Ch14-Estérification et hydrolyse

Ch14 E
STERIFICATION ET
Prérequis : connaissances de
seconde et
1. Une nouvelle famille
de composés organiques
1.1.
présence dans les produits naturels.
Ce sont des molécules odorantes, présentes dans de nombreux produits naturels (fruits, fleurs...), et que
l’on sait synthétiser ce qui
conduit à les retrouver souvent
l’industrie alimentaire.
1.2. groupe caractéristique.
Un ester contient le
groupe caractéristique ester
où R est soit
une chaîne carbonée (groupe alkyle)
et R’ forcément un groupe alkyle.
1.3. Nomenclature.
La nomenclature des esters est
composée de deux termes
Le premier dérive de la nomenclature de l’acide carboxylique en remplaçant la terminaison
« -oïque »
par la terminaison «
 Le
second correspond au nom du groupe alkyle lié à l’atom
Exemples : Nommer les esters
suivants
2.
Estérification et hydrolyse des esters.
2.1.
Analyse du groupe caractéristique des esters.
On retrouve dans le groupe caractéristique de l’ester, les deux enchaînements d’atomes des groupes
caractéristiques acide et alcool :
Les esters seront donc synthétisés à partir d’acides carboxyliques et d’alcools.
C
O
O CH
2
C
CH
CH
3
CH
2
CH
3
STERIFICATION ET
H YDROLYSE : E TAT D ’E
QUILIBRE
seconde et
première S (voir rappels)
de composés organiques
: les esters.
présence dans les produits naturels.
Ce sont des molécules odorantes, présentes dans de nombreux produits naturels (fruits, fleurs...), et que
conduit à les retrouver souvent
utili
sés en parfumerie et comme arôme dans
groupe caractéristique ester
RCO
2
R’ :
une chaîne carbonée (groupe alkyle)
soit un atome d’hydrogène,
composée de deux termes
:
Le premier dérive de la nomenclature de l’acide carboxylique en remplaçant la terminaison
par la terminaison «
-oate ».
second correspond au nom du groupe alkyle lié à l’atom
e d’oxygène.
suivants
Estérification et hydrolyse des esters.
Analyse du groupe caractéristique des esters.
On retrouve dans le groupe caractéristique de l’ester, les deux enchaînements d’atomes des groupes
Les esters seront donc synthétisés à partir d’acides carboxyliques et d’alcools.
CH
3
CH
2
C
O
O
C
H
2
CH
3
QUILIBRE
Ce sont des molécules odorantes, présentes dans de nombreux produits naturels (fruits, fleurs...), et que
sés en parfumerie et comme arôme dans
Le premier dérive de la nomenclature de l’acide carboxylique en remplaçant la terminaison
On retrouve dans le groupe caractéristique de l’ester, les deux enchaînements d’atomes des groupes
0
R'
C
R
O
CH
2
CH
2
CH
3

2.2. L’estérification.
L’estérification est la réaction entre un acide carboxylique et un alcool.
Cette réaction conduit à un ester et à de l’eau :
2.3. L’hydrolyse.
C’est la réaction inverse de l’estérification, elle conduit à la formation de l’acide et de l’alcool à partir d’un
ester et d’eau
3. L’équilibre d’estérification hydrolyse.
3.1. Notion de rendement.
Le rendement, noté r ou η, d’une synthèse, est le rapport entre la quantité de matière obtenue en fin de
synthèse et la quantité de matière que l’on aurait pu obtenir si la transformation avait été totale :
3.2. Etat d’équilibre de l’estérification.
L’équilibre d’estérification hydrolyse a été étudié expérimentalement en détail par Marcellin Berthelot
et Péan de St Gilles dès 1862. Les valeurs figurant dans ce paragraphe, sont issues de mesures
expérimentales reproduisant leurs travaux (voir doc. p264).
3.2.1. Rendement de l’estérification.
Un mélange équimolaire d’acide méthanoïque et d’éthanol donne du méthanoate d’éthyle et de l’eau :
Equation chimique
HCO
2
H
(ℓ)
+ CH
3
CH
2
OH
(ℓ)
= HCO
2
CH
2
CH
3(ℓ)
+ H
2
O
(ℓ)
Etat avancement
(mol) quantités de matière (mol)
initial
0 1,2 1,2 0 0
en cours
x
1,2 –
x
1,2 –
x
x
x
équilibre
x
éq
= 0,80 0,40 0,40 0,80 0,80
Si la transformation était totale, on aurait (n
acide
)
f
= 0 = 1,2 – x
max
soit x
max
= 1,2
Le rendement vaut donc : r  ηx
x
0,80 1,2
 67 %
Il est important de noter que cette valeur de rendement dépend de la classe de l’alcool utilisé : pour un
alcool secondaire le rendement n’est plus que de 60% et il chute à 10% pour un alcool tertiaire.
O O
║ ║
R―C―OH + R’―OH = R―C―O―R’ + H
2
O
(ℓ)
acide alcool ester eau
O O
║ ║
R―C―O―R’ + H
2
O
(ℓ)
= R―C―OH + R’―OH
Ester eau acide alcool

3.2.2. Application de la loi de l’équilibre à l’estérification.
Rq : l'eau n'est pas un solvant dans ce cas mais une espèce participant à l'équilibre. On convient d'écrire le
quotient de réaction tel que :
Q
r,éq
= K =
éq23éq2
éq322éq2
]OHCHCH[]HHCO[
]CHCHHCO[]OH[ ×
×
=
V
n
V
nV
n
V
n
alcoolacide
estereau
×
×
=
alcoolacide
estereau
nn nn ×
×
= 4
3.3. Etat d’équilibre de l’hydrolyse.
3.3.1. Rendement de l’hydrolyse.
A partir d’un mélange équimolaire de méthanoate d’éthyle et d’eau, on obtient de l’acide méthanoïque et
de l’éthanol :
Equation chimique
HCO
2
CH
2
CH
3(ℓ)
+ H
2
O
(ℓ)
= HCO
2
H
(ℓ)
+ CH
3
CH
2
OH
(ℓ)
Etat
avancement
(mol)
quantités de matière (mol)
initial
0 1,2 1,2 0 0
en cours
x
1,2 –
x
1,2 –
x
x
x
équilibre
x
éq
= 0,40 0,80 0,80 0,40 0,40
Si la transformation était totale, on aurait (n
ester
)
f
= 0 = 1,2 – x
max
soit x
max
= 1,2
Le rendement vaut donc : r  ηx
x
0,40 1,2
 33 %
Comme pour l’estérification, cette valeur de rendement dépend de la classe de l’alcool formé : pour un
alcool secondaire le rendement atteint 40% et dépasse 90% pour un alcool tertiaire.
3.3.2. Application de la loi de l’équilibre à l’hydrolyse.
K’ = Q
r,éq
=
éq322éq2
éq23éq2
]CHCHHCO[]OH[
]OHCHCH[]HHCO[ ×
×
=
V
n
V
nV
n
V
n
estereau
alcoolacide
×
×
=
estereau
alcoolacide
nn nn ×
×
= 0,25 =
K
1
Les réactions d’estérification et d’équilibre sont bien inverses puisque leurs constantes d’équilibre sont
inverses l’une de l’autre.
3.4. Conclusion.
Les réactions d’estérification et d’hydrolyse sont lentes et limitées, l’état d’équilibre obtenu par l’une ou
l’autre de ces deux réactions est identique.
4. Contrôle de la réaction d’estérification/hydrolyse.
Les réactions étant inverses l’une de l’autre, les facteurs agissant sur l’une agissent aussi sur l’autre.
4.1. Contrôle de la vitesse de réaction.
Il existe deux moyens d’accélérer ces transformations :
 Augmenter la température
 Utiliser un catalyseur (substance qui permet d’atteindre plus vite l’état final, sans en modifier la
constitution).

4.2. Contrôle de l’état final.
Raisonnons sur l’équilibre d’estérification : acide + alcool = ester + eau ; avec K =
alcoolacide
estereau
nn nn ×
×
 Si l’on augmente la proportion d’un réactif par rapport à l’autre, en ajoutant de l’acide ou de l’alcool
(industriellement on choisit le moins cher des deux...), on diminue la valeur de Q
r
. Le système évolue
donc spontanément dans le sens direct, donc dans le sens de la formation de l’ester (voir TP) :
http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/lycee/terminale_TS/esterification_hydrolyse_sans.htm
 Si l’on élimine l’un ou l’autre des produits au cours de sa formation, on maintient Q
r
a une valeur
quasi nulle. Le système évolue alors dans le sens direct, donc dans le sens de la formation de l’ester :
http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/lycee/terminale_TS/esterification_hydrolyse_avec.htm
4.3. Influence de divers facteurs
5. Exercices.
n°6, 7 et 20 p259…
n°6, 10 et 19 p 277…
Bac Pondichery 2005 : http://labolycee.org/2005/2005-Pondichery-Sujet-Exo1-AcidePropanoique-6-5pts.pdf
Influence
de la température et du catalyseur
sur l’estérification ou l’hydrolyse à partir d’un
mélange équimolaire de réactifs
:
Influence de la composition initiale