Formation d`un ester à partir d`un acide et d`un alcool

Formation d’un ester à partir
d’un acide et d’un alcool
1. Nomenclature
●Acide :
●Alcool : R – O – H
●Groupe caractéristique ester :
Formule générale d’un ester : R
– COO – R’
Formule semi-développée d’un ester :
2. Formation d’un ester
●Réaction : Un acide carboxylique réagit avec un alcool pour donner un
ester et de l’eau : c’est une réaction d’estérification.
La réaction est :
– lente ;
– sans dégagement de chaleur ;
– limitée : on n’atteint pas l’avancement maximal.
Équation de la réaction :
R–COOH + R’–OH →R–COO–R’ + H2O
acide carboxylique + alcool →ester + eau
●Rendement :
nn
ηmax
e
=
.
C’est le rapport entre la quantité de matière effectivement obtenue et la
quantité maximale que l’on obtiendrait si la réaction était totale.
Quand les réactifs sont en proportion stœchiométrique :
– η= 67 % pour un alcool primaire ;
– η= 60 % pour un alcool secondaire ;
– η= 5,0 % pour un alcool tertiaire.
RCO
OR'
CO
O
RCO
OH
1
212
CHAPITRE 10 RÉACTIONS D’ESTÉRIFICATION ET D’HYDROLYSE
Primaire Secondaire Tertiaire
R
– CH2 – OH
ou
CH3
– OH
R'
R CH OH
R'
R"
RCOH

213
cours savoir-faire exercices corrigés
La réaction de l’acide éthanoïque sur un alcool A saturé non cyclique donne un
ester B de masse molaire 102 g.mol–1.
1. Déterminer les formules brutes de l’ester B et de l’alcool A.
2. Sachant que l’alcool A est un alcool primaire, donner l’équation de la réac-
tion d’estérification ainsi réalisée.
3. Sachant que les réactifs sont en proportion stœchiométriques, quel devrait
être le rendement de la réaction ?
corrigé commenté
1. Conseil: partir de la formule générale de l’ester et identifier R (qui provient de
l’acide) et R’ (qui provient de l’alcool).
L’acide éthanoïque a pour formule CH3–COOH.
L’ester a pour formule R–COO–R’.
R provient de l’acide : CH3–.
L’alcool est saturé et non cyclique de formule R–OH. R est donc un radical alkyle
de la forme CnH2n+1 (on prend l’alcane CnH2n+2 et on enlève 1 H).
L’ester s’écrit alors : CH3–COO–CnH2n+1.
Sa masse molaire M = 12 (2 + n) + (16.2) + (2n+ 4) = 102 g.mol–1
⇒14 n+ 60 = 102 ⇒n= (102 – 60)/14 = 3.
L’ester a donc pour formule : CH3–COO–C3H7ou C5H10O2et se nomme étha-
noate de propyle.
L’alcool a pour formule : C3H7–OH ou C3H8O
2. Conseil : lister les isomères et garder l’alcool primaire.
À cette formule correspondent deux isomères saturés non cycliques :
⇒CH3–CH2–CH2–OH : alcool primaire, propanol ;
⇒(CH3)2CH–OH : alcool secondaire, propan-2-ol.
La réaction d’estérification est donc :
CH3–COOH + CH3–CH2–CH2–OH →CH3–COO–CH2–CH2–CH3+ H2O
3. Conseil : considérer la classe de l’alcool.
L’alcool est un alcool primaire.
On peut donc s’attendre à un rendement : η= 67%.
exemple d’application

Hydrolyse d’un ester
1. Hydrolyse
●Réaction : Un ester réagit avec de l’eau pour donner un acide carboxy-
lique et un alcool : c’est une réaction d’hydrolyse.
La réaction est :
– lente ;
– sans dégagement de chaleur ;
– limitée : on n’atteint pas l’avancement maximal.
Équation de la réaction :
R–COO–R’ + H2O→R–COOH + R–OH
ester + eau →acide carboxylique + alcool
●Rendement :
nn
ηmax
e
=
Quand les réactifs sont en proportion stœchiométrique :
– η= 33 % pour un ester d’alcool primaire ;
– η= 40 % pour un ester d’alcool secondaire ;
– η= 95 % pour un ester d’alcool tertiaire.
2. État d’équilibre résultant de l’estérification
ou de l’hydrolyse
Les réactions d’estérification et d’hydrolyse sont inverses l’une de l’autre.
Elles ne sont pas indépendantes l’une de l’autre et conduisent à un état
d’équilibre représenté par l’équation :
R–COOH + R’–OH = R–COO–R’ + H2O
acide carboxylique alcool ester eau
2
214
CHAPITRE 10 RÉACTIONS D’ESTÉRIFICATION ET D’HYDROLYSE
Le propanoate d’éthyle résulte de la réaction d’un alcool avec un acide.
1. Donner la formule semi-développée de l’ester formé. Donner les formules
semi-développées de l’acide carboxylique et de l’alcool correspondants.
2. On hydrolyse 5,1 g d’ester. Écrire l’équation-bilan de la réaction. Quelle est
la quantité d’eau minimum que l’on doit utiliser en supposant que la réaction
est totale et que le réactif limitant est l’ester ? Dans ces conditions, à quel ren-
dement peut-on raisonnablement s’attendre ?
exemple d’application

215
cours savoir-faire exercices corrigés
3. Quel devrait être l’avancement maximal de la réaction ? En déduire la quan-
tité de matière d’acide réellement obtenue si le rendement est de 33 %.
corrigé commenté
1. Conseil : consulter la fiche savoir-faire. Identifier R pour l’acide et R’ pour l’alcool.
Le propanoate d’éthyle est un ester de la forme R–COO–R’.
R est lié au terme propanoate, R’ au terme éthyle.
R’ vient de l’alcool R’–OH : éthanol CH3–CH2–OH (2 carbone).
R vient de l’acide R–COOH et donc de l’acide propanoïque CH3–CH2–COOH
(3 carbone).
⇒propanoate d’éthyle : CH3–CH2–COO–CH2–CH3
⇒éthanol : CH3 –– CH2–– OH
⇒acide propanoïque :
2. Indication :utiliser le tableau d’avancement de la réaction.
CH3–CH2–COO–CH2–CH3+ H2O →CH3–CH2–COOH + CH3–CH2–OH
La quantité minimale d’eau que l’on doit utiliser est celle qui correspond aux
quantités stœchiométriques
⇒n2= n1= m/M = 5,1/102 = 5.10–2 mol
Dans les proportions stœchiométriques et avec un ester d’alcool primaire, on
peut s’attendre à un rendement de 33 %.
3. Indication :tout le réactif limitant est consommé.
xmax =
n
1= 5.10–2 mol
La quantité de matière d’acide que l’on devrait obtenir si la réaction était totale
est :
n
max = 5.10–2 mol.
Or
... ,. mol
nnnnηη
100
510 33 16510
max max
ee22
&=== =
--
.
CH3CH2CO
OH
CH3CH2
O
OCH2CH3
C
Équation ester + eau →acide + alcool
État Avancement (mol) Quantités de matière (mol)
Initial x
i
= 0 n
1
n
2
00
En cours xn
1
– xn
2
– xx x
Final x
max
00x
max
x
max

État d’équilibre dans les réactions
d’estérification et d’hydrolyse
1. Estérification
●Tableau d’avancement du système
Taux d’avancement :
<
n
x
τ1
e1
=
●Quotient de réaction et constante d’équilibre
– Quotient de réaction
Qacide alcool
ester eau nn
nn
racide alcool
ester eau
==
77
77
AA
AA
Avec
XV
n
=
7A
et V = volume total du mélange
– Constante d’équilibre
KQ nn
nn
,,,
,,
req acide eq alcool eq
ester eq eau eq
==
lll
ll
2. Hydrolyse
●Tableau d’avancement du système
x’
Taux d’avancement : τh= –––
n1’
●Quotient de réaction et constante d’équilibre
– Quotient de réaction
Qester eau
acide alcool nn
nn
rester eau
acide alcool
==
77
77
AA
AA
– Constante d’équilibre
KQ nn
nn
,,,
,,
req ester eq eau eq
acide eq alcool eq
==
lll
ll
3
216
CHAPITRE 10 RÉACTIONS D’ESTÉRIFICATION ET D’HYDROLYSE
Équation R–COOH + R’–OH = R–COO–R’ + H2O
État du système Avancement (mol) Quantités de matière (mol)
Initial xi= 0 n1n200
En cours xn
1 – xn 2 – xx x
Final xfn1 – xfn2 – xfxfxf
Équation R–COO–R’ + H2O=R–COOH + R’–OH
État du système Avancement (mol) Quantités de matière (mol)
Initial xi’ = 0 n1’n2’0 0
En cours x’ n1’– x’ n2’– x’ x’x’
Final xf’n1’– xf’n2’– xf’xf’xf’