ECE N° 10

Préparation à l’ECE : Synthèse d’un ester à l’odeur de jasmin :

 Les différents pictogrammes

1.  Intérêt du montage Dean-Stark par rapport à un montage à reflux.

a.  Les réactifs, les produits et le solvant :

►  Le phénylméthanol : alcool benzylique :

-  Vue 3 D :

-  Formule brute : C₇H₈O

-  Masse molaire :  M (C₇H₈O) = 108,1 g . mol^–1

-  Composition: C(77.75%) H(7.46%) O(14.80%)

-  Masse volumique :   ρ (C₇H₈O) = 1,047 ± 0.06 g . cm^–3

-  Température d’ébullition : θ_éb = 205,3 °C

-  H302 - Nocif en cas d'ingestion

-  H332 - Nocif par inhalation

-  C'est un liquide incolore, inflammable et irritant.

-   

-  L'alcool benzylique : alcool aromatique à chaîne latérale saturée, alcool primaire.

-  Solubilité : éther et éthanol, cyclohexane, modérée dans l’eau (4 %)

►  L’acide éthanoïque :

-  Vue 3 D :

-  Formule brute : C₂H₄O₂

-  Masse molaire :  M (C₂H₄O₂) = 60,05 g . mol^–1

-  Composition: C(40.00%) H(6.71%) O(53.29%)

-  Masse volumique :   ρ (C₂H₄O₂) = 1,069 ± 0.06 g . cm^–3

-  Température d’ébullition : θ_éb = 118 °C

-  H226 - Liquide et vapeurs inflammables

-  H314 - Provoque de graves brûlures de la peau et de graves lésions des yeux

-  C'est un liquide incolore, inflammable et irritant.

-    

-  L’acide éthanoïque est un acide carboxylique (acide faible).

-  Solubilité : éther et éthanol, cyclohexane, et l’eau (très soluble)

►  Éthanoate de benzyle :   FICHE COMPLÈTE

-  Vue 3 D :

-  Formule brute : C₉H₁₀O₂

-  Masse molaire :  M (C₉H₁₀O₂) = 150,2 g . mol^–1

-  Composition: C(71.98%) H(6.71%) O(21.31%)

-  Masse volumique :   ρ (C₉H₁₀O₂) = 1,055 ± 0.06 g . cm^–3

-  Température d’ébullition : θ_éb = 215 °C

-  H319 - Provoque une sévère irritation des yeux

-  H335 - Peut irriter les voies respiratoires

-  H315 - Provoque une irritation cutanée

-   

-  L'acétate de benzyle est un liquide inflammable dont les vapeurs peuvent former des mélanges explosifs avec l'air dans les limites de 0,9 % à 8,4 % en volume.

-  L’éthanoate de benzyle est un ester.

-  Il est présent dans l'huile essentielle de jasmin (environ 20% de l'absolue de jasmin).

-  Solubilité : éther et éthanol, cyclohexane, l’eau (peu soluble) et insoluble dans l’eau salée.

►  Le cyclohexane :

-  Vue 3 D :

-  Formule brute : C₆H₁₂

-  Masse molaire :  M (C₆H₁₂) = 84,16 g . mol^–1

-  Composition: C(85.63%) H(14.37%)

-  Masse volumique :   ρ (C₆H₁₂) = 0.790 ± 0.06 g . cm^–3

-  Température d’ébullition : θ_éb = 80,75 °C

-  H225 - Liquide et vapeurs très inflammables

-  H304 - Peut être mortel en cas d'ingestion et de pénétration dans les voies respiratoires

-  H315 - Provoque une irritation cutanée

-  H336 - Peut provoquer somnolence ou vertiges

-  H410 - Très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets néfastes à long terme.

-  Le cyclohexane est un alcane cyclique.

-        

-  Il est utilisé comme solvant.

-  Solubilité : insoluble dans l’eau.

►  Récapitulatif :

►  Précautions à prendre lors de la synthèse :

Les espèces chimiques inflammables	Les espèces chimiques corrosives	Les espèces chimiques nocives ou irritantes
Elles prennent feu au contact d’une flamme	Elles détruisent la peau ou certains matériaux	Elles provoquent une gêne provisoire
Il faut éloigner ces espèces chimiques de toute flamme	Il faut manipuler ces espèces chimiques avec les gants  et les lunettes	Il faut porter les gants et les lunettes et travailler dans un endroit ventilé

b.  Réaction chimique :

-  C’est une réaction d’estérification.

-  La réaction d’estérification est une réaction lente, limitée et athermique.

-  Il en est de même de la réaction d’hydrolyse.

-  Les réactions d’estérification et d’hydrolyse d’un ester sont des réactions inverses se produisant dans les mêmes conditions expérimentales.

-  L’état final obtenu est le même que l’on parte d’un mélange équimolaire d’acide carboxylique et d’alcool ou d’ester et d’eau.

-  Dans l’état final, les proportions des différents composés n’évoluent plus au cours du temps.

-  On est en présence d’un état d’équilibre.

-  C’est un équilibre chimique dynamique. 

-  Les vitesses des deux réactions inverses sont égales et annulent ainsi leurs effets :

►  Influence de la température :

-  La température est un facteur cinétique.

-  Une élévation de la température du mélange réactionnel permet d’accélérer aussi bien la réaction d’estérification que la réaction d’hydrolyse.

-  La température est sans effet sur la limite de l’équilibre.

►  La catalyse :

-  Le catalyseur utilisé ici est l’acide sulfurique en conséquence les ions oxonium H₃O⁺ (aq).

-  Il permet d’accélérer cette réaction qui est lente même à température élevée.

-  Les ions oxonium catalysent aussi bien la réaction d’estérification que la réaction d’hydrolyse.

-  Le catalyseur n’intervient pas sur la limite de la réaction.

-  Un catalyseur est un corps qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans apparaître dans le bilan de la réaction.

►  Déplacement d’équilibre :

-  Lorsque l'on met un excès d'acide carboxylique le taux d'avancement de la réaction augmente.

-  La réaction est déplacée dans le sens de l'estérification.

-  Le rendement est défini par rapport au réactif limitant.

-  On peut améliorer le rendement d’une réaction limitée en ajoutant :

-  Un excès de l’un des réactifs de la réaction,

-  Ou en éliminant un des produits de la réaction.

►  Le chauffage à reflux :

TP Chimie N° 10 : Synthèse des esters.

-  Ce montage permet de maintenir le milieu réactionnel à une température constante,

-  En l'occurrence pratiquement la température d'ébullition du solvant.

-  Les vapeurs sont condensées dans le réfrigérant et retournent à l'état liquide dans le ballon.

-  Les réactifs et les produits restent dans le milieu réactionnel. Il n'y a pas de pertes.

-  La présence du Vallet est obligatoire.

-  Elle permet d’enlever le chauffe-ballon sans toucher au reste du montage (ballon et réfrigérant).

-  Ainsi, on peut rapidement refroidir le mélange réactionnel si un problème survient et (ou) lorsque la réaction est terminée.

-  Dans le réfrigérant, l’eau circule du bas vers le haut.

-  Ainsi l’eau peut remplir l’intérieur du réfrigérant.

-  Il ne faut pas fermer le réfrigérant pour éviter une augmentation de la pression et travailler à la pression atmosphérique.

-  Ce montage permet de travailler à haute température (pratiquement la température du solvant) et ainsi accélérer la réaction d’estérification.

►  Le montage Dean-Stark :

-  Durant le chauffage, on observe que les vapeurs qui se condensent dans le réfrigérant se séparent dans l’appareil de Dean et Stark

-  On obtient une phase aqueuse qui s’accumule dans le réservoir de récupération et une phase organique qui,

mélangée au cyclohexane préalablement introduit dans ce réservoir, retourne dans le ballon par effet de trop plein.

-  L’eau est plus dense que le cyclohexane et insoluble dans le cyclohexane.

-  La phase aqueuse se trouve dessous la phase organique dans le réservoir.

-  Le but de cette opération est d’éliminer l’eau du mélange réactionnel au fur et à mesure qu’elle se forme.

-  On limite ainsi l’hydrolyse de l’ester et on déplace l’équilibre de la réaction dans le sens de l’estérification.

-  On augmente le rendement de la réaction d’estérification.

-  En conséquence, le montage Dean-Stark agit sur la vitesse de la réaction (comme le montage de chauffage à reflux), mais de plus,

 il agit sur le rendement de la réaction d’estérification.

-  Il déplace l’équilibre dans le sens de l’estérification et transforme un équilibre chimique en une réaction totale.

2.  Volume de la phase inférieure dans le Dean-Starck

-  Quantité de matière initiale de phénylméthanol :

-   

-  Quantité de matière initiale d’acide éthanoïque :

-   

-  Tableau d’avancement :

-  L’eau n’est pas le solvant. C’est un des produits de la réaction.

-  On peut considérer que dans le cas présent, la transformation est totale car on élimine l’eau au fur et à mesure de sa formation :

-  x_f = x_max = min (n₀₁ ; n₀₂)

-  L’acide éthanoïque est en excès.

-  Le phénylméthanol est le réactif limitant.

-  L’avancement maximal a donc la valeur suivante :

-  x_max ≈ 0,100 mol

-  Masse maximale d’eau obtenue :

-  m_max (H₂O) = x_max × M (H₂O)

-  m_max (H₂O) ≈ 0,100 × 18,0

-  m_max (H₂O) ≈ 1,80 g

-  Volume maximal d’eau obtenue :

-   

-  Or lors de l’expérience, le volume d’eau obtenue :

-  V = 2,0 mL.

-  Résultat surprenant : on obtient plus d’eau que prévu

-  V > V_max (H₂O)

-  Hypothèses :

-  L’acide éthanoïque contient un peu d’eau !

ACIDE ACETIQUE 96%

-  L’acide sulfurique contient un peu d’eau !

ACIDE SULFURIQUE 96%

ACIDE SULFURIQUE 90 %

COUPLES ACIDES / BASES