III) Réaction d`estérification

III) Réaction d’estérification
III.1. Résultat expérimental : voir TP10 C9
La quantité d’ester formé est déterminée par dosage acido-basique de l’acide restant à
l’instant t. Les quantités sont calculées dans les échantillons de 2mL soit dans Vtotal/12
état
Avancement
(mol)
CH3COOH + CH3CH2OH = CH3COOCH2CH3 + H2O
Initial
0
0
acide = 0,0167 mol
n
0
alcool = 0,0167 mol
n
0
0
Intermé-
diaire
x
0,0167 - x
0,0167 - x
x
x
final
xf = 0,0112
0,0167 - xf =
0,0055
0,0167 - xf =
0,0055
xf = 0,0112
xf = 0,0112
Final si
réaction
totale
xmax = 0,0167
0
0
0,0167
0,0167
III.2. Caractéristiques d’une estérification
Le tracé de la courbe ci-dessus montre que la réaction d’estérification présente un
équilibre à l’état final dans lequel il reste des réactifs.
D’autre part, cet état d’équilibre n’est pas obtenu rapidement.
La réaction d’estérification est une réaction lente et limitée.
Chap. C9 4/9
mélange initial :
3 2 5CH COOH C H OH
00
= = 0,2 mol
nn
t (min)
0
8
15
25
35
45
nester (t)
(mmol)
0
7,5
9,7
11,0
11,2
11,2

Pour mesurer l’efficacité d’une réaction, on introduit la notion de rendement :
Dans le cas d’un mélange équimolaire d’un acide carboxylique et d’un alcool primaire, le
rendement de la réaction d’estérification est r = 0,67 soit 67 %
Dans le cas d’un mélange équimolaire d’un acide carboxylique et d’un alcool secondaire, le
rendement de la réaction d’estérification est r = 0,60 soit 60 %
Dans le cas d’un mélange équimolaire d’un acide carboxylique et d’un alcool tertiaire, le
rendement de la réaction d’estérification est r < 0,1 soit r < 10 %
III.3. Calcul de Qr,i, K
 Quotient de réaction Qr,i
0 =
[alcool]
×
[acide]
[eau]
×
[ester]
=
Qii
ii
ir,
car [ester]i = [eau]i = 0
Remarque : contrairement aux équilibres en solution aqueuse, l’eau doit impérativement
apparaître dans l’expression de la constante d’équilibre dans le cas de l’estérification :
c’est une espèce chimique qui ne se distingue pas des autres.
 Constante d’équilibre K :
En considérant le volume constant V du mélange homogène de réaction :
[alcool] [acide] [eau]
[ester]
=
Q=K éqéq
éqéq
éqr, ×
×
=
ff
ester eau ff
ester eau
ff ff
acide alcool acide alcool
nn
× n × n
VV
nn n × n
×
VV
A.N. : en reprenant les valeurs du tableau d’avancement, on trouve K = 4,7
 Critère d’évolution spontanée de réaction
Qr,i  K donc la réaction évolue spontanément dans le sens direct, c’est-à-dire dans le
sens de formation de l’ester.
III.4. Comment rendre une réaction d’estérification plus rapide ? (TP11 C9)
 en élevant la température
 en utilisant un catalyseur, espèce chimique qui augmente la vitesse d’une réaction
chimique sans figurer dans l’équation de la réaction et sans modifier l’état d’équilibre
du système.
niacide = nialcool = 1 mol
Chap. C9 5/9
Le rendement r d’une réaction est égal au rapport
éq
max
n
rn
avec néq, quantité de matière obtenue du produit synthétisé
et nmax, quantité de matière attendue du même produit si la réaction est totale

groupe caractéristique
=
+
III.5. Comment rendre la réaction d’estérification totale ou presque ?
III.5.a. En utilisant un des réactifs en excès
L’ajout d’un réactif (acide ou alcool) diminue le quotient de réaction : le système réagit
en consommant ces réactifs (sens d’évolution direct) afin d’atteindre l’équilibre défini
par K
mélange initial
(mol)
acide
5
2
1
1
1
alcool
1
1
1
2
5
xf en mol
0,95
0,86
0,67
0,86
0,95
Le taux d’avancement final augmente quand on utilise un des réactifs en excès
Calcul de xf pour n0acide = 2 mol et n0alcool = 1 mol :
K =
)
x
- 1 ( )
x
- 2 ( x
ff
2
f
×
= 4,7 donc xf²=4,7.( xf²- 3 xf + 2 ) soit 3,7. xf²- 14,1 xf + 9,4 =0
La résolution donne : xf = 2,95 mol > 1 mol (à rejeter) et xf = 0,86 mol
III.5.b. Par prélèvement d’un des produits de réaction
En prélevant un des produits de réaction au fur et à mesure qu’il se forme, on maintient
le quotient de réaction à une valeur faible (quasi nulle) : le système réagit en évoluant
dans le sens direct, c’est-à-dire vers la formation des produits. La réaction peut alors
avoir lieu jusqu’à épuisement des réactifs.
 On peut prélever l’ester formé par distillation :
Cette méthode est applicable si et seulement si ébullition de l’ester est plus faible que
celles de l’acide, de l’eau et de l’alcool.
acide
alcool
ester
HCOOH
éb = 101 °C
CH3OH éb = 65 °C
HCOOCH3 éb = 31°C
CH3CH2OH éb = 78,5 °C
HCOOCH2CH3 éb = 54 °C
CH3COOH
éb = 118 °C
CH3OH éb = 65 °C
CH3COOCH3 éb = 57 °C
CH3CH2OH éb = 78,5 °C
CH3COOCH2CH3 éb = 77 °C
CH3CH(CH3)CH2CH2OH
alcool isoamylique éb = 128 °C
CH3COOCH2CH2CH(CH3)CH3
éthanoate d’isoamyle éb = 143 °C
on peut distiller les 4 premiers esters, mais pas le dernier
 On peut prélever l’eau formée à l’aide d’un appareil appelé Dean-Stark
III.5.c. En utilisant un anhydride d’acide, plus réactif que l’acide
carboxylique. (TP12 C9)
 Présentation :
Les anhydrides d’acide proviennent de l’élimination d’une molécule d’eau lors de la
réaction entre deux acides carboxyliques :
Chap. C9 6/9