Rappel sur les fonctions organiques

Les alcools

Formule générale : R-OH

On appelle alcool un composé organique « hydrocarbure »   dans lequel un groupe fonctionnel hydroxyle –OH  est lié à un atome de carbone tétragonal  .

 Nomenclature des alcools

• on repère la chaîne carbonée la plus grande contenant le carbone fonctionnel de l’alcool
• On numérote la chaîne carbonée à partir de l’atome de carbone fonctionnel

L’alcool porte le nom de l’alcane  correspondant,  en remplaçant la lettre « e » finale par la terminaison -ol, précédée si nécessaire de l’indice de position  de l’atome de carbone fonctionnel

Exemples:

Classe des alcools

Il existe  trois classes des alcools :

Si  l’atome de carbone portant le groupe hydroxyle est lié :

• à un atome de carbones ou zéro : l’alcool est dit primaire
• à deux atomes de carbones, l’alcool est dit  secondaire.
• à trois atomes de  carbones,  l’alcool est dit tertiaire.

Acides carboxyliques

Tous les acides carboxyliques contiennent le groupe carboxylique

(-COOH) au bout de la chaîne , symbolisés par :

Nomenclature des acides carboxyliques

• on repère la chaîne carbonée la plus grande contenant le carbone fonctionnel de l’acide
• On numérote la chaîne carbonée à partir de l’atome de carbone du groupe COOH.

On nomme l’acide :

On précède  le nom de l’alcane par le mot « acide » puis on  remplace le « e » final de l’alcane par la terminaison OÏQUE.

L’ ester

l’ ester résulte  de l’action d’un alcool sur l’acide.

Un ester est un composé organique possédant le groupe caractéristique du formule suivante:

R₁: chaîne carbonée provenant de l’acide carboxylique

R_2 : chaîne carbonée provenant de  l’alcool

Nomenclature des esters

1. Déterminer  la chaîne provenant de l’acide  carboxylique et rajouté le suffixe OATE : Alcanoate 
2. Ajouter un « de » après le nom en -oate
3. Déterminer la chaîne provenant de l’alcool puis terminer par le suffixe -yle
4. Le resultat est : Alcanoate de alkyle

En  cas des ramifications :

• Pour la chaîne provenant de l’acide  la numérotation commence à  partir de l’atome de carbone lié aux deux atomes d’oxygène)
• Pour la chaîne provenant de l’alcool  la numérotation commence à  partir de l’atome de carbone lié à un seul atome d’oxygène)

Réaction d’estérification et hydrolyse

La réaction d’estérification.

L’estérification est une transformation chimique entre un acide carboxylique et un alcool conduisant à un ester et à de l’eau.

L’hydrolyse d’un ester

L’hydrolyse d’un ester est la réaction inverse de l’estérification.

C’est une réaction entre un ester et l’eau  conduisant à la formation d’un acide carboxylique et d’un alcool.

Caractéristiques de la réaction d’estérification

Lorsqu’on mélange initialement en proportion équimolaire n₀ moles d’acide carboxylique avec n₀ moles d’alcool primaire, à l’état final à l’état final les deux quantités d’ester et d’eau formés tendent vers une limite égal à 2/3.n0 , les réactifs restants 1/3.n0 d’acide et 1/3.n0 d’alcool .

Le tableau de la réaction d’estérification:

L’estérification est une transformation lente, limitée et athermique

Caractéristiques de la réaction d’hydrolyse

Considérons mélange initialement en proportion équimolaire n₀ moles d’ester avec n₀ moles d’eau, à l’état final les deux quantités d’acide carboxylique et alcool primaire formés tendent vers une limite égal à 1/3.n0 , les réactifs restants 2/3.n0 pour l’ester et 2/3.n0 d’eau

L’estérification est une transformation lente, limitée et athermique

Etat équilibre

Au cours de la réaction d’estérification l’acide et l’alcool se réagissent pour former l’ester et l’eau, alors la réaction  d’hydrolyse se déclenche l’ester et l’eau commencent à se réagir pour former l’acide et l’alcool donc ce sont deux transformations chimiques  qui se font simultanément l’une inverse de l’autre  

Par conséquent, lorsque les vitesses des deux réactions estérification et hydrolyse sont égales, les proportions des différents composés n’évoluent plus au cours du temps, c’est à dire   les quatre composés  (acide, alcool, ester et eau) coexistent dans des proportions constantes  alors  on est en présence d’un état d’équilibre

La constante d’équilibre d’estérification

$\mathbf{K}\mathbf{=}\frac{{\mathbf{\left[}\mathbf{Ester}\mathbf{\right]}}_{\mathbf{eq}}\mathbf{.}{\mathbf{\left[}\mathbf{Eau}\mathbf{\right]}}_{\mathbf{eq}}}{{\mathbf{\left[}\mathbf{Acide}\mathbf{\right]}}_{\mathbf{eq}}\mathbf{.}{\mathbf{\left[}\mathbf{Alcool}\mathbf{\right]}}_{\mathbf{eq}}}$

On peut écrire cette constante en fonction de nombres de moles:

$\mathbf{K}\mathbf{=}\frac{{\mathbf{\left[}\mathbf{Ester}\mathbf{\right]}}_{\mathbf{eq}}\mathbf{.}{\mathbf{\left[}\mathbf{Eau}\mathbf{\right]}}_{\mathbf{eq}}}{{\mathbf{\left[}\mathbf{Acide}\mathbf{\right]}}_{\mathbf{eq}}\mathbf{.}{\mathbf{\left[}\mathbf{Alcool}\mathbf{\right]}}_{\mathbf{eq}}}\mathbf{=}\frac{\frac{{\mathbf{n}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{ester}\mathbf{\right)}}}{\mathbf{V}}\mathbf{.}\frac{{\mathbf{n}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{eau}\mathbf{\right)}}}{\mathbf{V}}}{\frac{{\mathbf{n}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{a}\mathbf{c}\mathbf{i}\mathbf{d}\mathbf{e}\mathbf{\right)}}}{\mathbf{V}}\mathbf{.}\frac{{\mathbf{n}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{a}\mathbf{l}\mathbf{c}\mathbf{o}\mathbf{o}\mathbf{l}\mathbf{\right)}}}{\mathbf{V}}}$

V:volume du système

$\mathbf{k}\mathbf{=}\frac{{\mathbf{n}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{ester}\mathbf{\right)}}\mathbf{.}{\mathbf{ }\mathbf{n}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{eau}\mathbf{\right)}}}{{\mathbf{n}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{acide}\mathbf{\right)}}\mathbf{.}\mathbf{ }{\mathbf{n}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{alcool}\mathbf{\right)}}}$

L’équilibre estérification est caractérisé par une constante d’équilibre

Dans un mélange équimolaire contenant n₀ moles d’acide carboxylique avec n₀ moles d’alcool primaire :

$\mathbf{k}\mathbf{=}\frac{{\displaystyle \frac{\mathbf{2}{\mathbf{n}}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{3}}}\mathbf{.}\mathbf{ }\frac{\mathbf{2}{\mathbf{n}}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{3}}}{\frac{{\mathbf{n}}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{3}}\mathbf{.}\mathbf{ }\frac{{\mathbf{n}}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{3}}}\mathbf{=}\mathbf{4}$

L’équilibre d’hydrolyse est caractérisé par une constante d’équilibre

Dans un mélange équimolaire contenant n₀ moles d’ester avec n₀ moles d’eau :

$\mathbf{k}\mathbf{=}\frac{\frac{{\mathbf{n}}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{3}}\mathbf{.}\mathbf{ }\frac{{\mathbf{n}}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{3}}}{\frac{\mathbf{2}{\mathbf{n}}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{3}}\mathbf{.}\mathbf{ }\frac{\mathbf{2}{\mathbf{n}}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{3}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{4}}$

Quels facteurs influencent sur les réactions d’estérification et d’hydrolyse

Influence de la température

Une élévation de la température du mélange réactionnel permet d’atteindre plus rapidement l’état final  sans modifier l’état d’équilibre   d’estérification et d’hydrolyse  « les constantes d’équilibre des réactions d’estérification et d’hydrolyse ne dépendent pas de la température » On est en présence des réactions athermiques.

Influence d’un catalyseur

Les ions H⁺ catalysent aussi bien la réaction d’estérification que la réaction d’hydrolyse et  permettent d’atteindre plus rapidement l’état final sans modifier  l’état final.

Influence de la nature des réactifs

Le rendement de l’estérification dépend de la classe de l’alcool utilisé. le rendement pour des mélanges équimolaires est de :

–  67 % pour l’alcool primaire

–  60 % pour un alcool secondaire

–  5 % pour un alcool tertiaire.

Influence de la quantité des réactifs

si l’un des réactifs est en excès alors le rendement de l’estérification ou de l’hydrolyse est d’autant plus important

Pour améliorer le rendement de l’hydrolyse on procède à un large excès d’eau.

Influence de la quantité des produits

Le procédé d’élimination l’un des produits (eau ou ester ) fait augmenter le rendement de l’estérification.