L’équilibre chimique estérification-hydrolyse

I. Caractéristiques de la réaction d’estérification.

1. La réaction : Acide + alcool = ester + eau R-CO2H + R’-OH = R-CO2-R’ + H2O.

2. Étude expérimentale. a) Protocole.

2. Étude expérimentale. b) Résultats nA(0) nA(0) nA(0) - x nA(0)-x x x R-CO2H + R’-OH = R-CO2-R’ + H2O E. Initial nA(0) nA(0) En cours nA(0) - x nA(0)-x x x État final 1/3 nA(0) 1/3 nA(0) 2/3nA(0) 2/3 nA(0)

3. Propriétés. L’estérification est une réaction lente. A 15°C, le système n’évolue plus au bout de 15 ans. A 20°C, le système n’évolue plus au bout de 1 an. A 100°C, le système n’évolue plus au bout de 8 jours. A 200°C, le système n’évolue plus au bout de 1heure.

3. Propriétés. L’estérification est une réaction limitée. Lorsque le système n’évolue plus, il reste de l’alcool et de l’acide. Avancement maximal: xmax = nA(0) Taux d’avancement final: t = 67%

3. Propriétés. La limite d’estérification est indépendante de la température. La présence du catalyseur H+ permet d’atteindre plus facilement la limite d’estérification mais ne la modifie pas.

Évolution des quantités d’acide et d’ester

Influence de la température

Influence des ions H+

II. Caractéristiques de la réaction d’hydrolyse.

1. La réaction : ester + eau = Acide + alcool R-CO2-R’ + H2O = R-CO2H + R’-OH

2. Étude expérimentale. a) Protocole.

2. Étude expérimentale. b) Résultats nE(0) nE(0) nE(0) - x nE(0)-x x x R-CO2-R’ + H2O = R-CO2H + R’-OH E. Initial nE(0) nE(0) En cours nE(0) - x nE(0)-x x x État final 2/3 nE(0) 2/3 nE(0) 1/3nE(0) 1/3 nE(0)

3. Propriétés. L’hydrolyse est une réaction lente. L’hydrolyse est une réaction limitée. Lorsque le système n’évolue plus, il reste de l’ester et de l’eau. Avancement maximal: xmax = nE(0) Taux d’avancement final: t = 33%

3. Propriétés. La limite d’hydrolyse est indépendante de la température. La présence du catalyseur H+ permet d’atteindre plus facilement la limite d’hydrolyse mais ne la modifie pas.

Évolution des quantités d’acide et d’ester

Influence de la température

Influence des ions H+

III. L’équilibre estérification-hydrolyse Les réactions d’estérification et d’hydrolyse sont inverses l’une de l’autre et ont lieu simultanément. Elles se limitent l’une l’autre et conduisent à un état d’équilibre chimique. Cet état est atteint lorsque la vitesse de formation de l’ester par la réaction d’estérification est exactement égale à sa vitesse de disparition par hydrolyse.

III. L’équilibre estérification-hydrolyse Cet équilibre est caractérisé par une constante d’équilibre K(T) :

III. L’équilibre estérification-hydrolyse Cette constante peut se réécrire, en notant V le volume du système:

III. L’équilibre estérification-hydrolyse Cette constante peut se réécrire, en notant V le volume du système:

III. L’équilibre estérification-hydrolyse 2. Facteurs influençant l’équilibre. a ) Influence de la température. Les réactions sont athermiques. Dans ce cas K(T) ne dépend pas de T. Pour un alcool primaire K = 4.

III. L’équilibre estérification-hydrolyse 2. Facteurs influençant l’équilibre. b) Influence du catalyseur Un catalyseur ne modifie pas un état d’équilibre car il catalyse de la même façon les deux réactions inverses l’une de l’autre. Il permet d’atteindre plus rapidement l’état d’équilibre.

III. L’équilibre estérification-hydrolyse 2. Facteurs d’influençant l’équilibre. c) Influence de la nature des réactifs Le taux d’avancement final de la réaction d’estérification dépend très peu de la nature de l’acide carboxylique mis en jeu.

III. L’équilibre estérification-hydrolyse 2. Facteurs influençant l’équilibre. c) Influence de la nature des réactifs Il dépend nettement de la classe de l’alcool utilisé.

III. L’équilibre estérification-hydrolyse 2. Facteurs influençant l’équilibre. c) Influence de la nature des réactifs Pour des mélanges équimolaires en acide carboxylique et alcool, le taux d’avancement final de la réaction est de : 67 % si l’alcool est primaire, 60 % si l’alcool est secondaire, 5 % si l’alcool est tertiaire.

III. L’équilibre estérification-hydrolyse 2. Facteurs influençant l’équilibre. d) Influence des proportions initiales des réactifs. Mélange initial t Acide Alcool 1 1 0,67 1 5 0,95 5 1 0,95

Le taux d’avancement final  de la réaction d’estérification, est d’autant plus élevé que l’un des réactifs est en plus fort excès.

Interprétation Si, au système à d’équilibre , on ajoute de l’alcool, nalcool croît et le quotient de réaction diminue ; Qr est alors inférieur à K, le système évolue dans le sens direct de l’estérification en produisant de l’ester et de l’eau tout en consommant de l’acide et de l’alcool jusqu’à ce qu’à ce que le quotient de réaction soit à nouveau égal à K.

Conclusion L’utilisation d’un excès d’acide ou d’alcool, augmente le taux d’avancement final de l’estérification et permet d’en améliorer le rendement.

extraction de l’ester : Autres méthodes permettant d’améliorer le rendement de l’estérification. extraction de l’ester : Si la température d’ébullition de l’ester est nettement inférieure à celles des autres constituants du système, il est possible de l’extraire du mélange réactionnel, au fur et à mesure, par distillation fractionnée.

Autres méthodes permettant d’améliorer le rendement de l’estérification. L’eau peut être éliminée, au fur et à mesure de sa formation, en introduisant dans le mélange réactionnel une substance très avide d’eau mais sans réaction avec les autres constituants (par exemple un déshydratant tel que l’acide sulfurique concentré).

Conclusion L’élimination de l’eau ou de l’ester lors de leur formation, déplace l’équilibre dans le sens direct de l’estérification et permet d’en améliorer le rendement.

FIN