TP Chimie N° 10 

Synthèse des Esters :

Correction.

 

   

 

Synthèse de l'éthanoate de 3-méthylbutyle
I - Données.

II - Manipulation.

III- Exploitation des données.

Synthèse du méthanoate d'éthyle.
I - Données.

II - Manipulation.

III- Exploitation des données.

 

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Programme 2012 :

Programme 2012 : Physique et Chimie

 

 

Matériel :

Chauffage à reflux, chauffe ballon, colonne de Vigreux, réfrigérant,

ampoule à décanter, réfrigérant descendant, thermomètre,

éprouvette graduée, des béchers.

alcool isoamylique à 98 %, acide acétique à 99 %, pierre ponce,

eau glacée, l'eau glacée salée, solution d'hydrogénocarbonate de sodium à 5 %,

sulfate de magnésium anhydre, acide formique (acide méthanoïque), 

d'éthanol, acide sulfurique

 

Synthèse de l'éthanoate de 3-méthylbutyle.

I- Données.

 

M

g / mol

densité

θ

ébullition °C

Solubilité

dans l'eau

Acide éthanoïque

60

1,05

118,2

Grande

Alcool isoamylique

88

0,81

128

Faible

Éthanoate de 3-méthylbutyle

130

0,87

142

Très faible

II- Manipulation.

1)- Préparation de l'ester.

a)- Chauffage à reflux.

ManipulationIntroduire dans le ballon :

-  15 mL d'alcool isoamylique à 98 % (3-méthylbutan-1-ol).

-  20 mL d'acide acétique à 99 % (acide éthanoïque).

-  Quelques grains de pierre ponce ou quelques billes de verre.

-  Adapter le réfrigérant et porter le mélange à l'ébullition douce pendant 45 min.

b)- Questions : pendant que la réaction s'effectue.

-  Écrire l'équation de la réaction. Donner la classe de l'alcool utilisé.

-  L'alcool utilisé est un alcool primaire.

-  Calculer les quantités de matière de chacun des réactifs mis en jeu.

-  Quantité de matière d'alcool isoamylique :

{

V1 = 15 mL

d1 = 0,81

P1 % = 98

M1 = 88 g / mol

n1

V 1. μ0 . d1 . P1 %  


 100 M1  

   

 

15 x 1,00 x 0,81 x 98

n1 =  


 

100 x 88

 

                

n1   

 0,14 mol 

 

-  Quantité de matière d'acide éthanoïque  

 

{

V2 = 20 mL

d2 = 1,05

P2 % = 99,5

M2 = 60 g / mol

n2 = 

V2. μ0 . d2 . P2 %  


 100 M2  

 

20 x 1,00 x 1,05 x 99,5

n2 =  


 

100 x 60

 

                

n2   

 0,35 mol 

-  L'un des réactifs est en excès. Lequel ? Pourquoi ? Que peut-on dire du rendement de la réaction d'estérification ?

-  La réaction se faisant mole à mole, il y a un excès d'acide éthanoïque (réactif le moins cher).

-  On utilise un excès d'acide éthanoïque pour déplacer l'équilibre dans le sens de l'estérification. 

-  On est en présence d'un alcool primaire, en conséquence, le rendement est supérieur à 66 %. 

-  Le rendement se calcule par rapport au réactif en défaut.  

ρ

Quantité de produit formé  


 

 

Quantité de produit obtenu pour une réaction totale

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

n2

Rendement

théorique


   2,5

    =>    

ρ = 89 %

 n1  

-  Faire un schéma du dispositif. Qu'appelle-t-on chauffage à reflux ?

 Chauffage à Reflux

 

1- réfrigérant.

2- Ballon.

3- Chauffe-ballon.

4- Sortie de l’eau.

5- Arrivée de l’eau.

6- Mélange réactionnel.

7- Vallet.

-  Ce montage permet de maintenir le milieu réactionnel à une température constante, en l'occurrence 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.

2)- Séparation de l'ester.

a)- Extraction liquide - liquide.

ManipulationLaisser refroidir à température ambiante, puis refroidir avec un récipient contenant de l'eau glacée.

-  Verser le contenu du ballon dans un bécher (de 250 mL) contenant 50 mL d'eau froide. Rincer le ballon avec de l'eau distillée.

-  Verser le mélange dans une ampoule à décanter.

-  Ajouter 15 mL de solution d'hydrogénocarbonate de sodium à 5 %.

-  Dégazer et attendre que l'effervescence cesse pour décanter. Recommencer plusieurs fois si nécessaire.

-  Laver avec 20 mL d'eau salée glacée. Laisser décanter et séparer les deux phases.

-  Verser la phase organique dans un bécher propre et sec et sécher avec environ 2 g de sulfate de magnésium anhydre.

 

b)- Filtration liquide - solide.

ManipulationFiltrer et mesurer le volume et la masse de l'ester formé : VE   15,5 mL      et         m E  13,9 g

c)- Questions :

RédigerPourquoi est-il important de refroidir le milieu réactionnel avant d'ajouter de l'eau ?

-  On refroidit afin d'éviter l'hydrolyse de l'ester.

-  Dans l'ampoule à décanter, où se trouvent la phase aqueuse et la phase organique ? Quelle est la phase qui contient pratiquement tout l'ester ?

-  La phase organique est moins dense que l'eau, elle se trouve au-dessus de la phase aqueuse. 

-  L'ester se trouve principalement dans la phase organique car il est peu soluble dans l'eau. 

-  Dans la phase organique, on trouve aussi un peu d’acide éthanoïque qui est en excès. 

-  Il faut l’éliminer de la phase organique.

-  Pourquoi propose-t-on d'ajouter une solution de chlorure de sodium pour améliorer la séparation ? Quel est le rôle de l'hydrocarbonate de sodium ?

-  On donne : CO2, H2O / HCO3, pKA1 = 6,4 ; HCO3 / CO32 − , pKA2 = 10,2

-  L'hydrogénocarbonate de sodium est une solution basique,

elle neutralise le milieu réactionnel et élimine l'acide éthanoïque restant en le solubilisant dans l'eau sous forme d'ions éthanoate. 

-  De façon générale, les ions se retrouvent dans la phase aqueuse car l’eau est un solvant polaire.

-  Il se produit la réaction suivante :  

CH3COOH (aq)   +  HCO3 (aq)   =  CH3COO (aq)  +    (CO2, H2O) (aq)

-  Le gaz qui se dégage est du dioxyde de carbone.

Il faut dégazer afin d’éviter les projections.

-  Faire un schéma des différentes extractions.

-  Rôle de l’ampoule à décanter :

-  elle permet l’extraction par un solvant et elle permet aussi la séparation des différentes phases non miscibles.

-  L’éthanoate d’isoamyle (ester) est principalement présent dans la phase organique. 

-  Il est moins dense que l’eau et peu soluble dans l’eau.

-  Schéma :

III- Exploitation des mesures.

RédigerDéterminer la densité de l'ester. Comparer la valeur trouvée à celle donnée dans le tableau. Conclure.

-  Densité de l'ester :  

mE 13,9 g

  => 

ρ 0,90 g / mL 

  => 

d = 0,90

VE 15,5 mL

-  La valeur donnée dans le tableau est d 0,87. 

-  L'ester n'est pas pur, il contient un peu d'eau, il faudrait réaliser une distillation fractionnée.

-  Calculer la quantité d'ester obtenu.

En déduire le pourcentage d'alcool et d'acide estérifié.

Ce résultat vous semble-t-il convenable ? Justifier.

-  Quantité d'ester obtenu :

nE

mE 


 

 

 ME  

 

13,9

nE =  


 

130

 

                

nE   

 0,107 mol 

-  Pourcentage d'acide estérifié :

% acide = 

0,107 


 

x 100

 0,35  

 

                

% acide   

31 % 

-  Pourcentage d'alcool estérifié : 

% alcool = 

0,107 


 

x 100

 0,14  

 

                

% alcool   

79 % 

-  Calculer le rendement de la réaction.

-  Rendement de la réaction.

Il se calcule par rapport au réactif limitant :

ρ  = 

0,107 


 

 

 0,14  

 

                

ρ    

 79 %

-  Le pourcentage est supérieur à 66 %.

-  Il y a pour cela deux raisons.

-  Le mélange n'est pas équimolaire, il y a un excès d'acide et l'équilibre est déplacé dans le sens de l'estérification.

-  Le produit n'est pas pur, il contient un peu de l'eau en outre. 

-  Il faudrait sécher l’ester avec du sulfate de cuivre anhydre ou du sulfate de magnésium anhydre.

-  Donner les caractéristiques de l'ester obtenu.

-  L’ester obtenu est un liquide de densité d 0,90.

-  Il a une odeur de banane et une couleur jaune-clair.

 

 

 Synthèse du méthanoate d'éthyle.

I- Données.

 

M

g / mol

densité

θ

ébullition °C

Solubilité

dans l'eau

Acide méthanoïque

46

1,05

100,7

Grande

éthanol

46

0,81

78

grande

Méthanoate d'éthyle

74

0,92

54,5

Faible

eau

18

1

100

-----------

II- Manipulation.

1)- Distillation :

a)- Matériel : on utilise :

ManipulationUn ballon de 250 mL.

-  Une colonne de Vigreux (colonne à distillée)

-  Un réfrigérant descendant.

-  Un thermomètre

-  Une éprouvette pour recueillir le distillat.

b)- Réactifs :

-  20 mL d'acide formique (acide méthanoïque).

-  20 mL d'éthanol.

-  Quelques gouttes d'acide sulfurique.

-  Quelques grains de pierre ponce ou quelques billes de verre.

c)- Réaction : on porte à l'ébullition douce et on recueille le distillat dans l'éprouvette graduée.

2)- Mesures.

RédigerRelever la température θ en tête de colonne

-  θ =   52 °C.

-  Relever la valeur de la pression :

-  P 1001 hPa.

-  Déterminer la masse et le volume de l'ester obtenu.

-  En déduire la densité du produit obtenu.

-  La comparer à la valeur donnée dans le tableau.

-  Densité de l'ester :  

mE 25,9 g

  => 

ρ 0,925 g / mL 

  => 

d 0,925

VE 28,0 mL

-  La valeur donnée dans le tableau est d 0,92.

L'ester est pratiquement pur il a été obtenu par distillation fractionnée.

III- Exploitation.

RédigerÉcrire l'équation de la réaction.

-  Déterminer les quantités de matière de chacun des réactifs mis en jeu. Conclure.

-  Quantité de matière d'acide méthanoïque :  

{

V1 = 20 mL

d1 = 1,05

P1 % = 99

M1 = 46 g / mol

n1

V 1. μ0 . d1 . P1 %  


 100 M1  

 

20 x 1,00 x 1,05 x 99

n1 =  


 

100 x 46

 

                

n1 ≈ 

 0,45 mol 

-  Quantité de matière d'éthanol  

{

V2 = 20 mL

d2 = 0,81

P2 % = 99

M2 = 46 g / mol

n2 = 

V 2. μ0 . d2 . P2 %  


 100 M2  

 

20 x 1,00 x 0,81 x 99

n2 =  


 

100 x 46

 

                

n2 ≈ 

 0,35 mol 

-  Il y a un excès d'acide formique, l'équilibre est déplacé dans le sens de l'estérification.

-  Faire un schéma annoté du montage utilisé.

Distillation fractionnée

1- Chauffe-ballon.

2- Mélange réactionnel.

3- Colonne de Vigreux.

4- Thermomètre

5- Arrivée et sortie d’eau

6- réfrigérant

7- éprouvette graduée

8- Distillat.

-  Qu'appelle-t-on distillation fractionnée ?

-  Au cours de la distillation fractionnée, les réactifs et les produits se vaporisent et monte dans la colonne à distiller. 

-  Au cours de l'ascension, le mélange s'enrichi en corps le plus volatil (ici l'ester). 

-  En tête de colonne, on obtient le corps le plus volatil pratiquement pur. 

-  Le distillat est ensuite condensé grâce au réfrigérant.

-  Déterminer la quantité d'ester obtenu.

-  Quantité de matière d'ester obtenu :  

nE

mE 


 

 

 ME  

 

25,9

nE =  


 

74

 

                

nE ≈ 

 0,35 mol 

-  Calculer le rendement de la réaction. Conclure.

-  Rendement de la réaction : il se calcule par rapport au réactif limitant : 

ρ  = 

0,35 


 

 

 0,35  

 

                

ρ  ≈ 

 100 %

-  Le rendement est proche de 1, car on extrait l'ester au fur et à mesure qu'il se forme.

On déplace l'équilibre dans le sens de l'estérification.

-  Donner les caractéristiques de l'ester obtenu.

-  L'ester obtenu est pratiquement pur.

-  C’est un liquide incolore de densité d ≈ 0,92 à l’odeur de rhum.