Synth` ese et hydrolyse des esters
La r´ eaction d’est´ erification
L’action d’un acide carboxylique sur un alcool donne un ester et de l’eau.
R-COOH + R’-OH = R-COO-R’ + H2O
L’est´erification est une transformationlente,athermique,limit´ee; elle conduit `a un´etat d’´equilibre.
Cette r´eaction peut ˆetre catalys´ee par l’ajout d’acide sulfurique.
Exemple : la r´eaction entre l’acide ´ethano¨ıque et le propanol s’´ecrit : CH3-COOH + CH3-CH2-CH2-OH = CH3-CO2-CH2-CH2-CH3 + H2O Equilibre de la r´´ eaction :
Les r´eactifs utilis´es sont des produits purs. L’eau n’est pas un solvant dans cette r´eaction, donc il doit apparaˆıtre dans l’´ecriture de la constante de r´eaction :
Qr,eqK rEstersrEaus
rAlcoolsrAcides
nesterneau
nalcoolnacide
Rendement :
Le rendement d’une r´eaction d’est´erification (dans de bonnes conditions) est de 67 %.
r quantit´e de mati`ere r´eellement obtenue quantit´e de mati`ere si la r´eaction avait ete totale
xf
xmax
Le rendement de la r´eaction d’est´erification entre un acide carboxylique et un alcool d´epend de la classe de l’alcool utilis´e. Pour un alcool primaire le rendement se situe autour de 67 %. Il est d’environ 60 % pour un alcool secondaire et 5 % pour un alcool tertiaire.
R´ eaction d’hydrolyse
Une hydrolyse est une r´eaction chimique au cours de laquelle il y a rupture de liaison par l’eau.
Ainsi, au cours de l’hydrolyse d’un ester, la liaison O-R’ est rompue par l’eau et conduit `a la formation d’acide carboxylique et d’alcool : l’hydrolyse est la r´eaction inverse de l’est´erification.
R-COO-R’ + H2O = R-COOH + R’-OH
L’hydrolyse est donc une r´eaction lente,limit´eepar sa r´eaction inverse (ceci explique que le syst`eme chi- mique ´evolue vers un ´etat d’´equilibre dynamique), etathermique(elles ne n´ecessitent pas d’apport d’´energie thermique pour se produire et ne d´egagent pas d’´energie thermique).
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Exemple : l’hydrolyse du butanoate de m´ethyle donne de l’acide butano¨ıque et du m´ethanol : CH3-CH2-CH2-COOCH3 + H2O = CH3-OH + CH3-CH2-CH2-COOH
Equilibre de la r´eaction :
Qr,eqK rAlcoolsrAcides
rEstersrEaus Rendement :
r xf
xmax
Equilibre d’est´ ´ erification-hydrolyse
A l’´equilibre, les deux transformations se compensent parfaitement : les r´eactions n’´etant pas totales, les vitesses de r´eaction de l’est´erification et de l’hydrolyse sont ´egales.
L’´etat d’´equilibre est la situation pour laquelle la vitesse de la r´eaction d’est´erification est la mˆeme que la vitesse d’hydrolyse de l’ester form´e. L’acide, l’alcool, l’ester et l’eau coexistent.
Influences sur l’´ etat d’´ equilibre d’est´ erification-hydrolyse et sa cin´ etique :
Catalyse et montage `a reflux :
On peut atteindre plus rapidement l’´etat d’´equilibre sans modifier sa composition en utilisant un catalyseur (H3O+ catalyse l’est´erification et hydrolyse) ou en chauffant `a reflux le m´elange r´eactionnel.
Montage du chauffage `a reflux :
Il permet de synth´etiser plus rapidement un produit. Le r´efrig´erant plac´e au-dessus du ballon permet de condenser les gaz volatils et d’´eviter de perdre les compos´es du milieu r´eactionnel.
Pour ass´echer un milieu on utilise des sels anhydres (de magn´esium Mg ou de calcium Ca). Pour v´erifier la puret´e d’un produit on peut effectuer une CCM (Chromatographie sur Couche Mince).
D´eplacement d’´equilibre de la r´eaction d’est´erification ou d’hydrolyse :
On peut d´eplacer l’´etat d’´equilibre vers une plus grande formation de l’ester en ´eliminant l’un des produits
`
a mesure qu’il se forme. On utilise pour cela des proc´ed´es tels que la distillation ou l’hydrodistillation (en- traˆınement `a la vapeur).
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Montage d’une distillation :
La distillation est une op´eration qui consiste `a porter `a ´ebullition un m´elange et `a en condenser la vapeur dans le but de s´eparer ou de purifier les constituants d’un m´elange.
Pour d´eplacer l’´equilibre d’une r´eaction, on peut ´egalement ajouter en exc`es l’un des deux r´eactifs. La r´eaction ne sera jamais totale, n´eanmoins, on augmente le rendement de la r´eaction.
G´en´eralement, le r´eactif ajout´e en exc`es est le moins coˆuteux.
Exemples :
1.est´erification classique : 3 moles d’alcool r´eagissant avec une mole d’acide permettront de former la mˆeme quantit´e d’ester et d’eau, mais le rendement sera de 75 `a 80 % (au lieu de 67 %).
2. hydrolyse classique : 3 moles d’eau r´eagissant avec une mole d’ester formeront un alcool et et de l’acide avec un rendement de 40 `a 45 % (au lieu de 33 %).
Utilisation d’un chlorure d’acyle ou d’un anhydride d’acide :
La r´eaction d’est´erification ´etant en ´equilibre avec la r´eaction d’hydrolyse, pour obtenir une r´eaction d’est´erification totale, il ne faut pas produire d’eau.
Pour se faire, on remplace l’acide carboxylique par un anhydride d’acide ou un chlorure d’acyle.
L’action d’un chlorure d’acyle ou d’unanhydride d’acide sur un alcool donne un ester, et la transformation estrapide et totale.
R-COCl(chlorure d’acyle)+ R’-OH(alcool)= R-COO-R’(ester) + HCl
(R-CO)2O(anhydride d’acide)+ R’-OH = R-COO-R’ + R-COOH(acide carboxylique)
Il n’y a plus d’eau dans le milieu donc pas de r´eaction d’hydrolyse avec l’anhydride d’acide ou le chlorure d’acyle.
Exemple :
Anhydride ´ethano¨ıque + ´ethanol = ´ethanoate d’´ethyle + acide ´ethano¨ıque (CH3-CO)2O + CH3-CH2-OH = CH3-COO-CH2-CH3 + CH3-COOH
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