chimie en ligne TD éstérification hydrolyse - Poly-Prepas
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Daniel Abécassis. Année universitaire 2009/2010<br />
CHIMIE.<br />
<strong>TD</strong> XII. Les réactions d’estérification et d’<strong>hydrolyse</strong>.<br />
Exercice 1.<br />
Un monoalcool saturé A a pour masse moléculaire 74g/mol.<br />
1. Quelle est sa formule brute ?<br />
2. L’oxydation ménagée de A par le permanganate de potassium <strong>en</strong> milieu acide conduit à un composé B<br />
qui réagit avec le DNPH, mais est sans effet sur la liqueur de Fehling et sur le nitrate d’arg<strong>en</strong>t<br />
ammoniacal. En déduire la formule semi-développée et le nom de l’alcool A. Ecrire l’équation de<br />
réaction associée à cette transformation. Donner le nom de B.<br />
3. L’action d’un monoacide carboxylique saturé R-COOH avec l’alcool A conduit à un corps E de<br />
formule brute : C<br />
5H10O2<br />
.<br />
a. Quel type de réaction s’agit-il ?Quelles sont les caractéristiques de cette transformation ?<br />
b. Ecrire l’équation de la réaction. En déduire la formule développée et le nom de l’acide utilisé. Donner<br />
le nom et la formule semi-développée du corps E.<br />
Exercice 2.<br />
1. Un corps A a pour formule moléculaire C 3<br />
H 6<br />
O . Il donne un précipité avec la DNPH et réduit la<br />
liqueur de Fehling. Quels sont les noms et la formule semi-développée de A ?<br />
2. On oxyde A à l’aide d’une solution acide de permanganate de potassium. Nommer le corps B obt<strong>en</strong>u.<br />
3. On fait réagir le corps B avec un monoalcool saturé primaire C. On obti<strong>en</strong>t un corps odorant D de<br />
masse molaire 116g/mol.<br />
a. Ecrire l’équation de la réaction <strong>en</strong>tre B et C ;<br />
b. Id<strong>en</strong>tifier le corps D.<br />
c. Donner le nom et la formule semi-développée de l’alcool C.<br />
Exercice 3.<br />
1. Un alcool commercial est un mélange de deux isomères de formule brute C5 H11<br />
− OH , ess<strong>en</strong>tiellem<strong>en</strong>t<br />
l’alcool isoamylique A de formule CH<br />
3<br />
CH ( CH<br />
3)<br />
CH<br />
2CH<br />
2OH<br />
et <strong>en</strong> faible quantité, l’alcool B de formule :<br />
CH<br />
3<br />
CH<br />
2CH<br />
( CH<br />
3<br />
) CH<br />
2OH<br />
. Donner le nom systématique de la molécule de ces deux alcools. En quoi ces<br />
deux isomères se distingu<strong>en</strong>t-ils ?<br />
2. Ecrire l’équation de la réaction <strong>en</strong>tre l’acide éthanoïque et l’alcool isoamylique. On utilisera les<br />
formules semi-développées. L’ester produit dégage une odeur de banane. Donner quelques propriétés de<br />
cette réaction d’estrérification.<br />
3. On mélange 16g d’acide éthanoïque pur, 8g d’alcool isoamylique et 0,5mL d’acide sulfurique<br />
conc<strong>en</strong>tré. On chauffe à reflux <strong>en</strong>viron une heure.<br />
a. Pourquoi chauffe-t-on ?<br />
b. Pourquoi utilise-t-on de l’acide sulfurique ?<br />
c. Les réactifs sont-ils placés dans les conditions stoechiométriques ?
d. Pourquoi utilise-t-on un réactif <strong>en</strong> excès ?<br />
e. On obti<strong>en</strong>t 7,0 g d’ester. Calculer le r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t de la transformation.<br />
4.a. Ecrire l’équation de la réaction <strong>en</strong>tre l’acide éthanoïque et l’alcool B. On utilisera les formules semidéveloppées.<br />
b. Quel est le nom de l’ester formé ?<br />
c. Les propriétés de cette réaction d’estérification sont-elles différ<strong>en</strong>tes de celle de la réaction<br />
précéd<strong>en</strong>te ? Justifier votre réponse.<br />
Exercice 4.<br />
On effectue la réaction d’estérification de l’acide méthanoïque par l’éthanol à une température<br />
constante de 50 ° C <strong>en</strong> mélangeant, à la date t, une mole d’acide méthanoïque et une mole d’éthanol dans<br />
un solvant, le volume de la solution est de 200mL. On réalise, au cours du temps, des prélèvem<strong>en</strong>ts de<br />
volume négligeable, grâce auxquels, on détermine la quantité de matière n de l’acide restant dans le<br />
mélange. Les résultats sont portés dans le tableau suivant :<br />
t(mn) 0 10 20 30 40 50 60 80 100 120<br />
n 1 0,81 0,69 0,60 0,54 0,49 0,44 0,39 0,37 0,36<br />
1. Tracer la courbe représ<strong>en</strong>tative des variations de la conc<strong>en</strong>tration de l’ester formé <strong>en</strong> fonction du<br />
temps.<br />
2. En déduire la vitesse de réaction à l’instant t=15mn.<br />
3. Déterminer le taux d’avancem<strong>en</strong>t final de la transformation.<br />
4. Comm<strong>en</strong>t pourrait-on augm<strong>en</strong>ter la vitesse de réaction sans modifier la valeur de l’avancem<strong>en</strong>t final ?<br />
Exercice 5.<br />
18<br />
On désire préparer l’alcool CH<br />
3CH<br />
2<br />
− OH marqué à l’aide de l’isotope 18 O de l’oxygène.<br />
1. Comm<strong>en</strong>t procéder sachant que l’on dispose de la molécule H 18<br />
2<br />
O , d’éthanol et d’acide iodhydrique<br />
HI ? Ecrire la suite des transformations à effectuer.<br />
2. On fait réagir l’acide éthanoïque avec l’éthanol marqué à l’oxygène 18.Après avoir séparé l’ester et<br />
l’eau, une analyse au spectromètre de masse montre que l’eau ne conti<strong>en</strong>t pas l’isotope 18 de l’oxygène.<br />
Dans quel produit se trouve cet isotope ?<br />
3. En déduire quel est des deux réactifs celui dont la liaison C-OH s’est rompue lors de la formation de<br />
l’ester. Ecrire l’équation de la réaction <strong>en</strong> matérialisant les liaisons rompues et les liaisons créées.<br />
Exercice 6.<br />
1. On étudie la réaction <strong>en</strong>tre l’acide méthanoïque et le méthanol. Dans plusieurs ampoules, on mélange<br />
2,3g d’acide et 1,6g d’alcool. On scelle <strong>en</strong>suite les ampoules et on les place dans une étuve à 50 ° C . Au<br />
bout de 24 heures, on constate que la masse d’acide que l’on peut titrer reste constante et vaut 0,76g.<br />
a. Ecrire l’équation de la réaction <strong>en</strong> utilisant les formules semi-développées.<br />
b. Quelles sont ses caractéristiques ?<br />
c. Quel est le pourc<strong>en</strong>tage d’alcool estérifié ?<br />
2. On veut, à prés<strong>en</strong>t, préparer du méthanoate de méthyle. Proposer un montage qui permettra, avec les<br />
mêmes réactifs que précédemm<strong>en</strong>t, d’obt<strong>en</strong>ir un r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t plus important et de séparer l’ester formé.<br />
Expliquer son principe et préciser pour quelle raison le r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t est amélioré.
Exercice 7<br />
La parfumerie, pour des notes de fraîcheur ou de fruits verts, et l’industrie agroalim<strong>en</strong>taire,<br />
etc……utilis<strong>en</strong>t des dérivés de l’acide butanoïque. On se propose de fabriquer un produit donnant<br />
l’arôme de chocolat, à partir de cet acide et d’un alcool commercial constitué d’un mélange de deux<br />
isomères de formules :<br />
CH<br />
3<br />
−<br />
3<br />
)<br />
2 2<br />
CH ( CH − CH − CH − OH et CH CH − CH ( CH − CH − OH<br />
3<br />
−<br />
2<br />
3)<br />
2<br />
On sépare ces deux isomères <strong>en</strong> ne conservant que l’alcool non chiral, puis on fait réagir <strong>en</strong><br />
quantités équimolaires l’acide butanoïque avec 220mL de l’alcool non chiral <strong>en</strong> prés<strong>en</strong>ce de 1mL d’acide<br />
sulfurique. Le produit organique formé a bi<strong>en</strong> un arôme chocolaté.<br />
1. Donner le nom de l’alcool utilisé.<br />
2. Ecrire l’équation bilan de la réaction.<br />
3. Quelles sont les quatre caractéristiques de cette réaction ?<br />
4. Calculer :<br />
a. La quantité d’alcool mise <strong>en</strong> jeu initialem<strong>en</strong>t.<br />
b. La masse du composé « chocolaté » effectivem<strong>en</strong>t obt<strong>en</strong>ue. En donner le nom systématique.<br />
5. Il est d’évid<strong>en</strong>ce très r<strong>en</strong>table d’augm<strong>en</strong>ter le r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t de cette réaction. Comm<strong>en</strong>t procéderiezvous<br />
?<br />
Exercice 8.<br />
L’acétate de b<strong>en</strong>zyle est un des constituant de l’ess<strong>en</strong>ce de jasmin. On le prépare ici par l’action<br />
de l’acide acétique avec l’alcool b<strong>en</strong>zylique de formule brute : C H CH − OH<br />
6 5<br />
−<br />
2<br />
.<br />
Ecrire l’équation bilan de cette réaction. Quel nom la réaction considérée porte-t-elle ?<br />
2. Pour réaliser cette réaction, on chauffe à reflux p<strong>en</strong>dant 20minutes 10mL d’acide acétique,18mL<br />
d’alcool b<strong>en</strong>zylique, des traces d’acide sulfurique conc<strong>en</strong>tré et quelques grains de pierre ponce. Après<br />
refroidissem<strong>en</strong>t, on ajoute au cont<strong>en</strong>u du ballon une solution saturée de carbonate de sodium jusqu’à<br />
basicité de la phase aqueuse du mélange. On extrait alors au dichlorométhane et on sèche la phase<br />
organique sur du sulfate de magnésium anhydre. Après élimination du solvant, on recueille par<br />
distillation 16mL d’acétate de b<strong>en</strong>zyle.<br />
On donne les masses volumiques suivantes :<br />
Acide acétique : 1,05 gcm<br />
−3<br />
Alcool b<strong>en</strong>zylique : 1,04 g . cm<br />
Acétate de b<strong>en</strong>zyle : 1,06 g . cm<br />
−3<br />
−3<br />
a. Quelles étai<strong>en</strong>t <strong>en</strong> mole les quantités de matière d’acide acétique et d’alcool b<strong>en</strong>zylique introduites ?<br />
b. Quelle est la quantité d’acétate de b<strong>en</strong>zyle effectivem<strong>en</strong>t obt<strong>en</strong>ue ?<br />
c. En déduire le r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t de la réaction.<br />
d. On a utilisé un chauffage à reflux. Quel est son intérêt ?<br />
Exercice 9<br />
Un ester A a pour formule R-COO-R’, R et R’ étant des groupem<strong>en</strong>ts alkyles. La masse molaire<br />
de A est M=116g/mol.<br />
Par <strong>hydrolyse</strong> de cet ester, on obti<strong>en</strong>t deux composés B et C.<br />
1. Ecrire l’équation-bilan de la réaction de l’<strong>hydrolyse</strong> de l’ester.<br />
2. Le composé B obt<strong>en</strong>u est un acide carboxylique. On <strong>en</strong> prélève une masse m=1,5g que l’on dilue dans<br />
de l’eau pure. La solution obt<strong>en</strong>ue est dosée au moy<strong>en</strong> d’une solution d’hydroxyde de sodium de<br />
conc<strong>en</strong>tration C=2mol/L. L’équival<strong>en</strong>ce est obt<strong>en</strong>ue lorsque le volume de soude versé est V=12,5mL.
a. Quelle est la masse molaire du composé B ? Justifier le raisonnem<strong>en</strong>t.<br />
b. Donner sa formule développée et son nom.<br />
3.a. Le composé C a pour formule brute C 4<br />
H 10<br />
O . Donner les formules semi-développées et les noms des<br />
différ<strong>en</strong>ts isomères de constitution ayant cette formule btrute.<br />
4. Donner la formule semi-développée et le nom de l’ester A.<br />
Exercice 10.<br />
1. L’acide butyrique est un acide gras de formule CH ( CH − COOH<br />
3<br />
−<br />
2<br />
)<br />
2<br />
a. Donner le nom de cet acide <strong>en</strong> utilisant la nom<strong>en</strong>clature officielle. Id<strong>en</strong>tifier son groupe fonctinnel.<br />
b. Ecrire l’équation-bilan de la réaction <strong>en</strong>tre l’acide et le propan-2-ol. Nommer les produits de cette<br />
réaction.<br />
c. Quelles sont les caractéristiques de cette réaction ? Nommer cette réaction.<br />
2. On isole le composé organique formé au cours de la réaction précéd<strong>en</strong>te et on le fait réagir à chaud<br />
avec une solution conc<strong>en</strong>trée d’hydroxyde de sodium.<br />
a. Ecrire l’équation-bilan de la réaction et <strong>en</strong> donner ses caractéristiques.<br />
b. Détailler les différ<strong>en</strong>tes étapes du mécanisme de cette réaction.<br />
Exercice 11.<br />
Le paracétamol est le médicam<strong>en</strong>t de formule semi-développée : C6H<br />
5<br />
− NH − CO − CH<br />
3<br />
1. Indiquer les fonctions prés<strong>en</strong>tes dans ce composé.<br />
2. Donner les formules semi-développées de l’acide carboxylique et du composé azoté à partir desquels il<br />
peut être formé.<br />
3.a. En fait, on utilise l’anhydride éthanoïque. Pourquoi préfère-t-on son emploi à celui de l’acide<br />
carboxylique ?<br />
b. Ecrire l’équation-bilan correspondant à cette synthèse.<br />
c. Représ<strong>en</strong>ter les structures de Lewis des composés utilisés et indiquer le suite nucléophile et le site<br />
électrophile concernés dans cette réaction.