P a g e TS Chimie xercice résolu noncé Remarque : les deux parties sont indépendantes. asses atomiques (en g.mol - ) : H =,00 ; C =,0 ; O = 6,0 ; Na = 3,0 I. Première partie : étude générale de la phase grasse d'une margarine Le texte qui suit est extrait d'une brochure de vulgarisation. Il est édité par une société industrielle qui fabrique des corps gras. "Les lipides naturels qui forment la phase grasse de la margarine sont constitués essentiellement par des triglycérides ou graisses neutres. C'est la nature et les proportions des différents acides gras participant à la constitution de ces triglycérides (un triglycéride résulte de l'estérification d'un tri-alcool, le glycérol, par trois molécules d'acides gras) qui confèrent aux corps gras leurs propriétés physico-chimiques ainsi que leur valeur biologique. Ce rôle primordial met les acides gras au premier plan de l'étude des graisses alimentaires. Les graisses et huiles usuelles renferment, en général, des acides gras à chaîne droite non ramifiée, dits normaux, à nombre pair d'atomes de carbone. On distingue les acides gras saturés et les acides gras insaturés. Les acides gras saturés répondent à la formule C n H n O. Ils possèdent en général un nombre pair d'atomes de carbone. Leur point de fusion augmente avec la longueur de la chaîne, c'est-à-dire qu'à la température ordinaire les premiers termes de la série sont liquides, les derniers solides. On rencontre plus rarement les premiers corps de la série jusqu'à C (acide gras courts) ainsi que ceux qui comportent plus de 8 atomes de carbone. Les plus répandus sont l'acide palmitique en C 6 et l'acide stéarique en C 8. Les acides gras insaturés de la série normale sont caractérisés, généralement, par plus de 0 atomes de carbone, la présence d'une ou plusieurs liaisons éthyléniques et la configuration Z des doubles liaisons. Ils sont généralement liquides : c'est leur présence en forte proportion qui est responsable de la consistance liquide des huiles végétales. Les acides gras insaturés les plus importants sont : - parmi les acides mono-éthyléniques : l'acide oléique (C 8 ) qui représente 33% de nos ressources alimentaires en acides gras, - parmi les acides gras insaturés polyéthyléniques : l'acide linoléique (C 8 ) (acide gras essentiel).. Après la lecture attentive du texte: a) Définir de façon générale les termes suivants: tri-alcool, estérification, acide gras. b) Donner la formule semi-développée de l'acide stéarique. c) crire la formule semi-développée du triglycéride, appelé tristéarine, formé à partir du propane-,,3-triol et de l'acide stéarique.. Une matière grasse à usage non alimentaire peut servir à fabriquer du savon. a) Donner la définition chimique d'un savon et préciser succinctement son mode d'action. b) Écrire l'équation-bilan de la saponification de la tristéarine par la soude. c) Sachant que le rendement R de la réaction est de 8 %, calculer la masse m S de savon obtenue à partir d une masse m = 75 kg de tristéarine en présence d'un excès de soude. Document :.oppert - CPF - Beyrouth
P a g e II. Deuxième partie : obtention de l'acétate d'isoamyle On désire préparer un ester à saveur et odeur de banane qui est utilisé pour aromatiser certains sirops. Cet ester est l'acétate d'isoamyle ou éthanoate de 3-méthylbutyle de formule : CH 3 - COOCH CH CH(CH 3 ) A. Principe de la manipulation On prépare l acétate d isoamyle par action d'un acide (A) sur un alcool (B). La réaction se fait à chaud. On extrait l ester formé par distillation fractionnée. Solubilité dans l'eau asse volumique Température (en g.l - ) d'ébullition (en C) Acide (A) Bonne,05 x 0 3 8 Alcool (B) Très faible 8,0 x 0 8 ster Très faible 8,70 x 0 43 B. Première étape de la manipulation Dans un ballon de 00 ml, on introduit un volume V = 44,0 ml d'alcool (B) et un volume V d'acide (A). On y ajoute avec précaution ml d'acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce. On adapte un réfrigérant à boules et on réalise un chauffage à reflux (cf. doc. ).. Nommer et écrire les formules semi-développées de l'acide (A) et de l'alcool (B) utilisés. Quelle est la classe de l'alcool?. Écrire l'équation-bilan de la réaction de cet acide sur l'alcool et préciser les caractéristiques de cette réaction. 3. Calculer le volume V d'acide nécessaire pour que le mélange, avec le volume V d'alcool, soit équimolaire. 4. Indiquer le rôle de la pierre ponce. 5. Pourquoi ajoute-t-on de l'acide sulfurique? Pourquoi chauffe-t-on le mélange? 6. Quel est le rôle du réfrigérant à boules? Document :.oppert - CPF - Beyrouth
P a g e 3 C. Seconde étape de la manipulation Après refroidissement, on verse le contenu du ballon dans de l'eau, on agite et on verse dans une ampoule à décanter. Il se forme deux couches liquides non miscibles dont l'une contient l'ester et l'alcool n'ayant pas réagi. On la récupère et on la soumet à une distillation fractionnée (cf. doc. ). On surveille la température et on recueille la fraction constituée de l'acétate d'isoamyle.. Dans quelle phase se trouve l'acétate d'isoamnyle lors de la décantation?. Nommer les matériels repérés sur le document par les lettres C, D,, F, G. 3. Pourquoi faut-il, lors de la distillation, surveiller la température? 4. a) Quelle serait la masse m th d'ester obtenue s'il s'agissait d'une réaction totale? b) On récupère en réalité une masse m ex = 6,3 g d'ester. Quel est le rendement R de la réaction à ce stade? c) Compte tenu des conditions initiales, la limite est-elle atteinte? 5. a) Proposer un réactif susceptible de remplacer l'acide (A). b) Écrire l'équation-bilan de ce réactif sur l'alcool (B). c) Quels sont les avantages et les inconvénients de cette seconde méthode de préparation de l'acétate d'isoamyle? Document :.oppert - CPF - Beyrouth
P a g e 4 Corrigé I. Première partie : étude générale de la phase grasse d'une margarine. a) Définir de façon générale les termes suivants: tri-alcool, estérification, acide gras. Un tri alcool possède trois fonctions alcools sur sa chaîne carbonée. L estérification est l action d un alcool sur un acide carboxylique. lle donne un ester et de l eau. Un acide gras est un acide carboxylique à longue chaîne carbonée. b) Donner la formule semi-développée de l'acide stéarique. Sa formule brute est C 8 H 36 O soit CH 3 (CH ) 6 COOH c) crire l équation chimique de la réaction de synthèse du triglycéride (appelé tristéarine) formé à partir du propane-,,3-triol et de l'acide stéarique. CH - OH CH - OH CH - OH CH 3 (CH ) 6 COO CH + + 3 CH 3 (CH ) 6 COOH = CH 3 (CH ) 6 COO CH + 3 H O CH 3 (CH ) 6 COO CH. a) Donner la définition chimique d'un savon. Un savon est un carboxylate de sodium ou de potassium RCOONa (s) ou RCOOK (s), dérivé d un acide gras à longue chaîne carbonée (de 0 à 0 atomes de carbone). b) Écrire l'équation-bilan de la saponification de la tristéarine par la soude. CH 3 (CH ) 6 COO CH CH -OH CH 3 (CH ) 6 COO CH + 3 Na + + 3HO - = 3 CH 3 (CH ) 6 COO - + 3 Na + + CH-OH CH 3 (CH ) 6 COO CH CH -OH c) Sachant que le rendement R de la réaction est de 8 %, calculer la masse m S de savon obtenue à partir d une masse m = 75 kg de tristéarine en présence d'un excès de soude. Soit m 0 la masse théorique de savon obtenue avec un rendement de 00%. Soit m S la masse de savon réellement obtenue : m S = R.m 0 m0 n S = 3.n => = 3. m => m S.m S = 3.R. ( S = 306 g.mol - et = 890 g.mol - ) Soit : m S = 3 x 0,8 x S 306 75 = 6,3 x 0 kg 890 II. Deuxième partie : obtention de l'acétate d'isoamyle B. Première étape de la manipulation. Nommer et écrire les formules semi-développées de l'acide (A) et de l'alcool (B) utilisés. Quelle est la classe de l'alcool? L acide est l acide éthanoïque de formule : CH 3 -COOH L alcool est le 3-méthylbutan--ol (alcool primaire) de formule : CH 3 CH CH CH -OH CH 3 Document :.oppert - CPF - Beyrouth
P a g e 5. Écrire l'équation-bilan de la réaction de cet acide sur l'alcool et préciser les caractéristiques de cette réaction. Réaction lente limitée et athermique. 3. Calculer le volume V d'acide nécessaire pour que le mélange, avec le volume V d'alcool, soit équimolaire. m n = = A.V m et n = = B.V Or : n = n => CH 3 CH CH CH OH + CH 3 -COOH = CH 3 COO CH CH CH CH 3 + H O CH 3 CH 3.V A =.V B => V =..V B A 8,0 0 60,0 Soit : V = 44, 0 =,3 x 0 ml 3,05 0 88,0 4. Indiquer le rôle de la pierre ponce. Réguler l ébullition en homogénéisant le mélange. 5. Pourquoi ajoute-t-on de l'acide sulfurique? Pourquoi chauffe-t-on le mélange? L acide sulfurique catalyse la réaction et donc augmente sa vitesse. De même, on chauffe le mélange pour augmenter la vitesse de la réaction (la température est un facteur cinétique). 6. Quel est le rôle du réfrigérant à boules? Le réfrigérant à boules permet de condenser les vapeurs et ainsi de ne pas perdre de matière (réactifs et produits). C. Seconde étape de la manipulation. Préciser et justifier la position de la phase dans laquelle se trouve l'acétate d'isoamyle lors de la décantation. L alcool et l ester ont des masses volumiques inférieures à celle de l eau. Donc la couche organique se trouve au dessus de la couche aqueuse.. Nommer les matériels repérés sur le document par les lettres C, D,, F, G. C : chauffe ballon - D : ballon à fond rond - : colonne de Vigreux F : réfrigérant droit G : erlenmeyer. 3. Pourquoi faut-il, lors de la distillation, surveiller la température? Lorsque la température atteint 8 C, les vapeurs d alcool arrivent en haut de la colonne de Vigreux et sont condensées dans le réfrigérant. Il faut attendre que la température atteigne 43 C pour récupérer les vapeurs d ester. 4. a) Quelle serait la masse m th d'ester obtenue s'il s'agissait d'une réaction totale? n (ester formé) = n (alcool disparu), soit : n = n 3 mth => = m => m B.V 80 44, 0 0 th =. soit : m th = 30 = 5,7 g 88, 0 b) On récupère en réalité une masse m ex = 6,3 g d'ester. Quel est le rendement R de la réaction à ce stade? mexp 6,3 R = soit : R = = 49,9 x 0 - ou 49,9 % m 5, 7 th c) Compte tenu des conditions initiales, la limite est-elle atteinte? L alcool étant primaire, le rendement attendu est de 67 % : la limite n est donc pas atteinte. Document :.oppert - CPF - Beyrouth
P a g e 6 5. a) Proposer un réactif susceptible de remplacer l'acide (A). On peut utiliser de l anhydride éthanoïque à la place de l acide (A). b) Écrire l'équation-bilan de ce réactif sur l'alcool (B) et dites en quoi il est intéressant de l utiliser. CH 3 CH CH CH OH + CH 3 -C(O)OC(O)-CH 3 = CH 3 COO CH CH CH CH 3 + CH 3 -COOH CH 3 CH 3 La réaction est rapide et totale. Document :.oppert - CPF - Beyrouth