Estérification et hydrolyse Etat d`équilibre et chimie organique

Chimie – Terminale S
Chapitre 8
Cours
1
Estérification et hydrolyse
Etat d’équilibre et chimie organique
Les esters constituent une nouvelle famille de molécules organiques aux propriétés très importantes dans notre quotidien.
L’aspirine, par exemple, est un ester ; beaucoup d’esters ont des odeurs caractéristiques qui leur valent d’être grandement
utilisés dans la synthèse de parfums ou de saveurs…
H C
O
O CH2CH3
méthanoate d’éthyle, à l’odeur de rhum
CH3C
O
O CH2CH2CH
CH3
CH3
éthanoate de 3-méthylbutyle, à l’odeur de banane
1 – Une nouvelle famille de composés organiques : les esters
La synthèse des esters fait intervenir des composés organiques appartenant à deux grandes familles
étudiées en 1ère S : les alcools et es acides carboxyliques. Il est important de savoir les reconnaître et les
nommer.
1.1 – Les alcools et les acides carboxyliques
1.1.1 – Les alcools : le groupe caractéristique hydroxyle
Un alcool contient le groupe caractéristique hydroxyle –OH lié à un groupe alkyle (chaîne principale).
On le note de manière générale R – OH où « R – » est le groupe alkyle ou chaîne carbonée ; l’atome de
carbone C lié au groupe – OH est le carbone fonctionnel de l’alcool.
La nomenclature d’un alcool est obtenue en remplaçant le « e » final de l’alcane de même squelette
carboné par la terminaison « –ol », précédée si nécessaire du numéro de l’atome de carbone lié au
groupe « –OH ».
On repère la chaîne principale, c’est-à-dire celle, linéaire (sans ramification), qui contient le plus grand
nombre d’atomes de carbone, et le groupe caractéristique : elle donne le nom du radical alkyle.
Ici, il s’agit du groupe propyle à 3 atomes C, issu du propane.
On numérote cette chaîne principale en prenant soin d’affecter le numéro le plus petit au carbone
fonctionnel, c’est-à-dire celui qui porte le groupe hydroxyle – OH.
CH3CH
CH3
CH2OH
123
CH3CH
CH3
CH2OH

Chimie – Terminale S
Chapitre 8
Cours
2
On détermine la nature des ramifications et leurs positions. Ici, le carbone n°2 porte une ramification
méthyle d’où le nom de cet alcool, le 2–méthylpropan–1–ol.
D’autres exemples
On distingue trois types d’alcools selon le nombre d’atomes de carbone vicinaux (immédiatement
voisins) portés par le carbone fonctionnel.
1.1.2 – Les acides carboxyliques : le groupe caractéristique carboxyle
Un acide carboxylique contient un groupe carboxyle
où un atome de carbone est
d’une part doublement lié à un atome d’oxygène
d’autre part, lié à un groupe hydroxyle –OH
Les acides carboxyliques se notent généralement R–COOH ou R–CO2H où R est une groupe alkyle
(chaîne carbonée).
Le nom d’une acide carboxylique est obtenu en accolant le mot « acide » au nom de l’alcane de même
squelette carboné dont le « e » final est remplacé par la terminaison « –oïque ».
CH3CH
C
H
3
CH2OH Groupe fonctionnel hydroxyle
Ramification méthyle
Chaîne principale propane
CH3CH
CH3
C CH3
CH3
OH
2,3–diméthylbutan–2–ol
CH3C CH3
CH3
OH
2–méthylpropan–2–ol
C
H
3
CH
2
CH
2
CH
2
O
H
butan
–
1
–
ol
CH3CH2CH2CH2OH
butan
–
1
–
ol
alcool primaire (I)
CH3CH CH3
OH
propan–2–ol
alcool secondaire (II)
CH3C CH3
CH3
OH
2–méthylpropan–2–ol
alcool tertiaire (III)
C
O
OH
R

Chimie – Terminale S
Chapitre 8
Cours
3
La chaîne carbonée la plus longue de l’acide donne le nom du
radical. Cette chaîne comporte une ramification méthyle, et le
carbone fonctionnel porte le n°1.
Ici, la chaîne carbonée la plus longue possède 4 atomes de
carbone, elle correspond à l’acide butanoïque. Ajoutons la
ramification : la molécule est le 2–méthylbutanoïque.
1.2 – Les esters
Les esters sont des molécules très souvent odorantes présentes dans les produits naturels (banane,
lavande, coco, etc…). Leurs utilisations et applications industrielles sont vastes : essence de parfumerie,
arôme alimentaire, solvant en parapharmacie…
Un ester s’écrit généralement RCOOR’ ou RCO2R’ et présente l’enchaînement suivant,
La nomenclature d’un ester est composée de deux termes,
le premier dérive de la nomenclature de l’acide carboxylique en remplaçant la terminaison –
oïque par la terminaison –oate
le second correspond au nom du groupe alkyle lié à l’atome d’oxygène
La méthode est la suivante.
1. On repère le groupe caractéristique ester.
2. La chaîne carbonée de l’ester qui porte le carbone du groupe –COO– correspond à l’acide
carboxylique ; le nom de cet acide est déterminé par les règles habituelles (chaîne la plus
longue puis ramifications et positions).
3. Le nom de l’autre chaîne carbonée de l’ester est donné grâce aux règles de nomenclature
des alcanes.
L’ester s’appelle donc le propanoate de 2-méthylpropyle.
CH3CH2CH
CH3
C OH
O
1
2
34
H3C CH2C OH
O
acide propanoïque
CH CH2C OH
O
CH3
CH3
acide 3–méthylbutanoïque
R C
O
O R'
CH3CH2C O
O
CH2CH
CH3
CH3
Chaîne de l’acide : ici, c’est
l’acide propanoïque.
Ce groupe est le 2-méthylpropyle.
dérivé d’acide
carboxylique
dérivé
d’alcool

Chimie – Terminale S
Chapitre 8
Cours
4
D’autres exemples.
2 – Estérification et hydrolyse des esters
2.1 – Analyse du groupe caractéristique ester
L’analyse du groupe caractéristique ester montre qu’on y trouve deux types d’enchaînement d’atomes de
carbone et d’oxygène,
celui qui constitue le groupe caractéristique acide carboxylique
celui qui constitue le groupe caractéristique alcool
Ce sont les deux réactifs à partir desquels l’ester est synthétisé. Par exemple, l’éthanoate de propyle a
une structure qui suggère sa synthèse à partir d’acide éthanoïque et de propan-1-ol.
2.2 – L’estérification et l’hydrolyse
2.2.1 – L’estérification
L’estérification est la réaction entre un acide carboxylique et un alcool ; la réaction conduit à un ester et
à de l’eau.
Remarque importante : où la rupture et la formation de la fonction ester s’effectue-t-elle ?
On peut le déterminer à l’aide d’un traceur radioactif. Par exemple, en marquant l’alcool avec un
oxygène radioactif (isotope 18), on constate que l’ester formé est radioactif : cela indique que l’oxygène
qui lie l’acide et l’alcool est celui de l’alcool ; la molécule d’eau comporte donc l’oxygène de l’acide.
Cette information permet de mieux comprendre le mécanisme de formation de l’ester (que l’on ne
détaillera pas en Terminale).
Un exemple.
CH3HC C O
O
CH2CH2CH3
CH3
CH2HC C O
O
CH2CH3
CH3
CH3
2-méthylpropanoate de propyle 2-méthylbutanoate d’éthyle
CH3C O
O
CH2CH2CH3
R1C
O
OH
+
R2OH
R1C
O
OR2
+
HOH
CH3C
O
OH
+
CH2OH
CH2
CH2 CH3
CH3C
O
OCH2CH2CH2CH3
+
HOH
acide acétique butan-1-ol
acétate de butyle

Chimie – Terminale S
Chapitre 8
Cours
5
2.2.2 – L’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.
3 – L’équilibre d’estérification et d’hydrolyse
3.1 – Notion de rendement
On montre par l’expérience que les réactions opposées d’estérification et d’hydrolyse présentent un état
d’équilibre à l’état final. Cette approche a été menée dès 1860 par Marcellin Berthelot et son
collaborateur Péan de Saint-Gilles.
On observe que les quantités d’acide dosé tendent à devenir constantes au cours du temps : ce réactif n’a
pas totalement disparu, on dit que la réaction d’estérification est limitée.
Pour mesurer l’efficacité d’une réaction, on a coutume d’introduire la notion de rendement,
max
éq
n
n
où néq est la quantité de matière obtenue du produit synthétisé et nmax est la quantité de matière attendue
du même produit si la réaction est totale. De manière équivalente par simplification, ce qui peut être utile
en TP, on a
max
éq
m
m
3.2 – Etat d’équilibre de l’estérification
La réaction d’estérification est caractérisée par un état
d’équilibre qui s’établit au cours du temps.
L’évolution vers cet état d’équilibre conduit à la
transformation des deux tiers des réactifs (voir ci-
contre).
Chaque tube à essai contient un mélange identique d’acide
éthanoïque et de butan-1-ol, avec quelques gouttes d’acide
sulfurique.
Ils sont dosés à instant précis, dans l’eau distillée glacée
(trempe thermique), les uns après les autres (0 étant dosé
initialement), afin de déterminer la quantité d’acide restant
dans chacun.
On peut ainsi avoir accès à l’avancement de la réaction
d’estérification.
R1C
O
OH
+
R2OH
R1C
O
OR2
+
H2O