Chapitre IV Substances aromatiques –Savons Leçon I Synthèse d’un ester Chapitre IV : SUBSTANCES AROMATIQUES ET SAVONS Leçon I. Synthèse d’un ester utilise en parfumerie Ex1. Une masse m =5,8 g d’un ester à odeur fruitée est traitée à chaud (sous reflux) par V= 9,0 mL d’une solution d’acide sulfurique à 1,0 mol.L-1. Après 10h, l’équilibre est atteint ; le mélange réactionnel est refroidi puis dosé à l’aide d’une solution de soude à Co= 4,0mol.L-1 en présence de phénol-phtaléïne. Le volume versé à l’équivalence estVe=13,9 mL. 1. Sachant que, dans une solution d’acide sulfurique de concentration C, [H3O+]=2C, déterminer le volume Vo de soude de concentration Co qui permet de doser 9,0 mL d’acide sulfurique à 1,0 mol.L-1. 2. Déterminer la quantité d’acide carboxylique formé à l’équilibre. 3. 75,4% de l’ester a été hydrolysé ; en déduire sa masse molaire, puis sa formule brute sachant qu’il ne présente ni cycle ni insaturation. 4. Cet ester comporte le même nombre d’atomes de carbone dans ses deux chaînes ; quelles formules développées peut-on lui attribuer ? _______________________________ 1. Volume de soude nécessaire au dosage A l'équivalence, la quantité d'ions HO- versée est égale à la quantité d'ions H3O+ initialement présente dans la solution acide : n(HO-) = n(H3O+) ou C0V0 = 2CV V0 = 2C V V0 = 2x1x9 C et C0 en mol.L-1, V en mL et V0 en mL C0 4 V0 = 4,5 mL 2.Quantité d’acide carboxylique à l’équilibre Cette réaction est une réaction d'hydrolyse et l'acide sulfurique joue le rôle de catalyseur : ester + eau acide + alcool Au cours du dosage réalisé à l'équilibre, tous les ions H3O+ présents dans la solution, nt, réagissent : les ions présents initialement ni = 2CV et les ions formés au cours de la réaction d'hydrolyse nf. nt = ni + nf nf = nt - ni nf = C0Ve – 2CV A l'équivalence nt = n(OH-) = C0Ve C et C0 en mol.L-1 et V et V0 en L nf = (4x13,9 – 2x1x9)10-3 nf = 3,76.10-2mol quantité d'acide formé au cours de la réaction d'hydrolyse. 3. Masse molaire de l’ester Si la réaction d'hydrolyse est totale, 1 mol d'ester donne 1 mol d'acide. Ici, on a obtenu 0,754mol d'acide pour 1mol d'ester. Pour obtenir nf d'acide, il a fallu hydrolyser une quantité ned'ester : n e = n f de masse m 0,754 0,754m m = 5,8 g Masse molaire de l'ester : M = m M = ne nf 0,754x5,8 M= M = 116 g.mol-1 − 2 3,76.10 72 Chapitre IV Substances aromatiques –Savons Leçon I Synthèse d’un ester Formule brute d'un ester non cyclique et saturé est CnH2nO2 ; M = 12n + 2n + (2x16) = 116 n=6 14 n + 32 = 116 14n = 116 – 32 n = 84 14 Formule brute de l'ester : C6H12O2 4. Formule semi développée : C2H5COOC3H7 isomères possibles : le propanoate de propyle CH3─CH2─C O O─CH2─CH2─CH3 le propanoate d'isopropyle ou propanoate de méthyl-éthyle CH3─CH2─C O O─CH─CH3 │ CH3 73 Chapitre IV Substances aromatiques –Savons Leçon I Synthèse d’un ester Ex 2. Synthèse d’un ester à odeur de banane 1) On veut préparer un ester E à odeur de banane en faisant réagir du butan-1-ol avec de l’acide éthanoïque, ou avec de l’anhydride éthanoïque. a) En utilisant les formules semi-développées, écrire les équations-bilans de ces deux réactions. Nommer l’ester formé. b) Préciser les différences entre ces deux réactions. 2) On fait réagir 0,100 mol d’anhydride éthanoïque avec 0,100 mol de butan-1-ol a) Calculer le volume de butan-1-ol utilisé. b) On obtient 9,9 mL d’ester E. Calculer le rendement de cette préparation, c'est-àdire le rapport de la quantité d’ester produit sur la quantité d’ester obtenue si la réaction était totale. Données : µ masse volumique (g.mL-1) M Masse molaire (g.mol-1) Butan-1-ol (B) 74 0,81 Ester E 116 0,88 ________________________________ 1) a) Préparation d’un ester E à partir du butan-1-ol et de l’acide éthanoïque : CH3―COO― (CH2)3―CH3 + H2O (1) CH3―(CH2)2―CH2OH + CH3―COOH Préparation d’un ester E à partir du butan-1-ol et de l’anhydride éthanoïque CH3―(CH2)2 ─CH2OH + (CH3―CO)2O → CH3―COO―(CH2)3―CH3 + CH3―COOH (2) « E » est l’éthanoate de butyle ou acétate de butyle b) La 1ère réaction est une estérification. Elle n’est pas totale : elle aboutit à un équilibre chimique La 2ème réaction est totale. 2) Calcul du volume VB de butan-1-ol utilisé : a) µB = m VB µB VB = 0,1MB µB VB = m VB = 0,1M B µB m = n MB MB = 74 g.mol-1 et n = 0,1 mol et µB = 0,88 g.mL-1 0,1× 74 VB = 9,1 mL 0,89 b) Calcul du rendement de la réaction : Nombre de mol nE d’ester obtenu : m µ V 0,88 × 9,9 nE = 7,5.10-2 mol nE = E = E E nE = ME ME 116 Si le rendement de la réaction (2) était de 100%, on obtiendrait 0,10 mol d’ester. En fait le rendement est ici : 0,075 Rdt = = 75% 0,1 VB = Remarque : il est toujours préférable d'utiliser un chlorure ou un anhydride d'acide pour une estérification : le rendement est meilleur qu'avec un acide et la réaction rapide. 74 Chapitre IV Substances aromatiques –Savons Leçon I Synthèse d’un ester Ex3. Fleur d’oranger : L’anthranilate de méthyle a une odeur de fleur d’oranger. Il est utilisé dans la fabrication d’arômes de jus de fruits. On le prépare par action de l’acide anthranilique sur le méthanol. NH2 formule de l’anthranilate de méthyle : COOCH3 1. Donner la formule de l’acide anthranilique. 2. La réaction étant réalisée en présence d’un excès de méthanol, on arrive à un rendement de 90%. Quelle est la quantité d’acide anthranilique nécessaire à la fabrication de 100 Kg de cet ester ? ____________________________ 1 A partir de la formule de l’ester anthranilate de méthyle, on peut déduire la formule de l’acide anthranilique NH2 COOH 2. Equation bilan de la réaction d'estérification : NH2 NH2 COOH COOCH3 + CH3OH + H2O On veut préparer une masse me = 100kg d'ester. Si Me est la masse molaire de l'ester, la quantité de matière correspondante est n e = me Me D'après l'équation bilan, 1 mol d'acide donne 1mol d'ester quand la réaction est totale. Pour un rendement de 90%, à partir d'une mol d'acide on obtient 0,9 mol d'ester. Pour obtenir ne mol d'ester, il faut donc faire réagir une quantité d'acide na na = ne n a = me 0 ,9 0 ,9 M e Si Ma est la masse molaire de l'acide anthranilique, il faut une masse d'acide ma : ma = me.M a ma = na.Ma 0,9.M e formule brute de l'anthranilate de méthyle : C8H9O2N ; Me = (8x12)+(9x1)+(2x16)+14 Me = 151 g.mol-1 Formule brute de l'acide anthranilique : C7H7O2N ; Ma = (7x12)+(7x1)+(2x16)+14 Ma = 137 g.mol-1 Application numérique : ma = 100 x137 me en kg, Me et Ma en g.mol-1, ma en kg 0,9 151 ma = 100 kg Pour obtenir 100kg d'anthranilate de méthyle, il faut faire réagir 100 kg d'acide anthranilique. 75