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

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1 CHAPITRE 10 RÉACTINS D ESTÉRIFICATIN ET D HYDRLYSE 1 Formatio d u ester à partir d u acide et d u alcool 1. Nomeclature Acide : R C H Alcool : R H Groupe caractéristique ester : C Formule géérale d u ester : R C R Formule semi-développée d u ester : R C. Formatio d u ester Réactio : U acide carboxylique réagit avec u alcool pour doer u ester et de l eau : c est ue réactio d estérificatio. La réactio est : lete ; sas dégagemet de chaleur ; limitée : o atteit pas l avacemet maximal. Équatio de la réactio : R CH + R H R C R + H acide carboxylique + alcool ester + eau Redemet : η e. max C est le rapport etre la quatité de matière effectivemet obteue et la quatité maximale que l o obtiedrait si la réactio était totale. Quad les réactifs sot e proportio stœchiométrique : η 67 % pour u alcool primaire ; η 60 % pour u alcool secodaire ; η 5,0 % pour u alcool tertiaire. 1 Primaire Secodaire Tertiaire R CH H ou CH 3 H R' R CH H R' R' R C H R"

2 cours savoir-faire exercices corrigés La réactio de l acide éthaoïque sur u alcool A saturé o cyclique doe u ester B de masse molaire 10 g.mol Détermier les formules brutes de l ester B et de l alcool A.. Sachat que l alcool A est u alcool primaire, doer l équatio de la réactio d estérificatio aisi réalisée. 3. Sachat que les réactifs sot e proportio stœchiométriques, quel devrait être le redemet de la réactio? corrigé commeté exemple d applicatio 1. Coseil : partir de la formule géérale de l ester et idetifier R (qui proviet de l acide) et R (qui proviet de l alcool). L acide éthaoïque a pour formule CH 3 CH. L ester a pour formule R C R. R proviet de l acide : CH 3. L alcool est saturé et o cyclique de formule R H. R est doc u radical alkyle de la forme C H +1 (o pred l alcae C H + et o elève 1 H). L ester s écrit alors : CH 3 C C H +1. Sa masse molaire M 1 ( + ) + (16.) + ( + 4) 10 g.mol (10 60)/14 3. L ester a doc pour formule : CH 3 C C 3 H 7 ou C 5 H 10 et se omme éthaoate de propyle. L alcool a pour formule : C 3 H 7 H ou C 3 H 8. Coseil : lister les isomères et garder l alcool primaire. À cette formule correspodet deux isomères saturés o cycliques : CH 3 CH CH H : alcool primaire, propaol ; (CH 3 ) CH H : alcool secodaire, propa--ol. La réactio d estérificatio est doc : CH 3 CH + CH 3 CH CH H CH 3 C CH CH CH 3 + H 3. Coseil : cosidérer la classe de l alcool. L alcool est u alcool primaire. peut doc s attedre à u redemet : η 67 %. 13

3 CHAPITRE 10 RÉACTINS D ESTÉRIFICATIN ET D HYDRLYSE Hydrolyse d u ester 1. Hydrolyse Réactio : U ester réagit avec de l eau pour doer u acide carboxylique et u alcool : c est ue réactio d hydrolyse. La réactio est : lete ; sas dégagemet de chaleur ; limitée : o atteit pas l avacemet maximal. Équatio de la réactio : R C R + H R CH + R H ester + eau acide carboxylique + alcool Redemet : η e max Quad les réactifs sot e proportio stœchiométrique : η 33 % pour u ester d alcool primaire ; η 40 % pour u ester d alcool secodaire ; η 95 % pour u ester d alcool tertiaire.. État d équilibre résultat de l estérificatio ou de l hydrolyse Les réactios d estérificatio et d hydrolyse sot iverses l ue de l autre. Elles e sot pas idépedates l ue de l autre et coduiset à u état d équilibre représeté par l équatio : R CH + R H R C R + H acide carboxylique alcool ester eau exemple d applicatio Le propaoate d éthyle résulte de la réactio d u alcool avec u acide. 1. Doer la formule semi-développée de l ester formé. Doer les formules semi-développées de l acide carboxylique et de l alcool correspodats.. hydrolyse 5,1 g d ester. Écrire l équatio-bila de la réactio. Quelle est la quatité d eau miimum que l o doit utiliser e supposat que la réactio est totale et que le réactif limitat est l ester? Das ces coditios, à quel redemet peut-o raisoablemet s attedre? 14

4 cours savoir-faire exercices corrigés 3. Quel devrait être l avacemet maximal de la réactio? E déduire la quatité de matière d acide réellemet obteue si le redemet est de 33 %. corrigé commeté 1. Coseil : cosulter la fiche savoir-faire. Idetifier R pour l acide et R pour l alcool. Le propaoate d éthyle est u ester de la forme R C R. R est lié au terme propaoate, R au terme éthyle. R viet de l alcool R H : éthaol CH 3 CH H ( carboe). R viet de l acide R CH et doc de l acide propaoïque CH 3 CH CH (3 carboe). propaoate d éthyle : CH 3 CH C CH CH 3 CH 3 CH C CH CH 3 éthaol : CH 3 CH H acide propaoïque : CH 3 CH C. Idicatio : utiliser le tableau d avacemet de la réactio. CH 3 CH C CH CH 3 + H CH 3 CH CH + CH 3 CH H Équatio ester + eau acide + alcool État Avacemet (mol) Quatités de matière (mol) Iitial x i E cours x 1 x x x x Fial x max 0 0 x max x max H La quatité miimale d eau que l o doit utiliser est celle qui correspod aux quatités stœchiométriques 1 m/m 5,1/ mol Das les proportios stœchiométriques et avec u ester d alcool primaire, o peut s attedre à u redemet de 33 %. 3. Idicatio : tout le réactif limitat est cosommé. x max mol La quatité de matière d acide que l o devrait obteir si la réactio était totale est : max 5.10 mol. - e r η... η & e max 16510,. mol. max

5 CHAPITRE 10 RÉACTINS D ESTÉRIFICATIN ET D HYDRLYSE 3 État d équilibre das les réactios d estérificatio et d hydrolyse 1. Estérificatio Tableau d avacemet du système Taux d avacemet : τ x e < 1 Quotiet de réactio et costate d équilibre Quotiet de réactio 7esterA7eauA ester Q r 7acideA7alcool A acide Avec X 7 A et V volume total du mélage V Costate d équilibre ester, eq l eau, eq l K Qreq, l l l. Hydrolyse Tableau d avacemet du système x Taux d avacemet : τ h 1 1 eau alcool acide, eq alcool, eq Quotiet de réactio et costate d équilibre Quotiet de réactio 7acideA7alcoolA acide Q r 7esterA7eauA ester Costate d équilibre acide eq l K Qreq, l l 16 Équatio R CH + R H R C R + H État du système Avacemet (mol) Quatités de matière (mol) Iitial x i E cours x 1 x x x x Fial x f 1 x f x f x f x f Équatio R C R + H R CH + R H État du système Avacemet (mol) Quatités de matière (mol) Iitial x i E cours x 1 x x x x Fial x f 1 x f x f x f x f, alcool, eq l ester, eq eau, eq l alcool eau

6 cours savoir-faire exercices corrigés étudie l estérificatio du buta-1-ol par l acide éthaoïque. 1. Écrire l équatio de la réactio et doer le om de l ester formé.. L estérificatio est effectuée à partir d u mélage équimolaire de 5,0.10 mol de chaque réactif. Au bout d ue heure, il reste,.10 mol d acide éthaoïque das le mélage. Sachat que la costate d équilibre est K 4, e déduire le taux d avacemet fial de la réactio. 3. Détermier le redemet maximal de la préparatio de l ester aisi sythétisé. Pouvait-o s attedre à ce résultat? corrigé commeté exemple d applicatio 1. Coseil : cosulter la fiche savoir-faire CH 3 CH + CH 3 (CH ) 3 H CH 3 C (CH ) 3 CH 3 + H L ester est de la forme R C R. R est lié à l acide et R à l alcool. L acide est l acide éthaoïque : l ester est doc u éthaoate de R. R est le radical butyle. L ester est doc l éthaoate de butyle.. Coseil : l état fial représete l état d équilibre. Costruire le tableau d avacemet de la réactio et calculer K. Équatio CH 3 CH + CH 3 (CH ) 3 H CH 3 C (CH ) 3 CH 3 + H État Avacemet Quatités de matière (mol) du système (mol) Iitial x 1 0 5,0.10 5, E cours x 5,0.10 x 5,0.10 x x x Fial x f 5,0.10 x f 5,0.10 x f x f x f CH 3C ( CH) 3CH3 H xf K Qreq, l 4 CH CH CH ( CH ) H b50, xfl x f 4 (5,0.10 x f ) 3x f 0,4 x f + 0,01 0 Compte teu des quatités iitiales de réactifs, 0 x f 5,0.10. La résolutio de l équatio coduit doc à la solutio x f 3,33.10 mol. - xf 333,. 10 Le taux d avacemet à l équilibre est alors : τe 067, 67%. 1-50,. 10 L alcool utilisé est u alcool primaire. 3. Idicatio : le redemet de la préparatio est égal au taux d avacemet maximum si tout l ester formé peut être extrait, ce qui est jamais réalisé. η τ e η 67 % L alcool utilisé est u alcool primaire : le redemet attedu était doc bie de 67 %. 17

7 CHAPITRE 10 RÉACTINS D ESTÉRIFICATIN ET D HYDRLYSE 4 Cotrôle des réactios d estérificatio et hydrolyse 1. Cotrôle de la vitesse de réactio Température L état d équilibre est atteit plus rapidemet quad la température est plus élevée et il y a pas d actio sur le taux d avacemet à l équilibre. Catalyseur Le catalyseur augmete la vitesse d ue réactio chimique et se retrouve ichagé à l issue de la trasformatio.. Cotrôle de l état fial du système Le système évolue spotaémet vers u état d équilibre : la valeur du quotiet de réactio Q r ted vers la costate d équilibre K, quel que soit l état iitial du système. Estérificatio Hydrolyse estereau acide Q r Q r Q r acide alcool alcool ester eau Excès acide ou alcool ester ou eau d u réactif Q r < K Q r < K Élimiatio d u produit de la réactio ester ou eau Q r < K acide ou alcool Q r < K Q r 3 ses spotaé de la trasformatio vers la droite ses direct Q r K exemple d applicatio chauffe u mélage équimolaire d acide éthaoïque et d éthaol. La costate d équilibre pour les alcools primaires est K Calculer le quotiet de réactio Q r à l état iitial. E déduire le ses d évolutio spotaé du système.. Calculer l avacemet de la réactio à l équilibre. E déduire la valeur du taux d avacemet τ à l équilibre. 18

8 cours savoir-faire exercices corrigés 3. Le mélage iitial est maiteat costitué de 3 moles d acide éthaoïque et d ue mole d alcool. Calculer l avacemet de la réactio à l équilibre. E déduire la valeur du taux d avacemet τ à l équilibre. Coclure? corrigé commeté 1. Idicatio : costruire le tableau d avacemet de la réactio. Équatio État du système Avacemet (mol) CH 3 CH + C H 5 H CH 3 C C H 5 + H Quatités de matière (mol) Iitial x i E cours x 1 x 1 x x x Fial x éq 1 x éq 1 x éq x éq x éq ester. eau À l état iitial : Q r 0 alcool. acide K 4 Q r < K le système évolue spotaémet das le ses direct jusqu à l état d équilibre.. Coseil : calculer Q r,éq à partir du tableau d avacemet préalablemet costruit. ester, eq l. eau, eq l xeq l Qreq, l K 4 alcool, eq l. acide, eq l `1 - xeq l j 3 x éq 8 x éq Cette équatio admet deux solutios. Si la réactio était totale : 1 x éq 0 x éq 1 mole. La solutio de l équatio est doc obligatoiremet 1 mol. La solutio reteue est doc x éq 0,67 mol. xeq l Taux d avacemet : τe 0671, / 67%. CH3 CH, i 3. Idicatio : repredre le tableau d avacemet avec les ouvelles coditios iitiales. Le système évolue vers u ouvel état d équilibre. Équatio État du système Avacemet (mol) CH 3 CH + C H 5 H CH 3 C C H 5 + H Quatités de matière (mol) Iitial x i E cours x 3 x 1 x x x Fial x éq 3 x éq 1 x éq x éq x éq ester, eq l. eau, eq l xeq l Qreq, l. K 4 alcool, eq l acide, eq l `1- xeq l j`3- xeq l j 3 x éq 16 x éq Cette équatio admet deux solutios. Le réactif limitat est l alcool : la solutio de l équatio est doc obligatoiremet 1 mol. La solutio reteue est doc x éq 0,90 mol. xeq l Taux d avacemet : τe 0901, / 90%. CH3 CH, i Lorsque la cocetratio d u réactif à l état iitial augmete, le taux d avacemet de la réactio augmete. 19