Chapitre 10 : estérification, hydrolyse



I) Alcool, acide carboxylique et anhydride d'acide

1) Les alcools 

un alcool est caractérisé par un groupement hydroxyle -OH, lié à un carbone tétragonal( carbone lié à 4 autres atomes)

Le groupe hydroxyle -OH est appelé le groupe caractéristique ou groupe fonctionnel des alcools.
la formule brute générale des alcools saturés (liaison covalente simple entre les atomes de carbone et d'hydrogène) est: 

Cn H2n+1 -OH 

Les 3 classes d'alcool

* un alcool est primaire si le carbone fonctionnel est lié à 1, ou 0 atome de carbone

formule générale: R-CH2-OH ou (CH2-OH)

*un alcool est secondaire si le carbone fonctionnel est lié à 2 atomes de carbone.

*un alcool est tertiaire si le carbone fonctionnel est lié à 3 atomes de carbone. 

2) acides carboxyliques R-COOH

définition

un acide carboxylique présente le groupe caractéristique fonctionnel carboxyle.

La formule générale des acides carboxyliques est :

Le carbone fonctionnel est trigonal (lié à 3 autres atomes). 

nomenclature

Le nom du composé est précédé du mot acide. On remplace ensuite le "e" du nom de l'alcane correspondant par la terminaison "oïque".

3) Anhydride d'acide

Le groupe fonctionnel anhydride d'acide est :

les anhydrides d'acide ont pour formule semi-développée:

Ils proviennent d'une réaction de condensation entre 2 molécules d'acide , avec élimination d'une molécule d'eau.

nomenclature
Le nom de l'anhydride d'acide s'obtient en remplaçant le mot acide par le mot anhydride.
exemple: l'anhydride éthanoïque , anhydride éthanoique-propanoïque: 

Les anhydrides d'acide liquide ou solide à température ordinaire sont irritants pour les yeux et la peau et doivent être manipulés avec précaution.

II) Les esters

1) Définition

Un ester est un composé organique qui possède le groupe caractéristique :

Remarque : parfois on n'écrit pas le carbone dans la formule du groupe caractéristique

La formule générale des esters s'écrit :

Avec R = H ou R = chaine carbonée et  R' = chaine carbonée.

2) Nomenclature

La première partie désigne la chaîne carbonée contenant le carbone fonctionnel: on remplace la terminaison oîque par "oate". La seconde partie désigne la chaîne liée à l'atome d'oxygène: elle est nommée comme un radical alkyle.
exemple: propanoate d'éthyle

III) Equilibre d'estérification hydrolyse

1) Caractéristiques de la réaction d'estérification

On réalise un mélange d'acide carboxylique et d'alcool. La réaction produit un ester et de l'eau suivant l'équation bilan suivante :

R-CO2H+R'-OH = R-CO2-R'+H2O

La réaction d'estérification est lente, limitée, athermique.
Le taux d'avancement final tf est inférieur à 1.

 2) Caractéristiques de la réaction d'hydrolyse d'un ester

La réaction inverse de la réaction d'estérification est appelée réaction d'hydrolyse.
À partir d'un ester et de l'eau on produit un acide carboxylique et un alcool. Son équation bilan est : 

R-CO2-R'+H2O = R-CO2H+R'-OH

L' hydrolyse d'un ester est une réaction lente, limitée, athermique. Son taux d'avancement final est inférieur à un.

3) L'équilibre d'estérification hydrolyse

La réaction d'estérification est la réaction inverse de l'hydrolyse de l'ester. Ces deux réactions se limitent l'une l'autre. 
L'état d'équilibre est atteint lorsque la vitesse de formation de l'ester est  égale à sa vitesse de disparition par la réaction d'hydrolyse.

La constante d'équilibre K de la réaction d'estérification est :

la constante d'équilibre K' de la réaction d'hydrolyse de l'ester est l'inverse de celle de l'estérification :

IV) Facteurs permettant d'atteindre plus rapidement l'état d'équilibre

1) influence de la température

L'augmentation de température augmente la vitesse de la réaction d'estérification ou d'hydrolyse, mais ne modifie pas leur rendement( car la réaction est athermique).
L'augmentation de température permet d'atteindre plus rapidement l'état d'équilibre.

2) influence d'un catalyseur

Un catalyseur permet d'atteindre plus rapidement l'état d'équilibre de la réaction d'estérication ou d'hydrolyse.
mais  modifie pas le rendement de la réaction.
 

V) Amélioration du rendement d'une estérification

1) rendement d'une réaction

Soit la réaction suivante : a.A + b.B = c.C
Si le réactif A est en excès Le rendement 'r' de la réaction est :

Si la réaction est totale, le nombre de mole théorique de produit formé C est relié au nombre de mole initial de réactif en défaut A par la relation :


Par conséquent le rendement de la réaction est donné par la relation :

2) utilisation d'un réactif en excès

En augmentant l'excès d'un des réactifs (acide ou alcool) de la réaction d'estérification, on augmente son rendement, et son taux d'avancement final.

3) élimination d'un produit formé

Une fois l'équilibre d'estérification atteint, en éliminant l'ester ou l'eau formé(e), le quotient de réaction devient inférieur à la constante d'équilibre K. 

Le système évolue à nouveau dans le sens direct de la réaction d'estérification. Le rendement est amélioré car le nombre de mole de réactif en défaut diminue.

Pour éliminer l'ester on peut l'utiliser un montage de distillation fractionnée.
Pour éliminer l'eau on peut utiliser l'appareil de Dean et Stark, ou utiliser un déshydratant tel que l'acide sulfurique concentré( H2SO4).

4) Influence des réactifs

Le rendement de la réaction d'estérification ne dépend pratiquement pas de la nature de l'acide carboxylique utilisé. Par contre il dépend de la classe d'alcool utilisée. (67 % pour un alcool primaire, 60 % pour un alcool secondaire, 5 % pour un alcool tertiaire.

La constante d'équilibre K d'une réaction d'estérification dépend de l'alcool utilisé.