La saponification des esters d`acides gras est une réaction lente

La saponification des esters d'acides gras est une réaction lente, exothermique
et totale.
Son mécanisme fait intervenir des ions hydroxyde apportés par la soude.
L'insolubilité de la soude dans les huiles à saponifier est un frein
supplémentaire à la réaction.
Le protocole de saponification se doit donc de permettre une mise en contact
optimisée d'une solution aqueuse avec un corps gras ou un mélange de corps
gras. Cette mise en contact va former une émulsion, émulsion qu'il faut
maintenir grâce à une agitation constante du milieu.
Tous ces paramètres microscopiques imposent un protocole macroscopique
bien plus complexe qu'il n'y apparaît. Mais la compréhension de ce qui se passe
dans l'infiniment petit permet aussi une approche optimisée à l'échelle
macroscopique, permettant ainsi non seulement de comprendre le protocole
global de la saponification à froid, mais aussi de l'améliorer.
Permettre un mélange intime entre les ions hydroxyde et les huiles
S'il est impossible de faire un mélange homogène entre les ions hydroxyde et
les huiles, plusieurs méthodes permettent d'optimiser leur contact. L'usage
d'un solvant commun comme l'éthanol (alcool à brûler) est une solution.
L'huile comme la soude se dissolvent bien dans l'éthanol. L'émulsion laisse
alors sa place à une solution homogène, la surface globale de contact entre les
ions ions hydroxyde de la soude et les huiles est fortement augmentée. Le
processus de saponification est fortement accéléré.
Cette méthode est applicable pour une saponification à chaud. Le caractère
volatil de l'éthanol (température d'ébullition de 78°C) permet une élimination
naturelle de l'alcool en cours de réaction. Mais pour une saponification à froid
l'élimination qui s'effectue alors par évaporation est plus lente et l'odeur
d'alcool persiste dans le produit final.
La mise en solution dans un solvant commun est dans ce cas abandonnée au
profit d'une agitation constante du milieu réactionnel afin d'optimiser le
contact entre les ions hydroxyde de la soude et les molécules d'esters qui
forment l'huile.
Bilan de la saponification d'un triester d'acide gras issu de l'huile de coprah
Fixons tout d'abord quelques notions sur la nature des molécules qui
interviennent et qui vont nous permettre d'étayer le glossaire de notre site :
- les huiles : ce sont des mélanges d'esters d'acide gras
- la soude : c'est une solution d'hydroxyde de sodium
- la potasse : c'est une solution d'hydroxyde de potassium
- le savon : c'est un sel sodique ou potassique d'acide gras qui possède une
longue chaîne carbonée terminée par un groupe carboxylate. Cette structure
donne au savon ses propriétés détergentes
- le glycérol : c'est un triol qui est un produit secondaire de la réaction
Le mécanisme de la saponification
Les ions hydroxyde de la soude forment un site nucléophile alors que l'atome
de carbone de la fonction ester des huiles est lui au contraire électrophile. Ces
deux sites vont donc pouvoir réagir l'un avec l'autre. Un des doublets non-
liants de l'atome d'oxygène de l'ion hydroxyde peut donc se fixer sur le
carbone de la fonction ester. Il en résulte la formation d'une liaison
supplémentaire sur l'atome de carbone. Un des doublets d'électrons formant
la liaison double est rejeté sur l'atome d'oxygène. Il en résulte la formation
d'un anion instable.
La réaction d'un des doublets de l'oxygène avec le carbone central va
permettre le départ d'un ion alcoolate R2-O- qui est une base forte qui va
arracher l'atome d'hydrogène fortement labile situé sur la fonction carboxyle
formée. Cette dernière étape est la seule qui puisse être considérée comme
totale. Mais elle provoque, de proche en proche, la consommation des
produits des réactions précédentes contribuant à déplacer les deux premiers
équilibres dans le sens direct, celui de la formation des produits.
Mécanisme général de la saponification d'un ester
Ceci suffit à expliquer le caractère quasi-total de la saponification.
Une saponification réalisée dans de bonnes conditions (avec un léger excès
d'huiles et un temps de repos suffisant pour atteindre un avancement
maximal) permet d'obtenir un produit final exempt d'ions hydroxyde.
Ainsi, et contrairement à une idée reçue, le savon surgras possède un caractère
basique lié à la réaction des ions carboxylate (R1 - COO-) formés avec l'eau
lorsque ce savon mousse et non à la soude non-consommée initialement
utilisée.
Capsule de savon en cours de saponification
La chimie au service de l'artisan
Le mécanisme de la saponification à l'échelle microscopique permet de
comprendre une bonne partie du protocole de la saponification à froid tant
chéri par les artisans savonniers :
➢le caractère total de la réaction permet d'obtenir un produit exempt
de soude et donc non-corrosif sans nécessiter d'opération de
relargage ou de séparation.
➢la température étant un facteur cinétique, chauffer le mélange
réactionnel permet de réduire considérablement la durée de la
réaction. Une saponification qui, à froid nécessite plusieurs
semaines de finalisation, peut se résumer à quelques jours en
utilisant un protocole semi-froid ou simplement quelques heures à
chaud. Toutefois, porter le mélange réactionnel à ébullition
nécessite des précautions opératoires particulières. Mais le principal
inconvénient est que le processus à chaud aboutit à des savons qui
perdent en partie leurs propriétés. Et même si les températures de
décomposition des acides gras formés sont généralement assez
élevées pour éviter ce phénomène de décomposition (au-delà de
150°C), l'action de la haute température sur les molécules produites
n'est pas négligeable. Et dans ce domaine, l'avis des utilisateurs
reste le principal baromètre.
➢une homogénéisation optimale reste nécessaire pour éviter toute
trace de soude non-consommée dans le produit final qui pourrait
avoir des effets dermatologiques dérangeants. Et cette
homogénéisation est peut-être la clé de la réussite d'un bon savon.
Le surgraissage doit avant tout rester une opération qui consiste à
apporter au savon des propriétés supplémentaires plutôt qu'une
simple sécurité pour éviter le caractère corrosif du savon.
(http://route67.free.fr/atelier57)
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