’on le précède
par les noms des radicaux alkyls classés par ordre alphabétique et numérotés en utilisant les plus petits
nombres possibles.
Exemples :
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II-Composés organiques oxygénés :
1- Alcools :
 Un alcool est une espèce organique dans laquelle un groupe hydroxyle ‫ــــ‬OH est fixé sur un
atome tétragone.
 La formule générale d’un alcool est R ‫ ـــ‬OH ; R un alkyle linéaire o ramifié.
 Calasse d’alcools : suivant le nombre de chaines carbonées portées par le carbone fonctionnel ,
un alcool est primaire , secondaire ou tertiaire
Alcool primaire
Alcool secondaire
Alcool tertiaire
 Nomenclature des alcools :
Le nom d’un alcool dérive de celui de l’alcane de même squelette carboné en remplaçant le « e » final par
la terminaison « ol », précédée de l’indice de position, le plus petit possible, du groupe hydroxyle sur la
chaine carbonée principale.
Exemples :
2- Acides carboxyliques :

Un acide carboxylique possède le
caractéristique, appelé groupe carboxyle
groupe
 La formule générale d’un acide carboxylique est :
 Nomenclature des acides carboxyliques
Le nom d’un acide carboxylique dérive de celui de l’alcane de même squelette carboné en remplaçant le
« e » final par la terminaison « oïque », l’ensemble étant précédé par le mot acide.
Exemples :
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3- Anhydrides d’acides:
 Un anhydride d’acide est un composé organique
qui possède le groupe caractéristique
Il résulte de l’élimination d’une molécule d’eau entre les
deux molécules d’acides carboxylique, selon l’équation :
 Nomenclature d’anhydrides d’acides
Un anhydride se nomme en remplaçant le mot acide par le mot anhydride dans le nom de l’acide
carboxylique correspondant.
Exemples :
4- Groupes d’ester:
 Un ester est un composé organique qui possède le groupe
caractéristique :
 La formule générale des esters s’écrit :
 Nomenclature des esters :
Le nom d’un ester comporte deux termes :
Le premier qui se termine par « oate » , désigne la chaine dite principale provenant de l’acide
carboxylique.
Le seconde, qui se termine par « yle », est l nom du groupe alkyle lié à l’atome d’oxygène par une
liaison simple.
Exemples :
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III-Réactions d’estérification et d’hydrolyse d’un ester :
1-Réactions d’estérification :
 L’estérification est la réaction entre un acide carboxylique et un alcool ; la réaction conduit à un
ester et à de l’eau.
 Caractéristiques d’estérification :
L’estérification est une réaction lente et limitée. (on va vérifier ça dans le paragraphe IV)
Exemple1 : Ecrire, par des formules semi-développées, l’équation de la réaction d’estérification entre
l’acide éthanoïque et le butan-1-ol.
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Exemple2 : Ecrire, par des formules semi-développées, l’équation de la réaction d’estérification entre
l’acide éthanoïque et propan-2-ol.
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2-Réactions d’hydrolyse :
 L’hydrolyse d’un ester est la réaction inverse de l’estérification. La réaction entre un ester et
l’eau conduit à la formation d’un acide carboxylique et d’un alcool.
 Caractéristiques d’hydrolyse :
L’estérification est une réaction lente et limitée. (on va vérifier ça dans le paragraphe IV)
Exemple1 : Ecrire, par des formules semi-développées, l’équation d’hydrolyse éthanoate de butyle.
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Exemple2 : Ecrire, par des formules semi-développées, l’équation d’hydrolyse de propanoate d’éthyle.
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IV- L’équilibre d’estérification et d’hydrolyse :
1-Etat d’équilibre d’estérification :
Cette étude a été réalisée par le chimiste français
Berthelot en 1862 dont le protocole expérimental est le
suivant:
Un mélange équimolaire constitué d'une mole d'éthanol
C2H5OH et une mole d'acide éthanoïque CH3COOH est
repartie après homogénéisation, dans plusieurs tubes à
essaies identiques scellées et placés à température
constante 1000C .
Dans chaque tube démarre l'estérification et les divers
échantillons évoluent en parallèle, de façon identique.
Pour déterminer le nombre de moles d'ester formé à un
instant t donné, on prélève un tube et on lui fait subir
une trempe dans glacée pour arrêter la réaction puis
on dose l’acide présent (restant) dans le tube à cet
instant t à l’aide d’une solution de soude (𝑵𝒂+
(𝒂𝒒) +
−
𝑯𝑶(𝒂𝒒) ) de concentration connue.
Les résultats obtenus :
t(h)
n(acide restant)
0 2
1 0 ,82
4
0,74
10
0,62
20
0,51
30
0,44
40
0,42
80
0,38
100
0,34
150
0,33
200
0,33
300
0,33
Tableau d’avancement :

Calculer de 𝒙é𝒒 et 𝒙𝒎𝒂𝒙 , en déduire ?
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 Quantité de matière d’ester formé :
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0 2
4
10
20
30
40
80
100
150
200
300
t(h)
n(ester formé)
 Courbe d’évolution au cours du temps de n(acide restant) et n(ester formé)
Pour obtenir un mélange de composition constante à 100 °C, on a besoin de 150 heures , donc la réaction
d'estérification est une réaction est ....................................
A l'état final la composition du mélange devient constante
mais aucun des réactifs n'a disparu donc la réaction
d'estérification est ............................................
La réaction d’estérification est lente et limitée
Rendement d’estérification :
Le rendement de la réaction d'estérification est égal au
rapport de la quantité de matière du produit obtenue
nexp(ester) par celle nmax(ester) maximale attendue :
.
𝑛𝑒𝑥𝑝
𝑟=
𝑛𝑚𝑎𝑥
Calcul du rendement de cette estérification :
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Constante d’équilibre d’estérification :
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Remarque : influence de la classe de l’alcool
L’éthanol utilisé précédemment est un alcool primaire, classe pour laquelle le rendement de réaction
atteint 𝒓 = 67 %.
Dans les mêmes conditions de réaction (mélange équimolaire), le rendement dépend de la classe de
l’alcool utilisé,
 𝒓= 60 % pour un alcool secondaire
 𝒓< 10 % pour un alcool tertiaire
2-Etat d’équilibre d’hydrolyse :
Considérons à présent la réaction d’hydrolyse d’un
mélange d’une quantité de matière n = 1,0 mol
d’éthanoate d’éthyle et d’une quantité de matière
n = 1,0 mol d’eau, réaction inverse de l’estérification
précédente.
Par la même étude faite précédemment, on obtient la
courbe d’évolution au cours du temps ci-contre
La réaction d’hydrolyse est caractérisée par un état
d’équilibre qui s’établit au cours du temps. La figure cicontre montre l’évolution temporelle vers cet état
d’équilibre dans lequel le tiers des réactifs a réagi.
Tableau d’avancement :
Equation de la réaction
Etat du système
avancement
Etat initial
Etat intermédiaire
Etat final
La réaction d’hydrolyse est lente et limitée
Calcul du rendement de cette hydrolyse :
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Constante d’équilibre d’hydrolyse :
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Conclusion
Les réactions d’estérification et d’hydrolyse sont lentes et limitées.
L’état d’équilibre obtenu par la réaction d’estérification ou par la réaction d’hydrolyse est identique et
peut être résumé ainsi.
Pour un mélange équimolaire :
V- Contrôle de la réaction d’estérification/hydrolyse:
Les réactions d’estérification et d’hydrolyse étant inverses l’une de l’autre, les facteurs qui agissent sur
l’une agissent également sur l’autre.
1-Contrôle de la vitesse de réaction :
Pour augmenter la vitesse de réaction d’une
estérification ou d’une hydrolyse, il est
possible :
d’utiliser un catalyseur (par exemples
les ions 𝑯𝟑 𝑶+ ), qui augmente la
vitesse de réaction sans modifier l’état
final
d’élever la température (augmenter
la température)
2-Contrôle de l’état final :
Il est possible d’augmenter le rendement de la réaction d’estérification ou d’hydrolyse :
en utilisant l’un des réactifs en excès.
en prélevant l’un des produits au cours de sa formation
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Annexe :
Ce montage est utilisé pour
l’estérification ou l’hydrolyse ,
son intérêt est:
-Accélérer la réaction
-éviter les pertes des réactifs et
des
produits
du
milieu
réactionnel.
Appareil Dean-Stark
Ce montage est utilisé pour
l’élimination d’ester, si sa
température d’ébullition est Ce montage est utilisé pour
nettement inferieur à celle des l’élimination de l’eau piégé via
autres constituants du système le robinet.
Exercice d’entrainement : Etude de la réaction entre l’acide propanoïque
et l’éthanol -PC2016 SN
On mélange dans un ballon, la quantité n0= 0,5mol de l’acide propanoïque avec la même quantité
n0= 0,5mol d’éthanol pur, puis on chauffe à reflux le mélange réactionnel pendant une certaine durée.
On obtient à la fin de la réaction la quantité nE= 0,33mol d’un composé organique E.
1. Citer deux caractéristiques de cette réaction.
2. Ecrire la formule semi développée du composé E et donner son nom.
3. Dresser le tableau d’avancement de la réaction.
4. Calculer le rendement r de cette réaction.
Autre question :
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5-proposer deux méthodes pour accélérer la réaction et deux méthodes pour améliorer le rendement.
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Exercices
Exercice 1 : Etude de la réaction de l’éthanoate d’éthyle avec l’eau-PC2016 SR
On mélange dans un ballon 1 mol d’éthanoate d’éthyle pur avec 1 mol d’eau distillée, on ajoute quelques
gouttes d’acide sulfurique concentré et on chauffe à reflux le mélange réactionnel pendant un certain
temps. Une réaction chimique se produit.
A l’équilibre, il reste 0,67 mol d’éthanoate d’éthyle.
1. Quel est le rôle de l’acide sulfurique ajouté ?
2. Citer deux caractéristiques de cette réaction.
3. Ecrire l’équation de la réaction chimique étudiée en utilisant les formules semi-développées.
4. Calculer la constante d’équilibre K associée à l’équation de cette réaction chimique.
Exercice 2 : Etude cinétique de l’hydrolyse d’un ester-PC2012 SR
Le composé organique éthanoate-3 méthyle butyle est caractérisé par une bonne odeur qui ressemble à
celle de la banane , il est ajouté comme parfum dans quelques confiseries et des boissons et le yourte .
Cette partie de l’exercice a pour objectif l’étude cinétique de la réaction de l’hydrolyse de l’éthanoate-3
méthyle butyle et la détermination de la constante d’équilibre de cette réaction.
Données :
La formule semi développée de l’éthanoate-3 méthyle butyle noté E :
 Masse molaire du composé E : M(E) = 130 g.mol-1 .
 Masse volumique du composé E : ρ(E) = 10,87 g.ml-1 .
 Masse molaire de l’eau : M(H2O) = 18 g.mol-1 .
 Masse volumique de l’eau : ρ(H2O) = 1 g.ml-1 .
On verse dans un ballon le volume V(H2O) = 35 mL d’eau distillée et le met un bain marie de température
constante et on lui ajoute le volume V(E) = 15 mL du composé E , et on obtient un mélange de volume
V = 50 mL .
1- Déterminer le groupe caractéristique du composé E .(0,25 pt)
2- Écrire l’équation de la réaction modélisant l’hydrolyse du composé E en utilisant les formules semi
développées .(0,75 pt)
3- On suit l’évolution de l’avancement x(t) de la réaction en fonction du temps et on obtient la courbe
suivante.
𝟏
𝒅𝒙 𝒕
3-1- La vitesse volumique de la réaction est exprimée par v(t) = 𝐕 × 𝒅𝒕 , avec V le volume total du
mélange ,calculer en mol.L-1.min-1 la valeur de la vitesse à l’instant t = 20 min .La droite T représente la
tangente à la courbe au point d’abscisse t = 20 min . (0,5 pt)
3-2- Déterminer graphiquement l’avancement final 𝒙𝒇 et le temps de demi-réaction t1/2 .(0,5 pt)
4- Dresser le tableau d’avancement du système chimique et déterminer la composition du mélange à
l’équilibre. (1,5 pt)
5- Déterminer la constante d’équilibre K associée à l’hydrolyse du composé E. (0,5 pt)
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Exercice 3 :
A une température 𝜽=80°C, on réalise un mélange équimolaire en partant initialement de n0 mol d’acide
éthanoïque CH3COOH et n0 mol d’éthanol CH3CH2OH additionné de quelques gouttes d’acide sulfurique
concentré. On suit l’évolution de la réaction en évaluant la quantité d’acide restant en fonction du
temps.(figure1)
1)-Ecrire l’équation de la réaction d’estérification.
2)-En utilisant la courbe de la figure-1- :
a)-Déterminer le nombre de mol n0 d’acide et d’alcool à l’état initial.
b)-Dresser le tableau d’avancement et montrer que l’avancement final est xf= 0.04 mol.
c)-Déterminer le taux d’avancement final. Quelle caractéristique de la réaction d’estérification est
confirmée par ce résultat
3)- Déterminer la composition du mélange à l’équilibre dynamique.
4)-En déduire la constante d’équilibre K.
Exercice 5 : Étude de la réaction de l’acide butanoique avec le méthanol -PC2012 SR
La réaction entre l’acide butanoique avec le méthanol produit un composé organique E et l’eau . On
modélise cette réaction par l’équation suivante :
CH3CH2CH2COOH + CH3OH ⇄ CH3CH2CH2COOCH3 + H2O
1- Citer le nom du groupe auquel appartient le composé E , et donner son nom . (0,5 pt)
2- On verse dans un ballon qui plongé dans de l’eau glacée , n1 = 0,1 mol d’acide butanoique
et n2 = 0,1 mol de méthanol et quelques gouttes d’acide sulfurique concentrée et quelques gouttes de
phénolphtaléine , et on obtient un mélange de volume V = 100 mL .
Donner l’intérêt de l’utilisation de l’eau glacée et le rôle que joue l’acide sulfurique dans cette réaction
.(0,5 pt)
3- Pour suivre l’évolution de cette réaction , on verse dans 10 tubes le même volume du mélange et on
ferme bien les tubes , et le met dans un bain marie de température constante (100°C) et on déclenche le
chronomètre à l’instant t = 0 .
Pour déterminer l’avancement de la réaction en fonction du temps , on sort les tubes du bain marie l’un
après l’autre et on les met dans de l’eau glacée , et on dose l’acide restant dans chaque tube à l’aide d’une
solution d’hydroxyde de sodium (Na+aq + HO-aq ) de concentration C = 1 mol.L-1.
L’équation modélisant la réaction du dosage s’écrit sous la forme suivante :
𝑯𝑨 𝒂𝒒 + 𝑯𝑶− 𝒂𝒒 → 𝑨− 𝒂𝒒 + 𝑯𝟐 𝑶(𝒍) .
Montrer que l’avancement x de la réaction de l’estérification peut s’écrire sous la forme :
x (mol) = 0,1 - (10.C.VBE )
avec VBE le volume d’hydroxyde de sodium versé à l’équivalence dans chaque tube . (1 pt)
4- Les résultats de l’étude expérimentale ont permis de tracer le graphe représentant les variations de
l’avancement x de l réaction d’estérification en fonction du temps .
La droite T est la tangente à la courbe à t = 0.
En vous basant sur le graphe déterminer :
4-1- Déterminer la vitesse volumique de la réaction aux instants to =0 et t1 = 50 min .(0,75 pt)
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4-2- Le temps de demi-réaction t1/2 .(0,5 pt)
4-3- Le quotient de la réaction à l’équilibre Qr,eq. (0,75 pt)
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