1ère S

Tale S
Chapitre n° 10
LES RÉACTIONS D’ESTÉRIFICATION ET D’HYDROLYSE
I- Les esters
1°)Formule générale
Un ester comprend deux chaînes carbonées R  et R’  séparées par la fonction ester  C
O
O
:
Rq. : Si les chaînes carbonées sont des groupes alkyles linéaires ou ramifiés (ou groupe aliphatique), l’ester est dit
Si une des chaînes carbonées comporte un cycle benzénique (ou cycle aromatique), l’ester est dit
2°) Nomenclature
La nomenclature des esters comportant deux chaînes carbonées reprend celle des alcanes qui tient compte du
nombre de carbone dans chaque chaîne : un ester porte alors le nom généraliste
• Exemples d’esters aliphatiques :
O
HC
:
O  CH2  CH3
-
CH3  C
O
:
O  CH3
• Exemples d’esters aromatiques :
O
C6H5  C
O  CH3
-
CH3  C
:
O
:
O  CH2  C6H5
II- La réaction d’estérification
1°)Présentation
La réaction d’estérification est la réaction entre un acide carboxylique et un alcool conduisant à la formation d’un
ester et à de l’eau selon l’équation chimique :
Ex. :
2°) L’étude expérimentale
a) Protocole expérimental
• Neuf ampoules, hermétiquement fermées, remplies d’un mélange équimolaire (les réactifs sont présents
dans les mêmes quantités, ici 1 mol) d’acide éthanoïque et d’éthanol sont placées dans une eau à 100 °C.
• À intervalles de temps réguliers, une ampoule est retirée de l’eau bouillante pour subir une trempe et l’acide
acétique restant est titré par une solution de soude.
b) La courbe (nester)formé = f(t)
• L’équation chimique de formation de l’ester s’écrit :
• L’équation chimique de titrage de l’acide s’écrit :
• Les différentes équations chimiques nous permettent d’écrire les relations suivantes :
-1-
• Résultats expérimentaux : (Cf. la courbe (nester)formé = f(t) en annexe)
N° du tube
t (en h)
nester (en mol)
1
0
0
2
2
0,1
3
4
0,26
4
10
0,375
5
20
0,485
6
40
0,58
7
100
0,65
8
150
0,655
9
200
0,66
c) Observations
• La quantité d’ester formé finale
à celle d’acide (ou d’alcool) initialement
présente :
• La limite d’estérification, c’est-à-dire la quantité maximale d’ester formée, est égale, pour un mélange
initial équimolaire,
• La quantité d’ester formée évolue
au cours du temps : la réaction d’estérification est très
III- La réaction d’hydrolyse
1°)Présentation
La réaction d’hydrolyse est la réaction entre un ester et de l’eau conduisant à la formation d’un acide
carboxylique et d’un alcool selon l’équation chimique :
2°) L’étude expérimentale
a) Protocole expérimental
• La même expérience que celle pour l’estérification peut être menée à partir d’un mélange équimolaire (ici
1 mol) d’éthanoate d’éthyle et d’eau.
• La soude sert ici pour le titrage de l’acide acétique formé.
b) La courbe (nester)restant = f(t)
• L’équation chimique d’hydrolyse de l’éthanoate d’éthyle s’écrit :
• L’équation chimique de titrage de l’acide s’écrit :
• Les différentes équations chimiques nous permettent d’écrire les relations suivantes :
• Résultats expérimentaux : (Cf. la courbe (nester)restant = f(t) en annexe)
N° du tube
t (en h)
nester (en mol)
1
0
1
2
2
0,95
3
4
0,87
4
10
0,81
5
20
0,76
6
40
0,71
7
100
0,685
8
150
0,68
9
200
0,675
c) Observations
• Comme la réaction d’estérification, la réaction d’hydrolyse est
• Pour un mélange initial équimolaire, les deux réactions ont
• La quantité d’ester consommée évolue lentement au cours du temps : la réaction d’hydrolyse est très
IV- L’équilibre d’estérification - hydrolyse
1°)L’équilibre chimique
Les deux réactions étant inverses l’une de l’autre, l’équation chimique de la réaction réversible s’écrit :
soit
-2-
À l’équilibre :
A.N. : A partir d’un mélange équimolaire :
=
2°) Contrôle de la vitesse de réaction
Pour augmenter la vitesse de formation d’un ester au cours d’une réaction d’estérification ou d’un acide
carboxylique au cours d’une réaction d’hydrolyse, il est possible
Rq. : La présence d’un catalyseur n’a pas d’influence sur la constante de réaction et la modification de la
température a très peu d’influence sur la constante de réaction.
(Cf. les courbes nester = f(t) pour différentes températures et avec ou sans usage d’un catalyseur en annexe)
3°) Contrôle de l’état final
a) Notion de rendement d’une transformation chimique
Le rendement d’une transformation chimique est égal au taux d’avancement final, en pourcentage, de la
réaction associée.
b) Augmentation du rendement d’une estérification
1- Principe
Pour augmenter le rendement d’une transformation associée à une réaction d’estérification, il existe trois
possibilités : • utiliser l’un des réactifs en excès dans l’état initial ;
nacide (en mol)
nalcool (en mol)
nester (en mol)
•
•
5
1
2
1
1
1
1
2
1
5
ajouter l’un des réactifs lorsque l’état d’équilibre est atteint ;
éliminer l’un des produits au cours de la transformation, par exemple par distillation.
Interprétation
• Utilisation d’un des réactifs en excès
Supposons que l’alcool soit placé en excès par rapport à l’acide carboxylique (n > 1) :
Équation chimique
Qté de matière dans l’état initial
Qté de matière dans l’état final
2-
Le quotient de réaction à l’équilibre s’exprime par :
Soit
=4
=
=4
soit
La résolution de cette équation du second degré conduit à :
Conclusion :
• Ajout d’un des réactifs lorsque l’état d’équilibre est atteint
Une fois l’équilibre atteint, l’ajout de réactif provoque une augmentation du quotient de réaction :
le critère d’évolution spontanée nous permet d’affirmer que le système évoluera dans le sens
: l’équilibre
est déplacé dans le sens qui permettra une
du rendement de la transformation chimique.
Rq. : ce cas ressemble néanmoins au cas précédent.
• Élimination un des produits au cours de sa formation
Lorsque l’un des produits est éliminé du mélange réactionnel au cours de sa formation, le quotient
de réaction est maintenu à une valeur
à celle de la constante de réaction : la réaction se poursuit
jusqu’à épuisement d’un ou des deux réactifs : l’équilibre est déplacé dans le sens qui permettra une
du rendement de la transformation chimique.
-3-
.
ANNEXES
.
Estérification d’un mélange équimolaire d’acide éthanoïque et d’éthanol :
évolution de la quantité d’éthanoate d’éthyle formé
nester (en mol)
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
t
(en h)
180
t
(en h)
Hydrolyse d’un mélange équimolaire d’éthanoate d’éthyle et d’eau :
évolution de la quantité d’éthanoate d’éthyle restant
nester (en mol)
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
20
40
60
80
100
-4-
120
140
160
CONTRÔLE DE LA VITESSE DE RÉACTION
Estérification d’un mélange équimolaire d’acide éthanoïque et d’éthanol :
nester (en mol)
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
: à 80 °C avec catalyseur
: à 200 °C sans catalyseur
: à 100 °C sans catalyseur
0,4
0,3
0,2
0,1
0
10
nester (en mol)
20
15
t
(en h)
Hydrolyse d’un mélange équimolaire d’éthanoate d’éthyle et d’eau :
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
: à 80 °C avec catalyseur
: à 200 °C sans catalyseur
: à 100 °C sans catalyseur
0,4
0,3
0,2
0,1
0
10
20
15
-5-
t
(en h)