Principe

Compétences travaillées :
Réaliser un montage expérimental
Respecter les règles de sécurité
Ecrire le résultat d’une mesure
Analyser un résultat expérimental
Communiquer et argumenter en utilisant un vocabulaire scientifique adapté
En chimie organique, la fonction ester désigne un groupement caractéristique formé d'un atome de carbone lié
simultanément à un atome d'oxygène par une double liaison et à un groupement alkoxy du type -O-R'. Les esters
sont des dérivés des acides carboxyliques, ils résultent très généralement de l'action d'un alcool sur ces acides avec
élimination d'eau. Les fonctions esters se retrouvent dans de nombreuses molécules biologiques, notamment les
triglycérides (huiles, matière grasse). Les esters ont souvent une odeur agréable et entrent dans la composition de
certains arômes naturels (fruits, fleurs). Ils sont aussi beaucoup utilisés pour les arômes de synthèse et dans la
parfumerie.
L’acétate d’isoamyle est un ester de l’acide acétique et de l'alcool isoamylique se
présentant sous la forme d'un liquide transparent incolore, à l'odeur de banane
ou encore d'« arlequin ». Il est présent dans les pommes mûres. Il est utilisé
dans la fabrication de peintures, ou comme agent de saveur. C'est aussi une des
phéromones d'alarme de l'abeille.
Principe
La synthèse de l’acétate d’isoamyle se réalise par une réaction d’estérification : action lente et limitée d’un alcool sur
un acide carboxylique pour donner un ester et de l’eau.
Q1. Entourer le groupe fonctionnel ester sur la formule topologique précédente.
Q2. Donner les formules topologiques et les noms de l’acide et de l’alcool à utiliser pour cette réaction.
Tableau de données utiles :
Densité
Température
d’ébullition (1 bar)
Solubilité dans l'eau
Solubilité dans l’eau
salée
Alcool isoamylique
Anhydride acétique
Acétate d’isoamyle
Acide acétique
0,81
1,08
0,87
1,05
132 °C
139,5 °C
142 °C
117,9 °C
Assez faible
Très soluble
Très faible
Très soluble
Faible
Très soluble
Quasi-nulle
Soluble
Propriétés des réactifs utilisés
Substances
chimiques
Phrases danger et prudence et
pictogramme
Alcool isoamylique
C5H12O
H226 : liquide et vapeurs inflammables
H332 : nocif par inhalation
H335 : Peut irriter les voies respiratoires
Acide acétique
CH3COOH
H226 : liquide et vapeurs inflammables
H314 : provoque de graves brûlures de la peau et
des lésions oculaires
Acétate d’isoamyle
CH3COOC5H11
H226 : liquide et vapeurs inflammables
EUH066 : L'exposition répétée peut provoquer
dessèchement ou gerçures de la peau
Acide sulfurique
concentré
H2SO4
Hydrogénocarbonate
de sodium
NaHCO3
H290 : Peut être corrosif pour les métaux
H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et
des lésions oculaires
Masse Molaire,
données
M = 88,1 g.mol-1
Tfus = - 117 °C
Téb = 132 °C
d = 0,81
M = 60,0 g.mol-1
Téb=117,9°C
d = 1,05
M = 130,2 g.mol-1
Téb =142 °C
d = 0,87
M = 98,0 g.mol-1
Téb = 337 °C
d = 1,83
M = 84,0 g.mol-1
Tfus = 50 °C
d = 2,22
Consignes de sécurité: comme on manipule des acides purs et des alcools nocifs, le port des lunettes de protection
et des gants est obligatoire. Ne pas jeter les produits à l'évier mais dans le conteneur à produits organiques.
E3. Sous la hotte, dans un ballon de 250 mL bien sec, introduire environ 10 mL d’alcool isoamylique et environ 15 mL
d’acide acétique pur (dit : « glacial »).
E4. Ajouter environ 1 mL d’acide sulfurique concentré, qques grains de pierre ponce et chauffer à reflux pendant 30
minutes.
Q5. Ecrire l’équation de la réaction de synthèse.
Q6. Calculer les quantités de matière initiales des réactifs, dresser un tableau d’évolution, déterminer l’avancement
maximal xmax et montrer que le l’alcool isoamylique est le réactif limitant de cette synthèse.
Q7. Quel est l’intérêt d’utiliser un excès d’acide acétique ?
Q8. Pourquoi ajoute-t-on de l’acide sulfurique ?
Q9. Légender le schéma du montage ci-dessous.
Q10. Quel est l’intérêt de ce dispositif ?
Q11. Peut-on inverser les branchements des numéros 4 et 5 du montage ?
Q12. Quel est l’avantage d’un réfrigérant à boules par rapport à un réfrigérant droit ?
Q13. Quel est le rôle de la pierre ponce ?
Q14. Pourquoi le réfrigérant doit-il resté ouvert à son extrémité supérieure ?
-
Principe :
Après avoir bien séparé les phases aqueuses et organiques par relargage, il s’agit d’éliminer l’acide acétique resté en
phase organique en le faisant réagir avec de l’hydrogénocarbonate de sodium. Il se forme du dioxyde de carbone et
un autre produit très soluble dans l’eau. Enfin, les traces d’eau sont éliminées par séchage.
E15. Arrêter le chauffage et laisser refroidir le ballon à l’air libre pendant 5 minutes.
E16. Achever le refroidissement à l’aide d’un cristallisoir rempli d’eau. Une fois les vapeurs recondensées, arrêter la
circulation d’eau et retirer le ballon du montage.
E17. Rajouter environ 50 mL d’une solution de chlorure de sodium Na+ (aq) + Cl- (aq) saturée et transvaser le contenu
dans une ampoule à décanter (sans y mettre la pierre ponce !).
E18. Laisser décanter et éliminer la phase aqueuse.
E19. Traiter la phase organique dans l’ampoule en ajoutant 25 mL de solution d'hydrogénocarbonate de sodium Na+
(aq), HCO3- (aq) (attendre que le dégagement gazeux soit fini avant de boucher l’ampoule à décanter et procéder
ensuite avec précaution car le dégagement gazeux peut être important).
E20. Poursuivre l’extraction jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de dégagement gazeux puis laisser décanter.
E21. Eliminer la phase aqueuse et récupérer la phase organique dans un erlenmeyer propre et sec.
E22. Peser un autre erlenmeyer bien sec et noter sa masse : mi = . . . . . . g.
E23. Sécher enfin sur sulfate de magnésium anhydre et filtrer dans l’erlenmeyer précédent. Peser l’erlenmeyer
après récupération : mf = . . . . . . . g.
Q24. A quoi sert l’ajout d’eau salée ? On parle de relargage de l’ester.
Q25. Ecrire l’équation de la réaction acido-basique qui se produit lors de l’ajout
d’hydrogénocarbonate de sodium (des ions H+ sont échangés comme des électrons sont
échangés au cours d’une équation redox). Expliquer comment on élimine ainsi l’acide
acétique restant en phase organique. On parle de lavage de la phase organique.
Données : couples acide / base : CH3CO2H / CH3CO2- ; CO2, H2O / HCO3Q26. Légender le schéma du montage et préciser, en justifiant, la position et la
composition des deux phases.
Q27. Quel est le rôle du sulfate de magnésium anhydre ?



Q28. Déterminer la quantité de matière d’ester réellement formée nf et en déduire le rendement de la synthèse :
𝑛
𝑟 = 𝑥𝑓
𝑓
(dans certains énoncés, le rendement est noté  ou , à vous de vous adapter).
La phase organique obtenue ainsi que l’alcool de départ sont analysés par spectroscopie infra-rouge en phase liquide.
Les deux spectres sont donnés ci-dessous. On donne également une frise des bandes d’absorption IR de quelques
liaisons caractéristiques.
Q29. Retrouver le spectre de chacune des molécules.
Le mécanisme de la réaction d’estérification peut être décomposé en six étapes principales. Il reste valable pour les
alcools primaires et secondaires.
Etape 1 :
+
O H
O
H3C
+
H
+
C
H3C
C
OH
OH
Etape 2 :
+
O H
H3C
C
CH3
+
H3C
H3C HC
OH
H
+
C O
OH
OH
CH2 CH2
OH
CH2 CH2
CH CH3
H3C
Etape 3 :
H
+
C O
OH
OH
H3C
OH
H3C
OH
CH2 CH2
CH CH3
H3C
+
C O
+
H
CH2 CH2
CH CH3
H3C
Etape 4 :
H
OH
H3C
C O
OH
+
+
H
H3C
+
O
C O
OH
CH2 CH2
CH CH3
H3C
H
CH2 CH2
CH CH3
H3C
Etape 5 :
H
H3C
+
O
H
C O
OH
H3C
CH2 CH2
CH CH3
H3C
+
C O
+
O
CH2 CH2
H
CH CH3
H3C
H2O
Q30. Pour chacune des étapes précédentes compléter les équations en faisant figurer les doublets non liants ainsi
que les charges partielles.
Q31. Identifier les sites donneurs et accepteurs d’électrons intervenant dans chaque étape et les relier par une
flèche courbe. Représenter aussi par une flèche, si nécessaire, toute autre rupture ou formation des liaisons mises
en jeu.
Q32. Nommer chaque étape en utilisant les dénominations suivantes : « protonation » ; « déprotonation » ;
« réaction d’addition » ; « réaction d’élimination ». On dit souvent que l’estérification est une addition-élimination.
Justifier.
Q33. Etablir le mécanisme réactionnel de la 6ème et dernière étape.
Q34. Pourquoi le catalyseur ne figure-t-il jamais dans l’équation de la réaction ?